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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 9. Oktober 1952 Bekanntgemacht am 9. Mai 1956Registration date: October 9, 1952. Advertised on May 9, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Eine selbsttätige Flügelverstellung an Windrädern durch die Luftkraft erfolgt bekanntlich dadurch, daß die aerodynamische Schwerpunktslinie jedes Flügels aus seiner Verstellachse derart herausgerückt ist, daß dieFlügel unter der Einwirkung der außermittig angreifenden Luftkräfte das Bestreben haben, sich entgegen einer vorgegebenen Rückstellkraft auf große Steigung zu verstellen, sobald die höchstzulässige Windstärke überschritten wird. Bei Anwendung dieses Verstellprinzips treten jedoch nachteilige Schwingungen— das »Flattern« — der Flügel auf, die mit bekannten Dämpfungsmitteln nicht ohne weiteres beseitigt werden konnten. Denn alle bekannten, mit der vorliegenden Erfindung in Vergleich zu setzenden Flügelverstelleinrichtungen an Windrädern haben eine für beide Verstellrichtungen gleiche Charakteristik. Wurde bei ihnen die Dämpfung genügend fest gewählt, um das Flattern der Flügel zu verhindern, dann, war das Windrad nicht mehr böennachgiebig, und die den Winddruck aufnehmenden Teile mußten unnötig schwer gewählt werden; war die Dämpfung mit Rücksicht auf Boennachgiebigkeit entsprechend weich, dann trat das gefährliche Flattern der Flügel auf. Dieser Mangel soll durch die vorliegende Erfindung überwunden werden.As is well known, automatic blade adjustment on wind turbines by means of the air force takes place that the aerodynamic center of gravity of each wing moved out of its adjustment axis in such a way is that the wing under the action of the off-center attacking air forces the endeavor have to adjust to a steep slope against a given restoring force as soon as the maximum permissible wind force is exceeded. Step when using this adjustment principle however, disadvantageous vibrations - the "fluttering" - of the wings, which are not easily eliminated with known damping means could. Because all known, with the present invention in comparison to setting wing adjustment devices on wind turbines have the same characteristics for both adjustment directions. Would in their case the damping was chosen to be sufficiently firm to prevent the wings from fluttering the wind turbine no longer yielding to gusts, and the parts absorbing the wind pressure had to be unnecessary difficult to choose; the attenuation was appropriate with regard to sagging softly, then there was the dangerous flapping of the wings. This deficiency is addressed by the present invention to be overcome.

Die Flügelverstelleinrichtung gemäß der Erfindung unterscheidet sich vom Bekannten dadurch, daß an Stelle der üblichen Dämpfer zur Stabilisierung der Flügelstellung eine nach der einen Ver-The wing adjustment device according to the invention differs from the known in that that instead of the usual dampers for stabilization the wing position one after the one

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Stellrichtung stärker wirkende Dämpfung vorgesehen ist; und zwar ist diese Dämpfungseinrichtung so ausgebildet, daß bei stärker werdendem Wind, also wenn die Flügel sich in Richtung »große Steigung« bewegen, kein Verstellwiderstand auftritt oder darüber hinaus die Verstellbewegung unterstützt wird. Bei nachlassendem Wind, wenn die Flügel sich wieder auf »kleine Flügelsteigung« drehen wollen, bietet dieAdjusting direction more effective damping is provided; namely this damping device designed so that when the wind gets stronger, so when the wings are in the direction Move "large slope", no adjustment resistance occurs or the adjustment movement beyond that is supported. When the wind dies down, when the wings are back to "small" Want to turn wing pitch «is offered by the

ίο Dämpfungseinrichtung einen großen Verstellwiderstand, und/oder die Verstellbewegung setzt nur langsam bzw. verzögert ein. Eine damit verbundene geringe Abweichung vom idealen Betriebsverhalten während des Verstellvorganges wird zugunsten einer erhöhten Betriebssicherheit in Kauf' genommen. -ίο damping device a large adjustment resistance, and / or the adjustment movement begins only slowly or with a delay. A related slight deviation from the ideal operating behavior during the adjustment process is in favor an increased operational reliability 'accepted. -

