DE2715919A1

DE2715919A1 - Das windschaufelrad im windkraftwerk

Info

Publication number: DE2715919A1
Application number: DE19772715919
Authority: DE
Inventors: Heinr Hartmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-04-09
Filing date: 1977-04-09
Publication date: 1978-10-19

Description

Beschreibung
Titel Das Windschaufelrad im Windkraftwerk Anwendungsbereich Die Erfindung wird angewandt bei neuen Kraftwerken Zweck Gewinnung von elektrischer Energie durch übereinander angeordnete Windschaufelräder Technik Nach den Berechnungsgrundlagen für Windbelastungen Din 1055 und für Standfestigkeit nach Din 1050.
Es sind keine Schriften und Au6führungsunterlagen über Erfindungen dieser Art bekannt.
Aufgabe 1. Die Erfindung besteht darin, eine senkrecht stehende Achse durch Windkräfte in horizontaler Richting zum Drehen zu bringen um dadurch Drehkräfte und Drehmomenta zu erzeugen.
2. Die Erfindung besteht darin, die senkrecht stehende Achse dazu zu bringen, sich nur in einer bestimmten Richtung zu drehen.
3. Die Erfindung besteht darin, starke Drehkräfte und Drehmomente zu gewinnen.
Diese drei Erfindungen ermöglichen im Zusammenwirken die Gewinnung großer Energiekräfte.
Lösung Die Aufgabe wird gelöst durch das Windschaufelrad. Das Windschaufelrad ist auf der Zeichnung Blatt 1 dargestellt.@ 1. Das Windschaufelrad besteht aus einer senkrecht stehenden, leicht drelibaren Achse.
An dieser Achse sind 5, 6 oder 7 Windscheiben angeschlossen. Diese Windscheiben sind in der Mitte abgeknickt zu Windschaufeln.
Die Schaufel.hohlseite nimmt die Windkräfte voll auf, während auf dem Schaufelrücken die Windkräfte im Verhältnis zu seiner Neigung abgleiten.
2. Bei bestimmter Anordnung der Windschaufeln an der Achse dreht sich die Achse nach rechts.
(im Sinne des Uhrzeigers). Es ist gleichgültigaus welcher Richtung der Wind weht, das Windschaufelrad dreht sich nach rechts.
Werden die Windschaufeln spiegelbildlich zu der vorgenannten Anordnung auf der Achse angebracht, so resultiert daraus eine Linksdrehung des Windschautelrades.
3. Es werden viele Windschaufelräder übereinander angeordnet. Die übereinander angeordneten Radachsen werden durch biege feste Stöße miteinander verbunden und bilden dadurch eine durchlaufende Achse. Die Achse wird in Höhe der Gerüstbühnen durch horizontale Kugellager geführt. Am Fuß erhält die Achse ein Spezial-Kugellager zur Aufnahme der Lasten aus des Eigengewicht der Schaufeln und den Achsen. D1Q Horizontalkräfte aus der Achse werden ebenfalls durch das Fußlager aufgenommen. (Siehe Zeichnung Blatt 1,Seite 12).
Weitere Ausstattungen Rücklaufsicherung Die rechtsdrehende Windschaufelradachse wird sit einem Kontakt'versehen zur Sicherung gegen Rücklauf. (Siehe Zeichnung Blatt 3, Seite 33) Bei linksdrehender Achse wird der Kontakt im umgekehrten Sinne angebracht.
Gerüste Jedes Windschaufelrad muß durch ein Gerüst aus Stahl oder Stahlbeton gehalten werden. Diese Gerüste müssen stabil sein. Sie müssen die Garantie dafür bieten, daß die Windschaufelräder senkrecht stehen und bei Windwirkung sich ungehindert drehen können.
Die Funktion der Erfindung Das Windschaufelrad (siehe Blatt 2, Seite 12) wirkt ähnlich wie ein Waagebalken.
Die Achse ist hier der Drehpunkt des Waagebalkens. Die Windkratt (Gewicht) auf die Schaufeln wirkt hierbei als Drehkraft.
