DE10318231A1

DE10318231A1 - Windkraftmaschine "ÖÖL-Quelle"

Info

Publication number: DE10318231A1
Application number: DE2003118231
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Balke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18
Also published as: DE10212827A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Windkraftantrieb mit einer vertikalen Achse (A) in einem Rahmen. Der Rahmen mit Säulen (1se oder 1sp) und Versteifungsdiagonalen (D) übernimmt die Stützkräfte für die Vertikalachse und erlaubt das vertikale und horizontale Stapeln dieser Module als Windkraftantriebe. Die Vertikalachse (A) als Rohr übernimmt die Lagerung der Horizontalachsen (Ah), integriert die Steuerungsbauteile, schützt diese Bauteile innerhalb der Achse vor Witterung und integriert den Generator. Während die Bauteile (z. B. A oder AH), die um die Vertikalachse (AD) drehen, in schweren Material wie Stahl gestaltet sind, werden im Gegensatz dazu, die um die Horizontalachsen (HA) oszillierenden Massen wie Rotor-Flächen aus leichtem Material wie Aluminium oder Kunststoff konstruiert. Die Steuerungselemente innerhalb der Vertikalachse (A) grenzen die Beweglichkeit der Horizontalachsen dahingehend ein, dass der Verdrehungswinkel der Horizontalachsen den Windgeschwindigkeiten angepasst werden kann, um ein konstantes Drehmoment oder eine konstante Leistung der Windkraft zu entnehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung ist eine Weiterentwicklung der Patentanmeldung 102 12 827.8 und dient ebenso der Energieerzeugung aus Luftbewegungen der Atmosphäre.
Während Windanlagen mit einer vertikalen Achse Stand der Technik sind, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Patentanmeldung 102 12 827.8 zu einem einfachen, wirtschaftlich Produkt bereitzustellen. Dies geschieht mittels ausgeklügeltem Rahmen (1 und 2) und einzelnen Spezifikationen (3, 4 und 5), was einzeln betrachtet Stand der Technik ist, stellt aber in der Kombination einer Windkraftmaschine mit einer Vertikalachse eine Erfindung dar.
Die Verbesserungen liegen darin, dass der Rahmen nach Anspruch 1 als kompaktes Bauteilmodul z.B. auf einem Hochhaus autark seine Funktion erfüllen kann oder nach Anspruch 2, gestapelt mit einer beliebigen Anzahl von diesen kompakten Modulen z.B. zu einer Pyramide oder zu einem Gebäude gestaltet werden kann. In dem kompakten Gerät übernimmt die Vertikalachse als Rohr nach Anspruch 3 auch die Definition der Doppelfunktion zum Einen als Drehmomentaufnehmer der Windkraft und gleichzeitig als Wetterschutz für die nötigen Steuerungselemente für die Rotoren innerhalb der Vertikalachse. Anspruch 4 gibt der Vertikalachse als Rohr die dritte Funktion wie Integration eines Generators bzw. definiert das Rohr als Außenhaut eines Generator nach 3. Durch die Welle W in 3 kann mittels Schleifringe die elektrische Energie des Bauteilmoduls nach außen weitergegeben werden.
Die Funktion der Spanten der Rotoren nach 4 verstärken aufgrund von Windkanal-Versuchen die Momentabgabe des Windes auf die Hochachse AD. Bekannt sind wohl Geräte der Werbungsindustrie mit abgeknickter Flächen und Vertikalachse, aber hier ist eine Verbesserung von Rotoren erreicht, die sich um die Horizontalachsen drehen.
Während Rotoren an einer vertikalen Hochsache Drehmoment-Schwankungen unterliegen, ist bei Versuchen ermittelt worden, das die Schwankungen bei hohen Trägheitsmomenten geringer ausfallen. Dies wird mit Anspruch 6 dargestellt ebenso, wie die Erfahrung, dass die Kippgeschwindigkeit der Rotoren um die Horizontalachsen von den bewegten Massen um die Horizontalmassen positiv dahingehend beeinflusst werden, dass diese schneller und mit weniger Kraftaufwand besser beschleunigt werden können.
Die Steuerung der Kippwinkel der Rotoren erfolgt einfach nach Anspruch 7 und 5. Dies ermöglicht eine einfache Winkelstellung der Rotoren in Abhängigkeit der Windstärken. Die Koppelstangen werden in der Vertikalbewegung eingegrenzt. Dies hat den Vorteil, dass die Maschine im Drehmoment nach oben abhängig der Windstärken begrenzt wird und bei Orkan die Maschine in ein Notaus gefahren wird. Wenn die beiden Rotorflächen auf einer Horizontalachse dem Wind die gleiche Fläche entgegenstellen ist die Maschine in Ruhe, auch bei höchsten Windstärken. Dieses wurde bei praktischen Verschen entdeckt, lässt sich aber schnell rechnerisch durch die Formel F = cw·A·Vhoch 2 nachweisen.

