AT510238B1 - Rotor für ein windrad - Google Patents

Abstract

Gezeigt wird ein Rotor für ein Windrad, vorzugsweise zur Verwendung als Vertikal-Läufer, mit zwei oder mehr um die Rotorachse (6) angeordnete Armen (1), an welchen jeweils mehrere parallel zur Rotorachse (6) verlaufende, aerodynamisch geformte Lamellen (2) angeordnet sind, welche durch Anströmung wie auch durch Fliehkraft um eine Längsachse (5) der Lamellen (2) drehbar sind, und welche durch Anströmung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden können, wo die Lamellen (2) einander überlappen. Dabei ist zur Dämpfung der Lamellen vorgesehen, dass jede Lamelle (2) sowohl im Bereich der Längsachse (5) als auch nahe dem Ende, das von der Längsachse (5) entfernt ist, zumindest einen Permanentmagneten (3, 4) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Lamellen (2) ein Permanentmagnet (3) an der Längsachse (5) einer Lamelle einem Permanentmagneten (4) am Ende einer benachbarten Lamelle gegenüber liegt, wobei diese beiden Permanentmagneten (3, 4) einander abstoßen, sodass ein gegenseitiges Berühren der benachbarten Lamellen vermieden wird.

Description

österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15

Beschreibung

ROTOR FÜR EIN WINDRAD

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rotor für ein Windrad, vorzugsweise zur Verwendung als Vertikal-Läufer, mit zwei oder mehr um die Rotorachse angeordneten Armen, an welchen jeweils mehrere parallel zur Rotorachse verlaufende, aerodynamisch geformte Lamellen angeordnet sind, welche durch Anströmung wie auch durch Fliehkraft um eine Längsachse der Lamellen drehbar sind, und welche durch Anströmung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden können, wo die Lamellen einander überlappen.

[0002] Der Rotor könnte auch als Strömungsrezeptor für andere Elemente, wie Wasser, also als Turbine, verwendet werden. Bei der Verwendung als Windrad stellt der Wind die Anströmung dar. Die Windkraft bewirkt eine Drehung bzw. Schwenkung der Lamellen. Auf der sogenannten Antriebsseite, wo also der Wind am Rotor angreift und sich dieser mit dem Wind bewegt, werden die Lamellen durch die Anströmung geschlossen (Lamellen zueinander bzw. Lamellen hin zur jeweiligen Außenbegrenzung), wodurch sich mehr Wirkfläche, also Antriebsfläche ergibt. Auf der sogenannten Gegenlaufseite öffnen sich die Lamellen, bieten somit weniger Angriffsfläche und das Element, etwa der Wind, wird zwischen den geöffneten Lamellen durchgelassen, diese Seite des Rotors bietet daher weniger Gegenwiderstand.

STAND DER TECHNIK

[0003] Strömungsrezeptoren, Turbinen, Rotoren, welche als Windkraftanlagen ausgeführt werden, sind in unterschiedlichen Typen bekannt. Grob ausgedrückt wird unterschieden zwischen Horizontal-Läufern und Vertikal-Läufern. Vertikal-Läufer werden auch VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) bezeichnet und unterteilen sich nochmals grob in den Savonius-Rotor und den Darrieus-Rotor (US 1835018), wobei div. Unterarten (egg-beater, H-Darrieus (WO 9509304), C-Rotor (DE 4120908)) bereits weiterentwickelt wurden. Ebenso wurde unter den Vertikal-Läufern eine besondere Art sogenannte Klappflügler (WO 03014564, US7083382 B2, US2010/0135804 A1, W02008/056003 A1, DE60032430T2) bereits entwickelt. Vertikal-Läufer haben den Vorteil, dass eine Windnachführung wie bei Horizontal-Läufern entfällt. Während Horizontal-Rotoren durch den Entwicklungsvorsprung von heutigen konventionellen WKA (Hori-zontal-Rotor - Windkraftanlagen) Erntegrade von rund 50% erreichen (unter normalen Bedingungen ist ein Leistungsbeiwert von 0,55 die bisherige Obergrenze), erreichen Darrieus-Rotoren bisher nur einen Erntegrad von bis zu 40%, Savonius-Rotoren gar nur 28%. Savonius-Rotoren haben ein hohes Drehmoment bei relativ niedriger Drehzahl, dennoch liegt der Wirkungsgrad deutlich unter den anderer Modellen. Warum bisher Vertikal-Rotoren keinen höheren Erntegrad erzielen liegt teilweise daran, dass in einem Teil des Drehkreises die Reibung dem Vortrieb überwiegt, was besonders für Darrieus- wie für Savonius-Rotor und mögliche Unterarten zutrifft. Für turbulente Strömungen in Bodennähe sind dagegen Horizontal-Läufer eher ungeeignet, hier eignen sich besonders gut Vertikal-Läufer, weil diese von einer konstanten Windrichtung unabhängig sind. Ein genereller Nachteil von Vertikal-Läufern ist eine mögliche Unwucht, welche durch hohe Rotationsgeschwindigkeiten bei starkem Wind auftreten können. Aufgrund der ständigen Wechsel der Anstellwinkel zur einwirkenden Strömung sind Vertikal-Rotoren Lastwechseln ausgesetzt, welche im Zusammenspiel mit den Fliehkräften, Schwingungen verursachen können. Bei allen Arten von Windradflügeln können Eigenschwingungen angeregt werden. Es ist daher sinnvoll, die Eigenfrequenz des Flügels vorher zu berechnen, sodass durch konstruktive Maßnahmen unerwünschte Resonanzen auszuschließen sind.