Ferner ist zu bemerken, daß bei bekannten Windrädern mit selbsttätiger, von der Luftkraft abhängiger Flügelverstellung, die durch Dämpfung ■ stabilisiert werden soll, eine Änderung < der Dämpfungscharakteristik nur vorgenommen werden kann, wenn die Anlage außer Betrieb ist und wichtige Zubehörteile vorher entfernt sind. Bei der Verstelleinrichtung gemäß der Erfindung kann dagegen eine Änderung der Dämpfungswirkung von außen ohne Abbau wichtiger, zur Betriebsbereitschaft gehöriger Teile, unter Umständen sogar während des Betriebes vorgenommen werden.
Der unterschiedliche Dämpfungseffekt kann durch jedes beliebige Mittel, z. B. Fliehgewichte, Federn oder hydraulische Einrichtungen, hervorgerufen werden. Die unterschiedliche Wirkung in beiden Verstellrichtungen wird bei Fliehgewichten und Federn durch Anordnung einer geeigneten Steilgewindeführung zwischen Schwingsystem und Gegenkraft und bei hydraulischer Dämpfung durch Anwendung entsprechender Öffnungen und einseitig wirkender Ventile herbeigeführt.It should also be noted that in known wind turbines with automatic, dependent on the air force blade adjustment, which is to be stabilized by damping ■, a change <of the damping characteristics can only be made when the system is out of operation and important accessories are removed beforehand. In the adjustment device according to the invention, on the other hand, the damping effect can be changed from the outside without dismantling important parts belonging to the operational readiness, possibly even during operation.
The different damping effect can be achieved by any means, e.g. B. flyweights, springs or hydraulic devices. The different effect in both directions of adjustment is brought about with flyweights and springs by arranging a suitable steep thread guide between the vibration system and counterforce and with hydraulic damping by using appropriate openings and valves acting on one side.

Abb. ι stellt ein Ausführungsbeispiel der Flügelverstelleinrichtung mit unmittelbar durch Fliehgewichte wirkender Dämpfungseinrichtung innerhalb der einzelnen Verstellflügel dar;Fig. Ι represents an embodiment of the wing adjusting device with a damping device acting directly through flyweights within the individual adjustable vanes;

Abb. 2 zeigt eine Flügelverstelleinrichtung mit durch Federkraft bewirkter unterschiedlicher Dämpfung; .Fig. 2 shows a wing adjustment device with different effects caused by spring force Damping; .

Abb. 3 zeigt eine Flügelverstelleinrichtung mit einer Dämpfungseinrichtung,, die unter der Wirkung eines an sich bekannten Fliehkraftpendels steht.
Abb. 4 zeigt ein Beispiel für eine hydraulische Dämpfungseinrichtung.Fig. 3 shows a wing adjustment device with a damping device ,, which is under the action of a known centrifugal pendulum.
Fig. 4 shows an example of a hydraulic damping device.

Die nur andeutungsweise dargestellten Windradflügel ι sind mit ihren Verstellruten 2 in den Rutenhaltern 3 drehbar gelagert. Im Innern der Nabe 4, die mit der Windradwelle 5 eine bauliche Einheit bildet, wird die Drehbewegung beim Verstellvorgang über eine bekannte Zapfenanordnung 6 in eine Längsbewegung übergeführt und auf die Stange 7 übertragen, die: mit einem bekannten Kraftspeicher, z. B. einer Feder 8, verbunden ist. Dabei ist zu bemerken, daß die dem Luftkraftmoment entgegenwirkende Kraft auch z. B. durch die Last der angetriebenen Maschine oder durch eine Kombination von zwei Teilkräften zustande kommen kann. Eine Feder 8 bzw. 8_ß (Abb. ,3) ist in den Abb. 1 bis 4 nur beispielsweise gewählt, um das Schwingsystem zu veranschaulichen.The only indicated wind turbine blades ι are rotatably mounted with their adjusting rods 2 in the rod holders 3. Inside the hub 4, which forms a structural unit with the wind turbine shaft 5, the rotational movement during the adjustment process is converted into a longitudinal movement via a known pin arrangement 6 and transmitted to the rod 7, which: with a known energy storage device, e.g. B. a spring 8 connected. It should be noted that the force counteracting the air force moment also z. B. can come about by the load of the driven machine or by a combination of two partial forces. A spring 8 or 8 _ß (Fig., 3) is selected in Figs. 1 to 4 only as an example to illustrate the oscillation system.

