DE102005041600B3

DE102005041600B3 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102005041600B3
Application number: DE102005041600A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-09-02

Abstract

Mit der vorliegende Erfindung wird erstmals eine Windkraftanlage (1) vorgeschlagen, mit einem Rotor (2) mit einem kreisförmigen Rotorkern (4), dessen Rotorachse (8) im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist. Der Rotorkern (4) weist ein daran angeformtes nockenartiges Rotorblatt (6) auf. Ein Rotorgehäuse (14) mit einem Boden (16), einem Deckel (18) und Gehäusewänden (20) ist um den Rotor (2) herum angeordnet. Eine innere Gehäusewand (22) umschließt den Rotor (2) wenigstens abschnittsweise ringförmig. Die innere Gehäusewand (22) weist eine Windeinlaßöffnung (24) und eine gegenüberliegende Windauslaßöffnung (26) auf. Der Rotorkern (4) und die innere Gehäusewand (22) bilden einen ringförmigen Windleitkanal (28), in dem das nockenartige Rotorblatt (6) vom Wind angetrieben umläuft. In einem unter dem Rotorgehäuse (14) angeordneten separaten Maschinengehäuse (30) ist ein vom Rotor (2) angetriebener elektrischer Generator (32) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage gemäß Anspruch 1.

Windkraftanlagen bzw. Windkonverter sind seit vielen Jahren aus der Praxis bekannt. Dabei gibt es Windkraftanlagen in den verschiedensten Ausführungsformen und Konstruktionsarten. Hierbei unterscheidet man grundsätzlich in sogenannte „Horizontalkonverter" mit einer zur anströmenden Windrichtung im wesentlichen waagerecht orientierten Rotorwelle und je nach klassischer Bauart ein bis vier Rotorflügeln. Dagegen werden jene Windkraftanlagen mit einer zur anströmenden Windrichtung im wesentlichen senkrecht stehenden Rotorwelle im allgemeinen als „Vertikalkonverter" bezeichnet. In der Praxis haben sich hiervon die Windkraftanlagen mit waagerechter Rotorwelle durchgesetzt, auch wenn diese Horizontalkonverter als solche sehr groß bauen und zudem zur Vermeidung von Störungen der Anrainer eine extrem große, frei verfügbare Baufläche möglichst abseits von bewohnten Gebieten benötigen.

Dem gegenüber benötigen Windkraftanlagen mit senkrechter Rotorachse wesentlich weniger freie Baufläche. Ein weiterer Vorteil klassischer Vertikalkonverter ist, daß sie unabhängig von der Windrichtung arbeiten können, da sie nicht in den Wind gedreht werden müssen. Üblicherweise befinden sich dabei der Generator und die Bremse am Fuß der Windkraftanlage bzw. des Vertikalkonverters. Damit steht die Anlage selbst bei Sturm stabil und deren Wartung ist wesentlich einfacher, im Vergleich zu Windkraftanlagen mit waagrechter Rotorachse.

Einer der bekanntesten Vertreter der Vertikalkonverter ist der sogenannte „Darrieus-Rotor". Der „Darrieus-Rotor" erinnert von seiner Form her an einen Schneebesen. Der Nachteil des Darrieus-Rotors liegt darin, daß er nicht von alleine anläuft. Größere Darrieus-Rotoren brauchen als Anlaufhilfe einen entsprechend kräftig ausgelegten Elektromotor mit hohem Anlaufmoment.

Weitere beispielhafte Ausführungsformen von Windkraftanlagen mit senkrechter Rotorachse sind beispielsweise in der DE 100 56 767 A1 , in der EP 1 398 500 A2 oder in der WO 03/083294 A1 beschrieben.

Den bekannten Vertikalkonvertern haften dabei ebenfalls die bereits von den Horizontalkonvertern bekannten Probleme in Bezug auf deren unerwünschte Geräuschentwicklung an. Zudem konnten sich die Vertikalkonverter bislang am Markt nicht nennenswert durchsetzen, wofür es vielschichtige Gründe gibt.

