Wie herkömmmliche horizontal laufende Windkraftanlagen
benötigen
auch vertikal laufende Windkraftanlagen geeignete Antriebsflügel oder
Rotoren, mit denen Windkraft in eine mechanische Drehbewegung umgewandelt
wird, um geeignete Generatoren zur Stromerzeugung antreiben zu können.Like conventional horizontal wind turbines
need
also vertically running wind turbines suitable drive blades or
Rotors with which wind power is converted into a mechanical rotary movement
in order to be able to drive suitable generators for electricity generation.
Bislang erreichen handelsübliche Windkraftanlagen
erst gute Wirkungsgrade nachdem aufwendige Steuer-, Sicherheits-
und Regelungsmechanismen verbunden mit komplexen aerodynamischen Berechnungen
unter einem enormen Kostenaufwand, kombiniert wurden.So far, commercial wind turbines have reached
only good efficiencies after complex control, security
and control mechanisms combined with complex aerodynamic calculations
combined at an enormous cost.
Die Erfindung mit den im Patentanspruch
1 angegebenen wesentlichen Merkmalen, bezeichnet einen Antriebsrotor
für vertikal
laufende Windkraftanlagen, der in 1, 1-4, in verschiedenen Ansichten allgemein,
in 2,The invention with the essential features specified in claim 1 denotes a drive rotor for vertically running wind turbines, which in 1 . 1 - 4 , general in different views, in 2 .
5,
Punkt 1-7, mit Details dargestellt wird. In 3, 6 ist die Grundformel für die Berechnung
des horizontalen Profilverlaufes abgebildet. 5 , Point 1-7 , is shown with details. In 3 . 6 the basic formula for calculating the horizontal profile profile is shown.
5,
Punkt 1, zeigt die Möglichkeit
eine Montage-/ Transportvorrichtung am lagerfreien Wellenende ( 5, Punkt 2 ) anzubringen. 5 , Point 1 , shows the possibility of an assembly / transport device at the bearing-free shaft end ( 5 , Point 2 ) to attach.
Die durch die Rotationsachse, (in
Patentanspruch 9 beschrieben), verlaufende, beidseitig
aus dem Rotoblatt hinausragende Welle, überträgt Hubkräfte zwischen Transporthaken
und der Gesamtmasse des Antriebsrotors, verbindet die beiden symmetrischen
Rotorblatthälften
(1, Punkt 1 )
und ( 1, Punkt 2 )
miteinander, bietet im Bereich von 5,
Punkt 7 gekennzeichnet, die Aufnahmemöglichkeit für ein Lager mit Sicherungsmechanismus zur Übertragung
der Rotationskräfte
auf einen geeigneten Stromerzeugungsgenerator und stellt insgesamt
die elektrische Masseverbindung zur Erde dar.The through the axis of rotation, (in claim 9 described), running shaft protruding from the rotor blade on both sides, transmits lifting forces between the transport hook and the total mass of the drive rotor, connects the two symmetrical rotor blade halves ( 1 , Point 1 ) and ( 1 , Point 2 ) with each other, offers in the range of 5 , Point 7 characterized, the possibility of accommodating a bearing with a safety mechanism for transmitting the rotational forces to a suitable power generator and represents the electrical ground connection to earth.
Grundproblematik im wirtschaftlichen
Sinne ist, alle erforderlichen aerodynamischen, mechanischen, statischen,
regelungs- und sicherheitstechnischen Komponenten auf die Mindestanforderungen zu
reduzieren, zugleich eine geräuscharme,
kompakte, unkomplizierte und kostengünstige Windkraftanlage für jeden
Endverbraucher zu gestalten, so daß ein Betrieb in Wohngegenden
und ortsnahen Gebieten mit dem Ziel einer allgemein unterstützenden
Energieversorgung ermöglicht
wird.Basic problem in the economic
The sense is, all necessary aerodynamic, mechanical, static,
control and safety-related components towards the minimum requirements
reduce, at the same time a low-noise,
compact, uncomplicated and inexpensive wind turbine for everyone
To design end consumers, so that an operation in residential areas
and local areas with the aim of providing general support
Energy supply enabled
becomes.
Dieses Problem wird durch die Erfindung
mit den im Patentanspruch 1 angegebenen wesentlichen Merkmalen gelöst.This problem is solved by the invention
solved with the essential features specified in claim 1.
Weitere vorteilhafte Gestaltungen
sind in den Patentansprüchen
2 bis 12 beschrieben.Further advantageous designs
are in the claims
2 to 12 described.
