DE202010007010U1

DE202010007010U1 - Straßenlaterne

Info

Publication number: DE202010007010U1
Application number: DE202010007010U
Authority: DE
Original assignee: F E E EUROP Ltd; Fee Europe Ltd
Current assignee: F.E.E. GMBH, DE
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-09-26
Anticipated expiration: 2020-05-21

Abstract

Straßenlaterne mit einem Schaft (1) und einer am Schaft (1) befestigten elektrischen Leuchte (2) sowie einer Windturbine mit einem Windrad (3) zur Erzeugung von elektrischem Strom zur Stromversorgung der Leuchte (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) aus einem Hohlrohr oder Hohlkastenprofil gebildet ist und wenigstens eine Einlassöffnung (4) sowie wenigstens eine Auslassöffnung (9) aufweist und dass das Windrad (3) im Inneren des Schafts (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Straßenlaterne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Straßenlaternen mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Schaft und einer am Schaft befestigten elektrischen Leuchte bekannt. Die elektrische Leuchte wird in der Regel über ein erdverlegtes Kabel, welches mit dem Stromversorgungsnetz in Verbindung steht, mit Strom versorgt.
Die Energieversorgung der Leuchte über ein erdverlegtes Stromkabel ist jedoch nachteilig weil sich die Installation dieser bekannten Straßenlaternen wegen des notwendigen Verlegens des Stromkabels als aufwendig und teuer erweist, insbesondere wenn die Straßenlaterne in abgelegenen Gegenden weit weg vom allgemeinen Stromversorgungsnetz aufgestellt werden soll. Darüber hinaus sind die bekannten Straßenlaternen wegen des Verbrauchs elektrischer Energie aus dem Stromversorgungsnetz wenig ressourceneffizient.
Es wurden daher bereits Straßenlaternen vorgeschlagen, welche autark und unabhängig vom allgemeinen Stromversorgungsnetz über ein Solarmodul mit elektrischer Energie versorgt werden. Derartige Straßenlaternen mit einem Solarmodul zur Erzeugung von elektrischem Strom zur Stromversorgung der Leuchte sind beispielsweise aus der EP 1 367 319 A2 und der DE 201 20 155 U1 bekannt. Bei diesen Straßenlaternen ist allerdings die Versorgung der Leuchte mit elektrischem Strom von der Sonneneinstrahlung abhängig. An trüben Tagen reicht die Sonneneinstrahlung häufig nicht aus, um ausreichend elektrische Energie über das Solarmodul zu erzeugen und in einem Akkumulator zwischenzuspeichern, um die Leuchte dann in der Nacht mit elektrischem Strom versorgen zu können.
Als Alternative für die Versorgung einer elektrischen Straßenleuchte mit elektrischer Energie wurde in der DE 620 929 eine elektrische Straßenleuchte vorgeschlagen, die durch eine Dynamomaschine mit Strom versorgt wird, wobei die Dynamomaschine mittels eines durch Wind angetriebenen Schaufelrads in Drehung versetzt wird. Das als Windrad wirkende Schaufelrad ist hierfür oberhalb eines Beleuchtungskörpers waagerecht umlaufend angeordnet. Die von dem Windrad angetriebene Dynamomaschine lädt einen Akkumulator auf, über den der Beleuchtungskörper mit elektrischem Strom versorgt wird. Die Schaufeln des Windrades sind drehbar in einem Gehäuse untergebracht, welches drehbar oberhalb des Beleuchtungskörpers angeordnet ist. Das Gehäuse verfügt über eine Windfahne, welche sich in die momentane Windrichtung einstellt und dadurch eine Abdeckung desjenigen Teils des Windrades gewährleistet, dessen Flügel gegen die Einwirkung des Windes geschützt werden sollen.
