DE10208561A1

DE10208561A1 - Windrad

Info

Publication number: DE10208561A1
Application number: DE10208561A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-04

Abstract

Das Windrad mit seinen Komponenten, das bevorzugt eine Kegelform aufweist, dreht sich radial um die eigene Achse, die im Zentrum durch die Spitze verläuft, wenn Wind gegen die Spitze über den Windradkörper (6) strömt und auf die schräg zur Windrichtung angeordneten Flügelleisten (7) trifft. Durch die Drehbewegung wird ein Drehmoment auf angeschlossene Verbraucher abgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Windrad mit dazugehörenden Komponenten zum Aufbau einer Windkraftanlage zur Umwandlung der Luftströmung in ein Drehmoment als Antrieb zur alternativen Energienutzung.
Das nachfolgend beschriebene Windrad hat die Eigenschaft, bei einfacher Bauweise einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen als herkömmliche Windräder und ist deshalb in sehr guten Windlagen aber auch an weniger gut geeigneten Standorten einzusetzen. Das Windrad kann man in sehr großen Windkraftanlagen anwenden aber auch in kleinerer Bauform als kleine Windkraftanlage einsetzen.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Gesamtanlage das Windrades
Fig. 2 zeigt den Windverlauf am Querschnitt des Kegels
Fig. 3 zeigt den Windradkörper von der Spitze 1 Sockel
2 Turm
3 Drehkranz
4 Flansch
5 Generator mit Getriebe
6 Windradkörper
7 Flügelleisten
8 Windschaufeln
9 Windschattenzone
10 Windrichtung
11 Lufteintritt
12 Luftaustritt
13 Kegelboden
14 Drehrichtung
Die Windkraftanlage besteht aus einem von herkömmlichen Windrädern bekannten Turm (2), Drehkranz (3) und Getriebe mit Generator (5). Anstelle der herkömmlich bekannten Rotorblätter ist am Flansch (4) der Antriebsachse des Getriebes mit Generator (5) der Windradkörper (6) montiert. Der Windradkörper (6) ist bevorzugt ein kegelförmiger Hohlkörper der mit der Spitze am Getriebe mit Generator (5) montiert ist. Die Spitze des kegelförmigen Windradkörpers (6) zeigt immer gegen die Windrichtung. An der äußeren Mantelfläche des Windradkörpers (6) sind am Umfang in gleichen Abständen Flügelleisten (7) angebracht. Die Flügelleisten sind leicht schräg zur Achse und zur Windrichtung angebracht, können aber auch leicht Spiralförmig oder gekrümmt montiert sein.
Die Flügelleisten (7) nehmen in Richtung Kegelboden (13) - das ist auch in Windrichtung - an Flügelfläche zu und ragen über das Ende des Windradkörper (6) hinaus. Zusätzlich können am Windradkörperboden (13) noch Windschaufeln (8) angebracht werden.
Wird jetzt der Windradkörper (6) mit Wind beströmt, trifft diese zuerst auf die Spitze (ist Lufteintritt - 11) und wird dann gleichmäßig über die äußere Mantelfläche des Windradkörpers (6) in Richtung Windradkörperboden (13) gedrückt (ist Windaustritt - 12). Bei dieser Luftführung kreuzt die Luft zwangsweise die leicht quer oder leicht spiralförmig zur Luftströmung angebrachten Flügelleisten (7). Der Wind übt Druck auf die Flügelleisten (7) aus und erzeugt dadurch eine endlose radiale Drehbewegung des Windradkörpers (6) der wiederum über einen Flansch (4), einen Generator oder andere Verbraucher antreibt.