Die Dämpfungseinrichtung ist gemäß Abb. 1 durch die Fliehgewichte 9 gegeben, deren Geradführung durch die am Rutenhalter 3 befestigte Führungsleiste 10 erfolgt und die im Eingriff mit den an den Ruten 2 befindlichen Steilgewindeführungen 11 stehen. Letztere sind so steil gehalten, daß der gewünschte einseitig wirkende Dämpfungseffekt bei gleichzeitig geringer Masse der Fliehgewichte erreicht wird. Im übrigen kann die Geradführung bzw. Führungsleiste 10 auch an den Ruten 2 und die Steilgewindeführung 11 am Rutenhalter 3 angebracht werden, ohne daß sich am Prinzip etwas ändert.The damping device is given according to Fig. 1 by the flyweights 9, their straight line takes place through the guide bar 10 attached to the rod holder 3 and which engages with the high-helix thread guides 11 located on the rods 2 are available. The latter are kept so steep that the desired one-sided damping effect with a low mass of the flyweights is achieved. In addition, the straight guide or guide bar 10 can also be attached to the Rods 2 and the high-helix thread guide 11 on the rod holder 3 can be attached without changing the principle.

Im Betriebe haben die Fliehgewichte 9 stets das Bestreben, sich nach außen zu bewegen und drücken dabei dauernd gegen die Gewindeführung 11, und zwar so, daß sie das Verstellen der Flügel auf große Steigung unterstützen, also auf die Flügelruten 2 im gleichen Drehsinn wirken wie der Winddruck, während die Feder 8 in entgegengesetzter Richtung angreift: Wird nun die vorgegebene maximale' Windstärke überschritten, dann überwiegen der Winddruck und die Kraft der Fliehgewichte, und die Flügel verstellen sich auf größere Steigung. Bei nachlassendem Winde überwiegt zwar sofort die Federkraft, aber infolge der Steilheit der Gewindeführung, in Verbindung mit der Gleitreibung, der Fliehgewichte, ist für die Rückverstellung der Flügel auf kleinere Steigung ein größerer Kraftaufwand nötig, so daß die Flügelrückverstellung verzögert wird; denn die Fliehgewichte drücken ständig nach außen und folgen infolge der Fliehkraft bei der geringsten Verstellung der Flügel auf große Steigung sofort nach, setzen aber der Rückverstellung einen Widerstand entgegen, da sie entgegen der Fliehkraftwirkung bewegt werden müssen.In operation, the flyweights 9 always tend to move and push outward while constantly against the thread guide 11, in such a way that it allows the adjustment of the wing support large inclines, i.e. act on wing rods 2 in the same direction of rotation as the wind pressure, while the spring 8 acts in the opposite direction: Now the given one maximum 'wind force exceeded, then the wind pressure and the force of the flyweights predominate, and the wings adjust to a greater slope. With decreasing wind prevails immediately the spring force, but due to the steepness of the thread guide, in connection with the Sliding friction, the flyweights, is used to move the wing back to a smaller incline greater effort required, so that the wing return is delayed; because the flyweights constantly pushing outwards and following due to the centrifugal force with the slightest adjustment the sash immediately follow up on a steep incline, but oppose the return movement, because they have to be moved against the effect of centrifugal force.

Auf Grund der durch die Steilgewindeführung 11 gegebenen »Übersetzung« ist auch ein Rütteln der Flügel um den Betrag eines etwaigen Leerganges an den Führungsleisten 10 ausgeschlossen; denn die Fliehgewichte drücken im Betriebe wie Keile gegen die Führungsleisten 10 und das Gewinde 11. Da die Fliehgewichte nur dämpfend wirken sollen, ist ihre Masse im Gegensatz zur bekannten Flügelverstellung durch Fliehgewichte klein.
. In Abb. 2 ist eine in gleichem Sinne wirkende Steilgewindeführung im Innern der Nabe 4 zentral angeordnet. Sie besteht aus einer Büchse 12 mit Innengewinde, die mit einem Zapfen 6 der Flügelrute im Eingriff steht, wobei die Büchse die Stelle der in Abb. 1 dargestellten Stange 7 einnimmt und sich im übrigen beim Verstellvorgang bewegt wie diese. Dabei, wirkt die Büchse 12 auf die Feder 8 ein. Innerhalb der Büchse ist ein mit einem Außengewinde versehener Zapfen 13 an der Nabe 4 bei 14 drehbar gelagert, gegen Längsbewegung gesichert und mit einer Torsionsfeder 15 verbunden, an deren anderem Ende sich eine Einstellvorrichtung 16 befindet. Es ist dadurch möglich, die denDue to the "translation" given by the high-helix thread guide 11, shaking of the wings by the amount of a possible backlash on the guide strips 10 is also excluded; because the flyweights press like wedges against the guide strips 10 and the thread 11. Since the flyweights are only intended to have a dampening effect, their mass is small in contrast to the known wing adjustment by flyweights.
. In Fig. 2, a coarse thread guide acting in the same way is arranged centrally in the interior of the hub 4. It consists of a sleeve 12 with an internal thread which engages with a pin 6 of the wing rod, the sleeve taking the place of the rod 7 shown in Fig. 1 and otherwise moving like this during the adjustment process. The sleeve 12 acts on the spring 8. Inside the bushing, a pin 13 provided with an external thread is rotatably mounted on the hub 4 at 14, secured against longitudinal movement and connected to a torsion spring 15, at the other end of which there is an adjusting device 16. This makes it possible to use the

