DE20200851U1 - Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren bei WKA - Google Patents

Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren bei WKA

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    • F05B2240/213—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Savonius type
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Description

Gebrauchsmusteranmeldung: Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren in
Windkraftanlagen
Aktenzeichen: 202 00 851.7
Stand der Technik
Die nachfolgende Erfindung bezieht sich auf dem Einsatz in Windkraftanlagen als Zubehör zu bereits stehenden oder in der Erprobung befindlichen Anlagen. Hierbei handelt es sich um eine Komponente der Leistungsoptimierung der Flügelkonstruktionen im Speziellen bei Windkraftanlagen mit einer Vertikalachskonstruktion ausgebildet als Darrieus- und/oder Savonius- Rotor. Bei den vorgenannten Rotorformen handelt es sich im Verhältnis zu den Rotoren mit „Propellern" im landläufigen Sinne nach um Sonderbauformen.
Das Prinzip des Savonius- oder auch Durchströmrotors (in der englischsprachigen Literatur auch als vertical axis machine bezeichnet) beruht auf der Durchströmung von Luft in Form von Wind. Gleiches gilt auch für den Darrieusrotor. Durch eine oder mehrere Laufschaufeln bestehend aus gebogenen Blechen, Kunststoffplatten oder anderen formbaren Verbundwerkstoffen in radialer Anordnung zur drehenden Achse, wird der auftreffende Wind in eine Drehbewegung umgesetzt. Hierbei besteht in der Bauform begründet ein Massenanlaufprobtem bei schwachen Winden. Die Technologie der Durchströmrotoren stellen heute den Stand der Technik dar, da diese Technologien bereits im frühen 19. und Jahrhundert in der Fachliteratur erstmalig beschrieben und veröffentlicht wurden. So liegen heute noch <zur Grundbauform der Rotoren folgende Patentschriften vor, die jedoch teilweise nicht mehr in gültiger Form vorliegen:
416/197 A
416/197A
415/4,4
416/139
416/197 A
416/119
415/4.2
415/907
415/4.2
415/4.4
415/3.1
415/4.4
415/4.2
416/236 R
415/4.4
416/236 R
415/224
415/4.2
416/51
416/46
290/44
290/44
416/132 B
416/145
415/186
290/55
290/55
415/209.1
290/44
US. Patent Dokumente Sheplar et al.
143.100 9/1873 Venor
175.530 9/1876 Everhart
201.400 3/1878 Townsend
399.171 3/1889 Pepper
455.858 7/1891 Herman
485.933 11/1892 Chapman
535.193 3/1895 Stevens et al
537.494 4/1895 Hardaway
588.572 8/1897 Schmucker
600.893 3/1898 Hardaway
640.901 1/1900 Sterner
993.120 5/1911 Ryan
1.523.295 1/1925 Nicholson
1.583.165 5/1926 Bender
1.615.675 1/1927 Currie
1.758.560 5/1930 Darrieus
1.835.018 12/1931 Nelson
1.935.097 11/1933 Penton
2.067.542 1/1973 Terhune
2.406.268 8/1946 Crompton
3.335.078 8/1967 Quinn
3.902.072 8/1975 Yengst
3.942.909 3/1976 Luchuk
3.970.409 7/1976 Bogle
3.994.621 11/1976 Diggs
4.035.658 7/1977 Oman et al.
4.075.500 2/1978 Eckel
4.140.433 2/1979 Palma
4.168.439 9/1979
4.204.799 5/1980 de Geus
4.247.252 1/1981 Seki et al.
4.247.253 1/1981 Seki et al.
4.291.233 9/1981 Kirschbaum
4.362.470 12/1982 Lacastre et al.
4.405.144 9/1983 Loth
4.405.814 11/1983 Martinez
4.474.529 10/1984 Kinsey
4.551.631 11/1985 Trigilio
4.571.152 2/1986 Tatar
4.632.637 12/1986 Trandt
4.652.206 3/1987 Yeoman
4.685.736 9/1987 Doman et al.
4.748.339 5/1988 Jamieson
4.818.181 4/1989 Kodric
4.834.610 5/1989 Bond Hl
4.850.792 7/1989 Yeoman
5.083.039 1/1992 Richardson et al
5.391.926 2/2995 Staley/Elder
415/4.5 416/44 416/44 290/1 C 416/197 A 415/1 290/55 415/4.2 290/55 415/4.2 416/41 415/4.2 290/44 290/55 416/196 A 415/3.1 415/4.2 290/44 290/55
Internationale Patente
167694 1/1986 Europa Patent
0216384 4/1987 Europa Patent
515652 4/1921 Frankreich
727519 6/1932 Frankreich
61140 3/1955 Frankreich
867380 2/1953 Deutschland
697701 5/1980 Japan
2231805 11/1990 Großbritannien
415/4.2
416/236 416/197 A
