DE19917687A1

DE19917687A1 - Impeller wheel to convert wind into useful energy has shaft with magnetic friction roller acting with magnetic disc, and wind vane on end of shaft

Info

Publication number: DE19917687A1
Application number: DE19917687A
Authority: DE
Inventors: Heiner Kastl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-10-26

Abstract

The impeller wheel has a shaft (2) and impeller blades (4). The shaft carries a magnetic friction roller (8) acting with a magnetic disc (9). The end of the shaft opposite to the blades, has a vane (11) fastened to it. The angle of the vane relative to shaft . wind direction, is adjustable to generate a counter momentum to the magnetic disc. All masses are chosen so that the shaft is balanced on its bearing (15). The magnetic disc is located on a take-off shaft (14), which carries the shaft bearing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flügelrad zur Umwandlung von Wind in nutzbare, wie z. B. elektrische Energie oder in mechanische Arbeit, wobei die Flü gel auf einer Welle angeordnet sind, die von einem Gestell getragen wird. Der Abtrieb erfolgt dabei mechanisch über ein Getriebe auf eine Abtriebswelle, die einen Dynamo oder ein Arbeitsmittel, wie z. B. eine Pumpe treibt. Ein solches Flü gelrad ist z.B. in der eigenen älteren Anmeldung DE 196 29 579.6 beschrieben. Diese weist den Vorteil einer einfachen Konstruktion auf, wobei die Flügel gegen eine Feder anliegen und durch den Wind gegen die Federkraft ausgelenkt werden können. Diese Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß das Windrad sehr einfach herzustellende großflächige Schaufeln aufweisen kann, sehr böenunempfindlich ist und bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten nicht abgeschaltet werden muß, so daß ein Einsatz in wenig technisierten Gegenden mit entsprechendem Windvorkommen vorteilhaft ist.The present invention relates to an impeller for converting wind into usable, such as B. electrical energy or mechanical work, the Flü gel are arranged on a shaft which is supported by a frame. The Output takes place mechanically via a gearbox on an output shaft a dynamo or work equipment, such as B. drives a pump. Such a flight gelrad is e.g. described in its own earlier application DE 196 29 579.6. This has the advantage of a simple construction, the wings against rest a spring and be deflected by the wind against the spring force can. This solution is characterized in that the wind turbine is very simple Can have large-area blades to be produced, very insensitive to gusts is and does not have to be switched off at very high wind speeds, so that use in areas with little technology with the corresponding Wind is beneficial.