Auch diese elektrische Straßenleuchte mit Windrad ist jedoch wegen der geringen Effizienz der Energiegewinnung über das Windrad nur bedingt zur ausreichenden Versorgung der Straßenlaterne mit elektrischer Energie geeignet.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Straßenlaterne mit Windrad so weiter zu bilden, dass sie eine höhere Effizienz und eine bessere Ausnutzung des Windes zur Erzeugung elektrischer Energie zur Stromversorgung der Leuchte der Straßenlaterne gewährleisten kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Straßenlaterne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen dieser Straßenlaterne sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Straßenlaterne weist einen aus einem Hohlrohr oder einem Hohlkastenprofil gebildeten Schaft und einer am Schaft befestigten elektrischen Leuchte sowie eine Windturbine mit einem Windrad zur Erzeugung von elektrischem Strom zur Stromversorgung der Leuchte auf. In dem Schaft ist wenigstens eine Einlassöffnung angeordnet, welche zweckmäßig durch einen Schlitz gebildet ist, der sich in Längsrichtung des Schafts erstreckt. In dem Schaft ist ferner wenigstens eine Auslassöffnung vorgesehen, welche zweckmäßig ebenfalls schlitzförmig ausgebildet ist oder dadurch gebildet ist, dass das obere stirnseitige Endes des hohlen Schafts offen ist. Das Windrad ist im Inneren des Schafts zwischen der oder den Einlassöffnungen und der bzw. den Auslassöffnungen angeordnet. Durch die Einlassöffnungen, welche bevorzugt im unteren Drittel des Schafts angeordnet sind, kann eine durch den Wind in der Umgebung der Straßenlaterne erzeugte Luftströmung in das Innere des hohlen Schafts einströmen. Durch den Auftriebseffekt (Kamineffekt) wird diese Luftströmung im Inneren des Schafts nach oben gesogen, wo sie durch die Auslassöffnungen, welche bevorzugt im oberen Drittel des Schafts angeordnet sind, wieder ausströmen kann. Der Auftriebseffekt (Kamineffekt) wird dadurch verstärkt, dass sich der Schaft tagsüber aufheizt und sich nachts abkühlt, wodurch im Inneren des Schafts eine Thermik entsteht. Beim Durchströmen durch den hohlen Schaft strömt die Luftströmung das im Inneren des Schafts angeordnete Windrad an und setzt dieses in Bewegung. Die Windturbine mit dem Windrad ist an einen Generator gekoppelt, welcher die Drehbewegung des Windrades in elektrische Energie umwandelt. Die elektrische Energie kann entweder unmittelbar und instantan zur Stromversorgung der Leuchte verwendet werden. Überschüssige, d. h. momentan von der Leuchte nicht benötigte elektrische Energie kann auch in einem Akkumulator, der an den Generator gekoppelt ist, zwischengespeichert werden. Die in dem Akkumulator zwischengespeicherte elektrische Energie kann dann bei einsetzender Dämmerung und in der Nacht zur Stromversorgung der Leuchte verwendet werden, auch wenn die Windverhältnisse eine ausreichende und instantane Stromversorgung der Leuchte nicht zulassen.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Straßenlaterne werden aus dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich. Die Zeichnungen zeigen:
1: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Straßenlaterne in einer ersten Ansicht;
2: Schematische Darstellung der Straßenlaterne von 1 in einer gegenüber der Ansicht von 1 um 90° gedrehten Ansicht;
3: Darstellung der Straßenlaterne von 1 in einer Seitenansicht, wobei der mittlere Bereich des Schafts im Aufriss gezeigt ist;
4: Schematische Darstellung des Windrads der erfindungsgemäßen Straßenlaterne.
5: Schematische Darstellung des Windrads der erfindungsgemäßen Straßenlaterne in einer bevorzugten Ausführungsform;
6: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Straßenlaterne in einer bevorzugten Ausführungsform;
7: Darstellung der Straßenlaterne von 5 in einer Seitenansicht, wobei der mittlere Bereich des Schafts im Aufriss gezeigt ist.
8: Draufsicht auf ein zusätzliches Windrad am oberen Ende des Schafts einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Straßenlaterne;
In den 1 und 2 ist eine perspektivische und schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Straßenlaterne gezeigt. Die Straßenlaterne umfasst einen aus einem Hohlrohr oder einem Hohlkastenprofil gebildeten Schaft 1. Der Schaft 1 wird zur Installation der Straßenlaterne im Boden verankert, beispielsweise indem er in ein Betonfundament einbetoniert wird. Am oberen Ende des Schafts 1 ist eine elektrische Leuchte 2 angeordnet. Die elektrische Leuchte 2 ist in den hier dargestellten Zeichnungen nur schematisch angedeutet. Oberhalb der elektrischen Leuchte 2 ist ein als Solarpaneel 8 ausgebildetes Solarmodul vorgesehen. Zusätzlich zu dem Solarpaneel 8 können am Außenumfang des Schafts 1 weitere Solarmodule in Form von Solarflächenelementen 8' angeordnet sein, wie in 2 gezeigt Die Solarmodule 8, 8' dienen zur Umwandlung der auf die Flächen der Solarmodule auftreffenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie und zur Zwischenspeicherung dieser elektrischen Energie in einem hier nicht dargestellten Akkumulator. Der sich im Inneren des Schafts ausbildende Kamineffekt kann durch Verwendung verschiedener Materialien im unteren und oberen Schaftbereich verstärkt werden. So kann beispielsweise der untere Schaftbereich aus einem dunklen Stahl und der obere Schaftbereich aus hellerem Aluminium gefertigt werden, mit der Folge, dass sich der untere (dunkle) Schaftbereich bei Sonneneinstrahlung stärker erwärmt als der obere (hellere) Schaftbereich.