[0004] Vertikal-Läufer haben gegenüber konventionellen Systemen mit horizontaler Achse folgende Vorteile: [0005] · Der Wind wird aus allen Richtungen aufgenommen, ohne dass eine Windnachfüh rung benötigt wird, somit auch in Bodennähe einsetzbar. 1 /15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15 [0006] · Starke Windböen werden problemlos ,gechluckt', aufwendige Rotorblatt-Verstellein richtungen entfallen.

[0007] · Auch bei Sturm muss die Anlage nicht stillgelegt werden (andere Anlagen werden meist bei 24 - 27 m/s gestoppt).

[0008] · Sie sind robuster, zeigen kaum Verschleiß, sind nahezu wartungsfrei und auch be triebskostengünstig, da der mechanische Aufbau weit weniger komplex ist.

[0009] · Sie können für längere Betriebszeiten ausgelegt werden.

[0010] · Sie sind fast geräuschfrei.

[0011] · Es sind keine besonderen Fundamente notwendig, eine einfache Abspannung genügt in den meisten Fällen.

[0012] Vertikal-Läufer haben gegenüber konventionellen Systemen mit horizontaler Achse folgende Nachteile: [0013] · Der Winderntegrad ist geringer als bei Horizontal-Läufern.

[0014] Windturbinen mit vertikaler oder horizontaler Achse haben generell folgende Nachteile: [0015] · Die Cut-In Geschwindigkeit (Anlauf-Geschwindigkeit), also die niedrigste Geschwin digkeit wo Rotoren beginnen, brauchbaren Strom zu produzieren, liegt über 3 m/s.

[0016] Aus der DE 195 17 856 A1 ist ein Rotor für ein Windrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Allerdings schlagen die Lamellen beim Schließen aufeinander, wodurch einerseits Lärm entsteht und andererseits das Material der Lamellen beansprucht wird.

TECHNISCHE AUFGABENSTELLUNG

[0017] Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Rotor, insbesondere für Windkraftanlagen, als Vertikal-Läufer der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass zumindest einer der oben erwähnten Nachteile nicht zum Tragen kommt, insbesondere soll die Materialbeanspruchung der Lamellen reduziert werden.

ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG

[0018] Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht, indem jede Lamelle sowohl im Bereich der Längsachse als auch nahe dem Ende, das von der Längsachse entfernt ist, zumindest einen Permanentmagneten aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Lamellen ein Permanentmagnet an der Längsachse einer Lamelle einem Permanentmagneten am Ende einer benachbarten Lamelle gegenüber liegt, wobei diese beiden Permanentmagneten einander abstoßen, sodass ein gegenseitiges Berühren der benachbarten Lamellen vermieden wird.

[0019] Entsprechend kann in vorteilhafter Weise für die innerste Lamelle (nächst der Rotorachse) sowie für die äußerste Lamelle jeweils eine Drehbegrenzung an der Innenseite bzw. der Außenseite der Arme vorgesehen sein, die an den entsprechenden Stellen Permanentmagnete aufweisen, die jene der Lamellen abstoßen.

[0020] Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass jeweils in gleicher Höhe der Lamelle drei Permanentmagnete angeordnet sind, und zwar im Bereich der Längsachse auf beiden Seiten der Längsachse jeweils ein Permanentmagnet, wobei diese beiden Permanentmagnete gleiche magnetische Orientierung aufweisen, und nahe dem Ende der Lamelle ein Permanentmagnet mit entgegengesetzter magnetischer Orientierung. Wenn die Lamellen eine bestimmte Höhe überschreiten, sind zur Dämpfung mehrere Dreiergruppen von Permanentmagneten in unterschiedlichen Höhen notwendig.

[0021] Zusätzlich zur gegenseitigen magnetischen Begrenzung des Drehwinkels durch die Lamellen untereinander kann vorgesehen werden, dass für jede Lamelle eine Drehbegrenzung mit einem Permanentmagneten vorgesehen ist, welche das Ausschwenken der Lamelle gegen- 2/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15 über dem Arm begrenzt, etwa in Form eines an seinem Ende magnetbesetzten Auslegers, der am Arm befestigt ist.

[0022] Dadurch, dass der Schließ- und gegebenenfalls der Ausschwenk-Mechanismus der Lamellen eine Magnet-Dämpfung zueinander bzw. zu den Drehbegrenzungen aufweist, kann ein direkter, physischer Kontakt der Lamellen zueinander bzw. der Lamellen zu den Drehbegrenzungen hin nicht erfolgen.