Die erreichten Vorteile stellen sich
insbesondere wie folgt dar:
– kompakte Konstruktion, bestehend
aus zwei symmetrischen Formhälften
(1, Punkt 1 und 2),
in Faserverbundbauweise hergestellt mit einem vergleichbar geringen
Kostenaufwand an Herstellung und Entwicklung,
– formbedingte
günstige
Verteilung der vertikal verlaufenden Druckkräfte, wodurch die resultierenden Hebelkräfte nur
durch ein Lager am Sockel (5, Punkt 7),
der Rotorwelle aufgenommen werden müssen,
– kein Windausrichtungs-/und
Nachführungsmechanismus
erforderlich, da das Rotorblatt ab einer bstimmten Windgeschwindigkeit
(ca.1 m/s) von selbst und unabhängig
von der vorherrschenden Windrichtung zu drehen beginnt,
– kein primärer Sturmsicherungsmechanismus
erforderlich, der das Antriebsblatt aus dem Wind dreht, bedingt
durch den "Magnus" – Effekt. Dieser Effekt setzt
bei Drehbewegung ein und bewirkt, dass der Rotor eine Luftsäule aufbaut,
die auf die Luftströmung
trifft, folglich die Rotationsgeschwindigkeit nicht schneller als
die der jeweiligen Windgeschwindigkeit werden kann, zumal der Rotor
ständig
von dem Widerstand des anzutreibenden Stromerzeugungsgenerators
gebremst wird,
– bei
extrem hohen Windgeschwindigkeiten verbunden mit Unwetter (Hagel-,
Blitzschlag.), kann durch die sekundäre Sturmsicherung in Form der
elektromagnetischen Rotorbremse, der Antriebsrotor vor möglichem
Bruch im spitzen Winkel und somit seinem geringsten Luftwiderstand
zur Windrichtung angehalten werden,
– präzises Auswuchten ist durch
die Zweiblattausführung
möglich
, da die Wellenenden (5,
Punkt 2 und Punkt 7), als Aufnahme für Lagerdorne
dienen, an denen befestigt und parallel zum Untergrund ausgerichtet,
in niedriger Höhe
der Rotor sich dann „die Waage
halten" muß,
– der Lichtunterbrechungseffekt,
der bei Rotation gegen das Sonnenlicht entsteht und gleichermaßen störend auf
Anwohner wirkt, ist durch die geringen Rotorblattradien zu vernachlässigen,
– umfangreiche
Genehmigungsverfahren, Gutachten, kostenintensive, regelmäßig durchzuführende Wartungsarbeiten,
die für
Großanlagen
und Windparks vorgeschrieben sind, finden sich hier in erheblich
vereinfachter Form wieder, da nach Aussage Immissionsschutzbehörde – Landratsamt
Erding und Rücksprache
mit dem Amt für
Umweltschutz, die Grenzwerte für
Rotoblattflächen
wesentlich unterschritten werden,
– kein jährlicher Nachweis für Wartungs-
und Inspektionsarbeiten erforderlich,
– kein Schattenwurfgutachten
erforderlich
– keine
Eisabwurtgefahr bei entsprechenden Witterungsverhältnissen,
bedingt durch die spezielle Formgestaltung in Verbindung mit geringen
Rotorblattradien,
– geräuscharmer
Lauf auch bei hohen Windgeschwindigkeiten, aufgrund der Kombination
aus Formgebung und Oberflächenstruktur.
