DE102006003903A1

DE102006003903A1 - Antriebsflügel für Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorachse

Info

Publication number: DE102006003903A1
Application number: DE102006003903A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Weisenberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flügelblatt für Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorachse, die vorzugsweise mit vier Flügelblättern betrieben werden. Das Flügelblatt ist aber auch für Windkraftanlagen mit zwei oder drei Rotorblättern sehr gut geeignet. Das asymmetrisch geformte Flügelblatt (Fig. 1) ist auf der Außenseite geöffnet. Das hat den Vorteil das der Wind in den Flügel strömt, durch die Form des Flügels und den Lamellen in Drehrichtung geleitet wird, auf die innere Seite der abgerundeten Vorderseite des Rotors trifft und ihn antreibt. Bei der Drehung gegen den Wind bewirken Auftriebskräfte (Flugzeugflügel) die Fortbewegung des Rotors. Deshalb wandelt das Flügelblatt Windenergie in Bewegungsenergie bei Drehung mit dem Wind und gegen den Wind um.

Description

Ziel der Erfindung:

Verbesserung der Leistung (Drehmoment, Drehzahl) von Wind-Kraftanlagen mit vertikaler Rotorachse

Vertikale Windkraftanlagen (zum Beispiel Savonius-Rotor) haben den Vorteil dass sie nicht in den Wind gedreht werden müssen und schon bei einem geringen Wind anlaufen. Der Generator kann am Boden platziert werden und so mit geringen Kosten leicht gewartet werden. Ein Überdrehen der Anlage ist nicht möglich da sich der Rotor immer langsamer wie der Wind dreht. Vertikale Windkraftanlagen sind Geräuscharm und sind deshalb auch für Wohngebiete geeignet. Nachteile sind die schwache Leistung (um 20%), große Rotorflächen, Dadurch erhebliches Gewicht und Teure Herstellungskosten. Außerdem muss der Rotorflügel immer auch gegen die Wind-Richtung geführt werden so das die Windenergie gegen die Dreh-Richtung des Windrades wirkt. Moderne Flügel von vertikalen Windkraftanlagen mit asymmetrischen geschlossenen Profilen erzielen gegen den Wind eine Leistungssteigerung, aber durch die Form und Stellung des Rotors auf der Mitwindseite ergeben sich dort Leistungseinbußen so das keine größeren Leistungszuwächse erzielt werden. Darreus-Rotoren sind Leistungsstärker, haben aber den Nachteil das Sie nicht selbständig anlaufen können.

Der Weißenbergerrotor hat die Aufgabe in Gegenwindrichtung dem Wind eine geringe Angriffsfläche zubieten und Antriebskräfte mit und gegen den Wind zu Erziehlehn. Dies ist durch die Flügelform, die Stellungen des Flügels zum Wind, erreicht worden so das 30% der Leistung auf der Gegenwindseite erzielt werden. Die Antriebskräfte des Flügels gegen den Wind sind vergleichbar mit dem kreuzen eines Segelschiff gegen die Windrichtung und die Auftriebskräfte eines Flugzeugflügels. Die Antriebskräfte mit dem Wind entstehen durch den Luftstrom der in den Flügel bläst (dargestellt in 3 und 4) in die abgerundet Vorderseite abgelenkt wird und in so direkt antreibt.

Die Stellungen des Flügels zur Luftströmung sind dabei so, das der Wind gut in den Flügel eintritt, und ihn leistungsstark antreibt.

Weiter Vorteile sind: Der Flügel kann kostengünstig produziert werden, ist durch die Lammelen statisch sehr stabil, so das er mit leichten Materialien wie Alublech oder Kunststoffen gefertigt werden kann.

Die herausragenste Eigenschaft ist die Leistungsabgabe die um 40% der im Wind enthaltenen Energie beträgt.

Der Antriebsflügel hat die Form nach 1. Er ist in Modellversuchen auf Länge und Breite im Verhältnis zum Rotordurchmesser für die bestmöglichste Leistungsabgabe abgeglichen. Die Lammelen intern des Flügels dienen der Leistungssteigerung und Statik.
Grundlage der Abmessung bildet ein rechtwinkliges Dreieck.
Das Verhältnis zwischen den Seiten a. und b. ist 1 zu 3.
Das Verhältnis der Seitenlänge b. zum Rotordurchmesser beträgt ebenfalls 1 zu 3.
Diese Verhältnisse können je nach Windkraftanlage, Standort (schwaches oder starkes Windgebiet) angepasst werden.
Der Radius von Punkt p5 zur Punkt p1 beträgt die Hälfte der Seitenlänge a.
Die Außenlinie des Flügels ausgehend von Punkt p5 zu p3 nach p2 ist in Testversuchen nach Leistung und Verhalten des Flügels im Windkanal festgelegt worden.
Eigenschaften:
Das Flügelplatt vereinigt zwei Eigenschaften, das Prinzip eines Windsegels und den Auftriebseffekt eines Flugzeugflügel.
In 3 sind die Antriebskräfte des Windes dargestellt in den Verschiedenen Stellungen des Windflügels.
Pos. a der Wind trifft im Winkel von 90° auf das Flügelplatt, der Luftstrom wird nach links und rechts abgelenkt, die Lamellen des Flügels Verhindern ein abweichen der Luft nach oben und unten, somit wird eine Leistungssteigerung um 10 bis 15% erreicht. Der nach links abgelenkt Luftstrom (in Drehrichtung) trifft auf die innen Seite der abgerundeten Vorderseite des Flügels und treibt ihn an. Der nach rechts abgelenkte Luftstrom wird bei Drehung der Windkraftanlage außen an den Flügeln Vorbeigeführt und bewirkt im innern der Windkraftanlage ein Unterdruck der die Auftriebskräfte des Flügels in Gegenwindrichtung unterstützt. Bei Stellungen des Flügels über 90° bis 180° zur Windrichtung wird die Kraft des Windes je nach ansteigender Gradzahl bis 135° effektiver genutzt (bei 135° beste Leistungszahl Pos. b) ab 135° bis 180° fällt die Leistung. Dies hat die Uhrsache im Auftrittswinkel des Luftstromes und der Antriebsfläche des Flügels (Pos. c kleine Antriebsfläche).
Ab der Stellung des Flügels in 4 Pose wirken die Antriebskräfte gegen die Windrichtung dabei ist die Vorderseite des Flügelplattes parallel zur Windrichtung. Die Antriebskräfte werden durch den Auftriebseffekt des Flügels erreicht. Der Auftriebseffekt wird verstärkt dadurch das bei Drehung der Windkraftanlage die Flügel den Luftstrom um die Anlage führen, so entsteht im innern ein Unterdruck der ein Teil des vorbeiströmenden Windes in den Flügel zieht und ihn antreibt.

Claims

Flügelblatt für Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorachse dadurch gekennzeichnet, dass das asymmetrische geformte Flügelblatt nach 1 den Luftstrom auf die abgerundete Innenseite des Flügelblattes in Drehrichtung lenkt.
Flügelblatt für Windkraftanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Flügel Lammelen nach 1 angeordnet sind die verhindern, dass der Luftstrom nach oben oder unten entweichen kann und ihn zur Antriebsinnenseite des Flügels weiterleitet.
Flügelblatt nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite des Flügels nach 2 oben und unten nach hinten abgerundet sein kann, so dass der Flügel in Gegenwindrichtung eine kleinere Angriffsfläche für den Wind bietet.