DE202021003573U1

DE202021003573U1 - Dezentrale Vertikale Windkraftturbine

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Publication number: DE202021003573U1
Application number: DE202021003573.7U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2031-11-17

Abstract

Vertikale Windkraftturbine mit drei Turbinenflügel, die in ihren Windangriffsflächen unterschiedlich groß sind. Der gegen den Wind laufende Turbinenflügel steht im Windschatten von speziell angeordneten weiteren Profilflügeln und werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1), mit der vergrößerten positiven Turbinenflügelseite (2), den aerodynamisch optimierten negativen Turbinenflügel (3) dargestellt wird. Mit der äußeren Profilflügelaufnahme (8), werden die äußeren Profilflügel (5) so positioniert, dass mit einem größeren Radius (6), die negative zurücklaufende Turbinenflügelseite (3) im Windschatten zur Rotationsrichtung steht. Der äußere Profilflügel (5) wurde dem Radiusverlauf (6) unter der Maßnahme (7) angepasst.

Description

Die heutige Nutzung von Windenergie ist eine Wiederentdeckung einer altbekannten Technologie. Ihre Ursprünge sind bereits Jahrtausende alt. Der erste Wissenschaftliche belegte Fund reicht ins Jahr 644 zurück. Es ist von Windmühlen aus dem persischafghanischen Grenzgebiet „Seistan“ die Rede.
Diese ersten Windmühlen hatten vertikale Drehachsen mit Segeln aus Strohmatten oder Stoff und wurden vor allem zum Malen von Getreide genutzt.
Die Windenergie gewinnt durch die knappen Energieressourcen und die globale Umweltverschmutzung heute wieder mehr an Bedeutung, wenn auch zu einem anderen Zweck.
Am 10. Juli 1925 meldete der Erfinder Sigurd J. Savonius den Savonius Rotor an. Veröffentlichung war am 26. Juli 1926. [Patent: AT103819B ]
Sigurd J. Savonius erweiterte mit dem [Patent DE495518C ] Windrad mit zwei Hohlflügeln, deren Innenkanten einen zentralen Winddurchlassspalt freigeben und sich übergreifen. Angemeldet am 3. April 1927, veröffentlicht am 14. April 1930.
Eigenschaften:
Das Drehmoment ist durch die große, kompakte Fläche vergleichsweise hoch, wobei das Maximum bei Schnelllaufzahlen im Bereich 0,3 bis 0,6 erreicht wird. Grundsätzlich ist dadurch schon ein Einsatz bei geringen Windgeschwindigkeiten ab etwa 2 m/s Wind möglich.
Die Angaben für den Leistungsbeiwert variieren von 0,15 bis 0,26. Das Leistungsniveau ist damit deutlich geringer als das, welches von Darrieus-Rotoren oder von Bauformen mit horizontaler Rotordrehachse erreicht werden kann.
Der Savonius-Nachteil ist, dass fast die gleiche Rotorfläche gegen den Wind zurückläuft (negative zurücklaufende Seite) und damit der Nutzen der positiven Seite (mit dem Wind in Windrichtung laufende Seite) bis auf einen Wert von 9% - 14% reduziert wird.
Ein weiterer Rotoraufbau wurde von dem Franzosen Georges Jean Marie Darrieus erfunden.
Der Darrieus-Rotor ist eine Windturbine für Windkraftanlagen mit vertikaler Rotationsachse. In der klassischen Form sind die Rotorblätter am oberen und unteren Ende der Welle befestigt und ragen bogenförmig nach außen. Der Darrieus Rotor wird als Schnellläufer bezeichnet und erreicht die dreifache Drehzahlgeschwindigkeit im Vergleich zum vollflächigen Savonius Rotor.
In der ursprünglichen französischen Patentschrift von 1925 ist sein Name nicht genannt. Dies ist erst in der amerikanischen Patentschrift von 1931 der Fall. [Patent: US1835018 ].
Entwicklungsarbeiten waren der H-Darrieus-Rotor [Patent: US4180372A ] und der Darrieus-Helix-Rotor [Patent: DE102012018150A1 ].
Eigenschaften:
Der entwickelte Helix-Rotor hat, abhängig vom Standort bzw. den Abschattungen, einen Leistungsbeiwert von 0,21 bis 0,28.
Der Helix-Rotor-Vorteil im Vergleich zum klassischen Darrieus-Rotor ist, seine Helix-Form mit den Flächen im Wind. Hierdurch wird ein gleichmäßiger Generatorlauf ermöglicht. Die gegen den Wind zurückläuft negative Seite wird nicht mehr gebremst!
Der Nachteil ist seine im Verhältnis zur Rotorgröße geringe Segelfläche im Wind. Dieser Aufbau ist im Vergleich zum Savonius Rotor ein Sturmsegel und nur in Windintensiven Regionen sinnvoll einsetzbar. Alles in allem bleiben von der theoretischen Windleistung für die tatsächliche Nutzung etwa 28 % übrig.
Unsere Entwicklungsarbeit:
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein kompakten vertikalen Turbinenaufbau mit maximaler Fläche im Wind zu entwickeln, welche auf der gegen den Wind zurücklaufenden negative Seite nicht mehr gebremst wird.
Dieses Problem wird mit dem im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Bei dieser Erfindung wird erreicht, dass eine symmetrische, dreiflügelige Turbine mit der deutlich größeren positiven Turbinenflügelseite mit dem Wind in Windrichtung dreht. Die gegen den Wind negative zurücklaufende Turbinenflügelseite ist in der Windangriffsfläche deutlich minimiert und befindet sich in einem Windschatten von einem im Radius außerhalb stehenden weiteren Profilflügel.
Dieser äußere Profilflügel ist mit seiner Außenseite dem Radiuslauf angepasst, und wird dadurch nicht an Vorderkante und Hinterkante gebremst, sondern beschleunigt unsere vertikale Windkraftturbine auch gegen den Windverlauf.
Die Aufnahme der äußeren Profilflügel wir mit jeweils einem Profil oberhalb und einem Profil unterhalb in Verbindung zur zentralen Hauptturbine gewährleistet. Diese Anordnung ermöglicht eine Vorverdichtung des Luftstroms, mit einem leichteren Anlaufen bei geringen Windgeschwindigkeiten.
Die gleiche Anordnung der Profile für die Vorverdichtung, bewirkt bei hohen Windgeschwindigkeiten, durch seinen vorgegebenen Querschnitt, eine konstante Maximaldrehzahl der Turbine.
Mit dieser vollflächigen Konstruktion, (im Vergleich Savonius), werden Drehzahlen wie bei einem Schnellläufer von Darrieus erreicht. Mit niedrigen Windgeschwindigkeiten werden bereits hohe Ertragsleistungen generiert. Das Abschalten bei höheren Windgeschwindigkeiten ist nicht nötig. Eine theoretische Windleistung für die tatsächliche Windnutzung liegt bei über 70%!
Diese vorteilhafte Ausgestaltung der vertikale Windkraftturbine sehen wir, mit seinem im Verhältnis von Baugröße zum Ertrag, als einen wichtigen Schritt für die dezentrale private Nutzung im Bereich der E-Mobilität. Die Entwicklung von passenden Generatoren und Steuer.- Regelungstechniken wurde von uns unterstützt. Für gewerbliche Einsatzbereiche lässt sich unsere modulare Bauweise zum Beispiel als Trippel-Turbine konfigurieren. Damit vervielfacht sich die Fläche im Wind und es können natürlich auch deutlich größere Generatoren verbaut werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1. 1 bis 3. 9 erläutert.
Es zeigen:

1. 1 dreiflügelige, symmetrische Turbine
1. 2 deutlich größere, positive mit dem Wind laufende Turbinenflügelseite
1. 3 deutlich minimierte negative zurücklaufende Turbinenflügelseite
1. 4 Radius der dreiflügeligen Turbine
1. 5 äußerer Profilflügel
1. 6 Radiusverlauf des äußeren Profilflügel
1. 7 Anpassung des äußeren Profilflügel am Radiusverlauf
2. 8 Aufnahme der äußeren Profilflügel
3. 9 modulare Bauweise als Trippel-Turbine

In den 1 ist die Turbine 1, mit der vergrößerten positiven Turbinenflügelseite 2, den aerodynamisch optimierten negativen Turbinenflügel 3 dargestellt. Mit der äußeren Profilflügelaufnahme 8, werden die äußeren Profilflügel 5 so positioniert, dass mit einem größeren Radius 6, die negative zurücklaufende Flügelseite 3 im Windschatten zur Rotationsrichtung steht. Der äußere Profilflügel 5 wurde dem Radiusverlauf 6 unter der Maßnahme 7 angepasst.
In der 2 wird die Aufnahme 8 der äußeren Profilflügel 5 verdeutlicht.
In der 3 wird unsere Entwickelte modulare Bauweise 9 als Trippel-Turbine präsentiert.
Bezugszeichenliste

1: Turbine
2: positive Turbinenflügelseite
3: negative Turbinenflügelseite
4: Turbinenradius
5: Profilflügel
6: Profilflügel Radius
7: Profilflügel Baugrößen Anpassung
8: Profilflügel Aufnahme
9: modulare Trippel-Turbine

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

AT 103819 B [0004]
DE 495518 C [0005]
US 1835018 [0011]
US 4180372 A [0012]
DE 102012018150 A1 [0012]

Claims

Vertikale Windkraftturbine mit drei Turbinenflügel, die in ihren Windangriffsflächen unterschiedlich groß sind. Der gegen den Wind laufende Turbinenflügel steht im Windschatten von speziell angeordneten weiteren Profilflügeln und werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1), mit der vergrößerten positiven Turbinenflügelseite (2), den aerodynamisch optimierten negativen Turbinenflügel (3) dargestellt wird. Mit der äußeren Profilflügelaufnahme (8), werden die äußeren Profilflügel (5) so positioniert, dass mit einem größeren Radius (6), die negative zurücklaufende Turbinenflügelseite (3) im Windschatten zur Rotationsrichtung steht. Der äußere Profilflügel (5) wurde dem Radiusverlauf (6) unter der Maßnahme (7) angepasst.
Vertikale Windkraftturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die symmetrische, dreiflügelige Windkraftturbine (1) eine in Windrichtung laufende größere Turbinenflügelseite (2) und gegen die Windrichtung laufende kleinere, aerodynamisch optimierten Turbinenflügelseite (3) hat.
Vertikale Windkraftturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Profilflügel (5) einem größeren Radiusverlauf (6) angepasst sind und die Turbinenflügelseite (3) von dem äußeren Profilflügel (5) in Windschatten gestellt wird.
Vertikale Windkraftturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (8) der äußeren Profilflügel (5) durchgehend von der Windkraftturbine (1) im oberen und unteren Bereich (8) zu den äußeren Profilflügel (5) führt.
Vertikale Windkraftturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modulare Bauweise eine Trippel-Turbine (9) mit größerer Windangriffs-fläche und größeren Gleichlaufeigenschaften ermöglicht.