DE3003873C2 - Schwebende Windkraftmaschine - Google Patents
Schwebende WindkraftmaschineInfo
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- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
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- F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
10. Windkraftwerk mit Windkraftmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Windkraftmaschinen eine unterschiedliche Länge der Bodenverbindung (5)
aufweisen, und daß eine reihenweise Anordnung der Windkraftmaschinen nebeneinander und übereinander vorgesehen ist.
11. Windkraftwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenverbindungen (5) der "
Windkraftmaschinen an einem vor Anker liegenden schwimmenden Bodenrahmen (14) befestigt sind.
Die Erfindung betrifft eine schwebende Windkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere für Windkraftwerke verwendbar ist
Es sind bereits Windkraftmaschinen bekannt, die eine
mit Leichtgas gefüllte Auftriebseinrichtung in Form eines Ballons aufweisen, von dem jeder an einem
Stromerzeuger drehbar angeordnet ist Die Rotoren sind entlang einer zur Stromableitung und zur
Halterung einer Trägereinrichtung für die Rotoren dienenden Leine angeordnet (US-PS 40 84 102).
Bekanntlich ist die nutzbare Leistung aus Windkraftmaschinen proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit, und die Windgeschwindigkeit ist in
größeren Höhen höher und stetiger als in Bodennähe. Bei bekannten Windkraftmaschinen der eingangr
genannten Art, bei denen eine Kette von Windkraftmaschinen vorgesehen ist die durch einen Ballon und eine
davon getrennte aerodynamische Auftriebseinrichtung hochgehalten werden sollen, besteht aber die Schwierigkeit daß die Kette bei stärkeren Winden bald einen
ungünstigen Winke! zur Windrichtung einnimmt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Windkraftmaschine der eingangs genannten Art derart zu
verbessern, daß eine Steuerung der Lage der Windkraftmaschine relativ zur Windrichtung möglich ist und daß
insbesondere die Schwerwettertaugüchkeit und der Flächenwirkungsgrad bei Verwendung derartiger
Windkraftmaschinen für ein Windkraftwerk u. a. durch
einen günstigeren Kraftangriffspunkt der Bodenverbindung verbessert werden kann. Diese Aufgabe wird bei
einer Windkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. I eine perspektivische Ansicht einer Windkraftmaschine gemäß der Erfindung; und
F i g. 2 ein aus Windkraftm-nirninen in F i g. 1
zusammengesetztes Windkraftwerk.
Die in F i g. 1 dargestellte Windkraftmaschine enthält zwei um parallel zueinander verlaufende Achsen
gegenläufig, außen nach unten drehbare Anordnungen von Rotorblättern 1 an einem senkrecht zu diesen
Achsen verlaufenden Rahmenteil 3 eines Befestigungsrahmens 3, 4. Durch diese Anordnung und Bewegung
wird ein aerodynamischer Auftrieb erzielt. Die Anordnung der Rotorblätter ist vorzugsweise zweifach
gelagert an Vorder- und Hinterstromerzeugern 2 aus Leichtmetall, die elektrodynamisch so belastet werden
können, 'daß sich eine Blattstellung der Rotoren durchführen läßt. Der Befestigungsrahmen besteht aus
leichtgasgefüllten Rahmenteilcn 3 und 4. Der Rahmenteil 3 ist vorzugsweise ein gepfeilter aerodynamischer
Auftriebskörper und der Rahmenteil 4 besteht aus zwei in V-Form zueinander stehenden Zugverstrebungen.