Nach einer intensiv durchgeführten Recherche beziehen sich die o.g. Patente ausschließlich auf rdie Bauform des Rotors und die Ausbildung der Rotoraufnahme bzw. der Einleitkonstruktionen. Allen vorgenannten Patenten ist es in der Praxis bis dato jedoch nicht gelungen, diese Verdrängungswindmaschinen über ein breites Windspektrum betriebsfähig zu halten. Stattdessen beziehen sich die o.g. Quellen und die einschlägigen Fachliteraturen ausschließlich auf einen Einsatz in Starkwindgebieten. Ein Einsatz bei Windgeschwindigkeiten unter 4,5 m/s wird bisher ausgeschlossen.
Durch die Stellung der Laufschaufeln zu Achse wird der auftreffende Wind zur Verrichtung mechanischer Arbeit an den Laufschaufeln gezwungen. Um eine möglichst hohe Energieausbeute des Windes in der Windkraftanlage zu erreichen, werden die Laufschaufeln direkt an der Welle oder direkt daneben befestigt. Bei Drehzahlen über 60 Umdrehungen pro Minute verrichtet die dem Wind entgegen laufende Laufschaufel mechanische Arbeit, in dem diese Luft ähnlich einem Ventilator ansaugt und über die Laufschaufeln beschleunigt. Die dabei auftretende Luftströmung reißt an den Laufschaufeln ab und bildet radial ablaufende Verwirbelungen. Diese Luftwirbel nehmen einen nicht unwesentlichen Teil der im Rotor aufgenommenen Energie auf und verhindern eine Drehzahl von höher als 150 Umdrehungen pro Minute. Das an der Welle abgreifbare Drehmoment steigt dabei auch bei zunehmenden Wind nicht an. Hierbei tritt dieser Effekt bei jeder Baugröße äquivalent auf.
Gebrauchsmusteranmeldung: Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren in
Windkraftanlagen
Aktenzeichen: 202 00 851.7
Beschreibung des Gegenstandes
Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren in Windkraftanlagen
Beschreibung des Schutzanspruches
Hiermit beantragen wir den Schutz des Anspruches auf ein Gebrauchsmuster für eine Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren in Windkraftanlagen.
Durch eine Ausbildung der Laufschaufeln in Schutzanspruch 1 beschriebener Form wird das o.g. Problem beseitigt bzw. begrenzt. Wird die Laufschaufel im Inneren des Rotors mit einem seitlichen Abstand von 5 bis 20 % des Radius des Rotors zur Welle befestigt, reißt die o.g. Luftströmung durch &ldquor;Ventilation" ab und führt zu einer geringeren Bremswirkung des Rotors. Dadurch wird die über die Rotorblätter abgetriebene mechanische Energie an der Welle erhöht, was zu einer besseren Energiebilanz auch bei schwächeren Windstärken führt. Bei höheren Windstärken wird der Bereich der Einbremsung des Rotors in ein höheres Drehzahlband über 150 Umdrehungen pro Minute verschoben. Nach Windkanalmessungen sind bei entsprechendem Windangebot bis zu 310 Umdrehungen pro Minute als Leerlaufdrehzahl ohne Last gemessen worden.
Werden die wie oben beschriebenen Laufschaufeln um den Abstand zwischen Welle und Laufschaufel in Fortführung der vorhandenen Krümmung innen verlängert (Schutzanspruch 2), mindestens jedoch im Winkel von 90 ° zum Radius am Punkt der Tangente des gedachten innenliegenden Befestigungsringes, lässt sich im Inneren des Rotors eine um die Achse bildende Luftrotation nachweisen lässt. Dieser so genannte &ldquor;Magnuseffekt" bewirkt bei einer Umdrehungszahl von etwa 150 Umdrehungen pro Minute eine gleichbleibende Drehzahl bei gleichzeitiger Erhöhung des abgreifbaren Drehmomentes an der Welle. Dadurch können z.B. Generatoren an der Windkraftanlage stärker erregt werden, was eine höhere Erzeugerieistung an Elektroenergie zur Folge hat.

Claims (2)

1. Radiale Durchströmöffnungen in Durchströmrotoren in Windkraftanlagen dadurch gekennzeichnet, dass durch seitliches Versetzen der Laufschaufeln um ein einen radialen Abstand von der Drehachse von 5 bis 20% des Radius ein Schlupf im Auge des Rotors errichtet wird.
2. Verlängerung der Laufschaufeln am unter Punkt 1 genannten Auge über die Tangente des sich bildenden inneren Kreises hinaus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006032004A1 (de) * 2006-07-11 2008-01-17 Manuel Ritter Windrotor mit 3 Rotorblättern und vertikaler Rotorachse

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006032004A1 (de) * 2006-07-11 2008-01-17 Manuel Ritter Windrotor mit 3 Rotorblättern und vertikaler Rotorachse

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