DE20109108U1 - Windkraftwerk, insbesondere-Kleinkraftwerk - Google Patents

Description

TERMEER STEINMEISTER & PARTNER GBR PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dr. Nicolaus ter Meer, Dipl.-Chem. Peter Urner, Dipl.-Phys. Gebhard Merkle, Dipl.-Ing. (FH) Mauerkircherstrasse 45 D-81679 MÜNCHEN

Helmut Steinmeister, Dipl.-Ing. Manfred Wiebusch

Artur-Ladebeck-Strasse D-33617 BIELEFELD

51

GAB P02 / Ol / G

St/ec

30.5.2001

GAB

Gesellschaft für Arbeitsund Berufsförderung mbH Meisenstr. 65 33607 Bielefeld

WINDKRAFTWERK, INSBESONDERE -KLEINKRAFTWERK

GAB

GABP02/01/G

30.5.2001

WINDKRAFTWERK, INSBESONDERE -KLEINKRAFTWERK

Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk, insbesondere in der Form eines Kleinkraftwerks.
5

Die Erfindung befaj3t sich mit einem derartigen Kraftwerk, das insbesondere konzipiert ist für kleinere Ausführungsformen, etwa zur Bereitstellung des Energiebedarfs eines einzelnen Gebäudes oder dergleichen.

Die heute weithin üblichen Windräder sind ausschließlich für den stationären Bereich geeignet. Sie erfordern hohen baulichen Aufwand und zumeist eine kostspielige Verbindung mit dem öffentlichen Stromnetz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibel einsetzbares, leicht zu transportierendes, einfach aufgebautes Windkraftwerk zu schaffen, das bei gutem Wirkungsgrad eine Umwandlung von Windenergie in nutzbare Energie, beispielsweise Wärme oder elektrischen Strom gestattet.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks;

Fig. 2 zeigt einen waagerechten Querschnitt durch die Geometrie des Rotors des Windkraftwerks;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Boden- und Deckplatte des erfindungsgemäj3en Rotors;

Fig. 4 ist ein schematisch er Querschnitt durch eine Rotorschaufel;

Fig. 5 ist eine Abwicklung einer Rotorschaufel;

Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch ein hydraulisches Bremsgetriebe.

GAB GABP02/01/G 30.5.2001

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Kleinkraftwerk in schematischer Seitenansicht dargestellt. Das Kleinkraftwerk umfaj3t einen zylindrischen Rotor 10 mit kreisförmigen Boden- und Deckplatten 12,14. Im Zentrum oberhalb bzw. unterhalb der Deckplatte 14 und der Bodenplatte 12 befinden sich Lager 16,18, mit denen der Rotor 10 in einem den Rotor umgebenden Rahmen 20 gelagert ist. Der Rahmen 20 umfaßt zwei senkrechte Stützen 22,24 sowie oberhalb und unterhalb des Rotors 10 sowie am Boden angeordneten Querglieder 24,26,28. Durch das untere Lager 16 hindurch verläuft eine mit dem Rotor 10 drehfest verbundene Welle 30. Ebenso kann durch das obere Lager 18 hindurch eine Welle 32 verlaufen, die mit dem Rotor 10 verbunden ist.

Auf dem unteren Querglied 28 befindet sich ein hydraulisches Bremsgetriebe 24, das beispielsweise dazu verwendet werden kann, Bremsenergie, die sich beispielsweise beim Abbremsen des Rotors auf eine vorgegebene Drehzahl ergeben kann, in Wärme umzusetzen. Das erfindungsgemäße Kraftwerk kann auf diese Weise genutzt werden als Lieferant einer gewissen Heizenergie für Räume, die beispielsweise frostfrei gehalten werden sollen. Die Übertragung der Wärme aus dem Bremsgetriebe 34 an den Einsatzort kann mit Hilfe von Wärmetauscherschlangen erfolgen, wie später näher erläutert werden soll.

Fig. 2 ist ein schematischer waagerechter Querschnitt durch einen Rotor 10 gemäß Fig. 1. Gezeigt sind an einem Beispiel vier in gleichmäßigen Mittelabständen angeordnete Schaufeln 36,38,40,42. Die in Fig. 2 angegebenen Dimensionen werden zumindest im Hinblick auf ihre Größenordnung zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht. Die vier Schaufeln haben einen waagerechten Querschnitt, der sich zusammensetzt aus einem Teil eines Kreisbogens und einer anschließenden Tangente. Die inneren Ränder der Schaufeln sind in Drehrichtung vorgerückt, so daß die Tangenten an die inneren Enden der Schaufel einen Streifen beiderseits der geometrischen Achse 44 des Rotors 10 begrenzen. Dieser Streifen ist in Fig. 2 mit 46 bezeichnet.

&Igr;· ■!<■

GAB

GABP02/01/G

30.5.2001

Fig. 3 zeigt eine Boden- oder Deckplatte 12,14 für einen erfindungsgemäßen Rotor. Für die Befestigung der Schaufeln sind in die Boden- oder Deckplatte Schlitze 48 eingearbeitet. Es ist erkennbar, daß die Schlitze 48 für jede Schaufel in Fig. 3 die Querschnittsform der Schaufeln markieren, die noch einmal in Fig. 4 dargestellt ist. Fig. 4 läßt erkennen, daß der Querschnitt der Schaufeln beispielsweise aus einem Kreisbogen von 135° und einem anschließenden, den Kreisbogen tangential fortsetzenden geraden Abschnitt besteht.