In Bezug auf die aus dem anströmenden Wind erzielbare elektrische Leistung werden Windkraftanlagen üblicherweise in im wesentlichen drei Leistungsklassen eingeteilt. Kleinanlagen verfügen über eine installierte Leistung von bis zu 100 kW. Mittelgroße Anlagen weisen eine installierte Leistung von bis zu 1.000 kW auf und Großanlagen beginnen über 1.000 kW installierter Leistung.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Windkraftanlage mit senkrechtem Rotor. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig herstellbare Windkraftanlage vorzuschlagen. Diese soll gegenüber bekannten Vertikalkonvertern einen in der Praxis verbesserten Wirkungsgrad erzielen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vertikalkonverter mit verbesserter Wirtschaftlichkeit anzugeben.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Dabei wird eine Windkraftanlage vorgeschlagen mit einem Rotor, der einen im wesentlichen kreisförmigen Rotorkern aufweist, der beispielsweise hohl sein kann. Die Rotorachse des Rotors ist im wesentlichen senkrecht zur anstehenden Windrichtung ausgerichtet. Der Rotorkern weist dabei einen Radius R1 auf, der je nach Größe der Anlage beispielsweise zwischen 0,25 m und 5,0 m oder mehr betragen kann. Am Rotorkern ist ein Rotorblatt befestigt. Das Rotorblatt ist nockenartig ausgebildet und mit Blick auf die Kontur am Rotorkern mit homogenen Übergängen angeformt. Die Nockenspitze des nockenartigen Rotorblattes ist mit einem Radius R2 von der Rotorachse entfernt. Der Abstand bzw. Radius R2 der Nockenspitze von der Rotorachse kann je nach Größe der Anlage beispielsweise zwischen 0,5 m und 10,0 m oder mehr betragen. Dabei kann das Verhältnis von R2/R1 beispielsweise zwischen 1,25 und 1,75 betragen. Ein Rotorgehäuse mit einem Boden und einem Deckel, ggf. etagenweise vorhandenen Zwischendecken, sowie Gehäusewänden ist um den Rotor herum angeordnet. Dabei umschließt eine innere Gehäusewand den Rotor wenigstens abschnittsweise ringförmig und weist einen Radius R3 auf. Der Radius R3 kann je nach Größe der Anlage beispielsweise zwischen 0,5 m und 10,0 m oder mehr betragen. Die innere Gehäusewand weist ferner eine Windeinlaßöffnung auf und eine Windauslaßöffnung. Dabei bilden der Rotorkern bzw. dessen äußere Umfangswandung bzw. -kontur und die innere Gehäusewand eine Art ringförmigen Windleitkanal, in welchem das nockenartige Rotorblatt vom Wind angetrieben umläuft. Der Windleitkanal kann dabei beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Es sind aber auch hiervon abweichende Querschnitte denkbar. Unter dem Rotorgehäuse ist in einem separaten Maschinengehäuse ein vom Rotor angetriebener elektrischer Generator angeordnet.

Mit dieser erstmals vorgeschlagenen Windkraftanlage ist es möglich, den anströmenden Wind durch die Windeinlaßöffnung einzufangen bzw. einzulassen. Dabei kann die äußere Kontur des Gehäuses so geformt sein, daß der anströmende Wind optimal auf die Windeinlaßöffnung zugeleitet wird. Der Wind strömt dann entlang des Windleitkanals bzw. durch diesen hindurch beispielsweise im Uhrzeigersinn um die Rotorachse herum und treibt dabei den Rotorkern mit dessen nockenartigen Rotorblatt drehend an. Sobald der durch den Windleitkanal strömende Wind auf der gegenüberliegenden Seite bei der Windauslaßöffnung angekommen ist, tritt er dort aus dem Windleitkanal wieder aus und vereint sich wieder mit der die Windkraftanlage außen herum umströmenden Luft.

Dabei legt diejenige Luftmenge, welche die Windkraftanlage in Windrichtung z.B. links und rechts außen herum umströmt, eine kürzere Wegstrecke zurück, als jener Anteil des Windes bzw. der Luftmenge, der durch die Windeinlaßöffnung in die Windkraftanlage einströmt, durch den ringförmigen Windleitkanal um den Rotor herum strömt und durch die Windauslaßöffnung wieder entweicht. Diese je nach Ausführungsform zum Teil erhebliche Streckendifferenz zwischen der die Windkraftanlage umströmenden Luft und der durch die Windkraftanlage hindurch strömenden Luft führt zu einem Sog bzw. Unterdruck auf derjenigen der Windauslaßöffnung zugewandten, stromabwärts gerichteten Seite des Windleitkanals, so daß das Rotorblatt des Rotors mit der durch den Windleitkanal strömenden Luft, von dieser zugleich angetrieben, um die Rotorachse drehend rotiert.

