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Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Träger, einem an dem Träger um eine Rotorachse drehbar gelagerten und mehrere rings der Rotorachse angeordnete Flügel umfassenden Rotor, der durch Wind um die Rotorachse relativ zu dem Träger drehbar ist oder gedreht wird, und einem an dem Träger oder an dem Rotor gelagerten Windabweiser, der eine von einem luvseitigen Ende bis zu einem leeseitigen Ende um die Rotorachse herum verlaufende, den Rotor teilweise umringende und von außen von dem Wind umströmbare oder umströmte erste Wandung umfasst, an deren leeseitigem Ende sich ein zu dem Rotor hin offener Raumabschnitt anschließt.
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Die
US 1 096 057 offenbart eine Windkraftanlage, die einen um eine Rotorachse drehbaren und mehrere rings der Rotorachse angeordnete Flügel aufweisenden Rotor und einen an diesem um die Rotorachse drehbar gelagerten Windabweiser umfasst, der den Rotor teilweise umringt und leeseitig mit einer durchgehenden Öffnung versehen ist. Am luvseitigen Rand dieser Öffnung weist der Windabweiser eine sich in Windrichtung erstreckende, tangentiale Verlängerung auf.
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Derartige, üblicherweise mit vertikal ausgerichteter Rotorachse eingesetzte Windkraftanlagen weisen im Vergleich zu Windkraftanlagen mit horizontaler Rotorachse in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad oder Leistungsbeiwert auf.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad und/oder Leistungsbeiwert einer Windkraftanlage der eingangs genannten Art zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Windkraftanlage nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
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Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist einen Träger, einen an dem Träger um eine Rotorachse drehbar gelagerten und mehrere rings der Rotorachse angeordnete Flügel umfassenden Rotor, der durch Wind um die Rotorachse relativ zu dem Träger drehbar ist oder gedreht wird, und einen an dem Träger oder an dem Rotor gelagerten Windabweiser auf, der eine von einem luvseitigen Ende bis zu einem leeseitigen Ende um die Rotorachse herum verlaufende, den Rotor teilweise umringende und von außen von dem Wind umströmbare oder umströmte erste Wandung umfasst, an deren leeseitigem Ende sich ein zu dem Rotor hin offener Raumabschnitt anschließt, wobei der Windabweiser am oder im Bereich des leeseitigen Endes der ersten Wandung eine Strömungsabrisskante umfasst, mittels welcher ein Strömungsabriss des die erste Wandung von außen umströmenden Winds herbeiführbar ist oder herbeigeführt wird.
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Durch den Strömungsabriss wird im oder im Bereich des Raumabschnitts insbesondere ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck übt bevorzugt auf einen oder mehrere der Flügel, die in den Bereich des Raumabschnitts eintreten oder kurz vor Eintritt in den Bereich des Raumabschnitts stehen, eine Sogwirkung aus, sodass eine Leistungssteigerung und/oder Beschleunigung und/oder Drehzahlerhöhung des drehenden Rotors erzielbar ist. Somit kann der Wirkungsgrad und/oder Leistungsbeiwert der Windkraftanlage erhöht werden. In einem Versuchsaufbau wurde beispielsweise eine Steigerung der Leerlaufdrehzahl um 6,65% erzielt.
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Bevorzugt ist somit durch den Strömungsabriss im oder im Bereich des Raumabschnitts ein Unterdruck erzeugbar. Insbesondere ist durch den Unterdruck auf den einen oder die mehreren Flügel, die in den Bereich des Raumabschnitts eintreten oder kurz vor Eintritt in den Bereich des Raumabschnitts stehen, eine Sogwirkung ausübbar. Die Drehrichtung des Rotors (Rotordrehrichtung) weist vorzugsweise vom leeseitigen Ende der ersten Wandung zum luvseitigen Ende der ersten Wandung. Anders ausgedrückt ist die Drehrichtung des Rotors insbesondere derart, dass dieser am luvseitigen Ende der ersten Wandung aus dem Windabweiser austritt.
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In Bezug auf den Windabweiser wird als „außen” insbesondere ein dem Rotor abgewandter Bereich und/oder eine dem Rotor abgewandte Seite verstanden. Der Ausdruck „Luv” und/oder „luvseitig” beschreibt insbesondere eine dem Wind zugewandte Seite, wohingegen der Ausdruck „Lee” und/oder „leeseitig” insbesondere eine dem Wind abgewandte Seite beschreibt.
