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Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrechten Rotoren
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zur Windnutzung,die mit zusätzlich angeordneten Wind= nutzungsflügeln
oder Windrädern mit waagrechten Wellen, an gemeinsamen Windkraftnutzungsstellen
zusammenwirken.
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Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrecht
stehenden Rotoren zur Windkraftnutzung, aie mit zusätzlich angeordneten Windnutzungsflügeln
oder Windrä= dern mit waagrechten Wellen,an gemeinsamen Windkraftnutungsstel= len
zusammenwirken,wobei beide Einrichtungen durch seitliches Erweitern der Verbindungszellen
der Etagen in einer drehbaren Turmfassade zusammengefasst sind,die weich frei um
ein statisch~ es Turmgestell,das auch teilweise vom Wind durchströmt wird, in den
Wind drehen kann.
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Obwohl durch die Erfindung: Windkraftwerk in Turmbauweise mit senkrecht
stehenden Rotoren in den Aussenwänden von Bauabschnit= ten - schon eine gute Lösung
der Aufgabe,die Kräfte des Wins des in großen Windkraftwerken,insbesondere in bewohnten
Gebie= ten zu nutzen,gefunden wurde,läßt sich diese Grunderfindung
des
Turmbaues mit Windbeschleunigung an der Fassade und der Sogbeaufschlagung der senkrechten
Rotore,noch erweitern durch eine Variation der Bauweise,die dann eine zusätzliche
Bnord nung von konservativen WindkraftgewiAnungseinrichtungen am Turmbau und damit
eine große Leistungssteigerung und maximale Bauwerksnutzung ermöglicht,die insbesondere
in unbewohnten Gebieten angewendet werden kann wo konservative Windflügel oder Windräder
mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten,niemanden gefährten können, durch Unwucht oder
abgeschleudertes Eis.
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Die Fachliteratur über Windkraftwerke,insbesondere das. Buch von:
J. Wilhelm van Heys,Wind und Windkraftanlagenn,Dritte und neu bearbeitete Auflage,der
Georg Siemens Verlagsbuchhand= lung,Berlin und Bielefeld,zeigt auf den Seiten 100
bis L04 die Entwürfe von Eleinhenz,sowie auf Seite 124 den Entwurf von Lucht - Reich,Uber
die Zusammenfassung Ton mehreren einzelnen, gleichartigen Windflügeln oder Windturbinen
auf entsprechend ausgelegten Gestelltürmen oder Gestellkonstruktionen,um die kräftigeren
Luftströmunge der großen Höhe zu nutzen und grö= ßere Kraftwerkseinheiten zu schaffen.Diese
Vorschläge haben den besonders großen Nachteil,daß diese Ztisammenfassungsrme oder
Gestelle,sehr Kostenintensive und wartungsintensive Groß= bauten darstellen,die
in keiner Weise mit an der Verbesserung der Nutzung des Windes beteiligt sind.
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Zweck der Erfindung ist es,mit Hilfe einer konstruktiven Änderung
der besonderen Turmbauform des Zusammenfassungsbauwerks die grundsätzlich schon
gegebene Leistung der senkrechten Rotore,die im Zusammenwirken mit der Bauwerksform
entsteht,
zu ergänzen und durch konsevative Windnutzungselemente
mit völlig anderer Wirkungsweise zu vergrößern,wobei eine Verbund= arbeit aller
Windkraftnutzungsaggregate erzielt wird.Gleich= zeitig wird der Zweck verfolgt,auf
der Basis des Turmbaues aus dem Grundpatent,der eine besonders strömungsgünstige
Bauweise hat, die auch auf eine einfache Montage in schlecht zugänglichen Gebieten
zugeschnitten ist,wie Berggipfel oder flache Gewässer, zusätzliche Möglichkeiten
zu schaffen' die es erlauben die Kräf= te der Luftmassen eines möglichst großen
Luft - Anströmvolumens zu nutzen Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde
durch eine neu= artige Bauform der Etagenverbindungszellen - für die Fassade teile
- die die Senkrechten Rotore in sich aufnehmen und die als Maschinenräume für die
Windkraftnutzungsmaschinen dienen, Anordnungspositionen zu schaffen für zusätzliche
konservative Windflügel oder Windräder,um diese mit den senkrechten Rotoren im Verbund
betreiben zu können.