Der vorstehend erwähnte Sog wird dabei auf das zwischen der Windeinlaßöffnung und der Windauslaßöffnung entstehende Druckgefälle zurückgeführt. Dieses Druckgefälle wiederum ergibt sich aus den unterschiedlichen Laufzeiten des die Windkraftanlage umströmenden und des durch die Windkraftanlage hindurch strömenden Windes.

Auf diese Weise wird erstmals eine besonders wirtschaftliche Windkraftanlage vorgeschlagen. Diese kann zudem besonders kostengünstig hergestellt werden. Erste Schätzungen des Erfinders gehen davon aus, daß erfindungsgemäße Windkraftanlagen im Vergleich zu herkömmlichen Windkonvertern gleicher Leistungsklasse zu einem Bruchteil der dafür erforderlichen Kosten hergestellt werden können.

Zudem bietet die bei der erfindungsgemäßen Windkraftanlage erstmals vorgeschlagene Kombination aus einem nockenartigen Rotorblatt, das in einem zumindest abschnittsweise ringförmigen Windleitkanal umläuft, den zusätzlichen Vorteil, daß unerwünschte Geräuschentwicklungen, welche Anrainer eventuell belästigen könnten, auf ein Minimum reduziert oder gar gänzlich vermieden werden können.

Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Windkraftanlage den Vorteil, daß diese frei skalierbar in jeder beliebigen Größe hergestellt werden kann und somit auf jeglichen Energiebedarf anpaßbar ist. Insbesondere bei der Aus- bzw. Nachrüstung von bestehenden Bauwerken kann die erfindungsgemäße Windkraftanalage erforderlichenfalls an bereits vorgegebene flächen- oder raummäßige Randbedingungen oder Begrenzungen angepaßt werden. So kann beispielsweise eine Kleinanlage bereits auf einer Grundfläche von z.B. etwa 2 m × 2 m mit einer Höhe von beispielsweise 1,5 m ausgebildet werden. Diese deckt dann den Energiebedarf für ein kleines Haus mit einem umbauten Raum von etwa 1.000 cbm. Darüber hinaus sind genauso gut große Anlagen vorstellbar mit einer Grundfläche von z.B. etwa 20 m × 20 m bei einer Höhe von z.B. 50 m oder mehr.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Windkraftanlage mit senkrechter Rotorachse sind Gegenstand der Unteransprüche.

So ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Windauslaßöffnung der Windeinlaßöffnung im wesentlichen horizontal gegenüberliegt.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Windeinlaßöffnung eine Klappe zugeordnet ist, welche den Windleitkanal in der zur Windströmungsrichtung entgegengesetzten Richtung gegenüber der Windauslaßöffnung abdichtet bzw. trennt. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Differenzdruck zwischen der dem anströmenden Wind zugewandten Windeinlaßöffnung und der dem vorbeiströmenden Wind abgewandten Windauslaßöffnung maximal bleibt und nicht durch Rückkopplungseffekte, die in ungünstigen Fällen auftreten könnten, reduziert werden kann. Zudem wird dadurch bei laufendem Rotor weiterhin vorteilhaft erreicht, daß bei einer kurzfristigen Windflaute der umlaufende Rotor mit dessen Rotorblatt in dem anströmenden Wind bzw. der Windeinlaßöffnung zugeordneten Windleitkanal-Abschnitt einen schwachen Sog erzeugt, der die von außen zuströmende Luft zusätzlich anzieht.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Klappe der Windeinlaßöffnung beispielsweise mit handelsüblichen Scharnier- oder Gelenkbauteilen derart angelenkt ist, daß das umlaufende, nockenartig ausgebildete Rotorblatt die Klappe beim Vorbeidrehen gegen die Windeinlaßöffnung anlegen kann und sich die Klappe danach durch den zwischen der Windeinlaßseite und der Windauslaßseite bestehenden Luftsog von der Windauslaßseite her automatisch wieder öffnet. Dies bietet den Vorteil, daß zusätzliche Mittel, wie Federn, Dämpfer, eine komplizierte Hebelmechanik oder dgl. zur Betätigung der Klappe für deren Öffnen und Schließen nicht benötigt werden. Dies vereinfacht die gesamte Konstruktion. Damit lassen sich die Herstellungskosten niedrig halten. Zudem reduziert dies den Wartungsaufwand. Schließlich trägt diese Gestaltung dazu bei, die Geräuschentwicklung minimal zu halten.