Durch die Anordnung der Windschaufeln entsteht auf der rechten Seite der Achse eine größere Drehkraft als auf der linken Seite der Achse. Dadurch wird bewirkt, daß das Windrad nach rechts dreht. Wenn das Wind rad durch Windeinwirkung rechtsdrehend angebauten ist, dann schaltet sich das Gegengewicht (die Windkraft auf der linken Drehpunktseite) von selber aus. Es wirkt dann nur noch rechtsdrehende Windkraft.
Es treten bei Wind die verschiedensten Wirkungsarten auf wie zum Beispiel Sturm, Wirbel, Böen usw. Dadurch könnte der Rundlauf des Windrades ins Stottern geraten und das Windrad versuchen, auf Linksdrehung zu kommen. In diesem Fall schaltet sich sofort die Rücklaufsicherung ein, die jede Linksdrehung verhindert. Dis Rücklaufsicherung ist auf Blatt 3 (siehe Seite 13) dargestellt.
Zu jedem Windrad gehören vier Erfindungen: 1. die Windschaufeln, 2. die Radachse mit Fuß- und Führungslager 3. die Übereinander-Anordnung der Radachsen um dadurch zu einer hohen Drehachse und großen Drehkraft zu kommen, 4. die Rücklaufsicherung.
Verwendungsbereich Das Windkraftwerk, betrieben durch das Windschaufelrad, kann in jeder Größe und jeder Anzahl von übereinander angeordneten Windschaufelrädern ausgeführt werden.
Das Windkraftwerk kann auf dem Land und auch auf dem Wasser aufgestellt werden. Es kann sogar in Wasser , auf eines Ponton treibend, Aufstellung finden.
Einige Ausführungsbeispiele sind auf den Blättern 4, 5, 6 siehe Seiten 14, 15, 16 aufgezeigt.
Beweis für die Funktionsfähigkeit der Erfindung In vier Rechenbeispielen und unter Zugrundelegung der Figur auf Blatt 2, Seite 12 ist errechnet, daß das Windschaufelrad inner nach rechts dreht, weil in allen vier Fällen die rechtsdrehende Windkraft größer ist als das linksdrehende Gegengewicht.
Beispiel hierzu : Annahten: Windschaufelgröße 8,oo 6,ooa Schaurelticfe = 1,34s, Berechnungsgrundlagen für Windbelastungen nach Din 1055, mittlere Höhe 2o,oom bis 13o,oom, Windgeschwindigkeit v = 42/sec, Staudruck q = 11o km Beiwert c = 1,2.
Bei Schaufeln, de von Wind voll getroffen sind, wird eingesetzt w = q.c. sin α # ### # Bei Schaufeln, die auf des geneigten Schautelrücken getroffen sind, wird eingesetzt: w = q . c . sin α oder cosoC.
Bei Schaufeln, die ii Windschatten liegen, wird eingesetzt: 60 % der obigen Worte.
Es folgt nun die Ermittlung der Drehkräfte und Drehmomente am Windschaufelrad, wenn der Wind von Norden, Osten, Süden oder Westen weht. (Siehe Seite 5 bis 10) Beispiel Wind von Norden auf das Windschaufelrad, siehe Blatt 2, Seite 12.
Wind auf dor rechten Drehpunktseite: Wind auf Schaufel "1".
1,34 @@@@@ sinα = = 0,425; cosα = = 0,915; w1 = 0,110 # 1,2 # 8,00 # 5,75 # = 6,6ot; cosα 0,50 Hebelarm = 2,875 + = 3,125m; 2 Wind auf Schaufel "5".
2,60 2,20 sinα = = 0,77; cos α = = 0,65; 3,39 3,39 w5 = 0,110 # 1,2 # 8,00 # 2,20 # 0,65 = 1,51t; 2,20 Hebelarm = = 1,10m; 2 Wind auf Schaufel "2" (liegt im Windschatten).
2,30 2,10 sinα = = 0,735; cosα = = 0,67; 3,14 3,14 w2 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 2,10 . 0,67 . o,60 = 0,89t; Hebelarm = 0,90m; Wind auf der linken Drehpunktseite: Wind auf Schaufel "4".
sin α' = 0,60 = 0,19; cos α" = 3,05 = 0,97; 3,14 3,14 w'4 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 3,05 . 0,97 = 3,13t; Hebelarm = 3,325m; 2,935 1,80 sinα" = = 0,865; cosα" = = 0,535; 3,39 3,39 w'41 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 1,80 . 0,535 = 1,02t; Hebelarm = 0,90m; Wind auf Schaufel "3" (liegt im Windschatten).
