DE202006020633U1

DE202006020633U1 - Windkraftwerk

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Publication number: DE202006020633U1
Application number: DE200620020633
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2016-06-10

Abstract

Windkraftwerk mit einer Welle, Belastungsgewichte, Trägern und Flügeln, wobei die Träger mit der Welle starr befestigt sind und die Flügel Innen- und Außenkanten aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Flügel (2) mittels einer Gelenkverbindung (3) am Träger (4) in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt ist,
dass die Innen- und Außenkanten jedes Flügels (2) an den Stirnflächen mit Belastungsgewichten (13) anhand von Zugmitteln verbunden sind,
dass das Zugmittel über freilaufende Drehscheiben (11) umgeschlagen ist,
dass die Scheibenachsen an der Welle (1) starr festgemacht sind, wobei die Außenkante jedes Flügels (2) mittels eines Drahtzuges (5) über die Scheiben (11) mit einem L-förmigen Trägerarm (14) verbunden ist,
dass am Gegenende des Tragarms (14) ein Belastungsgewicht (13) befestigt ist,
dass die Welle (1) unten mittels eines Kugelgelenkes und/oder einer Gelenkwelle mit dem Getriebe und einem Generator gekoppelt ist,
dass die Welle (1) von...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Windkraftwerk nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
Die Erfindung kann zur autonomen Energieversorgung von Objekten sowie zur Stromerzeugung für Energiesysteme eingesetzt werden.
Es ist ein Wind-Rotor-Kraftwerk "Boni-SchHV" (Patent PK Nr. 5595 ) bekannt, welches aus Wind-Rotor-Modulen besteht. Die Wind-Rotor-Module umfassen Leitapparate und senkrechte Flügel-Wind-Rotoren, die ringförmig ausgeführt sind. Die Anzahl der Flügel und die Durchmesser variieren höhenmäßig in Übereinstimmung mit der Hellmann-Formel. Die Generatorbaugruppe enthält eine oder mehrere Stufen, die mit der Wind-Rotor-Welle verbunden sind.
Dieses Wind-Rotor-Kraftwerk weist einige Mängel auf, z. B. einen hohen Metallaufwand. Die Notwendigkeit, eine hohe Fertigungsklasse zu erreichen, um die Funktion des Wind-Rotor-Kraftwerkes bei großen Windgeschwindigkeiten sicherzustellen, verursacht eine wesentliche Verteuerung. Zudem ist Betriebsunfähigkeit bei niedrigen Windgeschwindigkeiten gegeben.
Es ist der Windmotor nach dem Savonius-System bekannt (Patent PK Nr. 3230 ), welcher zwei Halbzylinder-Flügel aufweist. Die Halbzylinder-Flügel sind zwischen den Platten angeordnet und weisen Außen- und Innenkanten auf, die kinematisch fest mit der Welle und gelenkig mit den Flügeln verbunden sind. Die Flügel sind an ihren Außenkanten mit Belastungsgewichten versehen.
Dieser Windmotor weist einen wesentlichen Mangel auf. Um die Leistung zu erhöhen, muss der Durchmesser um mehr als 0,5 m vergrößert werden. Wenn die Flügelkanten luvwärts gedreht werden, kommt unter der Winddruckwirkung eine unkontrollierbare Verschiebung der Halbzylinder zustande. Hier entsteht ein Trägerstoß. Das alles setzt eine kompliziertere Konstruktion voraus und macht das Windkraftwerk weniger zuverlässig. Die Reduzierung des Durchmessers der Halbzylinder bedingt einen Leistungsrückgang und eine Minderung des Bereichs der Windarbeitsgeschwindigkeiten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Windkraftwerk (WKW) zu entwickeln, das den Zeit-Leistungsbeiwert (den Windenergieausnutzungsfaktor) erhöht (den Bereich der Windarbeitsgeschwindigkeiten erweitert), eine konstante Leistung des elektrischen Kraftwerkes unabhängig von der Geschwindigkeit und von der Richtung des Windes sicherstellt, die Konstruktion vereinfacht und die Betriebszuverlässigkeit erhöht. Dadurch werden die Fertigungskosten gesenkt und der Betriebsaufwand vermindert.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das technische Ergebnis wird folgenderweise erreicht:
Das Windkraftwerk besteht aus einer Welle, Belastungsgewichten, Trägern und Flügeln. Die Träger sind an der Welle starr befestigt. Die Flügel (die Windaufnahmeflächen) weisen Innen- und Außenkanten auf. Jeder Flügel ist mittels einer Gelenkverbindung am Träger in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt. Die Innen- und Außenkanten jedes Flügels sind an den Stirnflächen mit den Belastungsgewichten anhand von Zugmittel verbunden. Das Zugmittel ist über freilaufende Drehscheiben umgeschlagen. Die Scheibenachsen sind an der Welle starr festgemacht. Dabei ist die Außenkante jedes Flügels mittels eines Drahtzuges über die Scheiben mit dem L-förmigen Trägerarm verbunden. An seinem Gegenende ist ein Belastungsgewicht befestigt.
