AT10992U1

AT10992U1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: AT10992U1
Application number: AT0050308U
Authority: AT
Original assignee: Novak Karl
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-02-15

Description

österreichisches Patentamt AT 10 992 U1 2010-02-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine mit einem Rotor mit einer vertikalen Drehachse, mit wenigstens einem parallel zur Drehachse ausgerichteten Hauptflügel mit einem Tragflügelprofil oder einem ähnlichen Profil und mit einem Vorflügel.

[0002] Derartige Windkraftmaschinen, die nach dem Darrieus-Prinzip arbeiten, sind beispielsweise aus der WO 80/00733 A1 und der WO 84/02751 A1 bekannt. Bei den bekannten Windkraftmaschinen weisen der Hauptflügel und der Vorflügel ein gleiches oder ähnliches Profil auf, das entweder als symmetrisches, in der Mitte breiteres, oder als tragflügelähnliches Profil ausgeführt ist.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Erntegrad und das Anlaufverhalten derartiger Windkraftmaschinen zu verbessern.

[0004] Diese erfolgt bei einer gattungsgemäßen Windkraftmaschine dadurch, dass der Vorflügel ein gekrümmtes Profil mit im wesentlichen parallelen Flächen aufweist.

[0005] Es hat sich herausgestellt, dass bei Rotoren, bei welchen sowohl der Hauptflügel als auch der Vorflügel ein Tragflügel profil oder ein ähnliches Profil aufweist, der Vorflügel die Strömung um den Hauptflügel nachteilig beeinflusst. Bei der Erfindung ist dem gegenüber der Vorflügel nur als Kollektor oder Leiteinrichtung bzw. als Leitblech ausgeführt, welches den Wind besser zum und am Flügel leitet.

[0006] Durch den erfindungsgemäß ausgeführten Vorflügel wird auch das Anlaufverhalten des Rotors verbessert.

[0007] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0008] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

[0009] Es zeigt: [0010] Fig. 1 einen Rotor einer erfindungsgemäßen Windkraftmaschine in Seitenansicht, [0011] Fig. 2 den Rotor von Fig. 1 in Draufsicht und [0012] Fig. 3 einen Flügel mit einem Vorflügel in vergrößerter Ansicht.

[0013] In Fig. 1 ist ein Rotor einer erfindungsgemäßen Windkraftmaschine dargestellt, der als so genannter H-Rotor ausgeführt ist und nach dem Darrieus-Prinzip arbeitet. Der Rotor weist eine vertikale Rotationsachse 1 auf, an welcher mittels speichenförmiger, radialer Streben 2, 3 Hauptflügel 4 befestigt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor vier Hauptflügel 4 auf. Es können aber auch mehr oder weniger als vier Hauptflügel 4 vorhanden sein. Die Hauptflügel 4 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Tragflügelprofil auf, das am vorderen Ende 5 abgerundet ist und sich zur in Drehrichtung gesehen hinteren Kante 6 hin verjüngt. Die innere Fläche 7 und die äußere Fläche 8 des Hauptflügel 4 sind in die gleiche Richtung gekrümmt. Es ist aber auch möglich, dass die Hauptflügel 4 anders gekrümmte Flächen aufweisen, beispielsweise die innere Fläche 7 und die äußere Fläche 8 konvex in entgegengesetzte Richtungen gekrümmt sind.

[0014] Radial außerhalb jedes Hauptflügels 4 und in Drehrichtung gesehen wenigstens teilweise vor dem jeweiligen Hauptflügel 4 ist ein Vorflügel 9 über eine Achse 10 verschwenkbar an einem Gestänge 11 gelagert. Das Gestänge 11 ist an den Streben 2, 3 befestigt. Die Schwenkbewegung der Vorflügel 9 wird durch nicht dargestellte Federn oder Anschläge begrenzt, wobei die Vorflügel 9 zwischen einer ersten Endstellung, die ungefähr der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Stellungen entspricht und einer zweiten Endstellung, in welcher die Hinterkante 12 an oder nahezu an der äußeren Fläche 8 der Hauptflügel 4 anliegt, verschwenkbar sind.