Um auf die von Natur aus unterschiedlichen Windstärken zu reagieren, ist es angebracht, mit Drehzahlreglern während des Betriebes die Flügelflächen der Flügelleisten (7) oder den Neigungswinkel der Flügelleisten (7) zur Windrichtung zu verändern.
Weitere Vorteile der Erfindung sind, dass die Luft auf dem Weg in Richtung Luftaustritt (12) durch die Kegelform an Luftmasse und die Luftgeschwindigkeit zunimmt, weshalb auch in Richtung Luftaustritt die Flügelleisten (7) mit ihrer Flügelfläche zunehmen um den Wind optimal nutzen zu können. Am Luftaustritt (12) ist der größte Durchmesser des Windradkörpers (6) sowie die größte Luftmasse und -geschwindigkeit. Somit kann hier ein großer Drehmoment über Flügelleisten (7) und Windradkörper (6) an den Generator (5) abgegeben werden. Des weiteren entsteht am Windradkörperboden (13) eine Windschattenzone (9). Von dieser Vakuumzone wird Wind vom Luftaustritt (12) in Richtung Windschatten (9) gesogen.
Durch die verlängerten Flügelleisten (7) über den Windradkegelboden (13) hinaus und durch zusätzlich vorteilhaft angebrachten Windschaufeln (8) im Bereich der Luftströmung zwischen Luftaustritt (12) und Windschattenzone (9) kann weiter Druck auf die Drehbewegung und somit Drehmoment zum besseren Wirkungsgrad ausgeübt werden. Zudem wird der größtmögliche Querschnitt des Windradkörpers (6) gleichmäßig mit Luft beströmt und es kann keine Luft ungenützt durchströmen. Bei herkömmlichen Windrädern geht viel Luft ungenützt durch die Flügel. Außerdem legt die Luft am Windradkörper (6) zwischen Lufteintritt (11) und Luftaustritt (12) eine längere Stecke zurück. Somit erhöht sich durch den längeren Wirkungsweg und Wirkungszeit der Wirkungsgrad. Bei herkömmlichen Windrädern ist die Ausnutzung der Luft nach wenigen Zentimetern und wenigen Sekunden wirkungslos.
Ein weiterer Vorteil des gesamten Windrades ist die sehr aerodynamische Form der Gesamtanlage. Dadurch entstehen kaum Luftverwirbelungen und die Gesamtluftströmung kann sich Dynamisch fortbewegen. Ein Erfindungsmerkmal und großer Vorteil des Windrades ist dadurch gegeben, dass sich der sehr aerodynamische längliche und . kegelförmige Windradkörper (6) in der Anordnung mit dem Flansch (4), Generator mit Getriebe (5) und Drehkranz (3) sich immer selbständig gegen den Wind stellt und somit eine Windfahne oder ein mechanisches oder elektronisches Steuergerät zum Ausrichten des Windrades gegen die Windrichtung nicht erforderlich sind. Das Windrat in der genannten Anordnung ist hauptsächlich auf Zug beansprucht.
Ein weiterer Vorteil der großen Fläche des Windradkörpers (6) sind, das die Flächen bei Nachfrage zu Werbezwecken vermarktet werden können.
Außerdem ist der Windradkörper (6) mit seinem Flügelleisten (7) nicht nur im Freien auf einen Turm oder Gebäudedach einzusetzen sondern überall dort, wo Luft strömt.
Der Windradkörper (6) muss nur immer mit der Spitze gegen die Luftströmung ausgerichtet sein.
Die Erfindung kann auch mit herkömmlichen Windräder kombiniert eingesetzt werden, wobei der Windratkörper (6) mit seinen Komponenten nicht nur den Wirkungsgrad der kombinierten Anlage erheblich steigert sondern auch zugleich die Windfahne ersetzt. Über einen Durchtrieb am Generator oder Getriebe des herkömmlichen Windrades kann der Windradkörper (6) mit seinen Komponenten angeflanscht werden.