[0023] Die Rotation der Lamellen erfolgt alleinig durch Rotation in Form von Windkraft und Fliehkraft, wobei eine leichtläufige Lagerung der Lamellen diesem Effekt entgegen kommt. Um die Leichtläufigkeit der Lamellen zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Längsachsen der Lamellen am Arm mittels Magnetlagern und/oder mit Ringmagneten gelagert sind. Die Lagerung der Lamellen am Armen kann also mittels Magnetlager wie auch weiteren anderen Lagern ermöglicht werden. Als Magnetlager sind Permanentmagnetlager empfehlenswert, da diese ständig ohne Stromzufuhr (wie bei Elektro-Magnetlagern) agieren. Die Lamellenachse ist dabei so zu wählen, dass dieser Effekt begünstigt wird, also der Lamellen-Schwerpunkt hinter dem Achspunkt (Anker) der Längsachse der Lamelle liegt (also von der Längsachse entfernt Richtung flach zusammenlaufendes Ende der Lamelle).

[0024] Um die Lamellen an beiden Längsenden gut lagern zu können, kann vorgesehen sein, dass immer jeweils zwei parallel verlaufende Arme vorgesehen sind, zwischen denen die Lamellen verlaufen und in welchen die beiden Enden der Längsachsen der Lamellen gelagert sind. Dabei können die Arme bei Draufsicht von oben in jeder möglichen Form (einer Geraden, gebogen, geschwungen oder gewinkelt) von der Rotormitte nach außen hin zum Rotor-Ende ausgebildet sein, die Anzahl der Antriebsarme am Rotor ist variabel.

[0025] Um die Stabilität des Rotors bei einseitiger Belastung auf der Antriebsseite zu gewährleisten, kann vorgesehen werden, dass mehrere Arme mittels Verbindungsringen oder Rotorscheiben miteinander verbunden sind.

[0026] Um die Leichtläufigkeit des Rotors zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Rotorachse, der Verbindungsring und/oder die Rotorscheiben Magnete oder Magnetringe aufweisen, mit denen der Rotor magnetisch gelagert werden kann.

[0027] Entsprechend sind an einem Windrad umfassend zumindest einen Rotor sowie ein Stativ zur Aufnahme der Rotorachse, am Stativ Magneten, insbesondere Magnetringe, ein Lagerring mit Magneten und/oder eine Stativscheibe mit Magnetringen derart vorgesehen, dass sie den Rotor aufgrund magnetischer Abstoßung tragen.

[0028] Der Verbindungsring bzw. die Rotorscheibe weisen insbesondere am unteren Ende des Rotors angebrachte Magnete auf, wobei am darunter befindlichen Stativ des Rotors ebenso ein Ring (Lagerring) oder eine Scheibe (Fläche, etwa eine Stativscheibe) in geeignetem Abstand angebracht sein kann, welche/r ebenso angebrachte Magnete aufweisen kann, diese mit den Magneten am Verbindungsring/an der Rotor-Scheibe interagieren und eine leichtläufige Lagerung wie auch magnetische Levitation des Rotors ermöglichen und somit eine sehr niedrige Anlaufgeschwindigkeit wie auch leichten Nachlauf gewährleisten, wobei ebenso jegliche andere Form der Lagerung zum Einsatz kommen kann. Durch magnetische Lagerung kann die cut-ln Geschwindigkeit (wo Anlage zu drehen und Strom zu produzieren beginnt) deutlich gesenkt werden, auch unter 3 m/s.

[0029] Ein Windrad kann auch mehrere übereinander angeordnete, durch deren Rotorachse gekoppelte Rotoren umfassen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, dass man den Vertikal-Rotor nicht nur nach außen (in die Breite = mehr Lamellen) sondern auch nach oben (Höhe) bauen kann, um Effizienz deutlich zu steigern (quadriere den Kreis). Somit kann dieser Rotor -welcher vergleichsweise ebenso viel Energie erzeugt wie ein Horizon-tal-Rotor - deutlich kleiner ausfallen als bisherige Vertikal-Rotoren, da mehr Wind-Wirkfläche vorhanden ist - wobei auf der Gegenlaufseite der Widerstand äußerst gering gehalten wird (offene Lamellen).

[0030] Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass überall, wo Magnete zur Lagerung (Rotor- 3/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15

Lagerung und Stativ sowie Lamellen-Lagerung auf Armen) oder zwecks Dämpfung (Lamellen auf Lamellen bzw. Lamellen auf Drehbegrenzung) angebracht sind und mechanische Bewegung erfolgt, zusätzlich Leiter (Spulen) entsprechend günstig angebracht sind, um zusätzlich -neben der primären Stromerzeugung durch den Rotor auf der Rotorachse (Antriebswelle) hin zum Generator - Strom zu erzeugen. Es kann also beispielsweise mittels Magnetlager (Rotor = Längs-Achse der Lamellen und Stator = Spulen an der Arm-Konstruktion) ebenso sekundär Strom erzeugt werden.