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Die Strömungsabrisskante verläuft bevorzugt in oder im Wesentlichen in Richtung der Rotorachse. Ferner ist die Strömungsabrisskante vorzugsweise gerade oder im Wesentlichen gerade ausgebildet.
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Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle, mittels welcher der Rotor drehbar an dem Träger gelagert ist. Die Flügel sind vorzugsweise starr oder drehstarr mit der Rotorwelle verbunden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Rotor zwei in Richtung der Rotorachse beabstandete Kreisscheiben, zwischen denen insbesondere die Flügel angeordnet sind. Die Mittelpunkte der Kreisscheiben liegen bevorzugt auf der Rotorachse. Vorzugsweise sind die Kreisscheiben flächig geschlossen. Die Flügel sind insbesondere starr oder drehstarr mit den Kreisscheiben verbunden. Ferner sind die Kreisscheiben vorzugsweise starr oder drehstarr mit der Rotorwelle verbunden.
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Der Rotor besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Leichtmetall, wie z. B. Aluminium. Die Flügel bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Leichtmetall, wie z. B. Aluminium. Vorzugsweise bestehen die Flügel aus Blech. Die Kreisscheiben bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Leichtmetall, wie z. B. Aluminium. Vorzugsweise bestehen die Kreisscheiben aus Blech. Die Rotorwelle besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl.
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Der Windabweiser besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Die erste Wandung besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Vorzugsweise besteht die erste Wandung aus Blech.
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Bevorzugt umfasst der Windabweiser eine um die Rotorachse herum verlaufende, den Rotor teilweise umringende Umfangswand. Die erste Wandung bildet insbesondere diese Umfangswand oder einen Teil dieser Umfangswand. Bildet die erste Wandung einen Teil der Umfangswand, so wird dieser Teil insbesondere als erster Wandungsteil der Umfangswand bezeichnet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Windabweiser eine um die Rotorachse herum verlaufende, den Rotor teilweise umringende zweite Wandung, die mit der ersten Wandung eine Öffnung begrenzt. Insbesondere definiert und/oder bildet die Öffnung den zu dem Rotor hin offenen Raumabschnitt. Die Öffnung ist vorzugsweise durchgehend. Insbesondere ist die Öffnung in Umfangsrichtung des Rotors zwischen den Wandungen vorgesehen. Bezüglich der Rotorachse überstreicht die Öffnung bevorzugt einen Winkel von ca. 20° bis 50°, insbesondere von ca. 20° bis 30°. Die zweite Wandung bietet den Vorteil, dass der durch den Strömungsabriss hervorgerufene Unterdruck vermehrt durch Luft ausgleichbar ist oder ausgeglichen wird, die aus dem Bereich des Rotors stammt. Die zweite Wandung unterstützt somit insbesondere einen gerichteten Ausgleich des Unterdrucks. Die Sogwirkung auf den einen oder die mehreren Flügel, die in den Bereich des Raumabschnitts eintreten oder kurz vor Eintritt in den Bereich des Raumabschnitts stehen, kann somit erhöht werden. Ohne die zweite Wandung besteht die Möglichkeit, dass der durch den Strömungsabriss erzeugte Unterdruck vermehrt durch Luft aus der Umgebung ausgeglichen wird, was eine Verringerung der Sogwirkung auf den oder die vorgenannten Flügel zur Folge haben kann. Die zweite Wandung besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Vorzugsweise besteht die zweite Wandung aus Blech. Die Wandungen sind bevorzugt fest, vorzugsweise starr, miteinander verbunden. Die zweite Wandung bildet insbesondere einen Teil der Umfangswand des Windabweisers. Der durch die zweite Wandung gebildete Teil der Umfangswand wird bevorzugt als zweiter Wandungsteil der Umfangswand bezeichnet.
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Die beiden Wandungen können separate Bauteile bilden. In diesem Fall ist die zweite Wandung bezüglich des Rotorumfangs bevorzugt im Abstand zu der ersten Wandung angeordnet, der insbesondere die Öffnung und/oder den Raumabschnitt definiert. Alternativ ist es möglich, dass die Wandungen ineinander übergehen und/oder einstückig miteinander ausgebildet sind. Die erste und die zweite Wandung bilden somit zusammen eine Einheit, die mit der durchgehenden Öffnung versehen ist. Insbesondere bildet oder umfasst die Umfangswand des Windabweisers diese Einheit.