Die Flügel können in Form von zwei Halbzylindern oder von mehreren Segmenten ausgeführt werden.
Die Welle ist unten mittels eines Kugelgelenkes und/oder einer Gelenkwelle mit einem Getriebe gekoppelt. Bei einem leistungsschwachen Windkraftwerk ist die Welle von oben mittels Seile am Boden befestigt. Bei Windkraftwerken mit mittlerer und hoher Leistung ist die Welle von oben an bogenförmigen Tragwerken befestigt. Die unteren Enden der Tragwerke sind ihrerseits am Boden befestigt. Die Tragwerke sind im mittleren Teil mittels Seile zum Boden und/oder untereinander zusammengezogen.
Das technische Ergebnis kann auch bei einer anderen Ausführungsform erreicht werden. Das Windkraftwerk besteht aus einer Welle, Belastungsgewichten, Trägern und Flügeln. Die Träger sind an der Welle starr befestigt. Die Flügel haben Innen- und Außenkanten. Jeder Flügel ist mittels einer Gelenkverbindung am Träger in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt. Die Außenkante jedes Flügels ist an den Stirnflächen mit den Belastungsgewichten mittels eines L-förmigen Trägerarmes verbunden. Die Welle ist unten mit einem Getriebe mittels eines Kugelgelenkes und/oder einer Gelenkwelle gekoppelt. Von oben ist die Welle an bogen förmige Tragwerke oder Seilen festgemacht, deren unteres Ende am Boden oder am Unterbau befestigt ist. Die Tragwerke sind im mittleren Teil mittels Seile zum Boden und/oder untereinander zusammengezogen.
Das technische Ergebnis dieser Ausgestaltungen eines Windkraftwerks ist die Erhöhung des Zeit-Leistungsbeiwertes (des Windenergieausnutzungsfaktors) unabhängig von der Richtung und von der Geschwindigkeit des Windes. Die weiteren technischen Ergebnisse sind eine Vereinfachung des Aufbaus und eine Verbesserung der Betriebskennlinien, die Senkung der Fertigungskosten und der Betriebskosten sowie die Erhöhung der Zuverlässigkeit. Das wird dadurch erreicht, dass das Windkraftwerk eine Welle, Belastungsgewichte, die an der Welle festgeklemmten Träger und Flügel (Windaufnahmefläche, Drehkreisfläche) aufweist. Die Flügel sind als zwei oder mehr Rohrsegmente mit Innen- und Außenkanten ausgebildet. Jeder Flügel ist mittels der Gelenkverbindung am Träger in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt. Die Innen- und Außenkanten jedes Flügels sind an den Stirnflächen und den Belastungsgewichten anhand von Zugmitteln befestigt. Die Zugmittel sind über die freilaufenden Drehscheiben umgeschlagen. Die Scheibenachsen sind an der Welle festgemacht. Dabei ist die Außenkante jedes Flügels mittels des Drahtzuges und über die Drehscheibe mit dem L-förmigen Trägerarm verbunden, an dessen Ende die Belastungsgewichte festgemacht sind. Die Welle ist unten mittels der Kugelhalterung und/oder mittels der Gelenkwelle mit dem Getriebe und dem Generator verbunden. Von oben ist die Welle an die bogenförmigen Tragwerke oder Seile festgemacht, deren unteres Ende am Boden oder am Unterbau befestigt ist. Die Tragwerke sind im mittleren Teil mittels Seile zum Boden und/oder untereinander zusammengezogen.
Das technische Ergebnis kann auch anhand einer anderen Ausführungsform erreicht werden. In dieser Ausführungsform ist jeder Flügel mittels einer Gelenkverbindung am Träger in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt. Dabei ist die Außenkante jedes Flügels an den Stirnflächen mit Belastungsgewichten mittels eines L-förmigen Trägerarms befestigt. Die Welle ist unten mittels eines Kugelgelenks und/oder einer Gelenkwelle mit einem Getriebe und Generator gekoppelt.
Von oben ist die Welle an die bogenförmigen Tragwerke oder Seite festgemacht, deren unteres Ende am Boden oder am Unterbau befestigt ist. Die Tragwerke sind im mittleren Teil mittels Seile zum Boden und/oder untereinander zusammengezogen.
