DE3018211A1 - Windrad - Google Patents

Description

• Eisenwerke Kaiserslautern Entwicklungsgesellschaft mbH,
• Kaiserslautern/Pfalz W i n d r a d Die Erfindung betrifft ein Windrad zum Einsatz in Windkraftwerken mittlerer Leistung. Neben einer Vielzahl von Windrädern, die aus einem oder mehreren Propellern bestehen, sind auch Windräder bekannt, die um eine gemeinsame, senkrechte Drehachse angeordnet eine Mehrzahl von Flügelprofilen aufweisen, die gesteuert von einer Windfahne, in ihrer Lage abhängig von der Windrichtung verstellbar sind. Mit.derartigen Windrädern wird zunächst erreicht, daß sie überhaupt unter dem Einfluß des Windes drehen, da die einzelnen Flügelprofile bei Bewegung gegen den Wind mit ihrer Profilspitze in Windrichtung zeigen und bei Bewegung mit dem Wind in eine Richtung quer zur Windrichtung geschwenkt werden, so daß sie entsprechend vom Wind beaufschlagt werden können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dieser bekannten Windradform diese so weiterzubilden, daß der Wirkungsgrad noch wesentlich verbessert werden kann.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Windrad mit wenigstens zwei um eine senkrechte, gemeinsame Achse umlaufenden Flügelprofilen, deren Profilquerschnittsform abhängig von der Windrichtung veränderbar ist.
• Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, die eine Veränderung der Querschnittsform der Flügelprofile auch in Abhängigkeit von der Windstärke erlauben.
• Im einfachsten Fall weisen die Flügelprofile eine Profilnase auf, die unabhängig von der Stellung des übrigen Profils gegenüber diesem um eine senkrechte, gemeinsame Achse verschwenkbar ist.
• Zusätzlich kann auch die Hinterkante der Flügelprofile mit einem selbständig verschwenkbaren Bereich ausgestattet sein.
• Neben den vorgesehenen Profilflügeln können mit kürzerem Abstand zur gemeinsamen, senkrechten Drehachse kleinere Hilfsflügel vorgesehen sein.
• Durch die Möglichkeit, nicht nur die Flügelprofile an sich, sondern auch den Anstellwinkel zumindest der Profilnase abhängig von Windrichtung und gegebenenfalls Windgeschwindigkeit zu steuern, ergibt sich zunächst~eine weitaus bessere Ausbeute der durch den Wind zur Verfügung gestellten Energie.
• Der Lauf des Windrades wird ruhiger und leiser. Das Windrad kann in jeder Stellung bei geringstem Wind anlaufen. Die FLügelprofile selbst können in ihrer Querschnittsform- für eine mittlere Windgeschwindigkeit ausgelegt werden. Durch die Veränderbarkeit des Anstellwinkels der Profilnasen sind sie auch bei geringer Windgeschwindigkeit noch relativ gut wirksam. Bei Uberschreitung vorher bestimmbarer Windgeschwindigkeit reißt die Rückseitenströmung an den Profilen ab, so daß Orkane unschädlich für das Windrad sind.
• Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch und beispielsweise dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
• Fig. 1 zeigt eine wahlweise Ausbildungsform des Windrades mit zwei Flügelprofilen in der Seitenansicht, in Fig. 2 ist dieses Windrad in der Draufsicht dargestellt, ebenso in Fig. 3 in einer anderen Stellung zum Wind und in Fig. 4 wiederum in einer anderen Stellung zum Wind, Fig. 5 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 2, ebenso zeigt Fig. 6 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 2.
• Das Windrad besteht aus zwei Flügelprofilen 1 und 2, die um eine gemeinsame, senkrechte Welle 3 umlaufen und mit dieser sowie untereinander durch einen oberen Steg 4 und einen unteren Steg 5 verbunden sind.