Dabei ist gerade die minimale Geräuschemission ein weiterer Vorteil, der die erfindungsgemäße Windkraftanlage von bekannten Windkraftanlagen abhebt. Damit ist es erstmals möglich, die erfindungsgemäße Windkraftanlage z.B. auf dem Dach eines Einfamilienhauses zu montieren, ohne daß eine Lärmbelästigung der Bewohner befürchtet werden müßte.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß eine Mehrzahl von Rotoren in mehreren, durch Zwischenböden oder Zwischendecken getrennten Stockwerken bzw. Etagen übereinander angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Windkraftanlage unter geringstmöglichem Verbrauch von Stand- bzw. Baufläche maximal in die Höhe gebaut werden kann. Damit sind auch auf einer extrem geringen Bedarfsbaufläche überraschend große Energieausbeuten realisierbar.

Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform können eine Mehrzahl von Rotoren auch die selbe Rotorachse antreiben. Dies bietet den zusätzlichen Vorteil einer weiteren wesentlichen baulichen Vereinfachung z.B. im Vergleich zu einer Mehrzahl von Rotoren, die beispielsweise über ineinander gesteckte, koaxial zueinander angeordnete unterschiedliche Rotorachsen jeweils separat bestimmte nachgeordnete Getriebeteile oder dergleichen antreiben. Damit ist je nach Ausführungsform eine unterschiedlich gute und damit ideal optimierbare Nutzung der in unterschiedlichen Höhen anströmenden unterschiedlichen Luftmengen mit variierenden Windgeschwindigkeiten möglich.

Einer weiter bevorzugten Ausführungsform zufolge sind die nockenartigen Rotorblätter der Mehrzahl von Rotoren um einen Winkel α zueinander versetzt angeordnet, wobei der Winkel α 360° geteilt durch die Anzahl der Rotoren beträgt. Diese bevorzugt gleichmäßige Verteilung der Rotorblätter um den Umfang des Rotorkerns herum bietet den Vorteil einer besonders ausgewogenen Rotationssymmetrie und stellt einen möglichst optimalen Rundlauf der Windkraftanlage sicher. Zudem ergibt sich hieraus eine besonders gute Windenergieausbeute. Dabei hat sich gezeigt, daß insbesondere Windkraftanlagen mit vier Etagen und dementsprechend vier Rotoren mit jeweils einem Rotorblatt pro Rotor mit einer um 90° versetzten Anordnung der Rotorblätter zu einer besonders ausgewogenen, wirtschaftlich arbeitenden und kostengünstig herzustellenden Windkraftanlage führen. Dabei sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Windkraftanlage denkbar, die beispielsweise drei Stockwerke aufweisen und bei denen dann die drei pro Rotor einzelnen Rotorblätter relativ zueinander um einen Winkel von 120° reihum angeordnet sind.

Demgegenüber kann in einer ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, daß eine Mehrzahl von nockenartigen Rotorblättern an einem Rotorkern angeformt ist, wobei dann die Mehrzahl der nockenartigen angeformten Rotorblätter um einen Winkel β zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der Winkel β wiederum 360° geteilt durch die Anzahl der Rotorblätter beträgt. Dies bietet den Vorteil, daß mit geringstmöglicher Bauhöhe auf nur einer Etage bzw. nur einem Stockwerk dennoch eine hohe Windausbeute erzielt werden kann und auch bei geringen Winddrücken oder niederen Windgeschwindigkeiten der Rotor aufgrund der erhöhten Anzahl von im Windleitkanal umlaufenden Rotorblättern zuverlässig umläuft und den Generator antreibt.

Schließlich ist gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Rotorgehäuse auf dem Maschinengehäuse zu diesem relativ verdrehbar gelagert ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Windkraftanlage mit deren Rotorgehäuse immer in die optimale Windrichtung gedreht werden kann. Damit ist eine optimale Windausbeute gewährleistet.