sin α' = 2,90 = 0,93; cos α' = 1,550 = 0,495; 3,14 3,14 w'3 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 1,55 . 0,495 . o,60 = 0,485t; Hebelarm = 4,075m; 0,835 3,30 sinα" = = 0,247; cosα" = = 0,975; 3,39 3,39 Hebelarm = 1,65m; w"3 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 3,30 . 0,975 . 0,60 = 2,02t; Wind von Osten auf das Windschaufelrad , siehe Blatt 2, Seite 12.
Wind auf die rechtsdrehende Achsenseite.
Wind auf Schaufel "1" sin α = 1,34 = 0,425; cos α = 2,875 = 0,915; 3,14 3,14 w1 = 0,110 . 1,2 . 8,oo . 1,34 . sind α = Q,61t;, Hebelarm = 0,67m; Wind auf Schaufel "2" cos α= 5,60 = 0,94; 6,00 W2 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 5,6 . cos = 6,30t; 5,60 Hebelarm = = 2,80m; 2 Wind auf Schaufel "3" (liegt im Windschatten).
2,70 1,55 sinα = = 0,865; cosα' = = 0,495 3,14 3,14 Hebelarm = 2,185m; 0,835 3,30 sinα" = = 0,247; cosα" = = 0,97: 3,39 3,39 Hebelarm = 0,417m; w"3 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,70 . 0,495 . 0,60 = 0,845t; a= 2,185 w3" = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 0,835 . 0,97 . 0,60 = 0,51t; a = 0,417 Wind auf links drehende Achsenseite: Wind auf Schaufel "5".
0,40 3,00 sinα = = 0,128; cosα = = 0,95; 3,14 3,14 2,60 2,20 sinα" = = 0,67; cosα" = = 0,65; 3,39 3,39 w'5 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,00 . 0,95 = 3,02t; a=4,10m; w"= = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,60 . 0,65 = 1,78t; a=1,30m; Wind auf Schaufel "4" (liegt im Windschatten).
0,60 3,05 sinα = = 0,191; cosα = = 0,975; sinα" = = 0,865; cosα" = = 0,53; 3,39 3,39 w4 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 0,60 . 0,191 . 0,60 = 0,073t; a = 3,235m; w4 = 0,110 . 1,3 . 8,0 . 2,936 . 0,53 . 0,60 = 0,g6t; a = 1,477m; Wind von Süden auf das Windschaufelrad siehe Blatt 2, Seite 12.
Wind auf der rechts drehenden Achsenseite.
Wind auf Schaufel "3".
2,70 1,55 sinα = = 0,865; cosα= = 0,495; sinα" = = 0,247; cosα" = = 0,975; 3,39 3,39 w = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,55 . 0,865 = 1,42t;-a = 4,075m w"3 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,30 . 0,965 = 3,40t; a = 1,65a; Wind auf Schaufel "4" (liegt im Windschatten).
0,60 3,05 sinα = = 0,191; cosα = = 0,975; sinα" = = 0,53; cosα" = = 0,865; 3,39 3,39 w4= 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,05 . 0,975 . 0,60 = 1,88t; a= 3,325m; w"4 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,80 . 0,53 . 0,60 = 0,605t; a = 0,90m; Wind auf der links drehenden Achsenseite Wind auf Schaufel "2".
2,30 2,10 sinα = = 0,735; cosα = = 0,665; 3,14 3,14 w2 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,70 . 0,665 = 1,20t; a = 0,85m; Wind auf Schaufel "1" sin α' = 1,34 = 0,425; cos α' = 2,875 = 0,915; 3,14 3,14 w1 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 6,0 . 0,425 = 2,68t; a r 3,125m; Wind auf Schaufel "5" (liegt im Windschatten).
2,60 2,20 sinα" = = 0,77; cosα" = = 0,65; 3,39 3,39 w"2 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,20 . o,6s . 0,60 = 0,90t; a = 1,10m; Wind von Westen auf das Windschaufelrad siehe Blatt 2, Seite 12 Wind auf der rechts drehenden Achsenseite.
Wind auf Schaufel "4".
