DE2612200A1

DE2612200A1 - Pendelfluegelrad - wind- und wasserkraftanlage mit vertikaler drehachse und massen-schwungkraftspeicherung

Info

Publication number: DE2612200A1
Application number: DE19762612200
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Wendner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-23
Filing date: 1976-03-23
Publication date: 1977-10-06

Description

Pendelflügelrad - Wind- und Wasserkraftanlage mit vertikaler Drehachse und Massen-Schwungkraftspeicherung.
Die Erfindung betrifft eine Strömungskraftanlage zur Nutzung der Windkraft in windreichen Gegenden sowie auch der Wasserströmungskraft im flachen Meer mit starker Gezeitenströmung (Meerengen und zwischen den der Küste vorgelagerten Inseln) und in Flüssen.
Derartige Wind- und Wasserkraftanlagen können zur Gewinnung von elektrischem Strom oder für den Antrieb von Maschinen, Pumpen usw, Verwendung finden Es wird der höchste Wirkungsgrad zur Umsetzung der Strömungskraft in Rotation und zur teilweisen Speicherung der gewonnenen Kraft angestrebt0 Es ist bekannt, daß zur Nutzung von Wind- bzwe Wasser-Strömungskraft Propeller und Flügelräder mit horizontaler sowie auch vertikaler Drehachse entwickelt wurden, viele mit schwenkbaren, ausziehbaren, zusammenklappbaren oder pendelnden Flügeln. Eine Nutzung der gewonnenen Energie erfolgt entweder direkt (Mühlen, Pumpenantrieb u.ae) oder zur Erzeugung von elektrischem Strom.
Eine Speicherung von elektrischem Strom erfolgt über Akkumulatoren, die den Strombedarf bei Ausfall des Antriebs (z.B. bei Windstille) decken sollen.
Windmühlen und Propeller mit horizontaler Drehachse sind allgemein bekannte Ein Windrad mit vertikaler Drehachse und sich öffnenden und schließenden Klappen wurde bereits entwickelt. (Dt;Pat,Nr, 807 500).
Bei Windmühlen und Propellern mit horizontaler Drehachse ist eine Verstellbarkeit der Flügel je nach Windstärke erforderlich, um überhöhte Geschwindigkeit bzw. den Bremseffekt durch die Schrägstellung der Flügel zu vermeiden.
Dieser Mechanismus ist aufwendig und schwächt die Befestigung der Flügel. Außerdem ist eine verhältnismäßig große Einrichtung erforderlich, um die Anlage jeweils genau in den Wind zu drehen, Die Flügelfläche ist relativ klein, so daß also auch der Nutzeffekt gering bleibt0 Nur durch hohe Propeller-Drehzahl läßt sich der Nutzeffekt erhöhen, und diese ist wiederum schwierig zu erreichen, wenn z.Be ein Generator angeschlossen ist, weil der Propeller durch die geforderte Arbeitsleistung schwer auf Touren kommt.
Außerdem müssen zu hohe Geschwindigkeiten abgebremst werden, wodurch Spitzenleistungen z.B. bei Sturm nicht genutzt oder gespeichert werden können.
Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse haben sich noch nicht bewährt. Dieses nicht zuletzt deshalb, weil von dem Gedanken ausgegangen wurde, die Schubkraft des Windes direkt, also einseitig mit dem Wind, zu nutzen, Der Rücklauf der Flügel auf der anderen Seite sollte mit dem geringeren Widerstand gegen den Wind erfolgen.
Das Landschaftsbild wird durch Windmühlen und Propeller unruhig und unschön verändert, Zur Nutzung der Kraft des normal bis sehr stark strömenden Wassers (1 m bis 3 m / sec.) wird das unterschlächtige Wasserrad eingesetzt. Dieses hat einen geringen Nutzeffekt und ist für Großanlagen nicht geeignet Auch hier wirkt die Strömungskraft einseitig, so daß nur eine geringe Geschwindigkeit erreichbar ist.
Ein Wasserrad mit vertikaler Drehachse, einseitig in Strömungsrichtung angetrieben, wäre in der Form möglich, daß horizontal zusammenklappbare Flügel - der obere leichter, der untere schwerer als Wasser - verwendet werden0 Die Strömung drückt die Flügel auseinander und schiebt diese Fläche um 1800 herum. Beim Rücklauf auf der anderen Seite werden die Flügel durch den Wasserdruck wieder zusammenge faltet, so daß geringster Widerstand entsteht, Ein Wasserrad in dieser Ausfahrung hat mit 12 Doppelflügeln einen guten Rundlauf, jedoch eine geringe Geschwindigkeit0 Stromspeicherung über Akkumulatoren ist teuer und unrentabel und für Großanlagen ungeeignet0 Die Leistung bleibt schwach, wie viele Versuche (auch mit Elektrofahrzeugen) bewiesen haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzung der Wind- und Wasserströmungskraft auf einfache und wirtschaftliche Weise - auch für Großanlagen - mit dem höchsten Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Kraftspeicherung zur Überbruckung von Standzeiten zu ermöglichen0 Die Aufgabe wird erfindungsmäßig durch ein Pendelflügelrad mit vertikaler Drehachse gelöst, das von der Strömung gleichzeitig an der Luv- und Lee-Seite angetrieben wird0 Figs 1 Pendelflügelp lo Die Pendelflügel sind schwenkbar senkrecht an einem Mast 2 auf dem äußeren Rand 3 eines Doppelrades 10 befestigt und entsprechend der Radkreislinie leicht gebogen, wodurch bei Leerlauf geringster Widerstand entsteht, Das Doppelrad 10 besteht aus dem unteren, tragenden Rad 10 a und dem oberen Rad 10 b, Der Mast 2 kann zur Vergrößerung der Flügelfläche, besonders für Windnutzung, über das Rad 10 b hinaus verlängert werden0 Ein entgegengesetzt am Mast befestigtes Gegengewicht 4 sorgt für den Fliehkraftausgleich. Ein Federzug 5 zur Rückführung in die Mittel- bzwo Ruhestellung.