Die vorstehend diskutierte Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand einer beispielhaften Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Draufsicht von oben auf einen horizontalen Schnitt durch ein Stockwerk einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windkraftanlage; und
2 einen senkrechten Schnitt durch die in 1 dargestellte beispielhafte Ausführungsform.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Windkraftanlage 1 ist in dem horizontalen Schnitt gemäß 1 näher dargestellt. Die Windkraftanlage 1 weist einen Rotor 2 mit einem kreisförmigen Rotorkern 4 mit Rotorblatt 6 auf, dessen Rotorachse 8 im wesentlichen senkrecht zur anströmenden Windrichtung 10 ausgerichtet ist. Der Rotorkern 4 weist einen Radius R1 auf und am Rotorkern 4 ist das Rotorblatt 6 angeformt, welches nockenartig ausgebildet ist.
Um den Rotor 2 herum ist ein Rotorgehäuse 14 angeordnet. Das Rotorgehäuse weist einen in 2 im Schnitt dargestellten Boden 16, einen Deckel 18, ggf. Zwischendecken bzw. -böden 17 und weitere Gehäusewände 20 bzw. 22 auf.
Dabei weist die innere Gehäusewand 22, die den Rotor 2 zumindest abschnittsweise ringförmig umschließt, einen Radius R3 auf. Dieser Radius R3 ist geringfügig größer als der Radius R2, mit dem die Nockenspitze 12 von der Rotorachse 8 entfernt ist, so daß das nockenartig ausgebildete Rotorblatt 6 innerhalb der inneren Gehäusewand 22 diese je nach Ausführungsform geringfügig berührend bzw. gerade nicht berührend umlaufen kann. Je nach Bauform verbleibt zwischen der Nockenspitze 12 des nockenartigen Rotorblattes 6 und der inneren Gehäusewand 22 ein hier nicht näher dargestellter geringer Spalt zur inneren Gehäusewand 22, welcher dann beispielsweise mit einer an der Nockenspitze 12 befestigen Dichtlippe oder dergl. luftdicht geschlossen ist.
Die innere Gehäusewand 22 weist eine Windeinlaßöffnung 24 auf. Die Windeinlaßöffnung 24 ist dem anströmenden Wind 10 zugewandt. Gegenüber der Windeinlaßöffnung 24 befindet sich eine Windauslaßöffnung 26. Der Rotorkern 4 des Rotors 2 und die innere Gehäusewand 22 bilden zusammen einen ringförmigen Windleitkanal 28, in welchem das nockenartige Rotorblatt 6 vom Wind angetrieben umläuft.
Ein wiederum in 2 im Schnitt dargestelltes Maschinengehäuse 30 ist unter dem Rotorgehäuse 14 angeordnet. Das separate Maschinengehäuse 30 beherbergt einen vom Rotor 2 angetriebenen elektrischen Generator 32. Das Rotorgehäuse 14 ist gegenüber dem Maschinengehäuse 30 auf diesem frei drehbar ruhend gelagert.
Die Windeinlaßöffnung 24 weist eine Klappe 34 auf, mit welcher die Windeinlaßöffnung 24 verschlossen werden kann, wenn die Spitze 12 des nockenartigen Rotorblattes 6 des Rotors 2 von innen an der Klappe 34 vorbeistreicht. Die Klappe 34 öffnet sich automatisch durch den von der Windauslaßöffnung 26 anstehenden Sog, sobald der Rotor mit dessen nockenartigen Rotorblatt 6 an der Klappe 34 vorbeigedreht ist.
Bei der in 1 und 2 dargestellten beispielhaften Ausführungsform läuft die Rotorachse 8 durch die Windkraftanlage 1 von oben bis unten senkrecht hindurch. Der Rotor 2 dreht sich hier im Uhrzeigersinn.
Der hier hohl gezeigte Rotorkern 4 weist z.B. Querverstrebungen 38 oder dergleichen auf, die an der Rotorachse 8 befestigt sind und die äußere Kontur 40 des Rotors 2 zusätzlich abstützen. Die äußere Kontur 40 des Rotors 2 kann beispielsweise durch einzelne Platten oder dergleichen aufgebaut sein.
Oben auf der Windkraftanlage 1 befindet sich eine Dachabdeckung 42. Über der Dachabdeckung 42 ist eine Windfahne 44 schematisch vereinfacht dargestellt. Die Windfahne 44 dient zur Orientierung der Windkraftanlage 1 in die anstehende Windrichtung 10.
Der im wesentlichen ringförmige Windleitkanal 28 wird nach oben bzw. nach unten durch die jeweiligen etagenweise angeordneten Zwischendecken bzw. -böden bzw. Trennplatten 17 sowie durch die innere Gehäusewand 22 als auch die äußere Kontur 40 des Rotors 2 begrenzt. Die etagenweise angeordneten Trennplatten 17 zwischen den jeweiligen etagenweisen Windleitkanälen 28 können beispielsweise aus Holz, Metall, Kunststoff oder kohlefaserverstärkten Werkstoffen gebildet sein. Auch die sonstigen Bauteile der Windkraftanlage 1 können je nach Anforderungen aus Holz, Kunststoff, Metall, Glasfaser oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen gebildet sein.