Nachteilig an dieser und allen anderen bisherigen Lösungen sind u. a. die relativ hohen Reibungsverluste, die beim Abtrieb bestehen, weil die Energie in der Regel nicht direkt von der Welle abgenommen werden kann, da die Windräder auf einem Gestell ruhen und die Arbeit an dessen Fuß abgenommen werden können muß.A disadvantage of this and all other previous solutions are u. a. the relative high friction losses that exist in the downforce because the energy is usually cannot be removed directly from the shaft because the wind turbines on one Rest the frame and the work on its foot must be able to be removed.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Abtriebsprinzip für derartige Windräder zu schaffen, welches preisgünstig herstellbar ist und deut lich herabgesetzte Reibungsverluste aufweist.The present invention has therefore set itself the task of an output principle to create for such wind turbines, which is inexpensive to produce and Deut Lich reduced friction losses.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Flügelrad zur Umsetzung von Wind energie in nutzbare Energie bestehend aus einer auf einem Mast gelagerten Welle, wobei mit der Welle ein Träger fest verbunden ist und die Flügel über ein Gelenk an diesem befestigt sind und gegen eine Feder anliegen, welche gegen die Windkraft ausgerichtet ist und die Welle einen Antrieb aufweist, über welchen Arbeit abgenommen werden kann erfindungsgemäß dadurch, daß auf der Welle eine Magnetschleißwalze angeordnet ist, mit der eine Magnetrasterscheibe zusammenwirkt. Am den Flügeln des Flügelrades gegenüberliegenden Ende der Welle ist eine Windfahne angeordnet, wobei die Windfahne gegenüber der Welle bzw. der Windrichtung einen Anstellwinkel aufweist, der so einstellbar ist, daß diese ein Gegenmoment zum Abtriebsmoment der Magnetscheibe erzeugt und wobei die Massen so gewählt sind, daß die Welle auf ihrem Lager im wesent lichen ausbalanciert ist. Wesentliches Merkmal des neuartigen Windrades ist demnach eine fliegende Lagerung, bei welcher zudem die Kraftübertragung zwischen Magnetschleißrad und Magnetrasterscheibe berührungslos erfolgen kann. Die Welle ist dabei durch Wahl der Massen- bzw. Längenverhältnisse so belastet, daß sie sich im Gleichgewicht befindet, wobei die Magnetschleißwalze zur Magnetrasterscheibe einen geringen Abstand aufweist, oder auf dieser nur leicht aufliegt.This problem is solved with an impeller for converting wind energy into usable energy consisting of a stored on a mast Shaft, with the shaft a carrier is firmly connected and the wing over a Hinge are attached to this and bear against a spring, which against the wind power is aligned and the shaft has a drive via which Work can be removed according to the invention in that on the shaft a magnetic wear roller is arranged with the magnetic grid disc cooperates. At the opposite end of the impeller blades Wave is arranged a wind vane, the wind vane opposite the wave or the wind direction has an angle of attack that is adjustable so that this generates a counter torque to the output torque of the magnetic disc and the masses are chosen so that the shaft on its bearing in essence is balanced. An essential feature of the new wind turbine is therefore a flying bearing, in which also the power transmission between the magnetic wear wheel and the magnetic grid disc can. The shaft is so by choosing the mass or length ratios loads that it is in balance, the magnetic wear roller has a small distance to the magnetic grid disc, or only on this rests easily.

Das von der Rasterscheibe auf den Abtrieb erzeugte Moment übt natürlich über die Magnetschleißwalze ein Gegenmoment auf die Walze aus, so daß die Flügel aus dem Wind geschwenkt werden. Diesem Gegenmoment wirkt wiederum die Windkraft über die Fahne entgegen, die das Auslenken begrenzt. Die Flügel und die Windfahne sind daher hinsichtlich ihrer Größen und Geometrie so zu wählen, daß ein Gleichgewicht dort auftritt, wo die ausgelenkten Flügel noch ausreichend arbeiten, um die Magnetrasterscheibe bzw. den Abtrieb anzutreiben. Die Magnet rasterscheibe kann dabei auf den Abtrieb über ein Zahn- oder Reibrad einwirken, bevorzugt wird jedoch eine Abtriebswelle, welche senkrecht im Mast gelagert ist und kopfseitig eine Lagerung trägt, welche die Flügelradwelle aufnimmt. Die Magnetrasterscheibe ist dabei starr mit der Abtriebswelle verbunden, die Lagerung ist frei drehbar, so daß Abtriebs- und Flügelradwelle T-förmig miteinan der verbunden sind. Die Windscheibe kann ferner bei im wesentlichen festliegen der Hauptrichtung als veränderbarer Anschlag für die Flügelradwelle ausgebildet und somit starr mit dem Mast verbunden sein, wobei der Anschlag zur Rei bungsminderung eine Rolle sein kann.The torque generated by the grid disc on the output naturally exerts the magnetic wear roller exerts a counter torque on the roller so that the wing be swung out of the wind. This counter moment acts in turn Wind force against the flag that limits the deflection. The wings and The wind vane should therefore be selected in terms of its size and geometry that a balance occurs where the deflected wings are still sufficient work to drive the magnetic grid disk or the output. The magnet grid disc can act on the output via a toothed or friction wheel, however, an output shaft which is mounted vertically in the mast is preferred and carries a bearing at the head, which receives the impeller shaft. The Magnetic grid is rigidly connected to the output shaft Storage is freely rotatable so that the output and impeller shaft are T-shaped who are connected. The windshield can also be substantially fixed the main direction is designed as a variable stop for the impeller shaft and thus be rigidly connected to the mast, the stop to the Rei exercise reduction can be a role.