Fige 2 zeigt ein Pendelflügelrad in Ruhestellung oder rotierend bei Windstille oder Gezeitenwechsel. Geringster Bremseffekt durch strömungsgünstige Formgebung.
Figo 3 zeigt das Pendelflügelrad bei Strömungseinwirkung, die Strömung ist durch Pfeile gekennzeichnet.
Durch den Anpressdruck der Wind- oder Wasserströmung werden die Pendelflügel 1 in Schrägstellung gedrückt, an der dem Wind zugekehrten seite nach innen, an der abgekehrten Seite nach außen, und das Rad in Drehung versetzt, Rückführung der Pendlflgel in die Mittelstellung durch federnde Spannung, evtl. oneumatisch oder durch Tiefpunkt-l.agerunge Durch die ansteigende Spannung bei Schrägstellung der Pendelflügel wird schon im seitlichen Bereich 20 eine Kraftaufnahme ermöglicht.
Jeweils ein Gegengewicht 4 sorgt für den Fliehkraftausgleich bei höherer Geschwindigkeit.
Es ist gleich, aus welcher Richtung die Wind- oder Wasserströmung kommt, ob böig schnell wechselnd oder schwach, das Pendelflügelrad kann gleichzeitig alle Einwirkungen aufnehmen und in die gewünschte Drehbewegung umwandeln, Die Strömung dringt von vorn in die sich öffnenden Flügel, aber auch von oben und unten in das Rad ein, so daß die windabgekehrte Seite gleichermaßen Antrieb erhält, Durch die Vertikalachse 30 ist die Weitergabe und Nutzung der gewonnenen Kraft problemlos.
Eine Speicherung der Kraft zur Überbrückung von Windstille oder Gezeitenwechsel wird - theoretisch unbegrenzt - durch Freilaufantrieb eines über ein Wassertriebwerk in Rotation versetzbaren Massen-Schwungrades erzielte E 0 4 Massen-Schwungkraft-Speicheranlage.
Ein Teil der vom Pendelflügelrad erzeugten Rotationskraft wird von der Vertikalachse 30 über eine immer mitlaufende Getriebenabe 6 auf ein Wassertriebwerk 7 übertragen0 Dieses befindet sich in einer Wassertrommel 11 des Massen-Schwungrades 100 und hat verstellbare, aufschwenkbare, teilkreisförmig gebogene Antriebsplatten 8, die das Wasser nach und nach in Drehung versetzen. Das rotierende Wasser setzt allmählich über Mitnehmer 9 am äußeren Rande der Trommel 11 das ganze schwere Massenschwungrad 100 in Bewegung und steigert dessen Geschwindigkeit.
Fig. 5 Wenn jetzt Windstille oder Gezeitenwechsel eintritt, wirken umgekehrt die Mitnehmer 9 auf das Wasser in der Trommel 11, das wiederum jetzt die Triebwerkplatten 8 von der anderen Seite erfaßt, so daß diese strahlenförmig aufschwenken und die Rotationskraft voll aufnehmen, um diese an die Getriebenabe 6 weiterzugeben.
Über einen Geschwindigkeitsregler 12 kann die geforderte Arbeitskraft von der Getriebenabe gleichmäßig abgenommen werden.
Das durch die Fliehkraft in den Randbereich der Trommel gedrückte Wasser kann zusätzlich Schwungkraft speichern.
Größte Krafteinwirkungen wie Sturm oder stärkste Strömung werden von einer geeigneten Übersetzung in der Getriebenabe automatisch so geregelt, daß diese Kräfte nicht verloren gehen, sondern auch im Massen-Schwungrad gespeichert werden0 Dadurch wird außerdem eine überhöhte Geschwindigkeit des Pendelflügelrades vermieden.
Bei Windkraftanlagen ist das Massen-Schwungrad zweckmäßigerweise unter die Erdoberfläche zu verlegen, bei Wasserkraftanlagen in ein wasserdichtes Gehäuse, um den Bremseffekt durch das Wasser auszuschalten.
Vergrößerung der Pendelflügelfläche und des Massen-Schwungrades bis zu der von der Technik gesetzten Grenze Fig. 6 Windkraftanlage.
Das Landschaftsbild wird durch diese Windkraftanlage nicht sehr beeinträchtigt, da diese aus der Entfernung nur als schimmernde Fläche erscheint. Bei Verwendung von transparenter Folie auf Pendelflügel-Rahmen würde diese Fläche sogar weitgehend verschwimien.
Fig. 7 Wasserkraftanlage.
Zur Anpassung an den Gezeitenwasserstand könnten aussiehbare, hohle Pendelflügel, der obere schwimmend, mit Schwimmer-Höhenregelung eingesetzt werden.
Eine Verstärkung der Wasserströiung evtl. durch zusätzliche künstliche Verengung an geeigneten Stellen des Meeres oder von Flüssen.