0,60 3,05 sinα = = 0,191; cosα = = 0,975; 3,14 3,14 2,935 1,80 sinα" = = 0,865; cosα" = = 0,53; 3,39 3,39 w4 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 0,60 . 0,975 = 0,62t; a = 3,235m; w"4 = 0,110 . 1,2 . 8,o . 2,935 . 0,865 = 2,67t; a = 1,467m; Wind auf Schaufel "5".
0,40 3,00 sinα = = 0,127; cosα = = 0,95; 2,60 2,30 sinα" = = 0,77; cosα" = = 0,68; 3,39 3,39 w'5 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,0 . 0,95 = 3,0t; a=4,10m; w"5(im Windschatten) = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,60.
0,77 . 0,60 = 1,27t; a = 1,30m; Wind auf der links drehenden Achsenseite Wind auf Schaufel "3".
2,700 1,55 sinα = = 0,86; cosα = = 0,485; sinα" = = 0,247; cosα" = = 0,975; 3,39 3,39 w3 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,70 . 0,485 = 1,34ot; a = 2,185m; w"3 = = 0,110 . 1.2 . 8,0 . 0,835 . 0,247 = 0,216t; a = 0,42m; Wind auf Schaufel "2".
2,30 2,10 sinα = = 0,73; cosα = = 0,67; 3,14 3,14 3,30 0,40 sinα = = 0,975; cosα" = = 0,118; 3,39 3,39 w"2 = 0,110 . 1,2 . 0,67 . 8,0 . 2,30 = 1,63t; a = 4,45m; w"2 (im Windschatten) = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,30 .
3,30 0,975 . 0,60 = 2,04t; a = = 1,65m; 2 Wind auf Schaufel "1" 1,34 sinα = = 0,40; (im Windschatten), 3,39 w1 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,34 . 0,40 . 0,60 = 0,34t; a = 0,67m; Momente aus den Windkräften, siehe Blatt Seite, bei Wind von Norden: siehe Seite 5 Mr = 6,60 . 3,125 + 1,51 . 1,10 + 0,89 .. 0,90= 23,06tm; Ml = = 3,13 . 3,325 + 1,02 . 0,90 + 0,485 . 4,075 + 2,02 . 1,65 = 16,64tm; 23,06 Sicherheit für Rechtsdrehen: n = = 1,38; 16,64 R = 6,60 + 1,51 + 0,89 = 9,00 t L = 3,13 + 1,02 + 0,485 + 2,02 = 6,655t 15,655t Differenz = 2,345t bei Wind von Osten: siehe Seite 6, Mr = 0,61 . 0,67 + 6,30 . 2,80 + 0,845 . 2,185 + 0,051 . 0,417 = 19,88tm Ml = = 3,02 . 4,10 + 1,78 . 1,30 + 0,073 . 3,235 + o,96 . 1,477 = 16,365tm n = 19,88 = 1,21 fach; 16,365 R = Q,61 + 6,30 + 0,845 + 0,051 = 7,806t; L = 3,02 + 1,78 + 0,073 + 0,96 = 5,833t; 13,639t; Differenz = 1,973t; bei Wind von Süden: siehe Seite 7, Mr =1,42 . 4,075 + 3,40 . 1,65 + 1,88 . 3,325 + 0,605 . 0,90 = 18,20tm; M1 = 1,20 . 0,85 + 2,68 . 3,125 + 0,9Q . 1,10 = 10,41tm; n = 18,20 = 1,68 fach; 10,41 R = 1,42 + 3,40 + 1,88 + 0,605 = 7,305 t ; L = 1,20 + 2,68 + 0,90 = 4,780 t; 12,085 t; Differenz = 2,525 t; Bei Wind von Westen: siehe Seite 8 Mr =0,62 . 3,235 + 2,67 . 1,467 + 3,00 . 4,10 + 1,27 . 1,30 = 2,00 + 3,90 + 12,40 + 1,66= 19,96 tm; Mg = 1,34 . 2,185 + 0,216 . 0,42 + 1,63 . 4,45 + 2,04 . 1,65 + 0,34 . 0,67 = 2,92 + 0,o9 + 7,25 + 3,40 + 0,23 = 13,89 tm; n = 19,96 = 1,44 fach; 13,89 R = 0,62 + 2,67 + 3,00 + 1,27 = 7,56 t; L = 1,34 + 0,216 + 1,63 + 2,04 + 0,34 =5,57 t; 13,13 t; Differenz = 1,99 t; Zusammenstellung der Drehkräfte und Monente: Windrichtung Pdit Mr tm Ml tm Md'tm aus Norden s.S.9 2,345 23,06 16,64 6,420 aus Orten " 9 1,973 19,88 16,365 3,515 aus Süden " 9 2,525 18,20 10,41 7,790 aus Westen " 10 1,990 19,96 13,89 6,070 8,833 23,795 Die wirkliche Drehkraft wird : P = + = 2,21 t; abzüglich 7% für Reibungsverlust = - 0,15 t; P = 2,06 t; Das wirkliche Drehmoment wird: MD = 23,795 abzüglich 7% = - 0,40 tm MD = 5,35 tm Bei einem Hebelarm: a = #### = 2,60m; Bei mehreren übereinander angeordneten Schaufel rädern vergrößern sich P und MD um dia Zahl der übereinander liegenden Windschaufelräder@ Zu P und MD@ siehe Blatt 7 Seite 17.