• Oberhalb des oberen Steges 4 kann eine Windfahne 6 angeordnet sein, die über ein Gestänge, abhängig von der Windrichtung, die Stellung der gegeneinander schwenkbaren Teile der Flügelprofile 1 und 2 steuert. Hierzu sind zwei Stangen 7 und 8 vorgesehen, die einerseits an einer mit der Windfahne 6 verbundenen Kurbel 9 und andererseits mit mit den beweglichen Teilen der Flügelprofile' verbundenen Kurbeln 10 und 11 ingelenkiger Verbindung stehen. Die Kurbel 9 kann, wie aus Fig. 6 ersichtlich, mit einem Langloch 12 ausgestattet sein, in welchem der Anlenkpunkt 13 für die beiden Stangen 7 und 8 verschieblich festgelegt werden kann.
• Die Flügelprofile 1 und 2 bestehen je aus einem Hauptteil 14 bzw. 14' und einer Profilnase 15 bzw. 15'. Fig. 3 zeigt, daß die Profile in ihren Teilen in Windrichtung in ihrer Symmetrieachse 8 ausgerichtet sind, während in einer zu dieser Stellung um 900 gedrehten Stellung (Fig. 4) die Nase 15' gegen die Windrichtung nach außen und die Nase 15 in Windrichtung nach innen geschwenkt ist. In dieser Stellung bilden die Profile also etwa den Tragflächen von Flugzeugen entsprechende Profilquerschnitte mit den diesen Tragflächen gegebenen Eigenschaften in der Windströmung. Die Windrichtung ist in den einzelnen Figuren jeweils mit einem Pfeil 17 angegeben, die Drehrichtung des Windrades mit einem Pfeil 18.
• Der Antrieb der Kurbel 12 kann in an sich beliebiger und bekannter Weise erfolgen. Soll die Verstellung der Flügelprofile in Abhängigkeit von der Windrichtung erfolgen, genügt hier die Anordnung einer an sich bekannten Windfahne, wie beschrieben. Es kann aber auch entweder allein oder zusätzlich noch eine Steuerung der Profiländerung abhängig von der Windgeschwindigkeit erfolgen. Auch hier können bekannte Meß- und Steuervorrichtungen eingesetzt werden.
• Der Ablauf der durch die Stellung der Windfahne und damit der Kurbel 9 vorgegebenen Steuerung der Profilnasen 15 und 15' ist mit den beiden strichpunktiert dargestellten Kreisen mit im Radius R1 um den Schwenkpunkt der Windfahne 6 und R2 um den Anlenkpunkt 13 der beiden Stangen 7 und 8 verdeutlicht. Die zwei Extremstellungen, also Ausrichtung inderSymmetrieebene 16 einerseits und größtmögliche Ausschwenkung der Profilnasen 15 und 15' andererseits gegen die Windrichtung sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
• Selbstverständlich ist es möglich, gegebenenfalls darüber hinaus die Profile insgesamt zu verschwenken oder auch zusätzlich zu den schwenkbaren Profilnasen schwenkbare Profilbereiche an der Hinterkante der Profile vorzusehen. Dies läßt sich mit entsprechend höherem Steuerungsaufwand ohne weiteres lösen.
• In jedem Fall bietet die erfindungsgemäße Ausbildung eines Windrades, gleichgültig ob von einer einfacheren Form mit verstellbaren Profilnasen oder auch einer komplizierteren Form ausgegangen wird, die Möglichkeit, die vorhandenen Windkräfte weitaus besser als mit bekannten und vergleichbaren Windradformen auszunutzen.

Claims (5)

1. Eisenwerke Kaiserslautern Entwicklungsgesellschaft mbH, Kaiserslautern/Pfalz W 1 n d r a d Patentansprüche 1. Windrad mit wenigstens zwei um eine senkrechte, gemeinsame Achse umlaufenden Flügelprofilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilquerschnittsform der Flügelprofile abhängig von der Windrichtung veränderbar ist.
2. 2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilquerschnittsform zusätzlich abhängig von der Windstärke veränderbar ist.
3. 3. Windrad nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelprofile mit einer Profilnase ausgestattet sind, die unabhängig von der Stellung des übrigen Profils gegenüber diesem um eine senkrechte, gemeinsame Achse aus der Symmetriemittellinie der Profilquerschnittsform verschwenkbar ist.
4. 4. Windrad nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzlich die Hinterkante der Flügelprofile mit einem selbständig verschwenkbaren Bereich ausgestattet sind.
5. 5. Windrad nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Profilflügeln mit kurzem Abstand zur gemeinsamen, senkrechten Achse kleine Hilfsflügel vorgesehen sind.