Die Ursache-Wirkung-Beziehung zwischen den wesentlichen Merkmalen der Erfindung und den erreichten Ergebnissen besteht im Folgenden:
Beim Einsatz der genannten Merkmale nimmt der zeitmäßige Windenergieausnutzungsfaktor zu. Das heißt, das Windkraftwerk wird im Geschwindigkeitsbereich von 3 bis 70 m/s laufen. Im Endeffekt arbeitet das Windkraftwerk um das Dreifache länger (dreimal die übliche Tageszahl), somit wird auch die Stromerzeugung um das Dreifache mehr sein. Das wird dadurch erreicht, dass die Flügelfläche bei geringen Windgeschwindigkeiten vergrößert und bei Erhöhung der Windgeschwindigkeiten im Gegenteil vermindert wird. Dies geschieht dadurch, dass die Flügel rings um die Scharnierhalterung am Träger geschlossen oder geöffnet werden. Bei stürmischen Windstößen schließen die Belastungsgewichte die Flügel infolge der Fliehkraft-Wirkung. Dabei bekommt das Windkraftwerk die Form von einem Rohr. Die Betriebssicherheit wird sowohl durch die einfache Bauweise als auch durch das Vorhandensein von einem Kugelgelenk an der Windkraftwerk-Welle und/oder von einer Kardanwelle mit einem Getriebe (Multiplexer) sichergestellt. Das Vorhandensein von einer Seilbefestigung für die leistungsschwachen Windkraftwerke und die Befestigung mittels bogenförmiger Tragwerke, die ihrerseits mittels Seile zum Boden hin und/oder untereinander zusammengezogen werden, stellen einen sicheren Betrieb bei beliebigen Windgeschwindigkeiten und -stößen sicher.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Gesamtansicht des Windkraftwerks, die Draufsicht und der Schnitt der Zweiflügel-Windaufnahmeflächen wobei die Zweiflügel-Windaufnahmeflächen gelenkig zwischen der Innenkante und der Segmentmitte befestigt sind,
2 den Schnitt der Dreiflügel-Windaufnahmeflächen, die gelenkig zwischen der Innenkante und der Segmentmitte befestigt sind,
3 das Befestigungsschema der Belastungsgewichte, welche das Schließen der Flügel (der Windaufnahmeflächen) bei Erhöhung der Windgeschwindigkeit sicherstellen und
4 das Befestigungsschema der Belastungsgewichte, welche das Öffnen der Flügel (der Windaufnahmeflächen) bei keinem Wind sicherstellen.
Das Windkraftwerk nach 1 besteht aus einer Welle 1. An der Welle 1 sind kinematisch Flügel 2 (Windaufnahmeflächen) befestigt, deren Stirnflächen mittels Gelenke 3 an Trägern 4 befestigt sind. Die Träger 4 sind starr an der Welle 1 (1, Schnitt A-A) festgemacht. Die Stirnflächen zwischen der Innenkante und der Segmentmitte (Halbzylindermitte) der Zweiflügel- (1) oder Dreiflügel- (2) Windaufnahmeflächen 2 sind gelenkig mit den Trägern 4 gekoppelt. Die Außenkanten der Flügel sind mittels eines Drahtzuges 5 über Scheiben 11 (3) mit einem Trägerarm 14 verbunden, an dessen Gegenende ein Belastungsgewicht 13 festgemacht ist. Der Trägerarm 14 ist mittels einer Scharnierhalterung 12 mit der Welle 1 verbunden. An ihrem oberen Ende ist die Welle 1 gelenkig mit Tragewerken 8 (1) gekoppelt. Die Tragewerke 8 sind ihrerseits untereinander mittels Horizontalschübe 7 verbunden und zum Boden (bzw. zum Unterbau) hin mit Zugstangen 9 (1) herangezogen. Das untere Ende der Welle 1 ist über die Gelenkwelle mit einer elektrischmechanischen Anlage 10 verbunden, welche aus einem Getriebe und einem Generator besteht. Die Flügel 2 sind an den Stirnflächen entlang der Außenkanten mittels des Drahtzuges 5 (1, 3) und über die Scheiben 11 mit dem Trägerarm 14 verbunden. Die Flügel 2 sind an den Stirnflächen entlang ihrer Außenkanten mittels eines Drahtseils 17 (4) und über die Scheiben 11 mit einem Belastungsgewicht 15 verbunden. Die senkrechte Bewegung des Belastungsgewichts 15 ist durch einen Anschlag 16 (4) begrenzt.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Außenkante jedes Flügels mit dem Trägerarm 14 verbunden, an dessen Ende das Belastungsgewicht 13 befestigt wird. Der Trägerarm 14 ist mittels der Scharnierhalterung 12 mit der Welle 1 verbunden. Die Welle 1 ist an ihrem oberen Ende an den Tragwerken 8 (1) befestigt. Die Tragwerke 8 sind ihrerseits untereinander mittels der Horizontalschübe 7 verbunden und zum Boden (bzw. zum Unterbau) hin mit den Zugstangen 9 (1) herangezogen. Das untere Ende der Welle 1 ist über die Gelenkwelle mit der elektrischmechanischen Anlage 10 verbunden, welche aus einem Getriebe und einem Generator besteht.