Die jeweiligen Böden 16 bzw. Deckel 18 sind nach außen hin ringförmig zu den äußeren Bodensegmenten 16' und den äußeren Deckelsegmenten 18' getrennt. Diese äußeren Bodensegmente 16' bzw. Deckelsegmente 18' bzw. äußeren Trennplatten 17' dienen zur Abstützung bzw. Absicherung der Dachhaut 42 und zur Stabilisierung der seitlichen Lufteintritt- und Austrittszonen. Die Trennplatten 17 zwischen den jeweiligen Etagen und die äußeren Trennplatten 17' der äußeren Verkleidung sind mechanisch voneinander getrennt und können sich unabhängig voneinander drehen. Dabei kann sich der innere Teil, d. h. die im Rotorgehäuse 14 angeordneten Baugruppen gegenüber dem äußeren Teil bzw. dem Rotorgehäuse 14 unabhängig voneinander drehen, wobei die Rotationsrichtung im Inneren durch die Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgegeben ist und die äußere Rotationsrichtung abhängt von der Windrichtung, nach welcher sich die Windkraftanlage 1 ausrichtet.
Zur Vermeidung von Dauerlastermüdungserscheinungen sind an Abschnitten, die bei stärkerem Wind erhöhten Beanspruchungen ausgesetzt sind, streckenweise Verstärkungen 46 im Bereich des Luftaustritts bzw. Verstärkung 48 im Bereich des Lufteintritts vorgesehen.
Das Rotorgehäuse 14 der Windkraftanlage 1 ruht z.B. auf Rollenlagern 50, welche sich ihrerseits auf der oberen Abdeckungsplatte 52 des Maschinengehäuses 30 abstützen.
Anstelle der Rollenlager 50 kann auch jede andere geeignete Lagerung des Rotorgehäuses 14 auf dem Maschinengehäuse 30 vorgesehen sein, so lange gewährleistet ist, daß sich das Rotorgehäuse um die Rotorachse 8 drehen kann.
Im Maschinengehäuse 30 befindet sich die Achsengrundplatte 54 mit weiteren Rollenlagern 56 und einer Führungshalterung 58 für die Rotorachse 8. Diese ruhen insgesamt auf der Grund- bzw. Bodenplatte 60 des Maschinengehäuses 30. Eine Vorrichtung 62 zur Kraftübertragung zwischen der Rotorachse 8 und dem Generator 32 ist schematisch vereinfacht dargestellt.
Den Windleitkanal 28 kann man gedanklich in eine Vorkammer 64 und eine Luftantriebskammer 66 untergliedern. In der Vorkammer 64 wird die Energie vom Winddruck auf das nockenartig ausgeformte Rotorblatt 6 übertragen. In der Luftkammer 66 wirkt die Sogkraft des anstehenden Windes auf das Rotorblatt 6. Die Verriegelungsklappe 34 bewirkt eine Trennung der Druckseite von der Sogseite.
Die Außenverkleidung 20 bzw. das äußere Gehäuse 14 wird an den äußeren Trennplatten befestigt und von diesen abgestützt. Dort, wo erforderlich, sind Verstärkungsrippen vorgesehen.
Die vorstehend diskutierte Windturbine bzw. Windkraftanlage kann auf Gebäudeabschlüssen oder dgl. in allen Größen hergestellt werden.
Der vom Generator bzw. Stromaggregat erzeugte Strom wird beispielsweise zum Erhitzen des Brauch- und Heizwassers verwendet und zum Aufladen der Batterien für den Antrieb von Pumpen benutzt. Bei absoluter Windstille über mehrere Tage könnte man einen Benzinmotor mit Stromaggregat zusätzlich einschalten.
Der beispielhaft vorgestellte Anlagentyp kann z. B. einen Durchmesser von ca. 35 m und eine Höhe von bis zu 60 m erreichen. Es sind auch kleinere Ausführungsformen denkbar. Für Anlagen, die zur Einführung des elektrischen Stroms in das öffentli che Netz gehen sollen, sind Standorte wie an der Küste, auf Bergrücken und auch in Ebenen geeignet und es sind entsprechende Maßnahmen vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Windkraftanlage 1 vor, die einen Rotor 2 mit einem kreisförmigen Rotorkern 4, dessen Rotorachse 8 im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist, aufweist. Am Rotorkern 4 ist ein nockenartiges Rotorblatt 6 angeformt. Ein Rotorgehäuse 14 mit einem Boden 16, einem Deckel 18 und Gehäusewänden 20 ist um den Rotor 2 herum angeordnet. Eine innere Gehäusewand 22 umschließt den Rotor 2 wenigstens abschnittsweise ringförmig. Die innere Gehäusewand 22 weist eine Windeinlaßöffnung 24 und eine gegenüberliegende Windauslaßöffnung 26 auf. Der Rotorkern 4 und die innere Gehäusewand 22 bilden einen ringförmigen Windleitkanal 28. Im Windleitkanal 28 läuft das nockenartige Rotorblatt 6 vom Wind angetrieben um. In einem unter dem Rotorgehäuse 14 angeordneten separaten Maschinengehäuse 30 ist ein vom Rotor 2 angetriebener elektrischer Generator 32 vorgesehen.