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dämpfenden Effekt auslösende Kraft von außen her zu beeinflussen, ohne -daß zu diesem Zweck vorherdampening effect triggering force to influence from the outside without -that for this purpose beforehand

. . wichtige, zur Betriebsbereitschaft gehörige Teile abgebaut werden müssen.. . important parts that are part of the operational readiness must be dismantled.

Die Steigung des Gewindes zwischen der Büchse 12 und dem Zapfen 13 wird zweckentsprechend gewählt, wodurch im wesentlichen derselbe Effekt erzielt wird wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Abb. i. Der Unterschied besteht nur darin, daß sich die dämpfende Wirkung bei den Fliehgewichten 9 gemäß Abb. 1 mit der Windraddrehzahl ändert, während sie bei Verwendung einer Feder 15 gemäß Abb. 2 von der Windraddrehzähl im wesentlichen unabhängig bleibt und lediglich bei Entspannung derselben etwas nachläßt.The pitch of the thread between the sleeve 12 and the pin 13 is selected appropriately, whereby essentially the same effect is achieved as in the embodiment according to FIG Fig.i. The only difference is that the damping effect of the flyweights 9 according to Fig. 1 changes with the wind turbine speed, while when using a spring 15 according to Fig. 2 remains essentially independent of the wind turbine rotation count and only when relaxed the same wears off somewhat.

Entsprechendes gilt auch für das Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 3, bei dem die zum Flügelrückstellsystem gehörige Feder 8_ß nicht längs belastet, sondern durch eine Kegelradübersetzung 17 auf Drehung beansprucht wird. Sie ist deshalb in der Abb. 3 etwas anders dargestellt. Mit dem bei 14 unverschieblich, aber drehbar gelagerten Kegelrad 17 dst eine mit Innengewinde versehene Büchse 12 verbunden, an der die Torsionsfeder 8_α angreift, während der Zapfen 13 mit Außengewinde die Längsbewegung ausführt und über die Stange 18 mit einem bekannten Fliehkraftpendel 19 als Erzeuger der dämpfenden Kraft verbunden ist.The same applies to the exemplary embodiment according to FIG. 3, in which the spring 8 _ß belonging to the vane return system is not loaded longitudinally, but rather is subjected to rotation by a bevel gear ratio 17. It is therefore shown a little differently in Fig. 3. With the bevel gear 17, which is immovably but rotatably mounted at 14, a bushing 12 provided with an internal thread is connected, on which the torsion spring 8 _α engages, while the pin 13 with external thread executes the longitudinal movement and via the rod 18 with a known centrifugal pendulum 19 as a generator damping force is connected.

Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine einseitig wirkende hydraulische Dämpfungseinrichtung. Das Flügelrückstellsystem ist wie in Abb. 1 dargestellt. Der einseitige Dämpfungseffekt wird durch eine in einem Zylinder 21 befindliche Flüssigkeit (Öl) 24 ausgelöst, gegen die ein Kolben 22 drückt, auf den die Verstellbewegung des Rückstellsystems mittels einer Stange 20 übertragen wird. Dieser Kolben 22 hat eine kleine Öffnung 23 ohne Ventil, durch die die Flüssigkeit 24 in beiden Bewegungsrichtungen gleichmäßig hindurchfließen kann. Eine weitere große Öffnung 25 im Kolben 22 ist mit einem Ventil 26 versehen, das sich bei Bewegung nach der einen Richtung in bekannter Weise öffnet, so daß die Kolbenbewegung bzw. Flügelverstellung wegen des verminderten Wider-Standes schnell erfolgen kann, während es sich bei entgegengesetzter Verstellrichtung in bekannterFig. 4 shows an embodiment for a unidirectional hydraulic damping device. The wing return system is as shown in Fig. 1. The one-sided damping effect is by a liquid located in a cylinder 21 (Oil) 24 triggered, against which a piston 22 presses, on which the adjustment movement of the return system is transmitted by means of a rod 20. This piston 22 has a small opening 23 without Valve through which the liquid 24 flows evenly in both directions of movement can. Another large opening 25 in the piston 22 is provided with a valve 26 which, when moved opens in one direction in a known manner, so that the piston movement or Wing adjustment can be done quickly because of the reduced resistance, while it is at opposite direction of adjustment in known

