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arbanas.ch / ideen und patente
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Baden den 29.3.2007
E R F I N D U N G S M E L D U N G
Titel
Mechanismus für Verstellung der Rotorblätter
Erfinder: Name Viktor Arbanas
Anschrift CH 5400 Baden, Martinsbergstrasse 22
Staatsangehörigkeit Schweizer
Anteil an der Erfindung 100%
(Unterschrift) .........................................
o
Geräte und Anlagen zur Nutzung
oder Erzeugung von Kraft aus strömenden Medien,
beispielsweise in Windkraftanlagen.
o Lineare Strömungs- bzw. Windenergie wird von einem Propeller in Rotation umgewandelt und in einem Generator Strom erzeugt.
o Zur Anpassung des Drehmomentes und der Drehzahl des Rotors an die Leistung des Generators muss der Anströmwinkel der Blätter der Windgeschwindigkeit entsprechen.
o Meistens werden die Blätter des Rotors einzeln synchron verstellt.
o Verbundene Verstellsysteme sind auch bekannt. Sie nutzen jedoch Hebel- oder Keilprinzip.
o
Bei Stürmwetter werden die
verstellbaren Rotorblätter in Fahnenstellung gedreht und nach dem die Gefahr
vorüber ist, müssen sie wieder in die Betriebsposition gebracht werden.
Dazu benötigen sie zusätzliche Energiespeichersysteme (Batterien, Kondensatoren,
…)
o Automatische Notausschalt- und Startsysteme die keine zusätzlichen Aggregate brauchen sind nicht bekannt. Bisher konnte mit den Verstellvorrichtungen nicht schneller als mit maximaler Verstellgeschwindigkeit in die Fahnenstellung gefahren werden und nicht selbstständig mit Netzstrom der Betriebszustand erreicht werden.
o Ein Verstellsystem soll die Rotorblätter synchron verstellen,
o selbst hemmend sein,
o bei überhöhen Windgeschwindigkeiten (Sturm) die Blätter schneller als mit Verstellgeschwindigkeit in Fahnenstellung bringen und
o selbständig in die Betriebsstellung fahren können.
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Lösungsansatz (Wie wird das Problem gelöst?):o Eine Windkraftanlage, die aus dem Bild 1 ersichtlich ist, besteht aus: Turm (9), Gondel (8) mit Stator des Generators (11), Propellernabe (3) mit fest verbunden Rotor des Generators und drehbar gelagerten Blättern (7) sowie Steuerung (10). o Mit einem selbst hemmend ausgelegten Schneckenantrieb werden gleichzeitig alle Blätter (üblicherweise drei) verstellt. o Die Schnecke (2) liegt in der Propellerachse und kämmt mit Schneckenrädern, die an den Rotorblättern (7) über die Achsschenkeln (1) befestigt sind. o Der Verstellwinkel der Blätter beträgt ca. 90° bzw. ±45°. Dafür reichen auch nur Segmente der Schneckenräder (Bild 2). o Die Schnecke (2) ist Teil des Elektromotors (4) der in drehender Propellernabe (3) befestigt ist. o Der Elektromotor (4) ist axial beweglich, aber im Betrieb mit Schieber (6) arretiert und mit einer Feder (5) vorgespannt. o Im Betrieb werden alle Blätter (7) durch Antrieb des Elektromotors (4) der mit dem Propeller dreht und eine relative Drehzahl der Schnecke zu Propeller erzeugt, gleichzeitig verstellt. o Bei Sturm oder zur Abschaltung der Anlage wird die Arretierung (6) des Elektromotors gelöst und die vorgespannte Feder (5) treibt die Blätter in die Anschläge, bzw. Fahnenstellung. o Zum Aktivieren vom Verstellmechanismus wird der Verstellelektromotor (4) so lange betätigt bis die Schnecke (2) die Arretierung (6) zum Schnappen bringt. Dabei treibt die Schnecke (2) die Schneckenräder gegen die Blätter (7) die im Anschlag stehen und bewirkt ein Hinausdrehen der Schnecke (2) zusammen mit dem Elektromotor (4) aus den blockierten Schneckenrädern bzw. eine axiale Bewegung die erneut die Feder vorspannt. o Die Blätter sind durch den Schneckenantrieb nicht, wie üblich, radial zur Propellerachse angeordnet. Die Blattachsen bilden in Drehrichtung des Rotors einen positiven Winkel zur Radiallinien (aus der Windrichtung betrachtet, siehe Bild 2) und dadurch das Blatt-Biegemoment aus der Windumfangskraft kompensieren sowie die Blattlager entlasten. Das Kompensationsbiegemoment entsteht aus der Fliehkraft, die drehzahlabhängig ist, und dem Hebelarm der dem Schneckenradradius entspricht. o Auch die Biegung der Blätter in Windrichtung durch Windkraft wird, von dem Fliehkraft-Biegemoment das die konisch in Wind gestellten Blätter (Bild 4) erzeugen, kompensiert. Die Grösse dieses Kompensationsbiegemomentes ist vom der Grösse der Fliehkraft bzw. Rotordrehzahl und dem Hebelarm, der durch Anstellwinkel der Blätter entsteht, abhängig. Dies entlastet auch die Blattlager.
Anwendung (Wo wird die Erfindung angewandt?):o Diese Erfindung wird in Geräte und Anlagen zur Nutzung oder Erzeugung von Kraft in strömenden Medien angewandt. o Die Erfindung ist beispielsweise am Propeller einer Windkraftanlage gezeigt.
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