DE20314750U1

DE20314750U1 - Turbinen-Windkraftanlage

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Publication number: DE20314750U1
Application number: DE20314750U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2013-09-25

Abstract

Turbinen-Windkraftanlage, die einen Turbinenlüfter (10), ein Getriebe (20), einen Wechselräderkasten (30), einen Generator (40) und einen Kegelturm (50) aufweist; dadurch gekennzeichnet,
– dass eine Befestigungsstange (12) in der Mitte eines Befestigungskörpers (11) vorgesehen ist, der hohlzylindrisch ausgebildet und mit mehreren radial verlaufenden Verstärkungsrippen (11a) versehen ist;
– dass sich zwischen dem oberen Ende der Befestigungsstange (12) und dem oberen Ende des Befestigungskörpers (11) eine kreisförmig ausgebildete Schaufelrad-Baugruppe (13) befindet, die in der Mitte mit mehreren auf die Befestigungsstange (12) aufgesetzten Lagern (16) versehen ist, wobei unterhalb des Lagers (16) des unteren Schaufelradsitzes (13b) ein Zahnrad (14) angebracht ist, das mit dem unteren Schaufelradsitz (13b) drehbar ist;
– dass ein Schaufelrad (15) zwischen dem oberen und unteren Schaufelradsitzes (13a, 13b) vorgesehen ist, während eine Blitzschutzvorrichtung (12a) oben an der Befestigungsstange (12) nahe dem oberen Schaufelradsitz (13a) angebracht ist; und
– dass mit Hilfe des Befestigungskörpers (11) der Turbinenlüfter (10) am oberen Ende des Kegelturms (50) befestigt ist, während am unteren Ende des Kegelturms (50) ein Steuergehäuse (51) angeordnet ist, in welchem sich der Wechselräderkasten (30) und der Generator (40) befinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinen-Windkraftanlage, insbesondere eine Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus der natürlichen Energie der Strömung des Windes unter Einwirkung der Konvektion, der Kaminwirkung und der natürlichen Strömungsenergie des Windes sowie unter Verwendung von Generatoren, Lüftern, Turbinen o. Ä.
Eine entsprechende Windkraftanlage, wie in 1A gezeigt, ist in Bauart mit waagrecht angeordneter Rotorwelle ausgeführt. Diese Windkraftanlage besteht aus einem Windrad a, einen Blattstellmechanismus b, einen Wechselräderkasten c, einen Generator d, eine Winderfassungseinrichtung e und einen Rohrturm f. Das Windrad a dient zur Umsetzung der Strömungsenergie des Windes in mechanische Energie, und es besteht aus einer Mehlzahl von strömungsfreundlichen Rotorblättern a1, welche an einer Welle a2 befestigt sind. Das Drehmoment des Windrads a wird über ein Getriebe g übertragen und mithilfe des Wechselräderkastens c vergrößert, woraufhin es in den Generator d gelangt. Die oben erwähnten Bauelemente sind in einem Maschinengehäuse h gelagert, welches auf dem Rohrturm f aufliegt. Die Windrichtung ist je nachdem stets variiert. Um die Strömungsenergie des Windes wirksam auszunutzen, ist eine Winderfassungseinrichtung e vorzusehen. Durch einen Windrichtungssensor e1 wird ein Windrichtungssignal erzeugt, wobei eine Richtungsstelleinrichtung e3 von einer Steuereinrichtung e2 gesteuert wird. Die Richtungsstelleinrichtung e3 treibt ein kleines Zahnrad an, durch das ein großes Zahnrad am Rohrturm f in Drehbewegung versetzt wird. Mithilfe dieser Winderfassungseinrichtung e wird das Maschinengehäuse h stets auf die Windrichtung ausgerichtet. Eine weitere Bauart, wie in 1B gezeigt, ist mit einer senkrecht angeordneten Welle versehen. Auf diese Bauart wirkt sich der Faktor der unstabilen Gewinnung elektrischer Energie aus der Strömungsenergie des Windes aus. Dabei muss aber eine zusätzliche Stromerzeugungsquelle bei sehr niedriger Windgeschwindigkeit zur Verfügung stehen. Außerdem benötigt der Aufbau dieser Bauart viele Kosten und Räume, weswegen eine weitere Verbesserung notwendig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbinen-Windkraftanlage zu schaffen, durch welche die Kosten zur Gewinnung elektrischer Energie senkbar und die Effizienz der Gewinnung elektrischer Energie erhöhbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Einerseits ist es möglich, dass die Drehachse eines Turbinenlüfters senkrecht angeordnet ist, so dass ein Schaufelrad von natürlicher Windströmung aus allen Richtungen gedreht werden kann.
Des weiteren ist es möglich, dass bei Lufttemperaturunterschied zwischen draußen und drinnen die Luft von der Seite hoher Temperatur durch Luftspalte des Schaufelrads hindurch auf die Seite niedriger Temperatur zuströmt. Beim Austreiben der Luft wird die Luftmenge drinnen reduziert, und kühlere Luft draußen strömt drinnen hinein, woraus sich eine Konvektion ergibt, durch die das Schaufelrad dann in Drehung versetzbar ist.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Turbinenlüfter in Höhe von 3 Meter oder mehr liegt und ein Temperaturunterschied zwischen draußen und drinnen vorhanden ist. Dadurch wird eine Kaminwirkung erzeugt, was dann den Betrieb des Turbinenlüfters ermöglicht. Danach wird das Drehmoment des Turbinenlüfters über ein Zahnrad und ein Getriebe auf einen Wechselräderkasten übertragen werden kann. Nachdem die Drehzahl im Wechselräderkasten vergrößert wird, wird diese Drehungsenergie in den Generator eingespeist, um elektrische Energie zu gewinnen, wobei die übrig gebliebene elektrische Energie in einem Akku eingespeichert ist.