[0031] Grundsätzlich sind die Lamellen am Arm so angebracht, dass diese sich überlappen (Lamellen-Ende flach zusammenlaufend trifft auf Achspunkt der dahinter liegenden Lamelle). Ebenso kann jegliche Profil-Form für die Lamelle zum Einsatz kommen, anzumerken ist, dass diese in einem guten Strömungsverhältnis (bei direkter Anströmung auf der Antriebsseite, wie auch mit minimalen Widerstand auf der Gegen lauf seife) konstruiert sein soll. Da die Lamellen zueinander/aufeinander schließen, ist eine geräuscharme wie Material schonende Dämpfung zu wählen, was mittels der Magnet-Dämpfung (N trifft auf N bzw. S trifft auf S) an den Lamellen ermöglicht wird. Diese kommen am Ende der Lamelle, wo diese flach zusammenläuft, wie auch vorne am Achspunkt der Lamelle zum Einsatz, wodurch ein Kippen (Lamelle drückt auf hinten liegende Lamelle vor dem Achspunkt) vermieden wird. Auch hierfür sind permanent Magnete (Neodym) empfehlenswert. Die Position ist so zu wählen, dass die Magnete direkt übereinander liegen und sich abstoßen, was einen direkten, physischen Kontakt der Lamellen beim Schließen oder Öffnen verhindert. Zumindest bei innerster Lamelle bzw. äußerster Lamelle pro Arm ist eine Drehbegrenzung einzusetzen, welcher die Lamelle daran hindert, weiter als erwünscht oder erforderlich zu drehen. Auch bei diesen Drehbegrenzungen sind Dämpf-Elemente (Magnete) zwecks Dämpfung zur Lamelle hin, einzusetzen. Die Dämpf-Elemente (Magnete) an den Lamellen bzw. an den Drehbegrenzungen können eingearbeitet sein, um Festigkeit in Position und Stabilität dieser, durch Fliehkräfte wie auch Wirkung zu einander, zu entsprechen. Natürlich könnten auch andere Dämpf-Elemente zum Einsatz kommen.

[0032] Die Lamellen könnten am Arm auch so angebracht sein, dass diese nicht überlappen. In diesem Fall ist auf der Lamellenachse kein Dämpf-Element (Magnet) erforderlich, sondern stattdessen am Arm, und zwar in der Position, wo die Lamelle auf den Arm (bzw. die von übereinander liegenden Armen aufgespannte Fläche) treffen würde.

[0033] Am Rotor können zwei oder mehr (unbegrenzt) Arme zum Einsatz kommen. Ebenso ist jegliche Konstruktionsform der Antriebsarme (von Rotor-Mitte hinaus zu - gerade, schräg, gebogen, spiralig, gewinkelt, etc.) möglich.

[0034] Der Rotor des Vertikal-Läufers selbst wird leichtläufig gelagert, wobei auch hier jegliche Form von Lager zum Einsatz kommen könnte, vorzugweise aber Magnet-Lagerung. Empfehlenswert ist auch hier, wie bei den Lamellen, eine Magnet-Lagerung, welche magnetische Levitation und verminderte bis keine Reibung (Reibungslosigkeit) ermöglicht. Dies kann ebenso mittels Permanentmagneten (Neodym) ermöglicht werden. Durch diese Art der Rotor-Lagerung können bis zu 1000 Stunden/Jahr mehr Strom erzeugt werden bzw. diese Form des Rotors auch in Schwachwind-Gebieten eingesetzt werden.

[0035] Je weiter die Lamellen bei diesem Vertikal-Läufer nach außen hin sowie auch in die Höhe gebaut werden, desto höher werden die Antriebskräfte, welche auf diese Turbine und weiter auf den Generator wirken. Eine derartige hohe Energie-Gewinnung pro m2 Winderntefläche kann lediglich mit einem erfindungsgemäßen Rotor erreicht werden.

[0036] Es kann jegliche Anzahl von Lamellen pro Arm, jegliche Breite von Lamellen, sowie jegliche Länge von Lamellen an Armen zum Einsatz kommen, ebenso wie verschiedene Lamel-len-Profilarten.

[0037] Die Windnachführung wie bei Horizontal-Läufern entfällt. Egal von welcher Seite der Wind kommt, der Rotor ist ab drei Armen im Winkel von 120° zueinander um die Vertikal-Achse immer richtig positioniert. Die Lamellen sind vorzugweise um deren Vertikal-Achse komplett drehbar und lediglich von der Nachbar-Lamelle bzw. der Drehbegrenzung in der Weiterdrehung 4/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15 eingeschränkt.

[0038] Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen darin, dass eine Anwendung in [0039] Schwachwindgebieten oder mit kleineren Masthöhen ermöglicht wird, der Leistungsbereich für kleinere Abnehmer (private Haushalte, kleinere Unternehmen, etc. - beispielsweise 5kW, 10kW, 20kW) einfach realisierbar ist. D.h. kleinere Rotoren auf dem Dach oder auf dem Grundstück (Mast) montiert werden können wobei a.) die Masten nicht zu hoch gebaut werden müssen wie bei Horizontal-Rotoren bzw. b.) die Belastung der Fliehkräfte, Unwucht, Materialbeanspruchung, Eigenresonanz besonders bei Vertikal-Rotoren einfacher in diesen Größenordnungen kontrolliert werden können. Und c.) der Rotor einen wesentlich höheren Wirkungsgrad (Wind-Erntegrad) hat als bisher bekannte Rotoren; d.) keine Anlaufhilfen oder Windnach-führung erforderlich sind.

