DE3517752C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Windfangblatt für um eine vertikale Achse drehbare Horizontalturbinen, bestehend aus zwei in radialer Richtung mit Abstand nebeneinander angeordneten, durch Stege verbundenen, einen Durchströmkanal begrenzenden Flügelprofilen, wobei die beiden Flügelprofile mit ihren Außenflächenkonturen als Teile der Außenflächenkontur eines dicken, selbstanlaufenden Flügelprofils ausgebildet sind und die Flügelprofile mit ihren in Durchströmrichtung gerade verlaufenden und zueinander parallelen oder angenähert parallel angeordneten Innenflanken den Durchströmkanal begrenzen.

Windfangblätter der genannten Art sind nach der DE-OS 33 00 083 bekannt, aber auch nach der AT-PS 3 59 007. Beim Gegenstand nach der DE-OS soll das Windfangblatt aus zwei in nach hinten konvergierender Zuordnung zueinander angeordneten Flächen gebildet sein, die einen Durchströmkanal einschließen. Abgesehen davon, daß sich dadurch zwangsläufig ein von vorn nach hinten verengender und somit bei Umlauf des Rotors bremsender Durchströmkanal ergibt, läßt sich dieser vorbe­ kannte Vorschlag praktisch nicht ohne weiteres, insbesondere für Windfangblätter mit größerer Längserstreckung verwirklichen, da die Konstruktionserfordernisse hinsichtlich der bei großen Drehzahlen zu beachtenden Festigkeit bei einer Flächenbau­ weise nicht ohne weiteres untergebracht werden können, d. h. man kommt letztlich an einer Profilausbildung nicht vorbei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Windfangblatt der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei großer Längserstreckung eine große Festigkeit bei geringem Konstruk­ tionsaufwand aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Windfangblatt der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

In Rücksicht auf die geforderte Leichtbauweise und möglichst einfache Konstruktion werden die in Durchströmrichtung gerade verlaufenden Flächen als Leichtbausandwichplatten ausgebildet und diese an den in Strömungsrichtung gerade verlaufenden Flankenflächen der beiden Flügelprofile, die aus mindestens einem Hohlprofil und/oder Profilstück aus verschäumtem Leicht­ kunststoff, wie PU-Schaum, bestehen, angeordnet. Diese Aus­ bildung ist praktisch nur durch das Grundprinzip ermöglicht, da an den beiden Flügelprofilen entsprechend ebene Anschluß­ flächen vorhanden sind. Die Gesamtkrümmung in Längserstreckung des ganzen Windfangblattes stellt hierfür kein Hindernis dar, da für diese Flächen in Durchströmrichtung keine Wölbungs­ ausbildungen zu berücksichtigen sind.

Um dem anströmenden Wind von außen möglichst viel Vortriebs­ fläche für den Anlauf zu bieten, ist vorteilhaft der Durch­ strömkanal im hinteren Abströmbereich sich mindestens ein­ seitig verengend ausgebildet und in diesem Bereich von einer ebenen, die hintere Außenflächenkontur mindestens des äußeren Flügelprofiles fortsetzenden Fläche begrenzt. Die sich dadurch ergebende Verengung ist so geringfügig, daß diese praktisch keine negative Auswirkung hinsichtlich einer wesentlichen Wider­ standsvergrößerung hat, abgesehen davon, daß das innere Flügelprofil nicht soweit verlängert werden muß wie das äußere. Außerdem kann vorteilhaft die Verlängerung des inneren Profils begrenzt schwenkbar angeordnet werden, so daß sich dieses Teil und damit die gesamte Kanalabströmöffnung drehzahlab­ hängig bedarfsangepaßt einstellt und bei Stillstand und auf­ treffendem Wind von dieser Seite zusätzliche Vortriebskräfte für den Anlauf erhält.

Da es bei der der Erfindung zugrundegelegten Aufgabenstellung wesentlich mit um die Unterbringbarkeit der Konstruktions­ erfordernisse hinsichtlich Festigkeit geht, abgesehen davon, daß dies sowieso ein wesentlicher Punkt für die praktische Verwirklichung derartiger Windfangflächen ist, besteht eine vorteilhafte Ausbildung des Windfangblattes ferner darin, daß die das dicke Flügelprofil gemeinsam bildenden Flügel­ profile in bezug auf ihre Drehachse konkav gebogen ausgebildet sind. Die Verwirklichung dieser Weiterbildungsform ist im vorliegenden Fall besonders günstig, da hierbei dieFlügel­ profile in Längserstreckung zwar gebogene, aber ansonsten in Strömungsrichtung gerade verlaufende Flächen aufweisen, die den Durchströmkanal bilden. Bei einer Windturbine nach der US-PS 43 29 116 ist dies nicht der Fall, da es sich hierbei ebenfalls um schlanke Flügelprofile im Sinne der vorerwähnten AT-PS handelt und die vergleichbaren Flächen in Strömungs­ richtung demzufolge ebenfalls gekrümmt sind.