Ferner ist es möglicht, dass das Zahnrad unterhalb des Turbinenlüfters in Eingriff mit einem Mini-Generator steht, um elektrischen Strom direkt zu erzeugen. Um es zu vermeiden, dass zu starke Windströmung den Generator beschädigt, muss ein zusätzlicher Sicherheitsschalter im Generator vorgesehen sein.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Turbinen-Windkraftanlage bei unterschiedlichen Anwendungsgebieten einsetzbar, wie z.B. auf dem Land, bei Fischzuchtanlagen, Gartenbaubetrieben, auf dem Dach von Fabriken, in der Nähe von Abgasausströmöffnung eines Hochhauses, Straßenlampen, Ampeln o. Ä.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen deutlich, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmen; es zeigen:
1A eine schematische Darstellung eines bekannten Windkraftwerks mit waagrecht angeordneter Welle;
1B eine schematische Darstellung eines bekannten Windkraftwerks mit senkrecht angeordneter Welle;
2 im Schnitt eine erfindungsgemäße Turbinen-Windkraftanlage nach dem Zusammenbau;
3 die erfindungsgemäße Turbinen-Windkraftanlage in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
4 im Schnitt eine erfindungsgemäße Turbinen-Windkraftanlage aus einem weiteren Ausführungsbeispiel nach dem Zusammenbau; und
5 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung die erfindungsgemäße Turbinen-Windkraftanlage aus dem weiteren Ausführungsbeispiel.
Bezugnehmend auf die 2 und 3 umfasst die erfindungsgemäße Turbinen-Windkraftanlage einen Turbinenlüfter 10, ein Getriebe 20, einen Wechselräderkasten 30, einen Generator 40 und einen Kegelturm 50. Beim Turbinenlüfter 10 ist eine Befestigungsstange 12 in der Mitte eines Befestigungskörpers 11 vorgesehen. Der Befestigungskörper 11 ist hohlzylindrisch ausgebildet und mit mehreren radial verlaufenden Verstärkungsrippen 11a versehen. Zwischen dem oberen Ende der Befestigungsstange 12 und dem oberen Ende des Befestigungskörpers 11 befindet sich eine kreisförmig ausgebildete Schaufelrad-Baugruppe 13, welche in der Mitte mit mehreren auf die Befestigungsstange 12 aufgesetzt Lagern 16 versehen ist. Unterhalb des Lagers 16 des unteren Schaufelradsitzes 13b ist ein Zahnrad 14 angebracht, das mit dem unteren Schaufelradsitz 13b drehbar ist. Ein Schaufelrad 15 ist zwischen dem oberen und unteren Schaufelradsitz 13a, 13b vorgesehen. Außerdem ist eine Blitzschutzvorrichtung 12a oben an der Befestigungsstange 12 nahe dem oberen Schaufelradsitz 13a angebracht. Mit Hilfe des Befestigungskörpers 11 ist der Turbinenlüfter 10 am oberen Ende des Kegelturms 50 befestigt. Der Kegelturm 50 ist als Hohlkörper in geometrischer oder unregelmäßiger Form ausgebildet. Am unteren Ende des Kegelturms 50 ist ein Steuergehäuse 51 angeordnet, in welchem sich der Wechselräderkasten 30 und der Generator 40 befinden. Das Getriebe 20 dient zur Übertragung des Drehmoments des Zahnrads 14 auf den Wechselräderkasten 30. Die Drehachse des Turbinenlüfters 10 ist senkrecht angeordnet, wobei das Schaufelrad 15 von natürlicher Windströmung aus allen Richtungen gedreht wird. Bei Lufttemperaturunterschied zwischen draußen und drinnen strömt die Luft von der Seite hoher Temperatur durch Luftspalte des Schaufelrads 15 hindurch in die Seite niedriger Temperatur, woraus sich eine Konvektion ergibt, durch die das Schaufelrad 15 dann in Drehung versetzbar ist. Außerdem ergibt sich eine Kaminwirkung, wenn der Turbinenlüfter 10 in Höhe von 3 Meter oder mehr liegt und ein Temperaturunterschied zwischen draußen und drinnen vorhanden ist. Wird der Turbinenlüfter 10 durch die oben erwähnten Methoden gedreht, werden der obere und untere Schaufelradsitz 13a, 13b gleichzeitig in Drehbewegung versetzt. Der untere Schaufelradsitz 13b greift ins Zahnrad 14 ein, weswegen das Drehmoment des Turbinenlüfters 10 über das Zahnrad 14 und das Getriebe 20 auf den Wechselräderkasten 30 übertragen werden kann. Nachdem die Drehzahl im Wechselräderkasten 30 vergrößert wird, wird diese Drehungsenergie in den Generator 40 eingespeist, um elektrischen Strom zu erzeugen, wobei die übrig gebliebene elektrische Energie in einem Akku 41 eingespeichert ist.
Im Zusammenhang mit einer Mini-Turbinen-Windkraftanlage als Varianter der Erfindung wird in Bezug auf 4 genommen. Das Zahnrad 14 unterhalb des Turbinenlüfters 10 steht in Eingriff mit einem Mini-Generator 40, um elektrischen Strom direkt zu erzeugen. Um es zu vermeiden, dass zu starke Windströmung den Generator beschädigt, muss ein zusätzlicher Sicherheitsschalter im Generator 40 vorgesehen sein.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