Zusammen mit der Bodenverbindung 5. die vorzugsweise stromlinienförmig und leichtgasgefüllt ausgeführt
ist soll bei Windstille die ganze Windkraftmaschine durch den statischen Auftrieb schwebend gehalten
werden. Der als aerodynamische Auftriebkörper dienende Rahmenteil 3 soll den Auftrieb in der
Größenordnung des aerodynamischen Gesamtwiderstands erzeugen, so daß eine gewünschte Schräge der
Bodenverbindung 5 bei Wind aufrechterhalten werden kann. Die Pfeilform des Rahmenteils 3 dient zur
passiven Gierstabilisierung der schwebenden Anlage
senkrecht zur Windrichtung (1. Freiheitsgrad). Die V-Verstrebung des Rahmenteils 4 dient zur passiven
Rollstabilisierung der Windkraftmaschine (Z Freiheitsgrad). Die Aufhängung der Bodenverbindung 5 kann um
den Kräfteschwerpunkt 6 in zwei Richtungen senkrecht zur Bodenverbindung 5 verstellt werden Der Rahmenteil
3 kann durch Verbindungsteile 7 stärker angestellt werden. Mit beiden Maßnahmen läßt sich die Nickregelung
durchführen (3. Freiheitsgrad). Mit der Anstellung des Rahmenteils 3 kann darüber hinaus der AuftrieD und
sorcit itiifTi die Schrägneigung der Bodenverbindung 5
variiert werden (4. Freiheitsgrad). Die Bodenverbindung S hat zur vektoriellen Kompensation des aerodynamischen
Widerstands kleine eepfeilte, gasgefüllte Auftriebsflügel
8 in V-Ste!lung, die bei Wind einen zusätzlichen Auftrieb erzeugen. Die Bodenverbindung 5
kann mit einer Winde 9 ein- oder ausgerollt werden. Eine Verbindungsleitung 10 in der Mitte der Bodenverbindung
dient als Strom-und elektrische Steuerleitung, erlaubt aber eine zusätzliche Verformung des aerodynamischen
Widerstands. Das könnte bei größeren Widerständen erforderlich sein, in beschränktem
Rahmen ist auch eine Profiländerung durch Druckvariation des Leichtgases — vorzugsweise Verwendung von
bei der Wasserzerlegung gewonnenem Wasserstoff — möglich. Zum Nachfüllen mit Leichtgas sind zusätzliche
Ventile mit Labyrinthdichtungen an den Rotorenlagern vorgesehen, wobei für kurze Zeit gewissen Leckverluste
zugelassen werden.
Bei einem großtechnischen Einsatz der Windkraftmaschinen als Elemente eines Windkraftwerks können bei
stabilen Windverhältnissen, wie es in größeren Höhen der Fall ist, beliebig viele Windkraftmaschinen am
Boden schachbrettartig befestigt und in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden. Eine spezielle Anordnung
dieser Art auf dem Meer ist in F i g. 2 aufgezeigt Auf oder dicht unter der Wasseroberfläche 15
schwimmende Bodenkörper 12 sind an einem Anker 13 gegen die Windrichtung gehalten. Ein Bodenrahmen 14
nimmt die horizontalen Kraftkomponenten auf. In den Bodenkörpern Kann der Strom der Generatoren zur
Wasserzerlegung eingesetzt werden. Die ganze Anlage kann mit wechselnder Windrichtung passiv geregelt um
den Anker schwojen (5. Freiheitsgrad).
Auf dem Land wird eine leichtdrehbare vertikale
lagerung der Bodenwinde 9 in F i g. 1 (AufroHvorrichtung
senkrecht zur Bodenverbindung 5) vorgesehen, so daß sie in Windrichtung passiv nachgedreht werden
kann.
Ein Windkraftwerk kann deshalb aus vielen in Massenproduktion herstellbaren Windkraftmaschinen
der beschriebenen Art zusammengesetzt werden, die unabhängig voneinander jederzeit einzeln ausgetauscht
werden können, grundsätzlich aber aus verschleißarmen
Material aufgebaut sind. Die optimale Stellung senkrecht zum Wind mit optimaler Anpassung an die
is Windstärke geschieht teils passiv (Gieren, Rollen), teils
aktiv (Nicken, Schräge der Bodenverbindung) und stellt
eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrads bei schwebenden Windkraftwerken dar. Im· Prinzip ist die
Windkraftmaschine allwettertaugiich. Durch Variation
von Anstellwinkel, Profilform und notfalls Unterwasserbefestigung können sie prinzipiell ^uch härteren
Umgebungsbedingungen ausgesetzt weriiep Die einzelnen
Windkraftmaschinen können durch Anbringen von Sensoren fernüberwacht oder über elektrische Steuerleitungen
ferngesteuert werden. Die Windkraftmaschinen können auch bei Windstille schwebend gehalten
werden. Für den Antransport sind extrem kleine Packmaße möglich, was bei den bisherigen Windkraftwerken
nicht der Fall ist Der am Boden generierte Wasserstoff kann gleichzeitig als Auftäebsleichtgas
benutzt werden, zugeführt durch die Bodenverbindung 5, womit Leckverluste ausgeglichen werden können.