Gemäß Fig. 5 weist die Abwicklung 50 der Schaufeln am oberen und unteren Rand Laschen 52,54 auf, die beispielsweise durch die Schlitze 48 der Boden- und Deckplatten 12,14 hindurchgeschoben und oberhalb bzw. unterhalb der Platten umgebogen werden können.

Fig. 6 zeigt ein hydraulisches Bremsgetriebe in seiner Ausgestaltung als Heizeinrichtung. Das Bremsgetriebe weist ein Gehäuse 56 auf, in das von oben die bereits erwähnte Welle 30 eintritt. Auf dem mit 58 bezeichneten Boden des Gehäuses 56 sind um die Welle 30 herum mehrere radiale Kammprofile 60 mit konvergierend ausgebildeten Kammzinken und keilförmigen Zwischenräumen befestigt. Die Welle 30 ist innerhalb des Strahlenkranzes der Kammelemente 60 drehbar.

Auf der Welle befestigt sind korrespondierende Kammprofile 62, die mit entsprechend ausgebildeten, nicht bezeichneten Kammzinken von oben in die Zwischenräume der unteren Kammzinken hineingreifen. Die oberen Kammprofile 62, die auf der Welle 30 befestigt sind, sind über einen begrenzten Weg mit der Welle 30 absenkbar und anhebbar. Die senkrechte Bewegung kann beispielsweise mit Hilfe einer nicht dargestellten Fliehkraftsteuerung erzeugt werden, so daß bewirkt wird, daß der Rotor 10 auf einer konstanten Drehzahl gehalten und bei höherer Drehzahl abgebremst wird, indem die oberen Kammprofile in den Zwischenraum der unteren Kammprofile abgesenkt werden und die Reibung dadurch erhöht wird.

Das gesamte Gehäuse ist mit einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine zum Gehäuse konzentrische zylindrische Wand 64, die einen oben innerhalb des Gehäuses 56 offenen Zylinder bildet und im unteren Bereich mehrere Öffnungen 66 aufweist.

GAB GAB P02 / Ol / G 30.5.2001

Die Wand 64 begrenzt zusammen mit der zylindrischen, nicht bezeichneten äußeren Wand des Gehäuses 56 einen Ringraum, in dem sich Wärmetauscher-Rohre 68 befinden, die wendelförmig zwischen einem Einlaj3rohr 70 und einem Auslaßrohr 72 verlaufen.

Wenn durch die Kammprofile 60,62 die in dem Gehäuse 56 enthaltene hydraulische Flüssigkeit erwärmt wird, steigt diese innerhalb der Wand 64 auf und geht über diese hinweg in den äußeren Ringraum über. Hier sinkt die Flüssigkeit entlang den Wärmetauscherrohren 68 ab, bis sie durch die unteren Öffnungen 66 in der Wand 64 wiederum in den Innenraum innerhalb der Wand eintritt. Auf diese Weise steht das innerhalb der Wärmetauscherrohre transportierte Wärmemedium im Gegenstrom-Wärmeaustausch mit der hydraulischen Bremsflüssigkeit.

Der Rotor 10 kann in gleicher Weise mit einem anderen einfachen und robusten Gerät, etwa einem Generator, einer Pumpe, etc., zur Erzeugung von Strom, zum Transportieren einer Flüssigkeit, usw., verwendet werden.

Claims (9)

1. Windkraftwerk, insbesondere -kleinkraftwerk, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylindrischen Rotor (10) mit wenigstens zwei auf gegenüberliegenden Seiten einer geometrischen Zylinderachse (44) angeordneten Schaufeln (36, 38, 40, 42), die in einem Schnitt senkrecht zur Zylinderachse (44) bogenförmig gewölbt sind, deren innere Kanten in Abstand zur Zylinderachse (44) liegen und in Drehrichtung vorgerückt angeordnet sind.

2. Windkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Schaufeln (36, 38, 40, 42) in gleichmäßiger Umfangsverteilung vorgesehen sind.

3. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (36, 38, 40, 42) zwischen oberen und unteren Decken- und Bodenplatten (12, 14) befestigt sind.

4. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (36, 38, 40, 42) im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse (44) aus einem Kreisbogen und einer Tangente zusammengesetzt sind.

5. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangs-Welle (30) des Rotors (10) mit einem hydraulischen Bremsgetriebe (34) zur Wärmeerzeugung verbunden ist.

6. Windkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Bremsgetriebe (34) in einem Gehäuse (56) eine Anzahl von radial, angeordneten Kammprofilen (60) aufweist, denen entsprechende, an der Ausgangswelle (30) des Rotors in radialer Anordnung angebrachte Kammprofile (62) gegenüberliegen.

7. Windkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammzinken der Kammprofile schräg zusammenlaufen und daß zwischen den Kammzinken schräg zusammenlaufende Einschnitte vorgesehen sind.

8. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz der mit der Ausgangswelle (30) verbundenen Kammprofile zusammen mit der Ausgangswelle in Axalrichtung in bezug auf die feststehenden Kammprofile (60) verstellbar ist.

9. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (56) des Bremsgetriebes eine hydraulische Bremsflüssigkeit vorgesehen ist, und daß innerhalb des Gehäuses (56) Wärmetauscherrohre (68) vorgesehen sind, über die ein Wärmemedium in Wärmeaustausch mit der hydraulischen Bremsflüssigkeit tritt.