a: Windrad
a1: Rotorblatt
a2: Welle
b: Blattstellmechanismus
c: Wechselräderkasten
d: Generator
e: Winderfassungseinrichtung
e1: Windrichtungssensor
e2: Steuereinrichtung
e3: Richtungsstelleinrichtung
f: Rohrturm
g: Getriebe
h: Maschinengehäuse
10: Turbinenlüfter
11: Befestigungskörper
11a: Verstärkungsrippe
12: Befestigungsstange
12a: Blitzschutzvorrichtung
13: Schaufelrad-Baugruppe
13a: oberer Schaufelradsitz
13b: unterer Schaufelradsitz
14: Zahnrad
15: Schaufelrad
16: Lager
30: Wechselräderkasten
40: Generator
50: Kegelturm
51: Steuergehäuse

Claims

Turbinen-Windkraftanlage, die einen Turbinenlüfter (10), ein Getriebe (20), einen Wechselräderkasten (30), einen Generator (40) und einen Kegelturm (50) aufweist; dadurch gekennzeichnet, – dass eine Befestigungsstange (12) in der Mitte eines Befestigungskörpers (11) vorgesehen ist, der hohlzylindrisch ausgebildet und mit mehreren radial verlaufenden Verstärkungsrippen (11a) versehen ist; – dass sich zwischen dem oberen Ende der Befestigungsstange (12) und dem oberen Ende des Befestigungskörpers (11) eine kreisförmig ausgebildete Schaufelrad-Baugruppe (13) befindet, die in der Mitte mit mehreren auf die Befestigungsstange (12) aufgesetzten Lagern (16) versehen ist, wobei unterhalb des Lagers (16) des unteren Schaufelradsitzes (13b) ein Zahnrad (14) angebracht ist, das mit dem unteren Schaufelradsitz (13b) drehbar ist; – dass ein Schaufelrad (15) zwischen dem oberen und unteren Schaufelradsitzes (13a, 13b) vorgesehen ist, während eine Blitzschutzvorrichtung (12a) oben an der Befestigungsstange (12) nahe dem oberen Schaufelradsitz (13a) angebracht ist; und – dass mit Hilfe des Befestigungskörpers (11) der Turbinenlüfter (10) am oberen Ende des Kegelturms (50) befestigt ist, während am unteren Ende des Kegelturms (50) ein Steuergehäuse (51) angeordnet ist, in welchem sich der Wechselräderkasten (30) und der Generator (40) befinden.
Turbinen-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelturm (50) als Hohlkörper in geometrischer oder unregelmäßiger Form ausgebildet ist.
Turbinen-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelturm (50) im Freien aufgebaut ist.
Turbinen-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (20) zur Übertragung des Drehmoments des Zahnrads (14) auf den Wechselräderkasten (30) dient.
Turbinen-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselräderkasten (30) zur Regulierung der Drehzahl des Turbinenlüfters (10) dient.
Turbinen-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Akku im Generator (40) vorgesehen ist, um elektrische Energie einzuspeichern und auszugeben.
Turbinen-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (14) an einem Mini-Generator (40) angeschlossen ist, um elektrische Energie direkt zu gewinnen.