DE102014103761A1

DE102014103761A1 - Windkraftanlage und Rotor für eine Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102014103761A1
Application number: DE102014103761.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen um eine Drehachse drehbaren Rotor für eine Windkraftanlage. Um die Konstruktion des Rotors zu vereinfachen und die Effektivität zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Flügel des Rotors jeweils mindestens eine Klappe aufweisen, die sich zur Reduzierung des Luftwiderstandes durch den auf die Flügel wirkenden Wind öffnen und schließen.

Description

Die Erfindung betrifft einen um eine Drehachse drehbaren Rotor für eine Windkraftanlage.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Windflügel des Windrades anders gebaut werden und anders wirken, als bei allen üblichen im Gebrauch befindlichen Windkraftanlagen.
In den bekannten traditionellen Windkraftanlagen sind die Flügel feste Teile, die auf einer horizontalen Achse fest verankert sind. Sie leiten den von vorne kommendem Wind seitwärts und werden dadurch in Drehung versetzt.
Der Rotor der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel des Rotors jeweils mindestens eine Klappe (5, 7, 8) aufweisen, die sich zur Reduzierung des Luftwiderstandes durch den auf die Flügel wirkenden Wind öffnen und schließen und sich sämtliche Klappen (5, 7, 8) in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors in gleicher Richtung öffnen.
Das Windrad hat mehrere (optimal vier) Flügel, die (bei 4 Flügeln paarweise gegenüberliegend) an einer horizontalen Drehachse 6 befestigt sind, die quer gegen den Wind steht, wobei jeder Flügel 1–4 aus einem festen Rahmen mit mindestens einer beweglichen Klappe 7, 8, 5 besteht, die wie eine Tür nur in eine Richtung öffnet und schließt. Der gesamte Flügel bewegt sich nicht seitwärts zur Windrichtung wie bei den üblichen Windkrafträdern, sondern, bei geschlossenen Klappen, in Windrichtung. Die beweglichen Klappen 7, 8, 5 können aus Rahmen bestehen, die u. a. mit einer starken Folie oder einem textilen Gewebe (Stoff) bespannt sind. Die Klappen in den Flügeln 1, 3, die sich senkrecht zur Drehachse 6 befinden (vgl. 1) und dem Wind entgegen gerichtet sind, erzeugen die erwünschte Drehbewegung des Windrads wie folgt:
Während der Wind beide Klappen 5, 7 in die gleiche Richtung drückt, wird die Klappe(n) 5 an dem oberen Flügel 1 geschlossen, während sich gleichzeitig die untere Klappe(n) 7 öffnet, so dass in der Zeit, wo der Flügel 1 oben auf der Drehachse 6 mit geschlossener Klappe(n) den Wind in voller Stärke bekommt und dadurch vom Wind nach hinten geschoben wird, Flügel 3 unter der Drehachse dem Wind mit offener Klappe 7 begegnet und den Wind hindurch lässt. Infolge des Widerstands-Unterschieds zwischen Flügel 1 (mit geschlossener Klappe 5) und Flügel 3 (mit geöffneter Klappe 7) dreht sich das Windrad kraftvoll um die Drehachse 6, so dass nach einer Viertelkreis-Drehung die beiden Flügeln 1 und 3 in die horizontale Stellung und die anderen beiden Flügel 2 und 4 in die senkrechte Stellung gelangen, wo sie in gleicher Weise dem Wind ausgesetzt sind, wie zuvor die Flügel 1, 3. Der Flügel 2 gelangt auf die obere Seite der Drehachse 6, und seine Klappe(n) 8 wird vom Wind geschlossen, während der Flügel 4 auf die Unterseite der Drehachse 6 gelangt und seine Klappe vom Wind geöffnet wird, so dass der Druckunterschied zwischen den Flügeln oberhalb und unterhalb der Drehachse 6 das Windrad kontinuierlich in Drehung hält. Jeder Flügel kann eine oder mehrere bewegliche Klappe(n) aufweisen.
Alle anderen Teile, wie ein um eine vertikale Achse schwenkbar gelagerter Tragrahmen für die Achse (6) des Windrades sowie Getriebe und Generator, können so beschaffen sein wie bei üblichen Windkraftanlagen.
Die Windschwankungen bzw. Stromschwankungen können durch eine Verbindung mit dem öffentlichen Stromnetz ausgeglichen werden.
Die Vorzüge sind:
Erstens – Einfachere Konstruktion und Fertigung:
Die heutigen Windkrafträder haben Flügel, die aus einem festen Rahmen und einer festen Oberfläche bestehen, die eine aerodynamisch genau angepasste Form aufweist.
Im neuen Windkraftrad besteht der Rahmen aus einem einfachen Viereck, in das eine oder mehrere (optimal 2) Klappen eingearbeitet sind und das auf einer Drehachse befestigt ist. Er kann auch nur aus Klappen bestehen, die mit Stangen auf der Drehachse befestigt sind. Jede Klappe kann, anstatt aus festen Materialien, aus einer verstärkten Folie bzw. Segelstoff bestehen, wie dies bei Segeln der Fall ist. Der Stoff wird an den Seiten der beweglichen viereckigen Klappen mit Roben bzw. Seilen befestigt und kann mit einer Automatik verschoben werden, so dass die wirksame Windangriffsfläche je nach Windstärke vergrößert oder verkleinert werden kann. Der Stoff kann bei zu starkem Wind gänzlich auf einer Seite zusammengefaltet werden, so dass der Wind alle Klappen ungehindert durchströmt. Der Stoff bzw. die Folie kann auch fest verklebt und verbunden sein. Die Klappen werden dann bei starkem Wind nur teilweise, oder bei zu starkem Wind ganz geöffnet.
Durch diese Konstruktion haben die Flügel folgende Vorzüge:

1. Einfacher in der Fertigung: Die Herstellung von rechteckigen Rahmen ist viel einfacher als die Formung der heutigen Flügel mit aerodynamischem Profil.
2. Leichter im Gewicht: Das Einsetzen von Folien bzw. Stoffen macht die Flügel erheblich leichter und infolgedessen auch
3. Billiger in der Anschaffung und
4. Der Windstärke anpassbarer: Erfindungsgemäß wird, je nach Windstärke, der Stoff auf den Klappen teilweise oder ganz gerefft, wodurch die wirksamen Flügelflächen erheblich größer oder kleiner gestaltet werden können, um jede Windstärke optimal auszunutzen. Außerdem können die Klappen ganz oder teilweise geöffnet werden.
5. Die Möglichkeit des Einsatzes von viel größeren Flügeln: In dem die Beschädigungsgefahr durch sehr starken Wind (bei total gerefften Segeln) ausgeschaltet wird, ist die Möglichkeit gegeben, dass man die Flügelfläche viel größer macht, um auch sehr schwachen Wind optimal ausnutzen zu können.
6. Die Bespannung der Klappen kann, wenn möglich durch durchsichtige windwiderstandsfähigen Folien ausgeführt werden, so dass diese Flügel kaum Schatten auf die Erde werfen und die Fläche unterhalb des Windrades für andere Zwecke, wie Pflanzungen oder Solarzellen benutzen werden kann.
7. Die hohen und breiten beweglichen Flächen können für Reklame aller Art benutzt werden.
8. Die neue Windkraftanlage kann zwei oder mehr Windräder haben, die auf einer gemeinsamen waagerechten Achse angebracht werden, die in der Mitte gelagert wird.

Zweitens: Größere Effektivität: Die größere Effektivität gegenüber herkömmlichen Windrädern wird dadurch erzeugt, dass der Wind das Windrad kraftvoller bewegt, wenn er senkrecht auf die Flügelflächen trifft, als wenn der gleiche Wind von der Seite kommt und durch die Winkelschiebung das Windrad dreht.
Die Einsatzmöglichkeiten:
Die neuen Windkrafträder können entweder kommerziell in „windgünstigen” Gebieten, wie Gebirgen, auf hohen Masten aufgestellt oder zum Beispiel an Ballons befestigt und in der Luft schwebend angeordnet werden, wo der erzeugte Strom in urbane Gebiete geleitet und dort genutzt wird. Bei den in der Luft schwebenden Windkraftanlagen wird die Anlage durch tragende Gasballons, wie zum Beispiel Zeppeline, mit Seilen oder Kabeln auf dem Boden befestigt.
Sie können aber auch in kleiner Ausführungsform in Gärten, auf Feldern, auf Dächern oder an Gebäuden befestigt werden und Strom produzieren, der unmittelbar am Ort der Erzeugung verbraucht wird. In diesem Fall sorgen die Gebäude für einen Verstärkungseffekt. Denn der gegen die Gebäudewände strömende Wind wird an den Außenmauern der Gebäude nach oben umgelenkt und verstärkt den auf die dort montierten Anlagen wirkenden Wind.

Claims

Um eine Drehachse (6) drehbarer Rotor für eine Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel des Rotors jeweils mindestens eine Klappe (5, 7, 8) aufweisen, die sich zur Reduzierung des Luftwiderstandes durch den auf die Flügel wirkenden Wind öffnen und schließen.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich sämtliche Klappen (5, 7, 8) in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors in gleicher Richtung öffnen.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Klappen (5, 7, 8) mindestens einen an dem Flügel zur Anlage bringbaren Anschlag (9) aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klappe an einem ihrer Ränder über ein Drehgelenk (10) mit dem Rotor verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlag (9) an einem dem Drehgelenk (10) gegenüberliegenden Rand angeordnet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mindestens vier Flügel (1, 2, 3, 4) aufweist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ebenen Flügel (1, 2, 3, 4) radial von der Drehachse (6) nach außen erstrecken.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Klappen (5, 7, 8) einen bespannten Rahmen aufweisen.
Windkraftanlage mit einem Rotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.
Windkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (6) des Rotors horizontal angeordnet ist.