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Die Lösung der erfindungsgemäßen rufgabe wird erreicht,durch ein seitliches
Erweitern der Etagenverbindungszellen,die die Maschinenräume bilden, Jeweils von
der zentralen Durchströmöff= nung des Windkraftwerkes aus gesehen nach Außen.Dabei
bezieht sich-idie Erweiterung zweckmäßig nur auf einen schmalen Bereich an der Kraftwerksstirnseite
und Kraftwerksrückseite.Es entste= hen dabei an den außenecken der Maschinenräume
kammerartige Vorsprünge mit strömungsgünstigen Übergängen,die so weit her= ausgezogen
werden müssen,ßaß die anliegenden Luftströmungen an der Turmbauaußenhaut nicht zerstört
werden und daß sie zur iuf= nahme von Windflügel- oder Windradlagerungen dienen
können,
wobei bei Verwendung von zwei hintereinander liegenden Wind=
flügeln oder Windrädern mit einer starren waagrechten Verbind dungswelle,diese die
senkrechte Rotorwelle nicht behindern darf Die Drehzahlen der verschiedenen, senkrechten
und waagrechten Windkraftgewinnungselemente werden in regelnden Einrichtungen aufeinander
abgestimnt.Trennungen voneinander während des Be= triebes und insbesondere bei Stürme
können aber jederzeit her beigeführt werden.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es,daß in den Etagen verbindungszellen
von jeweils zwei Etagen der drehbaren Turm= fassade,ein geräumiger und für das orsonal
gut begehbarer, gemeinsamer Maschinenraum entsteht,in dem alle Aggregate,die den
Windrotoren,sowie den Windflügeln und Windrädern nachgeschaltet sind gut gewartet
und zentral überwacht werden können.
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Von großem Vorteil ist auch die köglichteit,da in den Eckkabienen
gut zugänglicher und ausreichender Raum vorhanden ist,einfach konstruierte und unempfindliche
Windflügel-Blat tve rselle inrich t ungen anzuordnen,die von Hilfseinrichtungen
so gesteuert werden, daß Je nach Windstärke optimale Nutzungsbedingungen der Wind
= kräfte entstehen.Der vorhandene Platz läßt auch eine Auslegung der Blattbefestigengen
mit großen Sicherheitsfaktoren zu,damit für die Umwelt,auch bei Stürmen,keine Gefahren
entstehen.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist es,daß alle Windkraft erzeugenden
Rotore und Windflügel oder Windräder,die zusammen= wirkentauf einer gemeinsamen
Höhe über dem Boden angeordnet sind, da bei größeren Turmhöhen manchmal zwischen
den einzelnen Etagen unterschiedliche strömungsgeschwindigkei ten herrschen.
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Durch die gleichartige Beaufschlagung genügen jeweils ein = fache,die
Drehzahlen aufeinander abstimmende Einrichtungen, wie Regelgetriebe und Uberholfreiläufe,um
mit den verschiedenen Wellen gemeinsam Aggregate treiben zu können.
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Die vorgenannten sowie weitere Vorteile und Merkmale der Er= findung
werden nachstehend unter Bezugnhme auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnung anhand
eines besonders bevorzugten Aus= führungsbeispieles der Erfindung näher erläutert;
es zeigen: Fig. 1 eine gesamte Darstellung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks
mit Verb in dungszellen für die dar= über und darunter angeordneten Etagenteile
mit den dazugehörigen senkrechten Rotoren,sowie den fli seitlich herausgezogenen
Kabinen mit den Wind = flügelsternentgesehen aus der Richtung der Wind= strömungspfeile
der Figur 2 ; und Fig. 2 einen Schnitt von oben gesehen,durch die Mitte der Verbindungszelle
mit den seitlich herausge3 zogenen Eckkabinen>der das gemeinsame Zusammen= wirken
aller findkraftbeaufschlagten Wellen an einem Anordungspunkt für ein Kraftnutzungsaggre5
gat demonstriert.