[0040] Auch Großanlagen dieser Bauart können zum Einsatz kommen, welche auf gleicher Fläche mehr Wind ernten als bisherige Großwindanlagen. Großanlagen dieses Rotortyps können als Großrotor ausgeführt werden, wie auch als Verbund - mehrere Klein- oder Mittel-Rotoren.

[0041] Die Anzahl der Antriebsarme (Flügel) sowie die Anzahl der Lamellen (Tragflächen) pro Arm sind variierbar. So kann ebenso ein Rotor mit 3, 7 oder 15 Antriebsarmen um die Rotor-Achse zum Einsatz kommen, wie auch mit 2, 5, 17 oder mehr Lamellen pro Antriebsarm. Die Eigenschaften des Rotors verändern sich hinlänglich erzeugter Leistung, sowie Kräfte welche auf den Rotor/Lamellen einwirken.

[0042] Die Lamellen sind erfindungsgemäß aerodynamisch, etwa stromlinienförmig, geformt, weisen also etwa einen Querschnitt wie eine Tragfläche eines Flugzeugs auf, die auf einer Seite eine größere Wölbung aufweist als auf den anderen. Insbesondere könnte eine Lamelle nur auf einer Seite eine Wölbung aufweisen, auf der anderen Seite eben ausgebildet sein. Ebenso kann die Lamelle einen symmetrischen Querschnitt aufweisen, wie etwa in Fig. 5 dargestellt.

[0043] Die Erfindung wird anhand eines Rotors für Windräder in den beispielhaften Figuren 1 bis 11 näher erläutert. Dabei zeigt [0044] Fig. 1 [0045] Fig. 2 [0046] Fig. 3 [0047] Fig. 4 [0048] Fig. 5 [0049] Fig. 6 eine Draufsicht des Rotors von oben mit beweglichen Lamellen (Tragflächen), eine Seitenansicht des Rotors mit beweglichen Lamellen (Tragflächen) im geschlossenen Zustand, eine Seitenansicht des Rotors mit der Lagerung der Lamellen,

Draufsicht des Rotors von oben mit Lamellendämpfung,

Draufsicht auf zwei benachbarte Lamellen (Tragflächen) mit Magnet-Dämpfung zueinander,

Draufsicht des Antriebsarms eines Rotors von oben mit Innen- bzw. auch möglicher Außenbegrenzung der Lamellen-Bewegung, [0050] Fig. 7 [0051] Fig. 8 [0052] Fig. 9 [0053] Fig. 10 [0054] Fig. 11

Draufsicht des Rotors von oben mit gekrümmten Antriebsarmen,

Seitenansicht einer Lamelle mit Magnetlager,

Seitenansicht des Rotors mit Lager- und Verbindungsringen,

Rotor- und Stativscheibe mit Magneten

Rotor- und Stativscheibe mit Magnetringen [0055] Fig. 1 zeigt eine Draufsicht des Rotors von oben mit beweglichen Lamellen 2 (Tragflächen). Von der Rotorachse 6 gehen in radialer Richtung drei gerade Arme 1 aus, welche hier jeweils vier Lamellen 2 tragen. Jede Lamelle ist um eine Längsachse 5 drehbar gelagert. Jeweils links und rechts von der Längsachse, an den oder in die Außenflächen der Lamellen 2 5/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15 versenkt, sind Permanentmagnete 3 angebracht. Ein weiterer Permanentmagnet 4 ist am Ende der Lamelle 2 angeordnet. Nahe der Rotorachse 6 ist an der Innenseite des Arms 1 eine Drehbegrenzung 7 vorgesehen, welche ebenfalls Permanentmagnete zur Dämpfung aufweist, deren Montageposition mit dem oder den Permanentmagneten 4 der innersten Lamellen korrespondieren. An der Außenseite des Arms 1 ist ebenfalls eine Drehbegrenzung 9 mit Permanentmagneten vorgesehen, deren Montageposition mit dem oder den Permanentmagneten 4 der äußersten Lamellen korrespondieren.

[0056] Der in Fig. 1 komplett dargestellte Arm 1 auf der linken Seite ist im dargestellten Zeitpunkt der sogenannte Antriebsarm, an welchem der Wind aus der Windrichtung 11 (in Fig. 1 also von unten) angreift. Die stärke gewölbte Außenfläche 8 der Lamellen 2 zeigt zum Wind. Die beiden Arme 1 rechts von der Rotorachse 6 werden als Gegenlaufarme bezeichnet, weil sie aufgrund der Drehrichtung 12 gegen den Wind laufen.

[0057] Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Rotors mit beweglichen Lamellen (Tragflächen) im geschlossenen Zustand, wobei an deren Oberseite die Lamellen 2 im Profil dargestellt sind. Hier ist erkennbar, dass jeweils zwei parallel verlaufene Arme 1 vorgesehen sind, die hier waagrecht ausgeführt sind. Zwischen den beiden zusammengehörigen Armen 1 sind die Lamellen 2 parallel zueinander gelagert.

[0058] Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Rotors mit der Lagerung der Lamellen, entsprechend einem oberen Ausschnitt aus Fig. 2. Die Längsachse 5 der Lamelle 2 ist jeweils mit einem Ringmagneten 15 fest verbunden, der axial magnetisiert ist, also an der Oberseite den magnetischen Nordpol und an der Unterseite den magnetischen Südpol aufweist. Der Arm 1 weist konzentrisch über dem Ringmagneten 15 einen gleich großen Ringmagneten 16 auf, der allerdings umgekehrt orientiert ist (Südpol S oben, Nordpol N unten). Entsprechend ist das andere (untere, hier nicht dargestellte) Ende der Längsachse 5 im unteren Arm 1 gelagert.