Es sind bei Betrieb Emissionswerte unter 40dB zu erwarten, die eine
Betriebserlaubnis für
Wohngebiete bei Tag und Nacht ermöglichen,
– die geringen
Strömungsgeräusche bei
Rotation des Antriebsblattes werden im hauptsächlich durch den Übergang
von der glatten Rotorblattinnenseite (5,
Punkt 6) zur rauhen Rotorblattaussenseite ( 5, Punkt 5 ) erzeilt
und durch den welleförmigen in
Sinus-Normalfunktion (3, 6 ) gestalteten Profilverlauf
zum jeweils aerodynamischen Blattende, positiv beeinflusst,
– die rauhe
Aussenseite des Rotorblattes wirkt dem Effekt der Kavitation (=
vorzeitiger unkontrollierter Strömungsabriss
am aerodynamischen Blattende) entgegen und ermöglicht einen laminaren Strömungsverlauf
bis zum kontrollierten Abriss am aerodynamischen Blattende,
– die gegen
Null laufenden Profile der aerodynamischen Blattenden, gekennzeichnet
in 5, Punkt 3 und 4,
begünstigen
zusätzlich
den von Luftwirbel reduzierten, leisen Strömungsabriss,
– Entlastung
des Drucklagers, das im Bereich von 5,
Punkt 7, anzubringen ist, mit zunehmender Drehgeschwindigkeit,
hervorgerufen durch die vertikal verlaufende Windung, die insgesamt
auftriebsfördernd
wirkt.The advantages achieved are in particular as follows:
- compact construction, consisting of two symmetrical mold halves ( 1 , Point 1 and 2 ), manufactured in fiber composite construction with a comparatively low cost of manufacture and development,
- Shape-related, favorable distribution of the vertically running pressure forces, which means that the resulting lever forces can only be achieved through a bearing on the base ( 5 , Point 7 ), the rotor shaft must be included,
- no wind alignment and tracking mechanism required, since the rotor blade starts to rotate automatically at a certain wind speed (approx. 1 m / s), regardless of the prevailing wind direction,
- No primary storm protection mechanism required to turn the drive blade out of the wind due to the "Magnus" effect. This effect occurs during rotary motion and causes the rotor to build up an air column that meets the air flow, consequently the rotational speed cannot become faster than that of the respective wind speed, especially since the rotor is constantly braked by the resistance of the power generator to be driven,
- at extremely high wind speeds combined with bad weather (hail, lightning), the secondary storm safety device in the form of the electromagnetic rotor brake can be used to stop the drive rotor from breaking at an acute angle and thus its lowest air resistance to the wind direction,
- Precise balancing is possible thanks to the two-blade design, as the shaft ends ( 5 , Point 2 and point 7 ), serve as a receptacle for bearing mandrels, to which are attached and aligned parallel to the ground, at low heights the rotor must then "balance",
- The light interruption effect, which occurs when rotating against the sunlight and is equally disturbing for residents, can be neglected due to the small rotor blade radii,
- Extensive approval procedures, expert opinions, cost-intensive, regular maintenance work, which are mandatory for large-scale plants and wind farms, can be found here in a considerably simplified form, since according to the Immission Control Authority - Erding District Office and consultation with the Office for Environmental Protection, the limit values for red leaf areas were significantly below become,
- no annual proof of maintenance and inspection work required,
- no shadow casting report required
- there is no risk of ice chewing in appropriate weather conditions, due to the special design in conjunction with small rotor blade radii,
- Quiet running even in high winds speed, due to the combination of shape and surface structure. Emission values below 40dB are to be expected during operation, which permit an operating permit for residential areas day and night,
- The low flow noise during rotation of the drive blade is mainly due to the transition from the smooth inside of the rotor blade ( 5 , Point 6 ) to the rough outside of the rotor blade ( 5 , Point 5 ) and by the wave-like normal function ( 3 . 6 ) designed profile profile to the aerodynamic blade end, positively influenced,
- The rough outside of the rotor blade counteracts the effect of cavitation (= premature uncontrolled stall at the aerodynamic blade end) and enables a laminar flow pattern up to controlled demolition at the aerodynamic blade end,
- The aerodynamic blade end profiles running towards zero, marked in 5 , Point 3 and 4 , additionally favor the quiet stall, reduced by air turbulence,
- Relief of the thrust bearing, which is in the range of 5 , Point 7 , is to be attached with increasing rotational speed, caused by the vertical winding, which has an overall positive effect on buoyancy.
-
Abbildung
1: Figur 1:Illustration
1: Figure 1:
-
Ansicht
von oben,view
from above,
-
1)1)
-
symmetrische
Formhälfte 1 symmetrical
Mold half 1
-
2)2)
-
symmetrische
Formhälfte 2symmetrical
Mold half 2
-
Figur
2:figure
2:
-
Ansicht
von schräg
oben,view
from oblique
above,
-
Figur
3:figure
3:
-
Frontansicht
(90° zu
Unterkante),front view
(90 ° to
Bottom edge)
-
Figur
4:figure
4:
-
Frontansicht
(90° zu Oberkante).front view
(90 ° to top edge).
-
Abbildung
2: Figur 5:Illustration
2: Figure 5:
-
1)
Transporthaken1)
transport hook
-
2)2)
-
Wellenende
oben – frei,shaft end
above - free,
-
3) 3)
-
rodynamisches
Ende rechts,rodynamisches
End right,
-
4)4)
-
aerodynamisches
Ende links,aerodynamic
End left,
-
5)5)
-
rauhe
Außenseite,rough
Outside,
-
6)6)
-
glatte
Innenseite,smoothness
Inside,
-
7)7)
-
Wellenende
unten – lagerseitig.shaft end
below - on the bearing side.
-
Abbildung
3: Figur 6:Illustration
3: Figure 6:
-
Sinus – Normalfunktion
(y = sin x )Sine - normal function
(y = sin x)