Claims

1. Das Windrad besteht aus einem spitz zulaufenden, bevorzugt Kegelförmigen Windradkörper (6), der sich radial um die eigene Achse, die im Zentrum durch die Spitze verläuft, dreht. Auf der äußeren geschlossenen Mantelfläche des bevorzugten Höhlkörpers (6), deren Spitze immer gegen der Luftströmung zeigt, befinden sich mehrere Flügelleisten (7) die auf der Oberfläche am Umfang gleichmäßig aufgeteilt sind und leicht schräg oder gekrümmt zur Achse und Windrichtung oder leicht Spiralförmig angeordnet sind. Strömungsverlauf und Drehachsenverlauf sind gleichlaufend, wobei sich die Achse nach der Strömung richtet.

2. Das Windrad nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsluft durch die Kegelform des Windradkörpers (6) im Verlauf zwischen Lufteintritt (11) und Luftaustritt (12) an Geschwindigkeit und Masse zunimmt und bei Luftaustritt somit der Windratkörperquerschnitt (6) am größten ist, hier sämtliche Luft des gesamten Windradkörperquerschnitts (6) mit der größtmöglichen Geschwindigkeit vorbeiströmt wobei die maximale Hebelwirkung zum tragen kommt und somit der größtmögliche Drehmoment durch den Windratkörper (6) mit seinen Komponenten übertragen werden kann.

3. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der größtmögliche Querschnitt des Windradkörpers (6) - ist die Fläche kurz vor Luftaustritt (12) am anderen Ende der Spitze durch die Kegelform - gleichmäßig beströmt wird und dadurch gleichmäßig Druck auf den größtmöglichen Querschnitt des Windradkörpers (6) mit Komponenten ausgeübt wird, wobei der Luftstrom vollkommen ausgenutzt wird.

4. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsluft auf den Weg von der Spitze des Windradkörpers (6) - ist Lufteintritt (11) - zum Windradkörperboden (13) - ist Luftaustritt (12) - einen längeren Weg zurücklegen muss und damit die Luft längere Zeit am Windradkörper (6) mit Komponenten verbleibt ergibt sich dadurch ein besserer Wirkungsgrad.

5. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelleisten (7) im Verlauf von der Spitze ausgehend an Flügelfläche zunehmen um die durch die Kegelform nach hinten und außen drückende Luft optimal in ein Drehmoment umwandeln zu können.

6. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelleisten (7) am Ende gegenüber der Spitze über den Windradkörper (6) ragen und vorteilhaft in den Bereich der Luftströmung zum Windschatten neigen um in diesen Bereich den Wirkungsgrad zu erhöhen.

7. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelleisten (7) in der Flügelfläche und/oder die Schrägstellung der Flügelleisten (7) während des Betriebes des Windradkörpers (6) verändert werden kann um die Drehzahl des Windrades bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten konstant zu halten.

8. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung beim Luftaustritt (12) des Windradkörpers (6) in Richtung Windschattenzone (9) durch zusätzlich vorteilhaft angebrachte Windschaufeln (8) einen besseren. Wirkungsgrad des Windrades erreichen kann

9. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die allgemeine aerodynamische Form des gesamten Windrades kaum Verwirbelungen auftreten und die Gesamtluft dynamisch und zügig strömen kann.

10. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die aerodynamische Anordnung der Komplettanlage, mit Drehkranz (3), Getriebe, Generator (5), Flansch (4) und kegelförmigen Windkraftkörper (6) mit der Spitze gegen den Wind sich selbst im Wind ausrichtet und so keine Windrichtungssteuereinheiten oder Windfahnen benötigt werden. Zudem ist bei der oben genannten Anordnung das Windrad größtenteils vorteilhaft auf Zug beansprucht.

11. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windradkörpers (6) überall eingesetzt werden kann wo Luft und/oder Gase strömen. Es muss nur die Spitze des Windradkegels gegen den Luftstrom zeigen. Der Luftstrom und die Achse sind immer gleichlaufend.

12. Das Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Windratkörper (6) mit Komponenten über dem Flansch (4) auch mit herkömmlichen Windrädern kombiniert werden kann, wobei die Erfindung nicht nur die Windfahne oder andere Windrichtungssteuereinheiten ersetzt, sondern auch den Wirkungsgrad erheblich steigert.