[0059] Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Rotors von oben mit Lamellendämpfung. Hier sind die Lamellen 2 symmetrisch ausgebildet, die übrige Anordnung der Arme 1 um die Rotorachse 6, die Drehbegrenzungen 7 und 9 und die Permanentmagneten 3, 4 sind analog zu Fig. 1 ausgeführt. Es ist hier erkennbar, dass die Drehbegrenzungen 7 und 9 - ähnlich wie die um die Längsachse 5 der Lamellen 2 - auf einer Ebene zwei einander gegenüberliegende Permanentmagnete aufweisen. Fig. 4 veranschaulicht darüber hinaus eine mögliche Lamellen-Schwenkung um beinahe 180°.

[0060] Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf zwei benachbarte Lamellen (Tragflächen) mit Magnet-Dämpfung zueinander. Dabei ist erkennbar, dass die Permanentmagnete 3 gleiche magnetische Orientierung zueinander aufweisen (S oben, N unten), während die Permanentmagnete 4 genau umgekehrt orientiert sind (N oben, S unten). Beim Schließen der Lamellen 2 drückt das Ende einer Lamelle auf den Achspunkt der nächsten dahinter liegenden Lamelle. Genau an diesen Punkten wird die Magnet-Dämpfung, also die Permanentmagnete 3, 4, an den jeweiligen Lamellen angebracht.

[0061] Die geeignete Position der Lamellen-Dämpfung, also die Anbringung der Magnete auf den Lamellen zwecks Dämpfung, erfolgt vereinfacht ausgedrückt bei Ansicht von oben auf das Lamellen-Profil: [0062] a.) am hinteren Ende der Lamelle - wo diese zusammen läuft, sowie [0063] b.) vorne, auf Höhe der Lamellen-Längsachse (Montage der Lamelle am Antriebsarm) [0064] Somit wird ein Kipp-Effekt der Lamelle (Ende einer Lamelle drückt auf vorderen Teil der unteren Lamelle) vermieden.

[0065] Fig. 6 zeigt eine Draufsicht des Antriebsarms 1 eines Rotors von oben mit Innen- bzw. auch möglicher Außenbegrenzung der Lamellen-Bewegung. Innen, in der Ebene der Arme 1, werden die Lamellen 2 durch Magnet-Dämpfung wie in den Fig. 1-5 gedämpft. Außen ist hier für jede Lamelle 2 eine Drehbegrenzung 13 vorgesehen, die mittels eines Permanentmagnets, der mit dem bzw. den Permanentmagneten 4 am hinteren Ende der Lamelle korrespondiert und von 6/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15 diesem abgestoßen wird. Die Drehbegrenzung 13 ist am Arm 1 montiert. Die Lamellen 2 werden in geschlossener Weise dargestellt. In Hellgrau sind die Lamellen 2 in der Stellung maximaler Ausschwenkung dargestellt, welche die Drehbegrenzung 13 erlaubt. Sie hindert die Lamellen daran, mehr als z.B. 100° (vom geschlossenen Zustand aus) auszuschwenken (da windströmungsmäßig nicht erforderlich) und die Dämpfung hin zu dieser Drehbegrenzung 13 wird ebenfalls mittels Magneten gleicher Pole (Magnet-Dämpfung) gewährleistet.

[0066] Fig. 7 zeigt eine Draufsicht des Rotors von oben mit gekrümmten Antriebsarmen, links ist wieder der sogenannte Antriebsarm dargestellt.

[0067] Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht einer Lamelle 2 mit Magnetlager. Die Lagerung der Lamellen 2 am Arm 1 selbst (Lagerung vertikal sodass Lamelle horizontal ausschwenken kann) wird durch einen senkrecht, durch die Lamelle durchführenden Ankerpunkt, die Längsachse 5, erreicht, welche am Arm 1 bzw. an der Lamelle 2 - hier in der Achslagerung 14 - entsprechend gelagert ist. Diese Lagerung kann mittels Leichtlauf-Lager, Magnetlager, und/oder Magnet-Ringen, ermöglicht werden und ist an der Ober- wie auch Unterseite der Lamellen zur Befestigung am Arm 1 vorzunehmen.

[0068] Die Ringmagnete 15 (Pole auf Ober- bzw. Unterseite der Ringmagnete) an der Längsachse 5 der Lamelle 2 oberhalb wie auch unterhalb der Lamelle 2, halten die Lamelle 2 selbst in einem bestimmten Abstand zur Lamellen-Befestigung am Arm 1, also zu dessen Ringmagneten 16. Die Orientierung der Magnetringe 15, 16 wurde bereits unter Fig. 3 beschrieben.