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In der zweiten Wandung können ein oder mehrere durchgehende Löcher vorgesehen sein. Bevorzugt ist die zweite Wandung aber geschlossen oder im Wesentlichen geschlossen ausgebildet. Hierdurch ist insbesondere eine Steigerung der Sogwirkung erzielbar, da durch die zweite Wandung hindurch in Rotordrehrichtung hinter dem einen oder den mehreren Flügeln, die in den Bereich des Raumabschnitts eintreten oder kurz vor Eintritt in den Bereich des Raumabschnitts stehen, kein oder ein lediglich geringfügiger Druckausgleich mit der Umgebung erfolgen kann.
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Vorzugsweise umringt der Windabweiser und/oder dessen Umfangswand den Rotor lediglich teilweise. Beispielsweise kann der Windabweiser und/oder dessen Umfangswand ein Viertel, in etwa ein Viertel oder wenigstens ein Viertel des Rotors umringen. Bevorzugt umringt der Windabweiser und/oder dessen Umfangswand den Rotor aber hälftig, in etwa hälftig oder wenigstens hälftig. Beispielsweise umringt der Windabweiser und/oder dessen Umfangswand den Rotor bezüglich der Rotorachse mit einem Winkel von ca. 195°.
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Die Strömungsabrisskante kann durch das leeseitige Ende der ersten Wandung gebildet sein. Bevorzugt weist der Windabweiser eine die Strömungsabrisskante umfassende oder bildende und insbesondere von der ersten Wandung nach außen abstehende Anstellfläche auf. Die Anstellfläche ist vorzugsweise eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet, insbesondere von der ersten Wandung bis zu einem äußeren Rand der Anstellfläche. Vorteilhaft bildet der äußere Rand der Anstellfläche die Strömungsabrisskante.
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Die Anstellfläche ist bevorzugt in Leerichtung und/oder in Windrichtung und/oder in Richtung des Raumabschnitts geneigt. Diese Neigung definiert insbesondere den Anstellwinkel der Anstellfläche zum Wind. Vorteilhaft liegt der Anstellwinkel der Anstellfläche über einem für das Profil der ersten Wandung charakteristischen Wert, sodass ein Strömungsabriss des die erste Wandung umströmenden Winds herbeiführbar ist oder herbeigeführt wird. Vorzugsweise überstreicht die Anstellfläche, insbesondere aufgrund ihrer Neigung, den Raumabschnitt in Umfangsrichtung des Rotors teilweise.
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Bevorzugt überstreicht die Anstellfläche den Raumabschnitt in Umfangsrichtung des Rotors aber lediglich geringfügig, sodass der größte Teil des Raumabschnitts vorzugsweise nicht von der Anstellfläche überstrichen wird. Ferner steht die Anstellfläche bevorzugt lediglich geringfügig nach außen von der ersten Wandung ab. Diese Maßnahmen wirken sich insbesondere günstig darauf aus, dass der durch den Strömungsabriss erzeugte Unterdruck auch tatsächlich im Bereich des Raumabschnitts auftritt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Neigung und/oder der Anstellwinkel der Anstellfläche einstellbar. Bevorzugt ist ferner der Abstand des äußeren Rands der Anstellfläche zu der ersten Wandung einstellbar. Vorteilhaft ist die Anstellfläche in Umfangsrichtung des Rotors relativ zu der ersten Wandung verstellbar.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anstellfläche durch einen von der ersten Wandung nach außen abstehenden Vorsprung gebildet. Der Vorsprung ist vorteilhaft durch einen Abschnitt oder Randabschnitt der ersten Wandung und/oder durch einen Körper gebildet, der insbesondere fest, vorzugsweise starr, mit der ersten Wandung verbunden und/oder durch diese gebildet ist. Der Körper ist bevorzugt flach und/oder dünn ausgebildet. Beispielsweise ist der Körper durch ein Anstellblech gebildet. Vorteilhaft bildet die Luvseite des Vorsprungs die Anstellfläche. Die Luvseite bildet insbesondere eine dem Wind zugewandte Seite des Vorsprungs. Bevorzugt erstreckt sich die Anstellfläche von der ersten Wandung bis zu einem äußeren Rand des Vorsprungs.
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Vorteilhaft bildet der äußere Rand des Vorsprungs die Strömungsabrisskante.