, Weise schließt. Ein Durchfluß ist dann nurmehr durch die kleine Öffnung 23 möglich, die einen großen Widerstand bietet, so daß das Verstellen der Flügel auf kleine Steigung entsprechend langsam bzw. verzögert erfolgt., Way closes. A flow is then only possible through the small opening 23, the one offers great resistance, so that the adjustment of the wing on a small slope is slow or delayed.

Statt der Dämpfungseinrichtung gemäß Abb. 4 kann auch eine Ausführung mit Drehkolben oder mit einem bekannten Membranrohr verwendet werden, wobei das letztere den Vorteil bietet, daß keine Abdichtungen erforderlich sind. Am grundsätzlichen Erfindungsgedanken ändert sich durch derartige Abwandlungen nichts.Instead of the damping device according to Fig. 4, a version with a rotary piston or be used with a known membrane tube, the latter having the advantage that no seals are required. The basic idea of the invention is changing such modifications nothing.

Claims

'' PATENT CLAIMS:

i. Blade adjustment device for wind turbines, in which the wind turbine blades as a result the air force moment occurring on the wings with respect to their adjustment axis as a function of of the wind speed automatically against the effect of an energy store or adjust an operating load torque and perform the adjustment movement a damping device is damped, characterized in that the damping device offers no adjustment resistance in the adjustment direction "large wing pitch" or in addition, the adjustment movement is supported and in the adjustment direction »small Blade pitch «offers a large adjustment resistance and / or delays the adjustment movement can be used.

2. Blade adjusting device according to claim 1, characterized in that in the wind turbine hub (3) on each wing rod (2). a radially displaceable flyweight in a manner known per se (9) is arranged, the mutually inclined guides (10, 11) on the winged rod and the hub ζ. B. a coarse thread guide (11) on the wing rod and a straight guide (10) is guided on the hub or vice versa, the mutual inclination of the guides is arranged in a manner known per se so that the flyweight increases under the action Centrifugal force seeks to adjust the wing to a greater slope.

3. wing adjusting device according to claim "1, in which the wings are coupled to one another via a gearbox that operates on one in the axis of rotation The adjustment rod arranged on the hub acts, which adjusts against the action of the energy store is, characterized in that the adjusting rod is designed as a hollow sleeve (12) ' and within the bushing one rotatable in the hub axis of rotation, but in the axial direction immovably mounted pin (13) is arranged, which goes through with the hollow sleeve a coarse thread is in operative connection, with the pin being under tension standing torsion spring (15) and the coarse thread is arranged so that the The pivot is under torsional stress and seeks to place the wing on a steep incline.

4. wing adjusting device according to claim 3, characterized in that the voltage of the Torsion spring (15) can be changed from the outside by an adjusting device (16).

5. wing adjusting device according to claim 1,

in which the blades are coupled to one another via a bevel gear and contrary to the Effect of an energy storage device can be adjusted, characterized in that in the wind turbine axis of rotation rotatably mounted central wheel (17) carries a hollow sleeve (12) and inside the bushing is non-rotatable in the hub axis of rotation, but is longitudinally displaceable in the axial direction mounted pin (13) is arranged, which is connected to the hollow sleeve by a coarse thread is in operative connection, the pin with a centrifugal pendulum (19)

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connected and the coarse thread is arranged so that the longitudinal through the centrifugal pendulum displaced peg tries to adjust the sash on a steep incline.

6. wing adjusting device according to claim i, in which the wings are connected to one another via a transmission are coupled, which acts on an adjusting rod arranged in the axis of rotation of the hub, which is adjusted against the action of the energy storage device and with a hydraulic Damping device is connected, which consists of a piston guided in a cylinder, characterized in that the piston (22) with a small opening (23) and a large opening (25) which can be closed by means of a valve (26) acting on one side, wherein the valve (26) is arranged so that it is small during an adjustment movement of the wings Slope closes the opening (25).

Referred publications:
German patents. No. 734 147, 477 371, 466197, 805388.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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