CH706298A2 - Vertikalachsiges Windrad mit an einem Trägerbalken angebrachten Klappflügeln. - Google Patents

Abstract

Ein Windrad mit einer Vertikalachse (1) weist einen an der Vertikalachse (1) starr befestigten durchgehenden Trägerbalken (2) auf, an dem oben und unten Klappflügel (3, 4, 8, 9) angebracht sind mit einer Begrenzungseinrichtung der Klappflügelstellungen mittels Anschlägen (5, 10, 11). Die oberen Klappflügel (4 und 8) und die unteren Klappflügel (3, 9) sind jeweils mit Verbindungsstangen (6, 7) verbunden, dadurch erreicht man, dass auf der Windseite eine grosse Fläche mit hohem Luftwiderstand dem Wind Energie entzieht, und auf der windabgewandten Seite wird der Widerstand auf ein Minimum reduziert. Die Übertragung des Windes wird über die Anschläge (5, 10, 11) an den Trägerbalken (2) weitergeleitet, und dieser überträgt die Energie an die Vertikalachse (1). Somit werden die Verbindungsstangen (6, 7) entlastet.

Description

[0001] Diese Erfindung bezieht sich auf vertikales Windrad, welches in seiner Leistung verbessert wird.

[0002] Insbesondere verwendet das vorliegende Windrad gegenüberliegende Klappflügel um Energie zu erzeugen. Die Besonderheit dieser Erfindung besteht darin, dass der Klappflügel an einem Trägerbalkenangebracht sind. Die obere Klappflügel sind mit einer Verbindungsstange verbunden und die unteren Klappflügel sind ebenfalls mit einer Verbindungsstange verbunden. Die Klappflügel übertragen die Kräfte mittels Begrenzungsvorrichtung mit Anschlägen an der Trägerbalken. Der Trägerbalken wiederum ist an einer vertikalen Achse angeordnet. Die Aufgabe des Trägerbalkens besteht in der Kraftübertragung des Windes von den Klappflügel über den Trägerbalken an die vertikalen Achse.

[0003] Das Windrad nutzt die Kraft des Windes und wandelt die Kraft über einen Generator in Strom um.

[0004] Im Allgemeinen erzeugen vertikalachsige Windräder nicht die Effizienz von traditionellen Windturbinen. Anderseits haben die vertikalachsigen Windräder auch Vorteile:

[0005] Die Hauptvorteile der Erfindung sind: die Windkraft wird in der Richtung am besten genutzt, in der sich das Windrad dreht und es wird nur ein kleiner Widerstand der entgegengesetzten Richtung geleistet. ohne zusätzliche Veränderung erfolgt eine Anpassung an jede Windrichtung es kann auch noch bei böigen oder starken Wind Energie erzeugt werden.

[0006] Weitere Vorteile sind die gleichmässige Belastung durch Gewichte, Schwingungen und andere mechanische im Betrieb auftretende Kräfte. Die Flügel werden von der Schwerkraft immer gleichmässig belastet und der Generator kann am Boden angeschlossen sein.

[0007] Es sind bereits etliche technische Lösungen bekannt, in denen Windräder mit einer Vertikalachse und Klappflügelachsen beschrieben sind. z.B. US 4 547 124, US 2011 091 322, DE 10 2008 407 668 und DE29 900 124 U1.

[0008] Der Nachteil der bestehenden Erfindungen ist die grosse mechanische Belastung an der vertikalen Achse, weil gleichzeitig die Windenergie an der Achse weitergegeben und der gegenüberliegenden Flügel in die optimale Position gelenkt werden muss. Bei auftretenden Böen und starkem Wind heben sich die Vorteile der vertikalen Windräder auf. Die Erfindung soll diesen Nachteil aufheben.

[0009] Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die optimale Ausnutzung der Windenergie.

[0010] Da es sich bei diesem Windrad um einen sogenannten Widerstandsläufer handelt, bewirkt das Anstellen des Winkels einen optimalen Widerstand auf der Windseite. Aber auf der windabgewandten Seite sollte ein möglichst kleiner Widerstand entstehen.

[0011] Der Widerstandsläufer entnimmt dem Wind Leistung nach dem Widerstandsprinzip und wandelt diese in mechanische Energie. Dem Wind wird eine Fläche A entgegengestellt. Diese bremst den Wind, somit entsteht eine Kraft, die die Fläche in Windrichtung schiebt.

[0012] Aus dem Strömungswiderstandskoeffizienten wird die Widerstandskraft Fw wie folgt berechnet:

[0013] Der Strömungswiderstand hängt somit ab von der Dichte des strömenden Fluids ρ (vergleiche Luftdichte!), der Referenzfläche A, der Strömungsgeschwindigkeit v und dem Strömungswiderstandskoeffizienten cw. <tb>cw-Werte von typischen Körperformen<sep><sep> <tb>1.32–1.33<sep>Halbkugelschale konkave Seite<sep>(negative Krümmung) <tb>0.33–0.34<sep>Halbkugelschale konvexe Seite<sep>(positive Krümmung)

[0014] Bei der Erfindung kann man die 2 Parameter cw und A verändern. Mit der Absicht auf der Windseite möglichst viel Fläche mit einem hohen cw-Wert und auf der windabgeneigten Seite das Gegenteil zu bewirken.

[0015] Die das Windrad drehenden Klappflügel heben sich unter Winddruck von waagrechter Neigungsstellung zu der gewünschten aufgestellten, halbzylindrischen Form. Gleichzeitig werden die anderen Klappflügel mit Hilfe der Verbindungsstange in die untere Stellung gebracht.