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Bevorzugt ist der Vorsprung relativ zu der ersten Wandung verstellbar, sodass der Anstellwinkel der Anstellfläche und/oder der Abstand des äußeren Rands der Anstellfläche zu der ersten Wandung einstellbar sind. Vorteilhaft ist der Körper auch in Umfangsrichtung des Rotors relativ zu der ersten Wandung verstellbar.
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Eine in Windrichtung verlaufende Ebene, in der die Rotorachse verläuft, wird als Anströmebene bezeichnet. Das luvseitige Ende der ersten Wandung liegt z. B. in der Anströmebene. In diesem Fall kann der anströmende Wind aber möglicherweise einen aus dem Bereich der ersten Wandung austretenden Flügel abbremsen. Bevorzugt liegen das luvseitige Ende der ersten Wandung und das leeseitige Ende der ersten Wandung daher auf unterschiedlichen Seiten der Anströmebene. Insbesondere deckt somit die erste Wandung den Rotor in einem Bereich teilweise ab, der in Drehrichtung des Rotors vor der Anströmebene liegt. Bevorzugt schließt dabei das luvseitige Ende der ersten Wandung mit der Anströmebene bezüglich der Rotorachse einen Winkel von ca. 15° ein.
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Insbesondere umringt die erste Wandung ein Viertel, in etwa ein Viertel oder wenigstens ein Viertel des Rotors. Vorzugsweise schließt das luvseitige Ende der ersten Wandung mit dem leeseitigen Ende der ersten Wandung bezüglich der Rotorachse einen Winkel von ca. 80° bis 100° oder von ca. 90° ein. Ausgehend von der Anströmebene oder vom luvseitigen Ende der ersten Wandung beginnt der Raumabschnitt und/oder die Öffnung somit bei einem Winkel von ca. 80° bis 100° oder von ca. 90° bezüglich der Rotorachse. In der ersten Wandung können ein oder mehrere durchgehende Löcher vorgesehen sein, die beispielsweise der Reduzierung eines Überdrucks im Rotor im Bereich der ersten Wandung dienen. In diesem Fall können aber Turbulenzen in dem die erste Wandung umströmenden Wind auftreten, bevor dieser die Strömungsabrisskante erreicht, was zu einer Reduzierung des Unterdrucks im oder im Bereich des Raumabschnitts führen kann. Zwar können das oder die Löcher jeweils durch ein Strömungsleitblech überdeckt werden, sodass die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten solcher Turbulenzen herabsetzbar ist, derartige Strömungsleitbleche können aber einen Teil des die erste Wandung umströmenden Winds von der Abrisskante wegführen, was ebenfalls zu einer Reduzierung des Unterdrucks im oder im Bereich des Raumabschnitts führen kann. Bevorzugt ist die erste Wandung daher geschlossen oder im Wesentlichen geschlossen ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Windabweiser relativ zu dem Rotor um die Rotorachse drehbar an dem Träger oder an dem Rotor gelagert. Vorteilhaft ist der Windabweiser relativ zu dem Rotor um die Rotorachse drehbar an der Rotorwelle gelagert.
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Bevorzugt weist der Windabweiser eine Windrichtungsnachführung auf, mittels welcher der Windabweiser relativ zu dem Rotor um die Rotorachse drehbar ist. Beispielsweise kann die Windrichtungsnachführung einen motorischen Stellantrieb umfassen. Bevorzugt umfasst die Windrichtungsnachführung eine starre oder im Wesentlichen starre Windfahne. Insbesondere ist die Windfahne am leeseitigen Ende des Windabweisers und/oder der zweiten Wandung vorgesehen. Diese Lösung ist kostengünstig, da ein motorischer Stellantrieb zur Windrichtungsnachführung nicht zwingend erforderlich ist.