Im unteren Bereich sind in der Wandung des hohlen Schafts 1 mehrere Einlassöffnungen 4 in Form von Schlitzen eingebracht. Die Schlitze 4 erstrecken sich in Längsrichtung des Schafts 1 und weisen zweckmäßig eine Länge von 10 cm bis 50 cm auf. Im oberen Bereich des Schafts 1 sind ebenfalls schlitzförmige Auslassöffnungen 9 vorgesehen. Eine Auslassöffnung 9 kann auch dadurch gebildet sein, dass das obere stirnseitige Ende des rohrförmigen Schafts 1 offen ist. Durch die Einlassöffnungen 4 kann eine durch den Umgebungswind erzeugte Luftströmung in das Innere des Schafts 1 einströmen. Durch den sich im Inneren des Schafts ausbildenden Kamineffekt wird diese Luftströmung nach oben gesogen und kann durch die Auslassöffnungen 9 wieder austreten.
Im Inneren des hohlen Schafts 1 ist eine Windturbine mit einem Windrad 3 angeordnet. Das Windrad 3, welches in 4 in einer schematischen Draufsicht gezeigt ist, umfasst wenigstens ein in sich verdrehtes Rotorblatt 5, welches an einer drehbar gelagerten Welle 6 angeordnet ist. Bei dem in 4 gezeigten Windrad 3 sind zwei gleichförmige Rotorblätter 5 und 5' vorgesehen, welche gegeneinander um 180° versetzt an der Welle 6 befestigt sind. Die Rotorblätter sind zweckmäßig aus einem stabilen Verbundwerkstoff wie glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff wie CFK. Bei den Rotorblättern 5, 5' handelt es sich bevorzugt um halbzylindrische, gebogene Rotoren, welche entlang ihrer Längsachse in sich um 180° wendelförmig verdreht sind. Diese beiden Rotorblätter 5, 5' sind jeweils halbkreisförmig um die Welle 6 angeordnet. Die Welle 6 ist in einem Rahmen 10 angeordnet, welcher über Querstege 7, 7' verfügt. Die Welle 6 ist dabei mittels zweier Lager 11, 11' drehbar an den Querstegen 7, 7' gelagert.
In 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Windrads 3 gezeigt. Wie das Windrad der 4 umfasst dieses zwei wendelförmig in sich verdrehte Rotorblätter 5, 5', welche an einer drehbar gelagerten Welle 6 angeordnet sind. Die beiden Rotorblätter 5, 5' sind wie bei dem Windrad 3 der Ausführungsform von 4 halbkreisförmig und um 180° versetzt um die Welle 6 angeordnet. Die Welle 6 ist wiederum mittels zweier Lager 11, 11' drehbar an den Querstegen 7, 7' des Rahmens 10 gelagert. Zusätzlich zu den beiden Rotorblättern 5, 5' verfügt das Windrad 3 der Ausführungsform von 5 über Hochauftriebsprofile 18, 18', wobei jedem Rotorblatt 5, 5' ein solches Hochauftriebsprofil 18, 18' zugeordnet ist. Die Form der Hochauftriebsprofile 18, 18' sind der Kontur der Rotorblätter 5, 5' angepasst und im Abstand zum jeweiligen Rotorblatt 5, 5' auf der Gegendruckseite angeordnet. Die Hochauftriebsprofile 18, 18' erzeugen ein zusätzliches Drehmoment auf die Welle 6.
Die Windturbine mit dem Windrad 3 und dem Rahmen 10 ist im mittleren Bereich im Inneren des Schafts 1 angeordnet. Hierfür ist der Rahmen 10 an der Innenwand des Schafts 1 befestigt, wobei die Welle 6 längs der Mittelachse des Schafts 1 verläuft.