Das Windkraftwerk wird folgenderweise betrieben:
Der Windstrom trifft den Flügel 2. Das treibt die Welle 1 an, welche ihre Drehung an die elektromechanische Anlage 10 weiterleitet. Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit fangen die Belastungsgewichte 13 an, durch die Fliehkraftwirkung sich von der Welle 1 weg zu entfernen. Das verursacht eine Ablenkung des Trägerarmes 14 rings um die Scharnierhalterung 12. Der Trägerarm 14 zieht am Drahtzug 5 über die Scheibe 11. Dadurch entsteht eine Verschiebung der Flügel 2 rings um die Scharnierhalterung 3 und in die Richtung der Welle 1. Bei stürmischen Windstößen schließen die Flügel 2 und bilden dadurch die Form von einem Zylinder 6 (2). Die Drahtseile 17 stellen dabei die Begrenzung der Öffnung der Flügel 2 sicher. Die Begrenzung erfolgt dadurch, dass sich das Belastungsgewicht 15 auf den Anschlag 16 (4) stützt. Das Belastungsgewicht 15 kann sich nur senkrecht bewegen.
Ist kein Wind vorhanden, so kommt das Belastungsgewicht 15 unter der Schwerkraftwirkung nach unten und öffnet die Flügel 2 vollständig mittels der Drahtseile 17.
Die Funktionsweise des Windkraftwerkes nach der zweiten Ausführungsform ist ähnlich. Der Windstrom trifft den Flügel 2. Dadurch fängt die Welle 1 an, sich zu drehen und leitet diese Drehung an die elektromechanische Anlage 10 weiter. Wird die Windgeschwindigkeit höher, so fangen die Belastungsgewichte 13 an, durch die Fliehkraftwirkung sich von der Welle 1 weg zu entfernen. Das verursacht eine Ablenkung des Trägerarmes 14 rings um die Scharnierhalterung 12. Der Trägerarm 14 zieht an der Außenkante des Flügels 2. Dadurch entsteht eine Verschiebung der Flügel 2 rings um die Scharnierhalterung 3 und in Richtung der Welle 1. Bei stürmischen Windstößen schließen sich die Flügel 2 und bilden dadurch die Form von einem Zylinder 6 (2).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- PK 5595 [0003]
- PK 3230 [0005]

Claims

Windkraftwerk mit einer Welle, Belastungsgewichte, Trägern und Flügeln, wobei die Träger mit der Welle starr befestigt sind und die Flügel Innen- und Außenkanten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (2) mittels einer Gelenkverbindung (3) am Träger (4) in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt ist, dass die Innen- und Außenkanten jedes Flügels (2) an den Stirnflächen mit Belastungsgewichten (13) anhand von Zugmitteln verbunden sind, dass das Zugmittel über freilaufende Drehscheiben (11) umgeschlagen ist, dass die Scheibenachsen an der Welle (1) starr festgemacht sind, wobei die Außenkante jedes Flügels (2) mittels eines Drahtzuges (5) über die Scheiben (11) mit einem L-förmigen Trägerarm (14) verbunden ist, dass am Gegenende des Tragarms (14) ein Belastungsgewicht (13) befestigt ist, dass die Welle (1) unten mittels eines Kugelgelenkes und/oder einer Gelenkwelle mit dem Getriebe und einem Generator gekoppelt ist, dass die Welle (1) von oben an den bogenförmigen Tragwerken (8) oder an Seilen (17) festgemacht ist, deren unteres Ende am Boden oder am Unterbau befestigt ist und dass die Tragwerke (8) im mittleren Teil mittels Seile (7) zum Boden und/oder untereinander zusammengezogen sind.
Windkraftwerk mit einer Welle, Belastungsgewichte, Trägern und Flügeln, wobei die Träger mit der Welle starr befestigt sind und die Flügel Innen- und Außenkanten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flügel (2) mittels einer Gelenkverbindung (3) am Träger (4) in der Stirnfläche zwischen der Innenkante und der Mitte befestigt ist, dass die Außenkante jedes Flügels (2) an den Stirnflächen mit Belastungsgewichten (15) mittels eines L-förmigen Trägerarmes (14) verbunden ist, dass die Welle (1) unten mit einem Getriebe und einem Generator mittels eines Kugelgelenkes und/oder Gelenkwelle gekoppelt ist, dass die Welle (1) von oben an bogenförmigen Tragwerken (8) oder Seilen (17) festgemacht ist, deren unteres Ende am Boden oder am Unterbau befestigt ist und dass die Tragwerke (8) im mittleren Teil mittels Seile (7) zum Boden und/oder untereinander zusammengezogen.