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Die Außenumfangsfläche und/oder die Innenumfangsfläche des Windabweisers und/oder der Umfangswand ist vorzugsweise rund oder annähernd rund ausgebildet. Bevorzugt ist die erste Wandung, insbesondere deren Außenumfangsfläche und/oder deren Innenumfangsfläche, rund oder annähernd rund ausgebildet. Das runde oder annähernd runde Ausbilden der Außenumfangsfläche der ersten Wandung bietet den Vorteil, dass diese gut vom Wind umströmt werden kann. Ist die zweite Wandung vorhanden, so ist bevorzugt auch die zweite Wandung, insbesondere deren Außenumfangsfläche und/oder deren Innenumfangsfläche, rund oder annähernd rund ausgebildet. Vorteilhaft ist die erste Wandung sequentiell gekantet ausgebildet. Somit kann die erste Wandung relativ einfach und kostengünstig aus Blech hergestellt werden. Ist die zweite Wandung vorhanden, so ist auch diese vorteilhaft sequentiell gekantet ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das luvseitige Ende der ersten Wandung eine Versteifung auf, die vorzugsweise nach außen von der ersten Wandung absteht. Die Versteifung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die erste Wandung aus Blech besteht. Beispielsweise ist die Versteifung durch ein mit der ersten Wandung fest, insbesondere starr, verbundenes Stabilitätsblech gebildet. Ist die zweite Wandung vorhanden, so weist diese bevorzugt an ihrem der Öffnung zugewandten Ende eine Versteifung auf, die vorzugsweise nach außen von der zweiten Wandung absteht. Beispielsweise ist diese Versteifung durch ein mit der zweiten Wandung fest, insbesondere starr, verbundenes Stabilitätsblech gebildet.
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Bevorzugt umfasst der Rotor wenigstens zwei oder mehr als zwei Flügel. Insbesondere sind die Flügel rings der Rotorachse gleichmäßig verteilt angeordnet. Jeder der Flügel umfasst insbesondere eine Vorderseite und eine Rückseite. Bevorzugt ist jede der Vorderseiten mit einer Vertiefung versehen. Ferner ist jede der Rückseiten bevorzugt mit einer Erhebung versehen. Vorteilhaft erstrecken sich diese Seiten jeweils sowohl in Richtung der Rotorachse als auch quer zu dieser. Die Vorderseite jedes Flügels bildet insbesondere eine Windangriffsfläche, die zum Drehen des Rotors von dem Wind angeströmt wird oder anströmbar ist.
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Die Flügel können jeweils schalenförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist jeder der Flügel winklig oder abgewinkelt ausgebildet. Somit ist eine besonders kostengünstige Herstellung der Flügel aus Blech möglich. Beispielsweise ist jeder der Flügel im Querschnitt dreieckig oder im Wesentlichen dreieckig ausgebildet. Die Flügel sind bevorzugt gleich oder gleichartig aufgebaut.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Windabweiser zwei in Richtung der Rotorachse beabstandete Wände oder Strebenanordnungen, zwischen denen der Rotor angeordnet ist. Insbesondere ist der Windabweiser mittels der Wände oder Strebenanordnungen an dem Träger oder an dem Rotor, insbesondere an der Rotorwelle, gelagert. Sind die Strebenanordnungen vorgesehen, so umfasst jede der Strebenanordnungen insbesondere eine oder mehrere Streben. Die Wände und/oder die Streben bestehen bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Vorzugsweise bestehen die Wände aus Blech.
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Die Rotorachse ist bevorzugt vertikal oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Die vertikale Ausrichtung bezieht sich insbesondere auf die Erdoberfläche. Vorteilhaft ist der Rotor als Savonius-Rotor oder nach Art eines Savonius-Rotors ausgebildet.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor mechanisch mit einer Maschine gekoppelt, die insbesondere mittels des Rotors antreibbar ist oder angetrieben wird. Vorteilhaft ist die Maschine mit der Rotorwelle des Rotors mechanisch gekoppelt. Die mechanische Kopplung kann unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Getriebe erfolgen. Bevorzugt bildet die Maschine einen elektrischen Generator oder eine Pumpe.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Schnittansicht durch die Windkraftanlage entlang der aus 1 ersichtlichen Schnittlinie B-B und
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3 eine perspektivische Ansicht der Windkraftanlage.