Die vorliegende Erfindung schlägt für hinsichtlich der Windrichtung wenig kon stante Vektoren vor, die Windfahne an der Welle selbst zu befestigen, wobei die Befestigung eine gegenüber der Welle drehbare Hülse ist.The present invention suggests little in terms of wind direction constant vectors before attaching the wind vane to the shaft itself, the Attachment is a rotatable sleeve relative to the shaft.

Da die Windkraft bei dieser Lösung auch die Windfahne somit um die Welle herum rotieren kann, wird dem durch eine Gegenkraft in Form eines Ausgleichs gewichtes entgegengewirkt. Dieses besteht in einer an der Hülse gegenüber der Fahne befestigten Stange, die das Ausgleichsgewicht trägt. Dieses Gewicht kann auf der Stange verschieblich sein. Ferner wird vorgeschlagen, die Anstellwinkel der Flügel und/oder der Fahne veränderbar auszubilden, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung optimieren zu können.Since the wind power with this solution also the wind vane around the shaft can rotate around, is counteracted by a counterbalance counteracted weight. This consists of one on the sleeve opposite the Flag attached pole that carries the balance weight. This weight can be slidable on the pole. It is also proposed the angle of attack the wing and / or the flag can be designed to be variable in order to increase the efficiency to optimize the device.

Von wesentlichem Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ist ferner, daß bei Auftreten eines abrupten Widerstandes, z. B. durch Festfressen der Abtriebswelle oder der angetriebenen Maschine, wie z. B. einer Pumpe, keinerlei Getriebeschä den am Flügelrad auftreten können, da dieses sofort ausweicht und stoppt. Die vorliegende Erfindung ist auch hierdurch für den Einsatz in technisch wenig ver sorgten Gebieten besonders geeignet.Another essential advantage of the construction according to the invention is that at Occurrence of an abrupt resistance, e.g. B. by seizing the output shaft or the driven machine, such as. B. a pump, no gear damage that can occur on the impeller, since it immediately dodges and stops. The The present invention is also hereby technically little for use particularly suitable areas.

Letztlich wird vorgeschlagen, die Windfahne luvseitig an der Welle anzuordnen. Die stromab am Wellenende liegenden Flügel vermögen somit bei heftigen Böen weit nach innen (gegen die Federkraft) auszuweichen, ohne daß hier die Welle räumlich hindert.Ultimately, it is proposed to arrange the wind vane on the windward side of the shaft. The wings located downstream at the end of the shaft are therefore capable of strong gusts to dodge far inward (against the spring force) without the shaft spatially hinders.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying figures.

Fig. 1 zeigt dabei das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 1 shows the principle of the device according to the invention;

Fig. 2 den Träger für die Welle und Fig. 2 shows the carrier for the shaft and

Fig. 3 den Antrieb der Magnetrasterscheibe und Fig. 3, the drive of the magnetic grid and

Fig. 4 den Klappmechanismus der Flügel. Fig. 4 the folding mechanism of the wing.