Claims

Windkraftanlage mit einer vertikalen Antriebswelle (A), die in einem dreidimensionalen metallischen Rahmen gehalten wird (1). Dieser Rahmen ist dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grundfläche (1u) und die obere Grundfläche (1o) mittels senkrechten Säulen (1se oder 1sp) in Abstand gehalten werden. Die untere und die oberen rechtwinkligen Grundflächen bestehen beide aus jeweils einer rechtwinkligen Platte oder bilden sich aus Stäben (2). Die Schnitt-Ansicht B-B in 2 gibt den Rahmen dahingehend wieder, dass sich mittig der mittleren Drehpunkt der Vertikalachse (AD) befindet und den kreisförmigen Arbeitsbereich (KR) der Horizontalachsen (HA) und deren Rotorflächen definiert. Außerhalb des Kreises (KR) verbinden die vertikalen Stäbe einzeln (1se) oder paarweise (1sp) die rechtwinkligen Grundflächen. Die paarweisen vertikalen Stäbe sind mit Diagonalen (D) verbunden, die eine horizontale Verschiebung der Grundflächen zueinander dann verhindern, wenn das Drehmoment der Vertikalachse im Wind sich an den Grundflächen (1u und 1o) des Rahmens abstützt.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen mit einfachen Verbindungselementen wie Klammern, Schrauben, Nieten oder anderen Befestigungsarten wie Schweissen usw. mit weiteren identischen Rahmen nach 1/2 vertikal und horizontal verbunden und beliebig gestapelt werden kann
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalachse (A) aus einem metallischen Rohr besteht. Das große vertikale Rohr (A) wird von kleineren horizontalen Rohren (AH) durchdrungen, die wiederum die paralelen horizontalen Achsen und deren Lagerung aufnehmen. In dem Rohr befinden sich die inneren Steuerungselemente der Horizontalachsen (HA) oder andere Bauteile und werden vor der Witterung geschützt.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalachse nach Anspruch 3 auch einen Generator beinhaltet. Das Außenrohr (A) der Vertikalachse kann auch in 3 die Außenhaut eines Generator bilden, an dem der Anker befestigt ist. Dabei übernimmt der Rahmen nach Anspruch 1 mittels Welle (W) in die Vertikalachse die Aufnahme des Generatorgegenstücks wie z.B. Spule. Es kann auch umgekehrt sein, daß die Welle (W) den Anker trägt und die Spulen auf der Außenhaut plaziert sind.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Flächen, befestigt mit den Horizontalachsen der Vertikalachse, gebildet werden aus horizontalen Rohren (HR) und vertikalen Blechen als Spanten (S) dargestellt in 4. Die diagonale Versteifung wird wiederum geschaffen durch spannen von Blechen von einem horizontalen Rohr zum anderen oder durch zusätzlicher Abringung von Diagonalen. Die Bleche oder auch Folien können Schriftzüge oder Bilder für Werbungszwecke aufnehmen, und gleichzeitig die Windkraft über die Horizontalrohre (HR) in die Horizontalachse (HA) der Vertikalachsen als Moment in den Generator der Vertikalachse weitergeben.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die um die vertikale Hochachse (AD) rotierenden Bauteile aus schweren Material z.B. Stahl gebildet werden, damit das Trägheitsmoment um die Hochachse so hoch wie möglich ist. Die sich um die Horizontalachsen (HA) drehenden Teile wie Rotoren oder die oszillierenden Koppelstangen in der Vertikalachse sind aus leichterem Material wie z.B. Aluminium oder Kunststoff, um das Trägheitsmoment um die Horizontalachsen so klein als möglich zu gestalten.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren Rotorflächen (R) nach Patentanmeldung 102 12 827.8 siehe 5 in der Drehung um die Horizontalachsen (HA) eingeschränkt werden. Dies geschieht dadurch, das die Rotorenflächen (RF) der Horizontalachsen mittels Pleuel (P) drehbar mit den Koppelstangen (KST) verbunden sind. Die vertikalen Bewegungen der Koppelstangen und deren Gummipuffer (PF) werden durch die horizontale Fläche (ASF) begrenzt. In Stellung NOT-AUS ist die Windkraftanlage funktionsunfähig, die Maschine befindet sich auch bei Orkanboen im blockierten Zustand, weil die gleichen Flächengrößen im Wind keine Drehbewegung umehr zulassen. Die Fläche ASF ist vertikal parallel bewegbar und gestattet den Rotoren bzw. Horizontalachsen eine Drehung von maximal 90°. Die Höhe der vertikalen Fläche kann im direkten Verhältnis zu den Windstärken variiert werden und gestaltet damit zu einer variablen Windstärke ein konstantes Drehmoment in die Vertikal-achse.