DE19611906A1

DE19611906A1 - Anstellwinkelgesteuerter Parallelrotor

Info

Publication number: DE19611906A1
Application number: DE1996111906
Authority: DE
Inventors: Heinz Bankroth; Gudrun Arnold; Uwe Schoenlebe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-02

Description

Es ist bekannt, daß zur Umsetzung der kinetischen Energie strömender Medien zu meist mehrflügelige Anlagen mit horizontaler, strömungsparallel liegender Rota tionsachsen als auch solche mit vertikaler Achse den Stand der Technik bestim men. Die Energieumsetzung erfolgte bis auf unbedeutende Ausnahmen durch die Umströmung aerodynamischer Profile und der daraus resultierenden Drehmomente.

Ein wesentlicher Mangel der Horizontalläufer ist deren erforderliche beträchtliche Bauhöhe für die zum Teil tonnenschweren Maschinenhäuser, die aufwendige Tech nologie zur Herstellung der Flügelprofile, der durch die Wirbelbildung an den Flügel kanten hervorgerufene umweltbelastende Geräuschpegel und die Anfälligkeit gegen Witterungsunbilden, wie Sturm, Vereisung und Blitzschlag.

Vertikalanlagen sind in der Praxis selten, weil sie auf dem Prinzip der Auftriebsnut zung an den aerodynamischen Profilen basieren und eine Starthilfe für den Anlauf benötigen.

Bekannte Anlagenvorschläge, bei denen der Staudruck der zuströmenden Medien an den unprofilierten Widerstandsflächen als Antrieb genutzt wird, bestehen aus einem System mehrerer Widerstandsflächen, deren Stellung zur Strömungsrichtung einer Sinusfunktion folgend, zwischen quer und parallel, das heißt zwischen einem Maximum und Minimum des Staudruckes mechanisch gesteuert werden. Diese einer Sinusfunktion folgende Wirksamkeit der Widerstandsfläche verhindert die maximale Nutzung der im Strömungsquerschnitt enthaltenen Energie.

Die hierzu in den Offenlegungsschriften DD 2 31 390, DE 29 09 886 und DE 35 34 997 beschriebenen Ausführungen ermöglichen lediglich Anlagen mit ge ringer Leistungsabgabe.

Die geringe Energiedichte der Luft erfordert große Flächen. Diese weisen selbst bei der möglichen Leichtbaukonstruktion beträchtliche Materialmassen auf, deren Träg heit das Anlaufverhalten ungünstig beeinflußt und große Steuerkräfte erfordert. Ein weiterer Nachteil ergibt sich für die Montagebedingungen großer Flächen in Gebie ten mit sinnvollerweise hohem Windenergiepotential.

Die vorgestellte Erfindung ermöglicht die Realisierung der für Generatoren großer Leistung erforderlichen Abmessungen der Widerstandsflächen insbesondere durch deren Aufgliederung in mehrere, parallelverlaufende und synchron gesteuerte Lamel len. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, hochfeste textile Flächenwerkstoffe ein zusetzen, die aufrollbar sind und durch deren Elastizität Vereisungen und Reifansatz für Anlagen an rauhen Binnenlandstandorten vermeidbar werden. Aufrollbare Lamel len ermöglichen eine Veränderbarkeit der Widerstandsfläche und besitzen günstige Transport- und Montageeigenschaften. Sie gestatten die Montage unter Starkwin deinfluß.

Weiterhin ist die Herstellung unprofilierter Widerstandsflächen wirtschaftlich vor teilhaft. Die Steuerung der Widerstandsflächen führt zu einer Leistungsausbeute oberhalb der theoretischen Grenzen des reinen Widerstandsläufers oder der "Persi scher Windmühle".

Anstellwinkelgesteuerte Parallelrotoren mit horizontaler, quer zur Strömungsrich tung angeordneter Rotationsachse eignen sich sowohl zur Umsetzung der Wind energie in bestimmten Einsatzfällen als auch zur Nutzung der kinetischen Energie strömender Wasser. Besonders die Kontinuität solcher Strömungen und deren ca. 800fache Dichte im Vergleich zur Luft bedingen höhere Energiedichten und damit eine höhere spezifische Energieausbeute (Abb. 5). Eine Anwendungsmöglichkeit ist der Einsatz als hydraulische Stufe oder Wehr bei gleichzeitiger Energiegewinnung oder zur Nutzung von Gezeiten- oder Schelfströmungen.

Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung liegt in der Umkehrbarkeit des Wirkprin zips nach Anspruch 2. Die Weiterentwicklung ermöglicht die Anwendung des Sy stems wegen der Veränderbarkeit der Wirkungsrichtung zwischen horizontalem Vortrieb und vertikalem Auftrieb als Antrieb für Luftfahrzeuge leichter als Luft oder zur Belüftung (Bewegung von Massenströmen).

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden:

Ausführungsbeispiel 1

Die Darstellung erfolgt am Beispiel einer Anlage größerer Leistung (Abb. 1). Die senkrechte Rotationsachse (1) ist in einem drehbaren Gestell (2) beiderseitig gela gert. Die Drehbarkeit des Gestells (2) ist wegen der wechselnden Strömungsrich tung im natürlichen Wind erforderlich und erfolgt selbstregelnd.

An beiden Enden der Rotationsachse (1) befinden sich die Lamellenträger (3) und (4), in denen die Lamellenachse (5) gelagert ist. Den Aufbau der Lamellen, die in ih rer Gesamtheit die Widerstandsfläche bilden, zeigt Abb. 2. Die Träger (6) und (7) sind fest mit der Achse (5) verbunden. Die Vorspannung der Lamellen (10) wird durch die Federn (9) in Verbindung mit der Lagerplatte (11) erzeugt. Die Vorspan nung ist durch Verstellen des Lamellenträgers (4) auf der Rotationsachse (1) ein stellbar. Zur Verhinderung von Wechsellastbrüchen an der Einspannstelle der Lamel lenenden ist die Achse (12) in den Lagern der Lagerplatte (11) drehbar gelagert.