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Die als Profilfassade l,im Wind frei drehbar, um das Turm ge= stell
2 angeordneten Zellen der Profilfassade 1 bilden,wie aus Figur 2 besonders hervorgeht,zwei
großräumige Strömungs= profile die allseitig vom Wind umströmt werden,auch durch
den Turm hindurch werden Luftmasse geführt.Ihre Formgebung be = schleunigt
und
lenkt am äußeren Umfang de.s gesamten Turmbauwerks die Luft in der Weise,daß ander
Position der Linie X - X in Figur 2 große Sogkräfte die senkrechten Rotoren 3 mit
ihren entspre= chend gestaldeten Rotorblättern, in Rotation bringen0 Die Ro = tationskräfte
dieser Rotoren 3 werden verstärkt,insbesondere bei mittleren und kräftigen Winden,durch
die anordnung von Windrädern oder Windflügeln 4 ander Windanströmseite des Kraft
werkturmes und durch gleiche oder ähnliche Aggregate 5 an der Windabströmse ite
des Kraftwerkturmes, Die Figur 1 stellt aus Yereinfachungsgründen nur einen Kraft
werksturm mit zwei Etagenverbindungszellen 7 und vier Stück Windflügel-Doppelsternen
4 und 5 dar,weil bereits diese Grup= pierung schon ein kompaktes und leistungsfähiges
Windkraft = werk ergiebt,die erfindungsgemäße Kraftwerksbauweise ist aber besonders
tostensparend,wenn der Kraftwerksturm auf maximale Höhen gebracht wird und acht
oder zwölf der Windflügel-Doppel= sterne 4 und 5 mit den Etagenverbindungszellen
7 und den Fassa= denteilen 1 vereinigt sind. Die Vielzahl der gleichen Bauteile
über die gesamte Turmhöhe ist die Basis für Fertigungsverbillig= ungern, Die Windräder
oder Windflügel 4 und 5 sind montiert auf die Enden von Horizontalwellen 6,die wiederum
angeordnet sind in in den Verbindungszellen 7 die die Fassadenzellen 1 Jeweils so
zusammenfassen,daß immer zwischen den Fassaden-Etagen mit den Rotoren 3 ein Maschinenraum
entsteht,in dem alle kraftab= gebenden Wellen zusammengefasst sindODie Horizontalwellen
6, in figur 2 ist es besonders verdeutlicht,sind dabei von der Turmb auwe rksmitt
ellinie. 8 soweit als möglich neben die Achs= mitte der senkrechten Rotore 3 gelegt
wie es die Windrad oder
Windfügeldurchmesser erfordern,degnDurchmesser
auch die Hö= hen der Fassadenetagen mitbestimmen0 Die seitlich herausverlegten Wellen
6 mit ihren Getriebeteilen 11 enden in Strömungsgünstig gestalteten Eckkabinen 9
aus de= nen die Windräder oder Windflügel 4 und 5 herausragen.
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Starke Naben lo dieser Aggregate,nehmen auch die Verstell-und Befestigungseinrichtungen
auf.Die Steuerverbindungen die= ser Naben 10 reichen bis in die Getriebeteile ll,wo
entsprech= ende Verstellbewegungen,in Abhängigkeit von der Windstärke eingeleitet
werdenOIn vereinfachter Weise ist in Figur 2 auch das Verbindungsge triebe 12 zwischen
der Horizontalwelle,die die Windflügel 4 und 5 über die s Getriebeteile 11 verbindet,
dargestellt, das auch die jeweiligen Wellenstummel des von Oben und von Unten angeschlossenen
Rotors in sich aufnimmt.Dieses Getriebe hat die Aufgabe alle Windkräfte die schon
als Drehbe= wegungen zur Verfügung stehen zu sammeln und als nutzbare Ge= samtkraft
umgeformt,weiterzuleiten.Eür das Verbindungsgetriebe 12 bleibt es ohne Bedeutung
ob es eine Dynamomaschine antreibt oder ob ein Kompressor zur Erzeugung von Druckluft
angeschlosw sen ist0 Selbstverständlich können auch Pumpen oder sonstige Geräte
angeschlossen sein. Das Verb indungsge triebe 12 sitzt an einer gut zugänglichen
Stelle des jeweiligen Maschinenraumes es enthält,seiner Aufgabe entsprechendaauch
alle Astimmein = richtungen der unterschiedlich zueinander anfallenden Drehzahl=
en,sowie beliebig lösbare Kupplungen und ffberholfreiläufei Die genaue Position
der Horizontalwellen 6 in Bezug auf den Abstand zur Kraftwerksmittelachse 8 wird
sehr wesentlich
bestimmt durch die Besonderheiten der Nutzung der
anströmen= den Luftvoluminas durch die senkrechten Rotore 3 wie auch durch die Windflügel
oder Windräder 4 und5.Der seitliche Platz der Welle 6 muß so gewählt sein'daß die
Windräder 4 und 5 die Leitwirkung der großen gekrümmten Flächen der Fassadenzellen
1 vor und hinter den Rotoren 3 nicht zerstören, Die Krümmungsradien der Etagenaußenflächen
anden Fassadenzellen l,sosohl an der Kraftwerksanströmseite wie auch an der Kraft=
werkabströmseite müssen Je nach Kraftwerksgröße verschieden und speziell ausgelegt
sein'sodaß es auch vorkommen kann,daß die Welle 6 nichtgeradlienig von Windflügel
4 zu Windflügel 5 führt,die erfindungsgemäßen Merkmale sind aber auch in einem solchen
Falle gegebenwenn die Wellen versetzt angeordnet sind0 abweichend von der Darstellung
der Figur 2 sind aber auch be= reits alle Merkmale der erfindungsgemäßen Neuerung
gegeben,wenn nur an der Windanströmseite ein Windrad oder Windflügel 4 mit dem Rotor
3 über das Getriebe 12 miteinander arbeiten.Ebenso sind bereits alle Besonderheiten
der erfindungsgemäßen Neu = erung erfüllt,wenn nur der Windflügel 5 an der Windabström=
seite,ohne den windflügel 4,mit dem Rotor 3 im Verbund über das Getriebe 12 zusammenarbeitet.
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