Claims

Windkraftanlage (1) mit einem Rotor (2) mit einem kreisförmigen Rotorkern (4), dessen Rotorachse (8) im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist, wobei der Rotorkern (4) einen Radius R1 aufweist, einem am Rotorkern (4) ausgebildeten nockenartigen Rotorblatt (6), wobei die Nockenspitze (12) einen Radius R2 von der Rotorachse (8) entfernt ist, einem um den Rotor (2) herum angeordneten Rotorgehäuse (14) mit einem Boden (16), einem Deckel (18) und Gehäusewänden (20), wobei eine innere Gehäusewand (22) den Rotor (2) wenigstens abschnittsweise ringförmig umschließt und einen Radius R3 aufweist, wobei die innere Gehäusewand (22) ferner eine Windeinlaßöffnung (24) und eine Windauslaßöffnung (26) aufweist, wobei der Rotorkern (4) und die innere Gehäusewand (22) einen ringförmigen Windleitkanal (28) bilden in welchem das nockenartige Rotorblatt (6) vom Wind angetrieben umläuft, und mit einem in einem unter dem Rotorgehäuse (14) angeordneten separaten Maschinengehäuse (30) angeordneten, vom Rotor (2) angetriebenen elektrischen Generator (32).
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windauslaßöffnung (26) der Windeinlaßöffnung (24) im wesentlichen horizontal gegenüberliegt.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Windeinlaßöffnung (24) eine Klappe (34) zugeordnet ist, welche den Windleitkanal (28) in der zur Windströmungsrichtung (36) entgegengesetzten Richtung gegenüber der Windauslaßöffnung (26) abdichtet.
Windkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (34) derart angelenkt ist, daß das umlaufende, nockenartig ausgebildete Rotorblatt (6) die Klappe (34) beim Vorbeidrehen gegen die Windeinlaßöffnung (24) anlegen kann und sich die Klappe (34) danach durch den Luftsog von der Windauslaßseite her automatisch wieder öffnet.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Rotoren (2) in mehreren, durch Zwischenböden (17) getrennten Stockwerken übereinander angeordnet sind.
Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Rotoren (2) die selbe Rotorachse (8) antreiben.
Windkraftanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nokkenartigen Rotorblätter (6) der Mehrzahl von Rotoren (2) um einen Winkel α zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der Winkel α 360° geteilt durch die Anzahl der Rotoren beträgt.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von nockenartigen Rotorblättern (6) an einem Rotorkern (4) angeformt ist, wobei die Mehrzahl der nockenartigen Rotorblätter (6) um einen Winkel β zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der Winkel β 360° geteilt durch die Anzahl der Rotorblätter (6) beträgt.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorgehäuse (14) auf dem Maschinengehäuse (30) zu diesem relativ verdrehbar gelagert ist.