[0069] Die Permanentmagnete 3, 4 der Magnet-Dämpfung auf den Lamellen 2 bzw. Lamellen-Drehbegrenzungen (Fig. 2) weisen eine entsprechende Distanz hin zu der möglichen magnetischen Lagerung 15 (Ankerpunkt) der Lamellen auf, sodass diese Magnete nicht interagieren, da nicht erwünscht. Der mögliche Schwenkradius der Lamellen ist mit Bezugszeichen 17 bezeichnet.

[0070] Fig. 9 zeigt die Seitenansicht des Rotors mit Lagerringen 19 und Verbindungsringen 18, 22. Es ist an der Unterseite der unteren Arme 1 ein unterer Verbindungsring 18 vorgesehen, welcher Magnete aufweisen kann, wobei die gleiche Pol-Ausrichtung z.B. S nach unten zeigt. Der Lagerring 19 am Stativ 20 des Rotors weist Magnete auf, wobei die gleiche Pol-Ausrichtung z.B. S nach oben zeigt. Das Stativ 20 des Rotors, welches die Rotorachse 6 (Welle drehend) aufnimmt, weist Stützen 21 auf, welche den Lagerring 19 tragen. Der obere Verbindungsring 22 für Arme 1 ist an deren Oberseite angeordnet und weist Magnete mit gleicher Pol-Ausrichtung auf, etwa nach oben. Entsprechend dem Lagerring 19 kann auch oberhalb des Verbindungsrings 22 ein weiterer Lagerring vorgesehen werden.

[0071] Der Rotor muss nicht in einem Stativ 20, sondern könnte auch in einer Bodenlagerung leichtläufig gelagert sein.

[0072] Fig. 10 zeigt eine Rotor- und Stativscheibe mit Magneten zur Lagerung des Rotors. Die Rotorscheibe 23 zur Lagerung des Rotors weist Magnete 24 auf, die in radialer Richtung magnetisiert sind, also etwa N außen, S innen. Die Stativscheibe 25, die in einem Abstand unter dem Rotor bzw. der Rotorscheibe 23 am Stativ angeordnet ist, weist die gleiche Anordnung von Magneten 26 auf wie die Rotorscheibe 23, etwa ebenfalls etwa N außen, S innen. Analog kann an der Oberseite des Rotors eine weitere Rotorscheibe und darüber eine weitere Stativscheibe vorgesehen sein.

[0073] Fig. 11 zeigt eine Rotor- und Stativscheibe mit Magnetringen zur Lagerung des Rotors. Es ist hier ein äußerer Magnetring 27 an der Rotorscheibe 23 vorgesehen, der in radialer Richtung magnetisiert sind, also etwa N außen, S innen. Der äußere Magnetring 28 an der Stativscheibe 25 unter (bzw. über dem Rotor, wenn an dessen Oberseite auch eine Rotorscheibe vorgesehen ist) interagiert mit dem äußeren Magnetring 27 an der Rotorscheibe 23 abstoßend (magnetische Levitation), dort ist etwa auch N außen, S innen. Es ist ein innerer Magnetring 29 an der Rotorscheibe 23 vorgesehen sowie ein innerer Magnetring 30 an der Stativscheibe 25 unter (bzw. über dem Rotor), welche mit dem inneren Magnetring 29 anziehend interagiert. Im Stativ 20 des Rotors zur Aufnahme der Rotorachse 6 bzw. Rotor-Antriebswelle sind mehrere 7/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15

Magnete 31 vorgesehen, an der Rotorachse 6 korrespondierend dazu Magnete 32, abstoßend interagierend mit Magneten 31 (magnetische Levitation). Analog kann die Lagerung an der Oberseite des Rotors ausgeführt sein.

[0074] Magnetische Levitation bezeichnet einen Schwebezustand, welcher durch eine bestimmte Konstellation (Magnet-Ausrichtung) zueinander erreicht wird, wie in Fig. 10 und 11. Das Prinzip magnetischer Levitation wird dadurch erreicht, dass Magnete so angebracht werden, dass diese eine Wechselwirkung aufzeigen. Beispielsweise ein Magnet, wo N oben und S sich unten befindet, als Zentrums-Magnet. Um diesen Magneten werden weitere Magneten angebracht, welche logischerweise S oben und N unten aufweisen (entgegengesetzt). Dadurch wirken diese mit dem Zentrums-Magneten anziehend (unterschiedliche Pole), wenngleich sich die außen angebrachten Magnete selbst abstoßen (gleiche Polausrichtung). Wird über diesen Zentrums-Magneten nun ein weiterer Magnet hinzugefügt (am besten auf einer Achse um keine seitliche Verlagerung zu ermöglichen), welcher zum Zentrums-Magneten hin abstoßend wirkt, so wird dieser Magnet von den umliegenden Magneten um den Zentrums-Magnet angezogen. Es wirken Anziehung und Abstoßung auf diesen oben angebrachten Magneten gleichermaßen, wobei das Element (der oben angebrachte Magnet) in einem Schwebe-Zustand gehalten wird -selbst wenn das komplette Konstrukt auf den Kopf gestellt (um 180°gedreht) wird.

