DE102008025895B4

DE102008025895B4 - Windrad mit einer Vertikalachse und Horizontalschwenkflügelachsen

Info

Publication number: DE102008025895B4
Application number: DE102008025895.4A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: DE202008007752U1; DE102008025895A1

Abstract

Windrad mit einer Vertikalachse (5) und Horizontalschwenkflügelachsen (1, 2, 3), die sich in einer gemeinsamen Ebene befinden und an einer Tragkonstruktion (4) der Vertikalachse (5) fest angeheftet sind, dabei weist das Windrad eine in Arbeitsstellung jedes zu seiner Horizontalschwenkflügelachse (2) asymmetrisch befindlichen Schwenkflügels (15) seinen Neigungswinkel eingrenzende Begrenzungseinrichtung, deren Begrenzungsanschläge (16, 18, 20) bzw. Zugseile in Arbeitsstellung der Schwenkflügel (15, 17. 19) ihre annähernde Vertikalstellung sichern, auf, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalachse (5) und eine axiale Linie (9 bzw. 10 bzw. 11) mindestens einer Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) des Windrads schränken einander, so dass ein Abstand (6 bzw. 7 bzw. 8) zwischen der Vertikalachse (5) und der besagten axialen Link (9 bzw. 10 bzw. 11) mindestens einer Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) mehr als 0,1 aber weniger als ein Vektor (12 bzw. 13 bzw. 14) eines Mittelpunkts von der Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) des Windrads ist, wobei bei Drehung des Windrads sich der besagte Abstand (6 bzw. 7 bzw. 8) hinter seinem Vektor (12 bzw. 13 bzw. 14) des Mittelpunkts der Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Windrad eines Windenergiekonverters mit einer Vertikalachse und Horizontalschwenkflügelachsen, die sich in einer gemeinsamen Ebene befinden und an ihrer Tragkonstruktion der Vertikalachse fest angeheftet sind. Die Schwenkflügel sind zu ihren Horizontalschwenkflügelachsen asymmetrisch befindlich. Das Windrad weist auch eine in Arbeitsstellung jedes Schwenkflügels seinen Neigungswinkel eingrenzende Begrenzungseinrichtung, deren Begrenzungsanschläge bzw. Zugseile in Arbeitsstellung der Schwenkflügel ihre annähernde Vertikalstellung sichern, auf.
Es sind bereits mehrere technische Lösungen bekannt, in denen Windräder mit einer Vertikalachse und Horizontalschwenkflügelachsen beschrieben sind.
So ist in DE 29 52 657 A1 eine Windturbine zur Umwandelung der Windenergie beschrieben. Die Windturbine weist mindestens drei Flügel mit einfachen symmetrischen Formen (nicht symmetrischen Rotorblätter verursachen einen aufwendigen Formenbau, so in DE 29 52 657 A1 ) auf, die rechtzeitig um 90° um ihre horizontale Lagerungsachsen gedreht werden, damit diejenigen Flügel, die sich mit Wind bewegen, senkrecht zur waagerechten Ebene stehen, und die übrigen Flügel, die sich gegen Wind bewegen, parallel zu der waagerechten Ebene liegen, d. h., der Wind trifft nur ihre scharfen Kanten, wobei die Steuerung der Flügellagen (von senkrechter Lage in waagerechter Lage und umgekehrt) durch den Wind durchgeführt wird mittels einer Vorrichtung, die das Drehen des Flügels um ein Paar Grade um seine vertikale Lagerungsachse in einem Drehen des Flügels bis 90° um seine horizontale Lagerungsachse umwandelt. Die zur Flügelsteuerung erforderliche Vorrichtung besteht aus einer mit dem Flügel fest verbundenen Trommel, Seilen, Wälzlager und Träger oder aus einer mit dem Flügel fest verbundenen Zahnrad, einer mit Tragrahmen des Flügels befestigen Zahnstange und anderen Bestandteilen. Die Wirksamkeit dieser Windturbine ist infolge dem Drehen (Winkel des Drehen macht 2w = 2*4° aus) der horizontalen Achse (Symmetrieachse) jedes Flügels um seine vertikale Lagerungsachse jede 180° der Drehung der Windturbine in der Windrichtung und dem Gleiten eines Endes der horizontalen Achse jedes Flügels im Träger niedrig. Umwandelung des Flügels aus waagerechter Lage ist problematisch: er steht zum Wind mit seiner scharfen Kante. Zudem ist der Aufbau der Windturbine sehr kompliziert.
Aus dem Buch von Roland Gööck „Erfindungen der Menschheit. Wind. Wasser. Sonne. Kohlen. Öl” (Sigloch Edition '2001' ISBN: 3-89393-4) Seite 31 ist ein prinzipiell von obengenannter Windturbine abweichendes Windrad mit einer Vertikalachse bekannt. Es weist eine an der Vertikalachse befestigte runde Platte mit mehreren Schwenkachsen, die an den besagten Schwenkachsen schwenkbar angelenkten Flügel und eine Begrenzungseinrichtung der Flügelstellung auf. Die runde Platte liegt waagerecht und die Schwenkachsen sind zur Vertikalachse stets radial gerichtet. Die Begrenzungseinrichtung der Flügelstellung grenzt den Neigungswinkel jedes Flügels sowohl bei seiner Arbeitsstellung als auch bei seiner Gegenbewegung ein. Die Begrenzungseinrichtung weist Zugseile, von denen jedes je einen Flügel in Arbeitsstellung festhält, und die auf der runden Platte untergebrachten Leisten, die eine niedrige Neigungsstellung der Flügel bei ihrer Gegenbewegung begrenzen, auf. Die das Windrad drehenden Flügel heben sich unter Winddruck von beinah liegender Neigungsstellung zu senkrechter. Gleichzeitig werden alle anderen Flügel unter ihrer Schwerkraft und dem Winddruck in die untere Neigungsstellung gesenkt. Die mehreren antreibenden Flügel befinden sich im Windschatten von der ihnen nachfolgenden Flügel. Das bringt einen Verlust der Wirksamkeit dieses Windrads.