Die in das Innere des Schafts 1 einströmende und in den 2 und 3 mit einem Pfeil angedeutete Luftströmung strömt durch das Windrad 3 und aus den Auslassöffnungen 9 wieder aus dem Schaft 1 heraus. Dadurch werden die Rotorblätter 5, 5' von der Luftströmung angeströmt und in Drehung versetzt, wodurch sich die Welle 6 dreht. Die Welle 6 ist mit einem hier nicht dargestellten Generator gekoppelt. Der Generator wandelt die Drehbewegung der Welle 6 in elektrische Energie um. Falls die Leuchte 2 einen momentanen Bedarf zur Stromversorgung hat, wird die so erzeugte elektrische Energie unmittelbar zur Stromversorgung der Leuchte 2 verwendet. Sollte die Leuchte 2 keinen momentanen Bedarf zur Stromversorgung haben (was in der Regel tagsüber der Fall ist), wird die vom Generator erzeugte elektrische Energie in einem hier ebenfalls nicht dargestellten Akkumulator zwischengespeichert. Zur Steuerung der Energieversorgung der Leuchte 2 ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche zum einen steuert, zu welchem Zeitpunkt die Leuchte mit elektrischem Strom versorgt wird und welche zum anderen auch die Energiespeicherung über den Akkumulator steuert.
In den 6 und 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Straßenlaterne gezeigt. Diese verfügt neben dem im Inneren des Schafts 1 angeordneten Windrad 3 noch über ein zusätzliches Windrad 12. Dieses Windrad 12, welches in 8 im Detail dargestellt ist, verfügt über eine Mehrzahl von Rotorflügeln 14, welche an einer Welle 13 angeordnet sind. Die Rotorflügel 14 ragen an der Oberseite aus dem Schaft 1 heraus, so dass sie von dem Wind der Umgebung angeströmt werden können. Werden die Rotorflügel 14 vom Umgebungswind angeströmt, so wird das zusätzliche Windrad 12 in Drehung versetzt, wodurch ein Drehmoment auf die Welle 13 übertragen wird. Die Welle 13 ist mit der Welle 6 des Windrads 3 verbunden. Auf diese Weise wird die Drehbewegung des zusätzlichen Windrads 12 durch den Generator, der an die Welle 6 gekoppelt ist, in elektrische Energie umgewandelt. Um sicherzustellen, dass die beiden Windräder 3 und 12 ein Drehmoment auf die miteinander verbundenen Wellen 6 und 13 in gleicher Richtung übertragen, ist eine (hier zeichnerisch nicht dargestellte) Kupplung zwischen den Wellen 13 und 6 vorgesehen. Bei der Kupplung kann es sich um eine Fliehkraftkupplung handeln, welche das Drehmoment der Welle 13 von der Welle 6 entkoppelt, falls das Drehmoment der Welle 13 gegenläufig zum Drehmoment der Welle 6 sein sollte. Alternativ zu einer Freilaufkupplung kann auch eine Kupplung mit einer Drehrichtungsumkehr vorgesehen sein, welche die Drehrichtung der Welle 13 umkehrt, falls diese entgegengesetzt zur Drehrichtung der Welle 6 sein sollte. Bei Windstille kann also die Welle 13 von der Welle 6 über die Fliehkraftkupplung entkoppelt werden, wenn gleichzeitig durch den Kamineffekt das Windrad 3 durch die im Inneren des Schafts durchströmende Luftströmung in Rotation versetzt wird.
Zweckmäßig ist ein Bewegungsmelder vorgesehen, welcher an dem Schaft 1 angeordnet und an die Steuereinheit gekoppelt ist. Der Bewegungsmelder stellt fest, ob in seinem Detektionsbereich eine Bewegung (beispielsweise. eines vorbeifahrenden Fahrzeugs oder eines vorbeilaufenden Fußgängers) erfolgt. Wird eine Bewegung durch den Bewegungsmelder festgestellt, schaltet die Steuereinheit die Leuchte 2 ein, indem diese mit elektrischem Strom versorgt wird. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer der Beleuchtung wird die Stromzufuhr wieder abgestellt, oder gedimmt um elektrische Energie zu sparen.