[0075] Selbiges Prinzip wird [0076] a.) um die Achse wie auch Achs-Lagerung an der Oberseite des Rotors angewandt, sowie [0077] b.) auf den unteren Rotor-Ring/-Scheibe und auf Ring/Scheibe welcher darunter befind lich ist und zur Lagerung des Rotors dient (Fig. 11), [0078] dabei entsteht eine horizontale wie auch vertikale magnetische Lagerung/Levitation. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 Arm 2 Lamelle (Tragfläche) 3 Permanentmagnet an der Längsachse 5 der Lamelle 2 4 Permanentmagnet am Ende der Lamelle 2 5 (Längs)Achse der Lamelle 2 6 Rotorachse (Rotor-Mitte) 7 Drehbegrenzung an der Innenseite des Arms 1 des Rotors 8 Gewölbte Außenfläche (an der Angriffsseite des Winds) der Lamelle 2 9 Drehbegrenzung an der Außenseite des Arms 1 des Rotors 10 Lagerung der Längsachse 5 (Magnetlager) 11 Windrichtung 12 Drehrichtung 13 Drehbegrenzung für Maximal-Ausschwenkung der Lamelle 14 Achslagerung der Längsachse 5 in der Lamelle 2 15 Ringmagnet an Längsachse 5 16 Ringmagnet an Arm 1 zur Befestigung der Lamelle 2 17 Schwenkradius der Lamelle 2 8/15

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15 18 Unterer Verbindungsring für Arme 1 19 Lagerring am Stativ 20 des Rotors 20 Stativ des Rotors 21 Stützen für Stativ 20 22 oberer Verbindungsring für Arme 1 23 Rotorscheibe zur Lagerung 24 Magnete an Rotorscheibe 23 25 Stativscheibe unter bzw. über Rotor 26 Magnete an Stativscheibe 25 27 Äußerer Magnetring an Rotorscheibe 23 28 Äußerer Magnetring an Stativscheibe 25 29 innerer Magnetring an Rotorscheibe 23 30 innerer Magnetring an Stativscheibe 25 31 Magnet an Stativ 20 32 Magnet an Rotorachse 6 N magnetischer Nordpol S magnetischer Südpol Patentansprüche 1. Rotor für ein Windrad, vorzugsweise zur Verwendung als Vertikal-Läufer, mit zwei oder mehr um die Rotorachse (6) angeordneten Armen (1), an welchen jeweils mehrere parallel zur Rotorachse (6) verlaufende, aerodynamisch geformte Lamellen (2) angeordnet sind, welche durch Anströmung wie auch durch Fliehkraft um eine Längsachse (5) der Lamellen (2) drehbar sind, und welche durch Anströmung in einen geschlossenen Zustand versetzt werden können, wo die Lamellen (2) einander überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lamelle (2) sowohl im Bereich der Längsachse (5) als auch nahe dem Ende, das von der Längsachse (5) entfernt ist, zumindest einen Permanentmagneten (3, 4) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Lamellen (2) ein Permanentmagnet (3) an der Längsachse (5) einer Lamelle einem Permanentmagneten (4) am Ende einer benachbarten Lamelle gegenüber liegt, wobei diese beiden Permanentmagneten (3, 4) einander abstoßen, sodass ein gegenseitiges Berühren der benachbarten Lamellen vermieden wird.
2. 2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in gleicher Höhe der Lamelle (2) drei Permanentmagnete (3, 4) angeordnet sind, und zwar im Bereich der Längsachse (5) auf beiden Seiten der Längsachse jeweils ein Permanentmagnet (3), wobei diese beiden Permanentmagnete (3) gleiche magnetische Orientierung aufweisen, und nahe dem Ende der Lamelle (2) ein Permanentmagnet (4) mit entgegengesetzter magnetischer Orientierung.
3. 3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Lamelle (2) eine Drehbegrenzung (13) mit einem Permanentmagneten vorgesehen ist, welche das Ausschwenken der Lamelle (2) gegenüber dem Arm (1) begrenzt.
4. 4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (5) der Lamellen (2) am Arm (1) mittels Magnetlagern und/oder mit Ringmagneten (15, 16) gelagert sind. 9/15 österreichisches Patentamt AT510 238B1 2012-06-15
5. 5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass immer jeweils zwei parallel verlaufende Arme (1) vorgesehen sind, zwischen denen die Lamellen (2) verlaufen und in welchen die beiden Enden der Längsachsen (5) der Lamellen (2) gelagert sind.
6. 6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arme (1) mittels Verbindungsringen (18, 22) oder Rotorscheiben (23) miteinander verbunden sind.
7. 7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (6), der Verbindungsring (18) und/oder die Rotorscheiben (23) Magnete (24, 33) oder Magnetringe (27, 29) aufweisen, mit denen der Rotor magnetisch gelagert werden kann.
8. 8. Windrad umfassend zumindest einen Rotor nach Anspruch 7 sowie ein Stativ (20) zur Aufnahme der Rotorachse (6), wobei am Stativ (20) Magneten, insbesondere Magnetringe (34-36), ein Lagerring (19) mit Magneten (26) und/oder eine Stativscheibe (25) mit Magnetringen (28, 30), derart vorgesehen sind, dass sie den Rotor aufgrund magnetischer Abstoßung tragen.
9. 9. Windrad, insbesondere Windrad nach Anspruch 8, umfassend mehrere übereinander angeordnete, durch deren Rotorachse (6) gekoppelte Rotoren nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 10/15