In DE 20 2008 002 068 U1 ist ein Windrad mit einer Vertikalachse vorgeschlagen. Es weist die an der Tragkonstruktion der besagten Vertikalachse befestigten Horizontalschwenkflügelachsen, die an den besagten Horizontalschwenkflügelachsen schwenkbar aufgehängten Schwenkflügel und eine Begrenzungseinrichtung, welche in Arbeitsstellung jedes Schwenkflügels mittels ihren Begrenzungsanschlägen oder Zugseilen eine annähernd vertikale Stellung jenes Schwenkflügels sichert, auf. Jeder Schwenkflügel ist zu seiner Horizontalschwenkflügelachse asymmetrisch befindlich. Alle Horizontalschwenkflügelachsen befinden sich in einer gemeinsamen Ebene und sind zur besagten Vertikalachse stets radial gerichtet.
Die nachfolgenden antreibenden Schwenkflügel bringen einen Windschatten den vorausgehenden und auch immer noch antreibenden und eine niedrige Effektivität des Windrads.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Windrads von erhöhterer Wirksamkeit, das mit geringerem Verlust arbeitet.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Erfindungsgemäß schränken die Vertikalachse und eine axiale Linie mindestens einer Horizontalschwenkflügelachse des Windrads einander, so dass ein Abstand zwischen der Vertikalachse und der besagten axialen Linie mindestens einer Horizontalschwenkflügelachse mehr als 0,1 aber weniger als ein Vektor eines Mittelpunkts von der besagten Horizontalschwenkflügelachse des Windrads ist, wobei bei Drehung des Windrads sich der besagte Abstand hinter seinem Vektor des Mittelpunkts von der Horizontalschwenkflügelachse bewegt. Jeder besagte Abstand kann 0,3–0,8 der Länge des Vektors des Mittelpunkts von der Horizontalschwenkflügelachse entspricht.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 – Draufsicht auf das laufende Windrad
2 – Vorderansicht auf das laufende Windrad
Ein sich im Uhrzeigersinn drehenden Windrad weist Horizontalschwenkflügelachsen 1, 2, 3, die sich in einer gemeinsamen Ebene befinden und an einer Tragkonstruktion 4 einer Vertikalachse 5 angeheftet sind, auf. Abstände 6, 7, 8 zwischen axialen Linien 9, 10, 11 der Horizontalschwenkflügelachsen 1, 2, 3 und der Vertikalachse 5 folgen bei einer Drehung des Windrads den Vektoren 12, 13, 14 der Mittelpunkte von der Horizontalschwenkflügelachsen 1, 2, 3, der Schwenkflügel 19, 15, 17 nach und zwar wen sich das Windrad im Uhrzeigersinn wenden soll (wie es in beigelegten Zeichnungen dargestellt ist), befinden sich die Abstände 6, 7, 8 von mit den ihnen korrespondierenden Vektoren 12, 13, 14 der Mittelpunkte von der Horizontalschwenkflügelachse 1, 2, 3, der Schwenkflügel 19, 15, 17 entgegen Uhrzeigersinn. Der das Windrad unter Windströmung w drehende Schwenkflügel 15 hängt an der Horizontalschwenkflügelachse 2 und verharrt dank Begrenzungsanschlag 16 in einer Vertikalstellung (in Arbeitsstellung), während sich ein an Horizontalschwenkflügelachse 3 hängender Schwenkflügel 17, bewegt gegen die Windströmung w, unter ihrer Einwirkung und unter einer Zentrifugalkraft F in einer annähernden Horizontalstellung befindet und ist in keinem Kontakt mit seinem Begrenzungsanschlag 18. Die Horizontalschwenkflügelachse 1 und Flanken ihres Schwenkflügels 19 sind zu Richtung der Windströmung w parallel gestellt, deswegen ist der Schwenkflügel 19 unter eigener Schwerkraft senkrecht erzwungen zu werden und berührt seinen Begrenzungsanschlag 20. Da einer Radiusvektor 21 des Schwerpunkts des Schwenkflügels 17 mehr als Vektor 14 des Mittelpunkts von der Horizontalschwenkflügelachse 3 des Schwenkflügels 17 ist, wirkt die Zentrifugalkraft F des Schwenkflügels 17 seiner Senkung in die Vertikalstellung entgegen aber lässt dieser Senkung nur bei vorgesehen zulässiger Drehgeschwindigkeit des Windrads zu. Die Größe des Abstands 6 bzw. 7 bzw. 8 lässt die äußerste zulässige Drehgeschwindigkeit des Windrads bestimmen. Ein längerer Verbleib des das Windrad drehenden Schwenkflügels 15 bzw. 17 bzw. 19 auf der Luvseite des Windrads (die sich vor einer der Windströmung w querlaufenden Diametralebene e-e des Windrads erstreckt) gibt eine Vergrößerung seiner Wirksamkeit.