Darüber hinaus kann zweckmäßig auch ein Helligkeitssensor vorgesehen sein, mit dem die Helligkeit der Umgebung der Straßenlaterne erfasst wird. Je nach erfasster Helligkeit wird die Stromzufuhr zur Leuchte 2 über das Steuermodul so gesteuert, dass die Leuchtleistung der Leuchte 2 bei Dunkelheit höher ist als beispielsweise in der Dämmerung. Auch durch diese Maßnahme kann elektrische Energie gespart werden, weil die Leuchte 2 nur nach Bedarf entsprechend der Helligkeit mit der erforderlichen elektrischen Energie zur ausreichenden Ausleuchtung der Umgebung versorgt wird.
Die Kombination der Energieversorgung über die Solarmodule 8, 8' und über die Windturbine stellt in Verbindung mit der Möglichkeit der Speicherung überschüssiger elektrischer Energie zu jeder Zeit, insbesondere auch an trüben Tagen und in der Nacht, eine ausreichende Stromversorgung der Leuchte 2 sicher. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Straßenlaternen mit einer Windturbine zeichnet sich die erfindungsgemäße Straßenlaterne durch eine wesentlich höhere Effizienz der Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie aus. Dies wird in erster Linie durch den sich im Inneren des hohlen Schafts 1 ausbildenden Kamineffekt bewirkt, der zu einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der das Windrad 3 durchströmenden Luftströmung führt.
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

EP 1367319 A2 [0004]
DE 20120155 U1 [0004]
DE 620929 [0005]

Claims

Straßenlaterne mit einem Schaft (1) und einer am Schaft (1) befestigten elektrischen Leuchte (2) sowie einer Windturbine mit einem Windrad (3) zur Erzeugung von elektrischem Strom zur Stromversorgung der Leuchte (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) aus einem Hohlrohr oder Hohlkastenprofil gebildet ist und wenigstens eine Einlassöffnung (4) sowie wenigstens eine Auslassöffnung (9) aufweist und dass das Windrad (3) im Inneren des Schafts (1) angeordnet ist.
Straßenlaterne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (3) wenigstens ein wendelförmig in sich verdrehtes Rotorblatt (5) umfasst, welches an einer drehbar gelagerten Welle (6) angeordnet ist.
Straßenlaterne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Rotorblatt (5) mit der Welle (6) einstückig verbunden oder an der Welle (6) befestigt ist.
Straßenlaterne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (3) so im Innern des Schafts (1) angeordnet ist, dass die Welle (6) in Längsrichtung des Schafts (1) verläuft.
Straßenlaterne nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (3) über ein zusätzliches Hochauftriebsprofil (18) verfügt.
Straßenlaterne nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwandung des Schafts (1) Querstege (7) angeordnet sind, an denen die Welle (6) drehbar gelagert ist.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine an einen Generator gekoppelt ist.
Straßenlaterne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Generator erzeugte elektrische Energie unmittelbar an die Leuchte (2) zu deren Stromversorgung oder zur Zwischenspeicherung an eine aufladbare Batterie weiter geleitet wird.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Einlassöffnung durch einen sich in Längsrichtung des Schafts (1) erstreckenden Schlitz (4) gebildet ist.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Auslassöffnung (9) durch einen sich in Längsrichtung des Schafts (1) erstreckenden Schlitz (4) gebildet ist oder durch ein offenes stirnseitiges Ende des Schafts (1).
Straßenlaterne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad im Innern des Schafts (1) zwischen dem oder jedem Schlitz (4) und dem oberen stirnseitigen Ende des Schafts (1) oder der Austrittsöffnung angeordnet ist.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stromversorgung der Leuchte (2) zusätzlich zum Windrad (3) wenigstens ein Solarmodul (8) am Schaft (1) angeordnet ist.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsmelder vorgesehen ist, über den die Energieversorgung der Leuchte (2) so gesteuert wird, dass sie für einen vorgegebenen Zeitraum nur dann leuchtet, wenn der Bewegungsmelder eine Bewegung in seinem Detektionsbereich fest gestellt hat.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Helligkeitssensor umfasst, der die Helligkeit der Umgebung der Straßenlaterne erfasst und die Energieversorgung der Leuchte (2) so steuert, dass deren Leuchtleistung an die erfasste Helligkeit angepasst wird.
Straßenlaterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine astrologische Uhr umfasst, über welche die Energieversorgung der Leuchte (2) so gesteuert wird, dass deren Leuchtleistung an die Tageszeit angepasst ist