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Aus den 1 bis 3 sind unterschiedliche Ansichten einer Windkraftanlage 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Die Windkraftanlage 1 umfasst einen Rotor 2 mit einer Rotorwelle 3, mittels welcher der Rotor 2 um eine Rotorachse 4 drehbar an einem lediglich schematisch angedeuteten Träger 5 gelagert ist. Der Rotor 2 umfasst zwei starr oder drehstarr mit der Rotorwelle 3 verbundene Kreisscheiben 6 und 7, die entlang der Rotorachse 4 im Abstand zueinander angeordnet sind und deren Mittelpunkte auf der Rotorachse 4 liegen. Ferner umfasst der Rotor 2 mehrere Flügel 8, die identisch ausgebildet und rings der Rotorachse 4 angeordnet sind. Die Flügel 8 sind zwischen den Kreisscheiben 6 und 7 angeordnet und erstrecken sich in Richtung der Rotorachse 4 von der Kreisscheibe 6 bis zu der Kreisscheibe 7. Ferner sind die Flügel 8 mit den Kreisscheiben 6 und 7 starr verbunden, die jeweils über ein Verstärkungselement 12 starr oder drehstarr mit der Rotorwelle 3 verbunden sind. Die Flügel 8 und die Kreisscheiben 6 und 7 bestehen insbesondere aus Blech. Ferner bestehen die Verstärkungselemente 12 insbesondere aus Blech, die hier sternförmig ausgebildet sind. Die Rotorachse 4 ist vertikal ausgerichtet und verläuft senkrecht zu dem schematisch dargestellten Erdboden 34.
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Gemäß der dargestellten Ausführungsform umfasst der Rotor 2 insgesamt sechs Flügel, wobei die gezeigte Anzahl der Flügel nicht einschränkend zu verstehen ist, sodass die Anzahl der Flügel auch von sechs abweichen kann. Jeder Flügel 8 weist eine Vorderseite 9 mit einer im Querschnitt trapezförmigen Vertiefung und eine Rückseite 10 mit einer im Querschnitt dreieckigen Erhebung auf, wobei sich die Seiten 9 und 10 sowohl in Richtung der Rotorachse 4 als auch quer zu dieser erstrecken. Die Vertiefung jedes Flügels 8 ist dabei durch einen Boden 11 begrenzt. Unter Vernachlässigung des Bodens 11 sind die Flügel 8 im Querschnitt im Wesentlichen dreieckig ausgebildet. Der Boden 11 besteht insbesondere aus Blech.
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An der Rotorwelle 3 ist ein Windabweiser 13 um die Rotorachse 4 drehbar gelagert, der eine von einem luvseitigen Ende 14 bis zu einem leeseitigen Ende 15 um die Rotorachse 4 herum verlaufende, den Rotor 2 teilweise umringende erste Wandung 16 umfasst, an deren leeseitigem Ende 15 sich ein zu dem Rotor 2 hin offener Raumabschnitt 17 anschließt. Der Windabweiser 13 umfasst ferner eine um die Rotorachse 4 herum verlaufende, den Rotor teilweise umringende zweite Wandung 18, die bezüglich des Rotorumfangs im Abstand zu der ersten Wandung 16 angeordnet ist, sodass zwischen den Wandungen 16 und 18 eine den Raumabschnitt 17 definierende Öffnung 31 vorgesehen ist. Die beiden Wandungen 16 und 18 sind Teil einer mit der Öffnung 31 versehenen Umfangswand 35 des Windabweisers 13, die um die Rotorachse 4 umläuft und den Rotor 2 in etwa hälftig umringt.
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Gemäß der dargestellten Ausführungsform gelten insbesondere folgende Winkelangaben: Die Umfangswand 35 umringt den Rotor 2 bezüglich der Rotorachse 4 mit einem Winkel von ca. 195°. Die erste Wandung 16 umringt den Rotor 2 bezüglich der Rotorachse 4 mit einem Winkel von ca. 105°. Die zweite Wandung 18 umringt den Rotor 2 bezüglich der Rotorachse 4 mit einem Winkel von ca. 40°. Die Öffnung 31 überstreicht in Umfangsrichtung bezüglich der Rotortachse 4 einen Winkel von ca. 50°.
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Der Windabweiser 13 umfasst zwei Wände 19 und 20, die starr mit den Wandungen 16 und 18 verbunden sind, die sich in Richtung der Rotorachse 4 von der Wand 19 bis zu der Wand 20 erstrecken. Dabei sind die Wände 19 und 20 jeweils über ein Wälzlager 21 bzw. 22 um die Rotorachse 4 drehbar an der Rotorwelle 3 gelagert. Jede der Wandungen 16 und 18 besteht aus insbesondere Blech, welches sequentiell gekantet ist. Die Wandungen 16 und 18 folgen im Querschnitt jeweils näherungsweise einer um die Rotorachse 4 herum verlaufenden Kreisbahn. Ferner bestehen die Wände 19 und 20 insbesondere aus Blech.