Claims

Windrad mit einer Vertikalachse (5) und Horizontalschwenkflügelachsen (1, 2, 3), die sich in einer gemeinsamen Ebene befinden und an einer Tragkonstruktion (4) der Vertikalachse (5) fest angeheftet sind, dabei weist das Windrad eine in Arbeitsstellung jedes zu seiner Horizontalschwenkflügelachse (2) asymmetrisch befindlichen Schwenkflügels (15) seinen Neigungswinkel eingrenzende Begrenzungseinrichtung, deren Begrenzungsanschläge (16, 18, 20) bzw. Zugseile in Arbeitsstellung der Schwenkflügel (15, 17. 19) ihre annähernde Vertikalstellung sichern, auf, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalachse (5) und eine axiale Linie (9 bzw. 10 bzw. 11) mindestens einer Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) des Windrads schränken einander, so dass ein Abstand (6 bzw. 7 bzw. 8) zwischen der Vertikalachse (5) und der besagten axialen Link (9 bzw. 10 bzw. 11) mindestens einer Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) mehr als 0,1 aber weniger als ein Vektor (12 bzw. 13 bzw. 14) eines Mittelpunkts von der Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) des Windrads ist, wobei bei Drehung des Windrads sich der besagte Abstand (6 bzw. 7 bzw. 8) hinter seinem Vektor (12 bzw. 13 bzw. 14) des Mittelpunkts der Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) bewegt.
Windrad mit einer Vertikalachse (5) und Horizontalschwenkflügelachsen (1, 2, 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder besagte Abstand (6 bzw. 7 bzw. 8) 0,3–0,8 der Länge des Vektors (12 bzw. 13 bzw. 14) des Mittelpunkts von der Horizontalschwenkflügelachse (1 bzw. 2 bzw. 3) entspricht.