[0016] Die Aufgabe besteht darin, dass auf der Windseite durch einen hohen Widerstand dem Wind Energie entzogen wird und auf der windabgewandten Seite nur ein kleiner Widerstand entsteht.

[0017] Durch das Öffnen des Windrades wird die Fläche stark vergrössert und der cw-Wert erhöht sich ebenfalls, was sich auf einen hohen Faktor multipliziert und somit den Widerstand an der windabgewandten Seite im Verhältnis stark reduziert.

[0018] Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, wobei die einzelnen Zeichnungen folgendes bedeuten: <tb>Fig. 1<sep>Das Windrad in der Gesamtübersicht: <tb><sep>1<sep>Achse <tb><sep>2<sep>Trägerbalken <tb><sep>3<sep>untere Klappflügel <tb><sep>4<sep>oberer Klappflügel <tb><sep>5<sep>oberer Anschlag <tb><sep>6<sep>obere Verbindungsstange <tb><sep>7<sep>untere Verbindungsstange <tb><sep>8<sep>oberer Klappflügel gegenüberliegend <tb><sep>9<sep>unterer Klappflügel gegenüberliegend <tb><sep>10<sep>oberer Anschlag gegenüberliegend <tb><sep>11<sep>unterer Anschlag <tb><sep>12<sep>Drehrichtung des Windrads <tb>Fig. 2<sep>Bei auftretendem Wind öffnen sich die Klappflügel auf der Windseite <tb>Fig. 3<sep>Gleichzeitig werden die Klappflügel auf der windabweisenden Seite geschlossen. Die Verbindungsstange beschleunigt den Vorgang. <tb>Fig. 4<sep>Die Klappflügel auf der Windseite sind voll geöffnet und übertragen die Kraft mittels Anschlag an den Träger <tb>Fig. 5<sep>Auf der windabweisenden Seite sind die Klappflügel geschlossen und bringen dem wird nur noch geringen Widerstand entgegen. <tb>Fig. 6<sep>Der Klappflügel im Detail mit zusätzlich: <tb><sep>13<sep>Drehrichtung des Trägers <tb><sep>14<sep>Wind

[0019] Ein Windrad mit einer Vertikalachse (1) weist einen an der Vertikalachse (1) befestigten Trägerbalken (2) auf. Am Trägerbalken (2) sind oben unten Klappflügel (3, 4, 8 und 9) angebracht mit einer Begrenzungseinrichtung mittels Anschlägen (5, 10 und 11). Sobald der Wind anfängt zu blasen drückt er den oberen Klappflügel (4) nach oben und den unteren Klappflügel (3) nach unten. Der obere Klappflügel (4) ist mit einer Verbindungsstange (6) mit dem oberen gegenüberliegenden Klappflügel (10) verbunden. Sobald der obere Klappflügel (4) sich öffnet wird der gegenüberliegende Klappflügel (10) nach unten gedrückt mittels Verbindungsstange (6). Auf der unteren Seite passiert genau das Gleiche. Nur der untere Klappflügel (3) geht nach unten und der untere gegenüberliegend Klappflügel (9) mittels untere Verbindungsstange (7) nach oben.

[0020] Sobald der obere Klappflügel (4) die optimale Stellung hat, wird er durch den Anschlag (5) begrenzt. Der Anschlag (5) überträgt nun die Energie an den Trägerbalken (2) und dieser an die Vertikalachse (1). Sobald der obere Klappflügel (4) durch den Anschlag (5) begrenzt wird erreicht der gegenüberliegenden Klappflügel (10) die optimale Stellung für den geringsten Windwiderstand. Wenn sich nun das Windrad dreht wiederholt sich der Vorgang mit den gegenüberliegenden Teil des Windrades. Auf der unteren Seite ereignet sich das Gleiche, einfach spiegelverkehrt.

Claims (8)

1. Ein Windrad mit einer Vertikalachse (1) weist einen an der Vertikalachse (1) starr befestigten durchgehenden Trägerbalken (2) auf, an dem oben und unten Klappflügel (3, 4, und 9) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass oben am rechten und linken End des Trägerbalkens (2) je mindestens ein schwenkbarer Klappflügel (4 und 8) am Trägerbalken (2) beweglich angeordnet ist und unter dem Trägerbalkens (2) am rechten und linken Ende des Trägerbalkens (2) je mindestens ein schwenkbarer Klappflügel (3 und 9) beweglich angeordnet ist.

2. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Klappflügel (4 und 8) mit einer Verbindungsstange (6) verbunden sind.

3. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Klappflügel (3 und 9) mit einer unteren Verbindungsstange (7) verbunden sind.

4. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Klappflügel (4 und 8 respektive 3 und 9) an den gegenüberliegenden Enden um 110 bis 13 versetzt angeordnet sind.

5. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Klappflüge (3, 4, 8 und 9) eine Krümmung aufweisen.

6. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet eine Begrenzungseinrichtung am Trägerbalken (2) angeordnet ist mit einem Anschlag (5, 10 und 11) pro Klappflügel (3, 4, 8 und 9), welche die Windkräfte von Klappflügel (3, 4, 8 und 9) an den Trägerbalken (2) übertragt und dadurch die Verbindungsstangen (6 und 7) entlasten.

7. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 bis 4 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass Schwankungsbreite der Klappflügel (3, 4, 8 und 9) zwischen 0° und 60° auf der Windseite und auf der windabgewandten Seite zwischen 120° und 180° betragen.

8. Ein Windrad nach Patentanspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass sich ein oder mehrere Trägerbalken (2) mit Klappflügel (3, 4, 8 und 9), Begrenzungseinrichtung und Verbindungsstangen (4, 5) übereinander und versetzt stapeln lassen.