Fig. 1 zeigt an einem Mast 1 eine Antriebswelle 14, die kopfseitig in einem Abtriebslager 17 geführt und fußseitig mit einer Arbeitsmaschine 18 verbunden ist. Oberhalb des Abtriebslagers 17 ist auf der Abtriebswelle 14 eine Magnetraster scheibe 9 befestigt, oberhalb derer sich randseitig eine Magnetschleißwalze 8 befindet, die vorzugsweise zwischen sich und Magnetrasterscheibe 9 einen Luftspalt beläßt. Diese Magnetschleißwalze 8 ist starr mit einer (waagrecht lie genden) Welle 2 verbunden, die an ihren Enden einmal die Flügel 4 und gegen überliegend die Windfahne 11 trägt. Das Drehlager 15 für die Welle 2 ist ein stückig mit dem Träger 3 verbunden, beide Wellen sind somit kreuzweise mitein ander verbunden und gegenseitig drehbar. Fig. 1 shows a mast 1, a drive shaft 14 which is the head side out in a foot side output bearing 17 and connected to a working machine 18. Above the output bearing 17 , a magnetic grid disk 9 is attached to the output shaft 14 , above which there is a magnetic wear roller 8 on the edge, which preferably leaves an air gap between itself and the magnetic grid disk 9 . This magnetic wear roller 8 is rigidly connected to a (horizontally lying) shaft 2 , which at one end carries the wings 4 and opposite the wind vane 11 . The pivot bearing 15 for the shaft 2 is integrally connected to the carrier 3 , both shafts are thus cross-connected with each other and mutually rotatable.

Die Windfahne 11 steht auf einer Hülse 16, in der die Welle 2 ebenfalls drehbar ist, unterhalb der Hülse 16 befindet sich ein Gegengewicht 12 an einer Stange 13. Wie der Windpfeil andeutet, werden die Flügel 4 von ihrer Rückseite her angebla sen, die Windfahne steht daher luvseitig. Sie erzeugt das Gegenmoment zum Abtrieb. The wind vane 11 stands on a sleeve 16 in which the shaft 2 can also be rotated, and below the sleeve 16 there is a counterweight 12 on a rod 13 . As the wind arrow indicates, the wings 4 are blown from the back, the wind vane is therefore on the windward side. It generates the counter torque to the output.

Fig. 2 zeigt den Träger 3 im Schnitt, in welchem die Welle 2 über ein Radiallager 19 gehalten ist, und wobei in diesem auch die Abtriebswelle 14 über ein Radial lager 14' umläuft, wobei der Träger 3 auf der Welle 1 über ein Axiallager 20 abgestützt ist. Um eine gute Führung zu erzielen, ist der Träger 3 zum Radiallager 19' heruntergezogen, daher weist auch die Rasterscheibe 9 einen topfartigen Boden 21 auf, der den Träger 3 nach oben hin umgreift, um die Magnetraster scheibe 9 nahe an die Magnetschleißwalze 8 heranzubringen. Fig. 2 shows the carrier 3 in section, in which the shaft 2 is held via a radial bearing 19 , and in which the output shaft 14 also rotates via a radial bearing 14 ', the carrier 3 on the shaft 1 via an axial bearing 20th is supported. In order to achieve good guidance, the carrier 3 is pulled down to the radial bearing 19 ', therefore the raster disc 9 also has a pot-like base 21 which engages around the carrier 3 upwards in order to bring the magnetic raster disc 9 close to the magnetic wear roller 8 .

Fig. 3 veranschaulicht das Zusammenwirken der Magnetschleißwalze 8 mit der Magnetrasterscheibe 9. Beide weisen unter Magneteinfluß aufeinander einwir kende Metallstreifen 22, 22' auf, so daß ein Drehen der Welle 2 über die Metallstreifen 22, 22' die Magnetschiebe etwa nach Art eines Schneckentriebes mitnimmt. Fig. 3 illustrates the interaction of the Magnetschleißwalze 8 with the magnetic disk 9 grid. Both have under magnetic influence interacting metal strips 22 , 22 ', so that rotating the shaft 2 over the metal strips 22 , 22 ' takes the magnetic slides in the manner of a worm gear.