[0015] Die Vorflügel 9 bestehen aus einem flachen, gekrümmten Profil 15 mit einer Innenfläche 1/4 österreichisches Patentamt AT 10 992 U1 2010-02-15 13 und einer Außenfläche 14, die zueinander parallel sind. Außerdem ist das Profil 15 im dargestellten Ausführungsbeispiel wie die äußere Fläche 8 des Hauptflügels 4 gekrümmt. Um das gekrümmte Profil 15 zu versteifen und an der Achse 10 des Gestänges 11 montieren zu können, sind am Profil 15 Stege oder Rippen 16 angeordnet, welche im rechten Winkel zur Längserstreckung des Profils 15 angeordnet und wenigstens am oberen und unteren Ende des Profils 15 vorgesehen sind und je nach Länge und Stabilität des Profils 15 zusätzlich auch einmal oder mehrmals über die Länge des Profils 15 verteilt vorgesehen sein können.

[0016] Durch die Anordnung der Vorflügel 9 vor und radial außerhalb der Hauptflügel 4 wirken sie wie Kollektoren, welche den Wind in Richtung der Hauptflügel 4 lenken. Dadurch, dass die Vorflügel 9 ein Profil 15 mit einer sehr dünnen Querschnittsfläche besitzen, haben diese im Vergleich zum Stand der Technik ein anderes Strömungsverhalten, indem sie selbst weniger Auftrieb haben, dafür aber den Wind besser zum Hauptflügel hin leiten.

[0017] Verstärkt wird diese Funktion durch die Verschwenkbarkeit der Vorflügel 9. Die Verschwenkung erfolgt in einer einfachen Ausführungsform ausschließlich durch Wind- und Fliehkräfte derart, dass die Vorflügel 9 bei Stillstand oder geringer Drehzahl je nach Stellung zur Windrichtung entweder an den Hauptflügel 4 oder von diesem weg gedrückt werden. Das heißt, dass die Vorflügel 9 mit ihrem Ende 12 in Richtung zur äußeren Fläche 8 der Hauptflügel 4 angedrückt werden, wenn der Wind gegen die Außenfläche 14 der Vorflügel 9 strömt und von den Hauptflügeln 4 weg gedrückt werden, wenn der Wind gegen die Innenfläche 13 der Vorflügel 9 strömt.

[0018] Mit zunehmender Drehzahl wird auch die auf die Vorflügel 9 wirkende Fliehkraft größer, bis die Vorflügel 9 durch den auf die Außenfläche 14 wirkenden Wind gar nicht mehr oder nicht mehr ganz bis an die Hauptflügel 4 bewegt werden.

[0019] Durch die beschriebene Geometrie der Vorflügel 9 und deren Anordnung außerhalb und vor den Hauptflügeln 4 ist die quer zur Windrichtung gemessene, wirksame, gemeinsame Außenfläche der Vorflügel 9 und Hauptflügel 4 während der Bewegung vom dem Wind zugewandten Scheitelpunkt des Rotors bis zu einem Winkel von 90° größer als die wirksame, gemeinsame Außenfläche der Vorflügel 9 und Hauptflügel 4 im entsprechenden Winkelbereich vor dem Scheitelpunkt, so dass die sich dadurch ergebende Drehmomentdifferenz ein positives Antriebsmoment erzeugt. Da bei Stillstand oder geringer Drehzahl des Rotors die Vorflügel 9 vom Wind an die Hauptflügel 4 gedrückt werden, entsteht eine geschlossene Fläche, welche diesen Effekt positiv beeinflusst. Dadurch wird das Anlaufverhalten der Windkraftanlage verbessert.