Claims

Patentansprüche Oberbegriff 1.1. Das senkrecht stehende Windschaufelrad im Windkraftwerk zur Gewinnung von elektrischer Energie.

Kennzeichnender Teil 5 - 7 Windschaufeln in Sattelfora abgeknickt sind an einer Radachse angeschlossen. Das Windschaufelrad dreht in bestiiiter Ricntung nach rechts oder nach links, entsprechend der Anordnung der Windschaufeln in der Windschaufelradachse.

Oberbegriff des Un@eranspruchs 1.
2 Windschaufelrad nach Anspruch 1*1.

Form der Windschaufeln siehe Blatt 1 u.2 Seite 11 - 12 und Zeichn@ng Blatt 1.

Oberbegriff 2.1 Große und beliebig viele Windschaufelräder werden übereinander angeordnet, die Achsen werden biegungssteif zu einer @urchlaufenden Achse miteinander verbunden. Diese einheitliche Achse bringt große Drehkräfte auf die Drehscheibe, die u unteren Ende der Achse angebracht ist. Diese Drehkräfte erzeugen über die Kraftiaschine starke elektrische Energie.

Kennzeichender Teil Übereinander aufgebaute Windschaufel radachsen werden zu einer durchlaufenden senkrecht stehenden Achse verbunden.

Diese Achse erhält 1 Fußlager und an jedes Achsenteil 1 Führungslager-Oberbegriff des Unteranspruchs 2.2 Wandschaufelrad nach Anspruch 1.1 hierzu: Blatt 1 - 4,Seite 11 - 14,15,16 und Zeichnungen Blatt 2, 3, 4@ Oberbegriff (3.1. Rücklaufsicherung.(Nur zur Sicherheit).

Ein Rückstoß bei Wind kann kaus auftreten, da die Windschaufelradachse bei Betriebsaufnahme durch einen Antriebsmotor in die bestimste Drehung richtung gebracht wird.

Kennzeichnender Teil Eine Feder in eckiger oder runder Form mit Hülse , Rücklaufober- und Unterteil auf der Führungsbühne , sowie eines Kontaktstab,der an der Achse angebracht wird.

Oberbegriff des Unteranspruchs 3.2 Windschaufelrad nach Anspruch 1.1.

Hierzur: Blatt 3 - Seite 13.

Oberbegriff 4.1 Das Führungsgerüst ist ein Hauptteil der Windkraft-Gewinnungsanlage.

Es besteht aus stützen mit Verbänden und zu jeder Windschaufelradachse eine Führungsbühne.

Auf jeder Bühne wird ein Führungslager und eine Rücklautsicherung für die durchlaufende Windradachse eingebaut.

Das Führungsgerüst muß das senkrechte Stehen und horizontale Drehen der Windradachse garantieren.

Es nun so stark sein , daß in den obersten Bühnen keine horizontalen Verschiebungen auftreten können.

Kennzeichnender Teil.

Stützen sit Verbänden1Bünnen mit Verbänden und Fundamente.

Oberbegriff des Unteranspruchs 4.2 Windschaufelrad nach Anspruch 1.1 hierzu Blatt 4 bis 6,Seite 14 bis 16 und Zeichnungen Blatt 2, 3 u.4.