Fig. 4 zeigt, wie in der eigenen älteren Anmeldung DE 196 29 579 näher beschrieben, den Klappmechanismus der Flügel 4 des Windrades, die über ein Gelenk 5 mit dem Mitnehmer 23 der Welle 2 verbunden sich. Die inneren Flügel enden weisen Abrundungen 24 auf, die Innenflächen 25 dienen mit den Abschrä gungen 26 als Endanschläge. Die Flügelvorderkanten 27 liegen im vom Wind nicht zurückgedrückten Zustand parallel an einer Andrückplatte 28, die von einer Feder 29 beaufschlagt ist und die gegenüber an einer Anlage 30 anliegt. Bei windzugekehrtem Betrieb kann die Aereodynamik durch einen Spinner 31 verbes sert werden. Fig. 4 shows, as described in more detail in its own earlier application DE 196 29 579, the folding mechanism of the wing 4 of the wind turbine, which is connected via a joint 5 to the driver 23 of the shaft 2 . The inner wing ends have roundings 24 , the inner surfaces 25 serve with the chamfers 26 as end stops. In the state not pushed back by the wind, the wing leading edges 27 lie parallel on a pressure plate 28 which is acted upon by a spring 29 and which bears against a system 30 opposite. In wind-facing operation, the aereodynamics can be improved by a spinner 31 .

Reference list

11

Mast
mast

22nd

Welle
wave

33rd

Träger
carrier

44th

Flügel
wing

55

Gelenk
joint

66

Feder
feather

77

Antrieb
drive

88th

Magnetschleißwalze
Magnetic wear roller

99

Magnetrasterscheibe
Magnetic grid disc

1010th

Flügel
wing

1111

Windfahne
Wind vane

1212th

Ausgleichsgewicht
Balance weight

1313

Stange
pole

1414

Abtriebswelle (Rasterscheibe + Welle)
Output shaft (raster disc + shaft)

1515

Lagerung für die Welle Bearing for the shaft

22nd

1616

Hülse
Sleeve

1717th

Abtriebslager
Output bearing

1818th

Maschine
machine

1919th

Radiallager
Radial bearing

2020th

Axiallager
Thrust bearing

2121

Boden
ground

2222

, ,

2222

' Metallstreifen
'' Metal strips

2323

Mitnehmer
Carrier

2424th

Abrundungen
Roundings

2525th

Innenflächen
Interior surfaces

2626

Abschrägungen
Bevels

2727

Flügelvorderkanten
Leading edges

2828

Andruckplatte
Pressure plate

2929

Feder
feather

3030th

Anlage
investment

3131

Spinner
crackhead

Claims

1. impeller for converting wind energy into usable energy consisting of a shaft ( 2 ) mounted on a mast ( 1 ), with the shaft ( 2 ) a wing carrier ( 3 ) being fixedly connected and the wing ( 4 ) via a joint ( 5 ) are attached to this and bear against a spring ( 6 ), which is aligned against the wind force and the shaft ( 2 ) has a drive ( 7 ), via which work can be taken off characterized by the following features

a) a magnetic wear roller ( 8 ) is arranged on the shaft ( 2 );
b) with the magnetic wear roller ( 8 ) acts together a magnetic grid disc ( 9 ) men;
c) a wind vane ( 11 ) is arranged at the end of the shaft ( 2 ) opposite the vanes ( 10 ) of the impeller, wherein
d) the wind vane ( 11 ) with respect to the shaft ( 2 ) or the wind direction has an angle of attack which is adjustable so that it generates a counter-torque to the output torque of the magnetic disc ( 9 ) and wherein
e) the masses are chosen so that the shaft is balanced on its bearing.

2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the magnetic grid disc ( 9 ) rests on an output shaft ( 14 ) which carries a bearing ( 15 ) for the shaft ( 2 ) of the wind turbine on the head side.

3. Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the wind vane ( 11 ) on a relative to the shaft ( 2 ) rotatably mounted sleeve ( 16 ) is fixed, which carries a counterweight ( 12 ).

4. Wind turbine according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the balance weight ( 12 ) on a rod ( 13 ) is held displaceably.

5. Wind turbine according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the angle of attack of the wing ( 4 ) and / or the flag ( 11 ) is changeable.

6. Wind turbine according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the wind vane ( 11 ) is arranged on the windward side of the shaft ( 2 ).