Claims

Schutzansprüche: (;$) Pendeiflügelrad - Wind- und Wasserkraftanlage mit vertikaler Drehachse und Massenschwungradspeicherung der gewonnenen Rotationskraft zur Nutzung von Wind-und Wa.s.ser-Strömungsene.rgieJ gekennzeichnet durch ein Doppelrad (10) an dessen äußerem Rand (3) die Pendelflügel (1) senkrecht an Masten (2) mit einem Fliehkraft-Gegengewicht (4) und federnder Spannung (5) zur Rtickführung in die Mittelstell.ung schwenkbar angebracht sind, so daß dieses Rad an der der Strömung zugekehrten sowie auch abgekehrten Seite Antrieb erhalten kann, in Drehung versetzt wird und die gewonnene Rotationskraft über die VertikaLachse (30) an eine Getriebenabe (6) abgibt, wo sie über einen Geschwindigkeitsregler (12) gleichmäßig abgenommen werden kann.
2. System der Kraftspeicherung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Massen-Schwungrad (100) zur Sneicherung eines Teils der gewonnenen Rotationskraft, das über eine Getriebenabe (6) vertikal mittels Wasser-Triebwerk (7) mit schwenkbaren, teilkreisförmig gebogenen Antriebsplatten (8) und über Mitnehmer (9) in Rotation versetzt werden kann und das umgekehrt über die Mitnehmer (9) und die strahlenförmig durch das rotierende Wasser aufschwenkenden Antriebsplatten (8) die gespeicherte Schwungkraft an die Getriebenabe(6)zurückgibt0