AT515476A1 - Windturbine mit senkrechter Hauptachse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Windturbine mit senkrechter Achse, welche über eine Stellfahne (13) in den Wind gedreht wird. Das Hauptmerkmal der Erfindung ist die Schrägstellung der Blattachsen (21, 22) zu der senkrechten Hauptachse (23). Die teilweise Ausnützung von Strömung, welche durch diese Schrägstellung der Blattachsen (21, 22) verstärkt und verlängert wird, ergibt eine relativ hohe Wirkleistung, die man sonst nur bei waagrechten Axial-Impellerturbinen findet. Durch Anwendung von umgelenkten Zahnriemengetrieben (7, 8) lässt sich der Laufradius in optimalen Größen auslegen, womit man eine Rückwirkung auf die Stelleinrichtung weitgehend verhindert. Bezogen auf den Raumbedarf (gemeint ist der Flächenbedarf in der Luft) ist eine derartige Windturbine mitunter effizienter als axiale Impellerturbinen, wodurch auch eine geringere „Vogelschlag-Problematik" zu erwarten ist, welche zunehmend Widerstand in der Bevölkerung auslöst.

Description

Windturbine mit senkrechter Hauptachse

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieerzeugung durch Windkraft. Bekannte Windturbinen mit senkrechter Achse sind das Savoniusrad und der Darrieusrotor. Aber auch Windturbinen welche, wie bei vorliegender Erfindung eine Blattstellung in der Richtung >gegen den Wind< einnehmen, welche dem Wind keine direkte Angriffsfläche bieten, sind bekannt.

Diese Windturbinen haben aber für die planetenartig umlaufenden Blätter allesamt senkrechte Achsen. Dadurch werden Strömungskräfte nicht optimal ausgenutzt.

Die Erfindung optimiert die Dauer der Phase in welcher die Blätter nicht durch Winddruck sondern durch Strömung angetrieben werden auf das höchstmögliche Ausmaß indem die Achsen der Blätter nicht senkrecht gestellt sind, sondern um den Winkel Alpha von der senkrechten Hauptachse abweichen, wobei der Winkel Alpha unterhalb von 45° liegen muss.

Die Zeichnungen zeigen als Beispiel eine prinzipielle Anordnung. Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht mit strichlierten Phasenbildern. Fig. 2 eine Draufsicht, wobei die Pfeile die Strömungsrichtung des Windes andeuten. In Fig. 1 wurde ein Winkel Alpha von 40° gewählt.

Die sich mitdrehende Säule 1 trägt die untere Lagerhalterung 2, welche z.B. auch als Blechscheibe oder Balken ausgeführt sein kann. An den Punkten 5 sind die unteren Blattlager (mindestens 2) angeordnet. Die oberen Blattlager 6 sind an dem Getriebegehäuse 15 befestigt, wobei die Achsen 21 u. 22 in das Gehäuse 15 hineinragen und jeweils eine Zahnriemenscheibe 7 u. 8 tragen. Da die Achsen 21 u. 22 nicht parallel zur Hauptachse 23 verlaufen, ist eine Umlenkung der Zahnriementriebe 10 notwendig. Dies erfolgt durch die Umlenkrollen 9.

Die Säule 11, welche auch die Stellfahne 13 trägt, ist bei 12 gelagert und hat im Bereich der Zahnriemen 10 eine Verzahnung eingearbeitet, welche die halbe Zähnezahl gegenüber den Zahnriemenrädern 7 u. 8 aufweist. Da die Stellfahne 13 sich nach der Windrichtung ausrichtet und im Betrachtungfalle quasi stillsteht, umläuft bei Wind (in der Draufsicht hier gegen den Uhrzeigersinn) die gesamte Säule 1 mit den Blättern 3 u. 4 und dem Gehäuse 15 planetenförmig die Säule 11 auf der die Stellfahne 13 befestigt ist. Durch die Untersetzung des Zahnriementriebes 2:1 wird bei jeder Umdrehung jeweils die andere Seite sichtbar, d.h. die Punkte A u. B wechseln sich ab.

Der gesamte Antriebsteil ist auf einer Säule 19 (oder Gittermast etc.) in entsprechender Höhe angeordnet. Eine Lagerung erfolgt hier in einem Rohr 18 mit den Lagern 17 über die Verbindungswelle 16 sowie einer Verlängerung 20, welche zu einem Generator oder einer Pumpe etc. geführt werden kann.

Die strichliert eingezeichneten Phasenbilder zeigen die jeweilige Stellung. In E ist das Blatt 4 gerade in einer 60° Weiterdrehung. In Stellung F hat es 90° eingenommen. Die

Claims (1)

1. strichgepunkteten Kurven C u. D. (Fig. 1) zeigen den Verlauf der jeweiligen Eckpunkte A (B) bzw. B (A). Die durch die Schrägstellung erreichte Verlängerung und Verstärkung der Strömungsphase, bewirkt einen später einsetzenden >Stall< (Strömungsabriss) und einen späteren Übergang in die lediglich vom - weniger effizienten - Winddruck abhängige Phase. Die Schrägstellung begünstigt auch die >gegen den Wind< Laufphase, bei der - ähnlich dem Aufkreuzen eines Segelschiffes - ein besonderer Krafteinfluss entsteht. Die Winddruckphase selbst bremst die Turbine wiederum gegen zu hohe Drehzahlen, erzeugt aber weniger Leistung. Zu erwähnen wäre noch, dass man für das >in den Wind drehen< nicht zwangsläufig eine Stellfahne anbringen müsste, sondern auch eine motorische Stelleinrichtung gewissermaßen koaxial von unten durch die Hauptsäule 1 installieren könnte. Diese würde dann von einem externen Windrichtungsgeber gesteuert und würde die Welle 11 dann jeweils nach Windrichtung ausrichten. In der Praxis wird man für alle rotierenden Teile Wälzlager bevorzugen. Patentansprüche: Al Windturbine mit senkrechter Achse (23) und Stelleinrichtung, sowie mindestens zwei umlaufenden Blättern (3 u. 4) dadurch gekennzeichnet, dass die Blätter tragenden, umlaufenden Achsen (21 u. 22) nicht parallel zur Hauptachse (23) angeordnet sind, sondern in einem Winkel (Alpha) kleiner als 45° zu dieser stehen. A2 Windturbine nach Al, dadurch gekennzeichnet, dass die Blätter (3 u. 4) bzw. deren Achsen (21 u. 22) Zahnriemenscheiben (7 u. 8) mit doppelter Zähnezahl gegenüber der Stelleinrichtung tragen, wobei umgelenkte Zahriementriebe zum Einsatz kommen. A3 Windturbine nach Alu. A2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blätter zu den Achsen (21 u. 22) symmetrisch sind und die Form sowohl eines Quadrates, eines Deltoides, einer Ellipse oder auch einer kreisförmigen Scheibe haben können.