Durch Kombination der verschiedenen Auftriebshilfen — aerostatisch, aerodynamisch durch Tragflügelprofil,
aerodynamisch durch die paarweise Rotorbewegung — und verschiedener Stabilisierungsgehilfen —
Pfeilform, V-Form, Anstellwinkel - (Flossen-) Verstellung, sowie Profilverstellung bei einer einzelnen
Windkraftmaschine kann eine optimale Funktion der Windkraftmaschinen gewährleistet und eine maximale
Energieausbeute erreicht werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Schwebende Windkraftmaschine, insbesondere für Windkraftwicrke, die eine mit Leichtgas gefüllte
Antriebseinrichtung und eineaerodynamische Auftriebseinrichtung sowie Rotoren aufweist, von denen
jeder an einem !Stromerzeuger drehbar angeordnet ist, sowie mit einer zur Stromableitung und zur
Halterung einer Trägereinrichtung für die Rotoren dienenden Bodenverbindung, dadurch ge- to
kennzeichnet, daß zwei um parallel zueinander
verlaufende Achsen gegenläufig außen nach unten drehbare Anordnungen von Rotorblättern (1) an
einem senkrecht zu diesen Achsen verlaufenden Rahmenteil (3) eines Befestigungsrahmens (3, 4) π
angeordnet sind, und daß zumindest die Rotorblätter (1) und der Befestigungsrahmen (3,4) mit Leichtgas
gefüllt sind
2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenverbindung (5) im
Kräftescfa«werpunkt (6) der Windkraftmaschine an
dem Befestigungsrahmen (3,4) befestigt ist
3. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rotorblätter (1) und der Rahmenteil (3) zv/ischen den Rotorblättern mit variablen Winkeln zur
Windrichtung anstellbar sind.
4 Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kraftangriffspunkt (6) der Bodenverbindung (5) durch mechanische Mittel in einer horizontalen
Ebene verlu^erbar ist.
5. Windkraftmascb-ne nacu einem der vorhergehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bodenverbindung (5) durch er?n zur Leichtgaszufuhr dienenden Verbindungsschlauch mit einem
stromlinienförmigen Profil gebildet ist.
6. Windkraftmaschine nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet daß an der Außenseite der Bodenverbindung (5) aerodynamische Auftriebsflügel (8) ■»"
angeordnet sind.
7. Windkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Profilform djr
Bodenverbindung (5) durch querverlaufende Spannflächen (11) bestimmt ist.
8. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
zur Stromableitung dienende Verbindungsleitung (10) als Zugleitung zur Änderung der Profilform der
Bodenverbindung (5) an den Verspannflächen (11) angreift.
9. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bodenverbindung (5) Signalleitungen enthält die mit Lagesensoren und elektromechanischen Stellmechanismen an der Windkraftmaschine verbunden sind.
Priority Applications (1)
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DE3003873A DE3003873C2 (de) | 1980-02-02 | 1980-02-02 | Schwebende Windkraftmaschine |
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DE3003873A1 DE3003873A1 (de) | 1981-08-06 |
DE3003873C2 true DE3003873C2 (de) | 1983-01-05 |
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ID=6093611
Family Applications (1)
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Cited By (1)
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DE19613924A1 (de) * | 1996-03-06 | 1997-09-11 | Otto Gerd | Luftströmungskonverter für schadstofffreie Elektroenergieerzeugung in optimalen Windenergienutzungshöhen |
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1980
- 1980-02-02 DE DE3003873A patent/DE3003873C2/de not_active Expired
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