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Wie die Umfangswand 35 umringt auch der Windabweiser 13 insgesamt den Rotor 2 in etwa hälftig, insbesondere mit einem Winkel von ca. 195° bezüglich der Rotorachse 4. Am luvseitigen Ende 14 der Wandung 16 ist eine Versteifung 23 in Form eines V-förmig gebogenen Blechs vorgesehen, und an dem der Öffnung 31 zugewandten Ende der Wandung 18 ist eine Versteifung 24 in Form eines von der zweiten Wandung 18 nach außen abstehenden Blechs vorgesehen. Am leeseitigen Ende 15 der Wandung 16 ist eine Anstellfläche 25 in Form eines Anstellblechs vorgesehen, welches sowohl eine Versteifung der Wandung 16 an ihrem Ende 15 als auch eine Strömungsabrisskante 30 bildet, was nachfolgend näher erläutert wird. Die Anstellfläche 25 ist in Richtung der Öffnung 31 geneigt.
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Die Windkraftanlage 1 wird von Wind angeströmt, dessen Windrichtung durch den Pfeil 26 repräsentiert wird. Ferner verdeutlichen die anderen Pfeile 32 in schematischer Weise die Luftströmung außerhalb und innerhalb der Windkraftanlage 1. Der Wind trifft außerhalb des Windabweisers 13 auf die Flügel 8 auf und dreht den Rotor in Richtung des Pfeils 27. Ferner wird die Wandung 16 von außen von dem Wind umströmt, wobei diese Windströmung an der durch die Anstellfläche 25 gebildeten Strömungsabrisskante 30 abreißt. Hierdurch wird im Bereich des Raumabschnitts 17 ein Unterdruck erzeugt, der eine Sogwirkung auf einen im Bereich der Wandung 18 angeordneten Flügel 8 ausübt, der zur einfacheren Erkennbarkeit mit dem Bezugszeichen 33 gekennzeichnet ist. Hierdurch wird der Rotor 2 in Drehrichtung 27 beschleunigt.
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Das luvseitige Ende 14 der ersten Wandung 16 schließt mit einer Windrichtung 26 verlaufenden Anströmebene 28, in welcher die Rotorachse 4 verläuft, einen Winkel α ein, wobei das luvseitige Ende 14 und das leeseitige Ende 15 der Wandung 16 auf unterschiedlichen Seiten der Anströmebene 28 liegen. Der Winkel α zwischen der Anströmebene 28 und dem luvseitigen Ende 14 dient dazu, dass der anströmende Wind einen aus dem Bereich der Wandung 16 austretenden Flügel 8 nicht abbremst. Der Winkel α beträgt gemäß der Ausführungsform ca. 15°. Ferner ist an dem der Öffnung 31 abgewandten Ende der Wandung 18 eine nach außen abstehende Windfahne 29 vorgesehen, welche den Windabweiser 13 bei einer Änderung der Windrichtung in eine zur 2 äquivalente Stellung um die Rotorachse 4 dreht. Die Windfahne 29 ist als starrer Körper ausgebildet und besteht insbesondere aus Blech.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Windkraftanlage
- 2
- Rotor
- 3
- Rotorwelle
- 4
- Rotorachse
- 5
- Träger
- 6
- Kreisscheibe
- 7
- Kreisscheibe
- 8
- Flügel
- 9
- Vorderseite des Flügels
- 10
- Rückseite des Flügels
- 11
- Boden der Vertiefung an Vorderseite des Flügels
- 12
- Verstärkungselement
- 13
- Windabweiser
- 14
- luvseitiges Ende der ersten Wandung
- 15
- leeseitiges Ende der ersten Wandung
- 16
- erste Wandung des Windabweisers
- 17
- Raumabschnitt
- 18
- zweite Wandung des Windabweisers
- 19
- Wand des Windabweisers
- 20
- Wand des Windabweisers
- 21
- Wälzlager
- 22
- Wälzlager
- 23
- Versteifung
- 24
- Versteifung
- 25
- Anstellfläche
- 26
- Windrichtung
- 27
- Drehrichtung des Rotors
- 28
- Anströmebene
- 29
- Windfahne
- 30
- Strömungsabrisskante
- 31
- Öffnung zwischen den Wandungen
- 32
- Luftströmung
- 33
- Flügel im Bereich der zweiten Wandung
- 34
- Erdboden
- 35
- Umfangswand des Windabweisers
- α
- Winkel zwischen luvseitigem Ende und Anströmebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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