Ohne das hier wesentliche Prinzip der Erfindung zu verlassen, kann man aufgrund der in sich sehr stabilen Konstruktion des Windfangblattes sogar so weit gehen, das innere Flügelprofil nur als ebene Fläche auszubilden und diese in bezug auf die ebenflächige Innenflanke des äußeren Flügelprofiles zur Ab­ strömseite hin schwach geneigt anzuordnen. Wie vorerwähnt, kann dabei ein Teil dieser Fläche begrenzt schwenkbar der anderen durch Verbindungsstege starr mit dem anderen Flügelprofil verbundenen Fläche zuordnen.

Das erfindungsgemäße Windfangblatt wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch das Windfangblatt,

Fig. 2 einen an einem Mast drehbar angeordneten Horizontal­ rotor mit den Windfangblättern,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Windfangblattes und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Windfang­ blattes.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, besteht das Windfangblatt aus zwei in radialer Richtung mit Abstand nebeneinander an­ geordneten, durch Stege 15 verbundenen, im Querschnitt schlanken, einen Durchströmkanal 7 begrenzenden Flügel­ profilen 1, 2. Bei diesen Flügelprofilen 1, 2 handelt es sich nicht um symmetrisch schlanke Flügelprofile, son­ dern diese Profile bilden mit ihren Außenflächenkonturen 3 Teile der Außenflächenkontur 4 eines dicken, selbstan­ laufenden Flügelprofiles 5, das als gedachte Linie ge­ strichelt angedeutet ist. Diese Flügelprofile 1, 2 be­ grenzen mit ihren in Durchströmrichtung gerade verlau­ fenden und zueinander parallelen oder angenähert paralle­ len Innenflanken 6 den Durchströmkanal, der also im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel bis zu zwei Drittel sei­ ner Tiefe bzw. bis zum Abströmbereich 7 keinerlei Ver­ engung aufweist. Wie ferner erkennbar, kann jedoch der Durchströmkanal 7 im hinteren Abströmbereich 7 sich verengend ausgebildet sein und in diesem Bereich von ei­ ner ebenen, die hintere Außenflächenkontur 3′ mindestens des äußeren Flügelprofiles 1 fortsetzenden Fläche be­ grenzt sein. Die Anordnungsverhältnisse sind in Fig. 1 etwas extrem dargestellt, um das dicke Profil 5 deut­ licher zu machen. Es steht natürlich nicht entgegen, die Flächen bzw. Platten 11 bereits schon im Bereich der Linien A enden zu lassen, wodurch der Abströmquerschnitt nicht wesentlich kleiner wird als der Querschnitt des Durchströmkanales 7.

Wie aus Fig. 1 ebenfalls erkennbar, sind die in Durch­ strömrichtung gerade verlaufenden Flächen 6, 8 als Leichtbausandwichplatten 11 ausgebildet und diese sind an den in Strömungsrichtung gerade verlaufenden Flanken­ flächen 12 der beiden Flügelprofile 1, 2 angeordnet, die aus mindestens einem Hohlprofil 13 und/oder Profil­ stück 14 aus verschäumtem Leichtkunststoff, wie PU-Schaum, bestehen. Der die gesamte Konstruktion tragende Körper, der auch mit dem Rotorarm 16 in fester Verbindung steht, wird somit aus einem, durch die Stege 15 mehrfach in Fä­ cher gegliederten Tragkörper gebildet, dessen Begrenzungs­ wände in Längsrichtung die Leichtbausandwichplatten 11 als Begrenzungswände des Durchströmkanals 7 bilden. Eine derartige Konstruktion ist natürlich besonders ein­ fach einer bogenförmigen Krümmung des ganzen Windfang­ blattes im Sinne der Fig. 2 zugänglich. Gleiches gilt für die anzusetzenden Sandwichplatten 11, die, wie er­ kennbar, die Flügelprofile 1, 2 nach hinten verlängern. Die im Ausführungsbeispiel dargestellten jeweils zwei Hohlprofile 13 sind natürlich nicht zwingend vorzusehen, sondern dieser Teil der Flügelprofile 1, 2 könnte auch nur durch ein Hohlprofil dargestellt werden. Dabei ist es auch möglich, die gesamten Profile aus Leichtkunst­ stoff, wie PU-Schaum, zu bilden, wobei die Beanspruchungs­ kräfte von den Leichtbausandwichplatten 11 aufgenommen werden, die in diesem Falle dem ganzen Windfangblatt eine ausreichende Festigkeit vermitteln, insbesondere dann, was auch bevorzugt wird, wenn das Windfangblatt gebogen und in bezug auf die vertikale Achse 9 (siehe Fig. 2) konkav gegen diese gerichtet wird. Die Platte 11 des äußeren Profiles 1 ist dabei auf Druck und die Platte 11 des inneren Profiles 2 auf Zug belastet, wo­ durch sich außerordentlich stabile Verhältnisse für den die Profile 1, 2 tragenden Kasten ergeben.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht im wesentli­ chen der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei jedoch der den hinteren Teil des Durchströmkanales 7 begrenzende Teil des inneren Flügelprofiles 2 als begrenzt schwenk­ bares Teil 2 am inneren Flügelprofil 2 angelenkt ange­ ordnet ist. Mittel für Begrenzungsanschläge für das Teil 2, ggf. auch Mittel, die drehzahlabhängig auf das Teil 2 hinsichtlich seiner Schwenkbarkeit einwir­ ken können, sind im Zusammenhang mit der Ausbildung und Anordnung von Windfangblättern an Horizontalrotoren hin­ länglich bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Gemäß Fig. 4 kann das innere Flügelprofil 2, ohne We­ sentliches am Grundprinzip zu verändern, als ebene Flä­ che 10 ausgebildet und diese in bezug auf die ebenflä­ chige Innenflanke 6 des äußeren Flügelprofiles zur Ab­ strömseite hin leicht konvergierend angeordnet sein.