[0020] In der vom Wind abgewandten Hälfte des Rotors tritt zwar im Wesentlichen der gleiche Effekt mit umgekehrtem Drehmoment auf, da hier die quer zur Windrichtung gemessene Summe der Innenflächen der Vorflügel 9 und Hauptflügel 4 im Winkelbereich von 90° nach dem Scheitelpunkt größer ist als im entsprechenden Winkelbereich vor dem Scheitelpunkt. Dieser an sich negative Effekt wird jedoch dadurch gemildert, dass die Vorflügel 9 insbesondere im Winkelbereich von 90° nach dem Scheitelpunkt durch den Wind und bei größerer Drehzahl zusätzlich durch die Fliehkraft von den Hauptflügeln 4 weg gedrückt werden, so dass durch den Spalt zwischen den Vorflügeln 9 und den Hauptflügeln 4 keine geschlossene Fläche entsteht, wodurch der Winddruck abgeschwächt wird, und dass durch die Vorflügel 9 der Wind so auf die Hauptflügel 4 umgelenkt wird, dass eine positive Antriebskraft in Drehrichtung des Rotors entstehen kann.

[0021] Wenngleich es durch eine ausgewogene Konstruktion möglich ist, die beschriebene Bewegung der Vorflügel 9 ausschließlich durch Wind- und Massenkräfte zu bewirken, wäre es im Rahmen der Erfindung auch möglich, diese Bewegung durch eine mechanische oder elektrische Zwangsführung oder einen gesteuerten, motorischen Antrieb zu erzeugen. Gleichermaßen ist es möglich, die Bewegung der Vorflügel 9 in die eine oder andere Richtung durch Federkräfte zu unterstützen und/oder Dämpfungselemente oder Federelemente zu verwenden, welche einen gedämpften oder gefederten Anschlag der Vorflügel 9 im Bereich der beiden Endstellungen bewirken, um störende akustische Effekte durch die Bewegung der Vorflügel 9 zwischen den beiden Endstellungen zu vermeiden. 2/4

Claims

österreichisches Patentamt AT 10 992 U1 2010-02-15 [0022] Der erfindungsgemäße Rotor wird wie bei gattungsgemäßen Windkraftmaschinen üblich über seine Hauptwelle 1, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes, an einen Generator angeschlossen, der seinerseits den erzeugten elektrischen Strom in ein öffentliches oder privates Stromnetz eingespeist. Natürlich können mit der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine auch andere mechanische und elektrische Anlagen betrieben werden. [0023] Da der Anschluss der erfindungsgemäßen Windkraftmaschine bzw. des erfindungsgemäßen Rotors an Generatoren und in weiterer Folge an ein Stromnetz oder an andere mechanische und elektrische Anlagen auf an sich aus Stand der Technik bekannte Weise erfolgen kann, wird dies nicht näher beschrieben. Auch die Anordnung und Verankerung der Windkraftmaschine am Boden oder auf Gebäuden kann auf an sich bekannte Weise erfolgen so dass in Fig. 2 nur grob schematisch ein aus vier Füßen 17 bestehendes Gestell angedeutet ist. Ansprüche 1. Windkraftmaschine mit einem Rotor mit einer vertikalen Drehachse (1), mit wenigstens einem parallel zur Drehachse ausgerichteten Hauptflügel (4) mit einem Tragflügelprofil oder einem ähnlichen Profil und mit einem Vorflügel (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (9) ein gekrümmtes Profil mit im wesentlichen parallelen Innenflächen (13) und Außenflächen (14) aufweist.
2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (9) in Drehrichtung des Rotors gesehen wenigstens teilweise vordem Hauptflügel (4) angeordnet ist.
3. Windkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (9) radial wenigstens teilweise außerhalb des Hauptflügels (4) angeordnet ist.
4. Windkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (9) um eine vorzugsweise im Bereich seiner Vorderkante angeordnete Achse (10) verschwenkbar ist.
5. Windkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (9) zwischen einer inneren Stellung, in welcher er am Hauptflügel (4) anliegt, und einer äußeren Stellung, in welcher er etwa parallel zur Außenfläche (8) des Hauptflügels (4) liegt, verschwenkbar ist.
6. Windkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (9) durch Windkraft gegen die Kraft einer Feder verschwenkbar ist.
7. Windkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Rotoren koaxial übereinander angeordnet sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4