Die dadurch gegebene Beweglichkeit bei wechselnder Staudruckbelastung verhin dert Reifablagerungen und Vereisungen.

Die Lamellen (10) bestehen aus hochfestem Gewebeschlauch (14), den ein luftdich tes Folienband (8) umschließt. Sie sind aufrollbar.

Die synchrone Steuerung der Lamellen erfolgt mittels der zentral angeordneten Steuereinheit (13). Die synchronisierte Steuerung der Lamellen erfolgt z. B. mittels der von der Steuereinheit angetriebenen Achse (12) auf der die jeder Lamelle zu geordneten Kegelradpaare (15) befestigt sind.

Je nach Größe der auftretenden Steuerkräfte kann die Synchronsteuerung der La mellen (10) auch mittels eines Kettenantriebes oder eines Parallelkurbeltriebes er folgen.

Kennzeichnend für die Steuereinheit ist das Kurvengetriebe (Abb. 3) oder eine Kombination von programmierter Impulsfolge mit Schrittmotor oder durch Prozeß rechner. Die Impulsfolge wird erzielt durch eine Kombination von optoelektroni schem Geber und einer Lochscheibe, wobei die Anzahl der Löcher dem erforderli chen Bewegungsprogramm entspricht. Der gleiche Effekt wird erzielt durch Kombi nation eines elektromagnetischen Impulsgebers und einer magnetischen Steuer scheibe, die am Umfang die dem Programm entsprechenden magnetischen Stege aufweist.

Die Steuerung der Lamellen erfolgt so, daß während einer Umdrehung des Systems stets ein gleichgerichtetes Drehmoment erzeugt wird.

Die Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie erfolgt in einem in Bo dennähe angeordneten Maschinenhaus.

Ausführungsbeispiel 2

Das im Punkt 2 beschriebene System (Abb. 5) kann bei motorischem Antrieb so wohl zur Belüftung großer Räume als auch als Antriebssystem für Luftfahrzeuge zum Zwecke horizontaler wie auch vertikaler Bewegungsrichtung eingesetzt wer den. Die stufenlose Richtungsänderung erfolgt hierbei durch Steuerung des system festen Teiles der zentralen Steuereinheit. Das stellt eine wesentliche Vereinfachung gegenüber Schwenkpropeller-Systemen dar, die zur Zeit für Luftschiffprojekte vor gesehen werden.

Steuergerät (Abb. 3)

Das Steuergerät besteht aus dem verstellbaren Kurventeil (16) und den umlaufen den Rollenpaaren (17). Die Rollenpaare (17) sind federnd an die rotierenden Arme (18) angelenkt. Die Federung ist erforderlich, um geringe Abweichungen von den kreisförmigen Polbahnen auszugleichen. Zur Gewährleistung des Bahnwechsels der Rollen von der Innen- zur Außenbahn der Kurven und umgekehrt sind die Hemmstel len (19) vorgesehen. Die Hemmung wird durch eine tangential anzulaufende Blatt feder (20) erzeugt. Der gleiche Effekt wird mit Hilfe eines Permanentmagneten er zielt. Die Hemmungen verhindern indifferente Funktionsstellungen.

Mit der Verstellbarkeit des Kurventeiles (16) wird erreicht, daß die Wirkungsrich tung des Systems kontinuierlich um 360° verändert werden kann.

Die Erzielung der maximalen Ausbeute der kinetischen Energie der strömenden Me dien erfolgt mittels einer optimierten Steuerkurve (Abb. 4). Kennzeichnend ist der erweiterte Bereich der Quer- sowie Parallelstellung der Widerstandsflächen (Lamel len 10) zur Wirkungsrichtung des Systems.

Bezugszeichenliste

1 Rotationsachse
2 drehbares Gestell
3 Lamellenträger
4 Lamellenträger
5 Lamellenachse
6 Träger
7 Träger
8 Folienband
9 Federn
10 Lamellen
11 Lagerplatte
12 angetriebene Achse
13 Steuereinheit
14 Gewebeschlauch
15 Kegelradpaare
16 Kurventeil
17 Rollenpaar
18 rotierende Arme
19 Hemmstellen
20 Blattfeder

Claims

1. Anstellwinkelgesteuerter Parallelrotor zur Umwandlung der kinetischen Energie natürlicher Massenströme in elektrische oder mechanische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere einheitliche oder lamellierte Widerstandsflächen, ki nematisch- oder programmgesteuert um die vertikale oder horizontale Sy stemachse rotieren. Dabei wird der Widerstandsbeiwert der Flächen mittels eines Steuergerätes zwischen Null und dem Maximum verändert.

2. Anstellwinkelgesteuerter Parallelrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das System der gesteuerten Widerstandsflächen zum Zwecke einer ver tikalen, horizontalen oder einer sich aus beiden ergebenden vektoriellen Kraftwirkung motorisch angetrieben wird.

3. Steuergerät für Parallelrotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsbeiwert der Flächen zwischen dem Minimum und Maxi mum mittels einer Kurvensteuerung oder eines programmgesteuerten Schrittmotors verändert wird.

4. Widerstandsflächen für anstellwinkelgesteuerten Parallelrotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch gezielt eingesetzte Elastizität der Lamellen Reifablagerungen und Vereisungen verhindert werden.

5. Widerstandsflächen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus einem hochfesten Gewebeschlauch, umschlossen mit einem Folienband, bestehen.

6. Widerstandsflächen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufrollbar sind.