AT413741B

AT413741B - Rotor für windkraftwerke

Info

Publication number: AT413741B
Application number: AT0194404A
Authority: AT
Inventors: Johannes Dipl Ing Markopulos
Original assignee: Johannes Dipl Ing Markopulos
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-05-15
Also published as: ATA19442004A; WO2006053355A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für Windkraftwerke, mit einer Nabe und mehreren Schaufeln, die für eine radiale Durchströmung von innen nach außen ausgebildet sind.

Ein Rotor dieser Art, d.h. mit Schaufeln, die radial von innen nach außen durchströmt werden, 5 ist aus der US 4 915 580 bekannt. Bei dem bekannten Rotor sind die Schaufeln starr an der Nabe montiert.

Windkraftwerke sind stark wechselnden Anströmbedingungen unterworfen. Rotoren für Windkraftwerke müssen daher verschiedenste gegensätzliche Anforderungen erfüllen. Zum einen io sollen sie bereits bei geringsten Windstärken anlaufen und dafür entsprechen geformt und gleichgewichtig sein, zum anderen müssen sie auch Stürmen und starken Windböen widerstehen können und dafür entsprechend robust ausgelegt sein. Nicht zuletzt soll die Umdrehungszahl des Rotors bei wechselnden Strömungsbedingungen dennoch möglichst geringen Schwankungen unterliegen, um die Energieerzeugung im Kraftwerk zu vereinfachen. Die Erfin-15 düng setzt sich zum Ziel, einen Rotor für ein Windkraftwerk zu schaffen, welcher allen diesen Anforderungen genügt.

Dieses Ziel wird mit einem Rotor der eingangs genannten Art erreicht, der sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, daß die Schaufeln am Umfang der Nabe um jeweils eine zur 20 Nabenachse parallele Schwenkachse angelenkt sind.

Auf diese Weise können sich die Schaufeln entsprechend der Anströmgeschwindigkeit einstellen, sodaß stets ein optimaler Betriebsbereich und damit Wirkungsgrad des Rotors erreicht werden kann. 25

Bevorzugt sind dazu die Schaufeln entgegen ihrer Auswärtsschwenkbewegung federbelastet, sodaß sie bei zunehmender Anströmgeschwindigkeit und -kraft des Windes nach außen schwenken und sich gleichsam fortschreitend „öffnen“. Alternativ können die Schaufeln durch ihre Gewichtsverteilung entgegen ihrer Auswärtsbewegung fliehkraftbelastet sein. Mit beiden 30 Maßnahmen kann erreicht werden, daß die Drehzahl des Rotors auch bei zunehmender Windgeschwindigkeit oder kurzen Windböen weitgehend konstant bleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Fliehkraftbelastung der Schaufeln dadurch erreicht, daß sie jeweils mit einem von ihrer Schwenkachse entgegenge-35 setzt auskragenden Hebelgewicht versehen sind, was eine einfache einstückige Fertigung ermöglicht.

In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn die Nabe Anschläge zur Begrenzung der Auswärtsschwenkbewegung der Schaufeln trägt, um zu verhindern, daß die Schaufeln sich zu weit 40 öffnen und dann zu geringe Kraft entwickeln.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgesehen, daß die Nabe zwei voneinander axial beabstandete Kränze aufweist, zwischen denen die Schwenkachsen der Schaufeln gelagert sind. Dies ergibt eine besonders stabile Lagerung der Schaufeln. 45 Darüber hinaus können die Kränze in verschiedenen Größen vorgefertigt und mit einheitlichen Naben zusammengebaut werden, was ein modulares Baukastensystem für die Fertigung von Rotoren unterschiedlicher Durchmesser und Größen schafft.

In einem weiteren Aspekt befaßt sich die Erfindung mit der Schaffung eines Rotors der vorge-50 stellten Art mit vertikaler Rotorachse und einer Windhutze, welche die Windanströmung zum Rotor umlenkt, wobei erfindungsgemäß die Windhutze parallel zur Rotorachse drehbar gelagert und mit einem Leitwerk zur Ausrichtung im Wind versehen ist. Mit dieser Anordnung können Rotoren mit beträchtlichem Außendurchmesser aufgebaut werden, welche - im Gegensatz zu Rotoren mit horizontaler Drehachse - keine störenden periodischen Schlagschatten in die Um-55 gebung werfen, da ihr einziger hochragender Teil die Windhutze ist. 3

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Bevorzugt wird dabei vorgesehen, daß die Windhutze mit federbelasteten, ins Freie mündenden Luftaustrittsklappen versehen ist, wodurch Windböen und Windspitzen abgeleitet werden können, um die Umdrehungszahl des Rotors noch besser konstant zu halten. 5 Zur maximalen Ausnutzung des anströmenden Windes überdeckt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Windhutze in Windanströmrichtung gesehen den Rotor.