Durch die beschriebene Ausbildung, bei der sich die besonders ausgebildeten und insoweit "schlanken" Profilteile in gemeinsamer Zuordnung als dickes Profil allerdings mit ganz wesentlich reduziertem Widerstand repräsentieren, ist nicht nur ein selbst­ anlaufendes Windfangblatt mit hoher Festigkeit ge­ schaffen (Kastenleichtbauweise), sondern dieses Wind­ fangblatt führt auch zu einer optimalen Umsetzung der Windenergie, da zudem, je nach Stellung des Windfang­ blattes in seiner Umlaufbahn, die mit dem jeweiligen "Auftrieb" verbundenen Vortriebskomponenten der beiden Flügelprofile gewissermaßen wechselweise zur Wirkung kommen können.

Claims (6)

1. Windfangblatt für um eine vertikale Achse drehbare Hori­ zontalturbinen, bestehend aus zwei in radialer Richtung im Abstand nebeneinander angeordneten, durch Stege ver­ bundenen, einen Durchströmkanal begrenzenden Flügelprofilen, wobei die beiden Flügelprofile mit ihren Außenflächen­ konturen als Teile der Außenflächenkontur eines dicken, selbstanlaufenden Flügelprofiles ausgebildet sind und die Flügelprofile mit ihren in Durchströmrichtung gerade ver­ laufenden und zueinander parallelen oder angenähert parallel angeordneten Innenflanken den Durchströmkanal begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die in Durch­ strömrichtung gerade verlaufenden Flächen (Teile 6, 8) als Leichtbausandwichplatten (11) ausgebildet und diese an den in Strömungsrichtung gerade verlaufenden Flanken­ flächen (12) der beiden Flügelprofile (1, 2), die aus mindestens einem Hohlprofil (13) und/oder Profilstück (14) aus verschäumtem Leichtkunststoff, wie PU-Schaum, bestehen, angeordnet sind.

2. Windfangblatt nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Durchströmkanal (7) be­ grenzenden Platten (11) mit den Stegen (15) als tragender Kasten (17) ausgebildet und an diesem die Flügelprofile (1, 2) mit ihren in Strömungsrichtung sich gerade er­ streckenden inneren Flächen (12) beidseitig angeordnet sind.

3. Windfangblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchströmkanal (7) im hinteren Abströmbereich (7′) sich verengend ausgebildet und in diesem Bereich von einer ebenen, die hintere Außen­ flächenkontur (3′) mindestens des äußeren Flügelprofiles (1) fortsetzenden Fläche (8) begrenzt ist.

4. Windfangblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das dicke Flügel­ profil (5) gemeinsam bildenden Flügelprofile (1, 2) in bezug auf ihre Drehachse (9) konkav gebogen ausgebildet sind (Fig. 2).

5. Windfangblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Flügelprofil (2) als ebene Fläche (10) ausgebildet und diese in bezug auf die ebenflächige Innenflanke (6) des äußeren Flügel­ profils (1) zur Abströmseite hin mit geringer Neigung konvergierend angeordnet ist (Fig. 4).

6. Windfangblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den hinteren Teil des Durchströmkanals (7) begrenzende Teil mindestens des inneren Flügelprofils (2) als begrenzt schwenkbares Teil (2′) am inneren Flügelprofil (2) angelenkt angeordnet ist (Fig. 3).