In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn die Windhutze bevorzugt mit einer Feststellbremse ausgestattet ist, sodaß eine Sicherung des Windkraftwerkes im Falle von Starkwinden oder io Unwettern möglich ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen 15 die Fig. 1 und 2 den Rotor gemäß der Erfindung in einer querschnittlichen Seitenansicht bzw. einer Draufsicht,

Fig. 3 die Lagerung einer der Schaufeln des Rotors der Erfindung ausschnittsweise im Schnitt, Fig. 4 eine der Schaufeln des Rotors der Erfindung in einer Draufsicht und die Fig. 5 und 6 eine alternative Ausführungsform der Windhutze in einer querschnittlichen 20 Seitenansicht bzw. einer Draufsicht.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Rotor 1 für ein Windkraftwerk eine Nabe 2 auf, welche an ihrem Umfang Rotorschaufeln 3 lagert, die für eine radiale Durchströmung von innen nach außen ausgebildet sind, wie in der Technik bekannt. 25

Zu diesem Zweck umfaßt die Nabe 2 zwei voneinander axial beabstandete Kränze 4, 5 (Fig. 3), welche über ihren Umfang verteilt Bolzen, Stifte bzw. Hülsen 6 lagern, an denen die Schaufeln 3 angelenkt sind. Der obere Kranz 4 ist kreisringförmig, sodaß er eine zentrale Öffnung 7 zur axialen Anströmung des Rotors 1 beläßt. Der untere Kranz 5 kann Teil einer unteren vollkreis-30 förmigen Abdeckung des Rotors sein, die eine Umlenkung der axialen Anströmung in die radiale Strömung nach außen zum Antrieb der Schaufeln 3 bewirkt, wie dem Fachmann bekannt.

Auf der Achse 8 des Rotors 1 ist eine Windhutze 9 drehbar gelagert, die mit einem Leitwerk 10 ausgestattet ist. Das Leitwerk 10 bewirkt eine derartige Ausrichtung der Windhutze 9 im Wind, 35 daß ihr Einlaß 11 die Windströmung empfängt und zum Rotor 1, genauer zur zentralen Öffnung 7 des Kranzes 4, lenkt.

In Fig. 4 ist eine der Schaufeln 3 in zwei Stellungen gezeigt, und zwar mit ausgezogenen Linien in der einwärts geschwenkten Stellung und mit strichlierten Linien in der auswärts geschwenk-40 ten Stellung.

Die Schaufeln 3 sind jeweils mit einem von ihrer Schwenkachse bzw. Anlenkung 6 entgegengesetzt auskragenden Hebelgewicht 12 versehen, das beispielsweise durch ein verdicktes Ende der Schaufel 3 selbst gebildet wird. Die Masse des Hebelgewicht-Teiles 12 der Schaufel 3 ist 45 größer als jene des auf der anderen Seite der Anlenkung 6 liegenden strömungswirksamen Teiles 13 der Schaufel 3. Dadurch übt die Fliehkraft des Hebelgewichtes 12 bei der Drehung auf den strömungswirksamen Teil 13 eine einwärts gerichtete Kraft aus, gegen welche die Anströmung antritt. Bei starker Anströmung der Schaufel 3 übenwindet die Anströmkraft die Fliehkraft des Hebelgewichtes 12, sodaß die Schaufel 3 fortschreitend nach außen schwenkt, so bis sie in der in Fig. 4 strichliert gezeigten Stellung an einem Anschlag 14 anschlägt, der an der Nabe 2 ausgebildet ist.

Anstelle der Fliehkraftbelastung der Schaufel 3 durch das Hebelgewicht 12 könnte auch eine entsprechende Federkraftbelastung vorgesehen werden (nicht gezeigt).

Claims

4 AT 413 741 B Die Fig. 5 und 6 zeigen eine alternative Ausführungsform der Windhutze 9. Die Windhutze 9 überdeckt hier in Windanströmrichtung gesehen mit einem Abdeckteil 15 den Rotor 1, sodaß dieser im „Windschatten“ der Windhutze 9 liegt. 5 Die Windhutze 9 ist mit federbelasteten, ins Freie mündenden Luftaustrittsklappen 16 ausgestattet, welche bei besonders starker Anströmung öffnen und einen Teil des Windes ungenützt ins Freie entlassen, um die Drehzahl des Rotors 1 konstant zu halten. Die Windhutze 9 kann ferner mit einer ihre Drehbewegung um die Achse 8 blockierenden Fest-io stellbremse (nicht gezeigt) versehen sein, um eine Sicherung des Windkraftwerkes bei Starkwind oder Unwettern zu ermöglichen. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen. 15 Patentansprüche: 1. Rotor für Windkraftwerke, mit einer Nabe und mehreren Schaufeln, die für eine radiale 20 Durchströmung von innen nach außen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (3) am Umfang der Nabe (2) um jeweils eine zur Nabenachse (8) parallele Schwenkachse (6) angelenkt sind.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (3) entgegen ihrer 25 Auswärtsschwenkbewegung federbelastet sind.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (3) jeweils mit einem von ihrer Schwenkachse (6) entgegengesetzt auskragenden Hebelgewicht (12) versehen sind. 30
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) Anschläge (14) zur Begrenzung der Auswärtsschwenkbewegung der Schaufeln (3) trägt.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) zwei 35 voneinander axial beabstandete Kränze (4, 5) aufweist, zwischen denen die Schwenkachsen (6) der Schaufeln (3) angeordnet sind.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit vertikaler Rotorachse (8) und einer Windhutze (9), welche die Windanströmung zum Rotor (1) umlenkt, dadurch gekennzeichnet, daß die 40 Windhutze (9) parallel zur Rotorachse (8) drehbar gelagert und mit einem Leitwerk (10) zur Ausrichtung im Wind versehen ist.
7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windhutze (9) mit federbelasteten, ins Freie mündenden Luftaustrittsklappen (16) versehen ist. 45
8. Rotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Windhutze (9) in Windanströmrichtung gesehen den Rotor (1) überdeckt.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windhutze (9) so mit einer Feststellbremse ausgestattet ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 55