DE3616350A1

DE3616350A1 - Vorrichtung zur umwandlung von windkraft

Info

Publication number: DE3616350A1
Application number: DE19863616350
Authority: DE
Inventors: Edward Vogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1986-05-15
Publication date: 1987-11-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Windkraft in mechanische Kraft mit Hilfe von sich bewegen den Flügeln.

Es gibt verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Umwandlung von Windkraft mit Hilfe von sich bewegenden Flügeln, welche mit ihrem einen Ende an einer Nabe oder an einer Welle befestigt sind. Bei anderen Ausführungsfor men sind die Flügel zwischen zwei auf einer Welle gelager ten Scheiben achsparallel angeordnet. Beide Ausführungsfor men haben ihre Vorteile und ihre Nachteile, die Nachteile der an einer Nabe befestigten Flügel liegen in deren Statik begründet, die der achsparallel angeordneten, rinnenförmig gebogenen Flügel in dem geringen Wirkungsgrad.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Tech nik. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine andere Bauart einer Vorrichtung zur Umwandlung von Windkraft mit Hilfe von Flügeln zu schaffen, bei denen die Flügel in anderer Weise durch die Windkraft bewegt werden, um niedrige Bauhöhen und wenig Raumbedarf der Windkraftanlage zu erreichen.

Die Erfindung besteht in einer Anordnung und Aufhängung der Flügel, bei der die Flügel gleichzeitig Translationsbewe gungen (Verschiebebewegungen) im wesentlichen senkrecht zu ihrer Hauptebene und Verschwenkbewegungen zwischen je zwei Endstellungen ausführen.

Eine derartige Vorrichtung zur Umwandlung von Windkraft in mechanische Kraft kann in geringer Höhe gebaut werden, die Flügel brauchen sich nur geringe Strecken bei ihrer Translationsbewegung zu bewegen und ihre Verschwenkbewegung beträgt nur wenige Winkelgrade. Trotzdem weist diese Wind kraftanlage gute Wirkungsgrade auf. Wird diese Windkraftan lage beispielsweise auf Flachdächern von Hochhäusern aufgebaut, so sind die sich bewegenden Flügel vom Erdboden aus über haupt nicht sichtbar, weil die Bewegung nur eine relativ geringe ist, obwohl erhebliche Kräfte aus diesen Bewegungen abgeleitet werden. Aber auch dort, wo die Windkraftanlage sichtbar ist, verschlechtert sie nicht städtebauliche An sichten wie dieses Flügelräder tun, da die Windkraftanlage mit geringer Bauhöhe ausgeführt werden kann und die Flügel bewegungen nicht sehr groß sind.

Eine besonders günstige Ausführungsform dieser Windkraftan lage, bei der die umgewandelte Kraft die mechanische Kraft einer drehenden Welle ist, die mit Hilfe von mindestens zwei der Windkraft ausgesetzten Flügeln angetrieben wird, besteht darin, daß die Welle eine Kurbelwelle ist, und daß die Flügel am Ende von Stangen angeordnet sind, deren anderes Ende in Kurbeln der Kurbelwelle gelagert sind und die in mittleren Bereichen verschiebbar und/oder verschwenkbar in oder an einem Gestell gelagert sind. Diese Vorrichtung ist einfach herstell bar, weist eine lange Lebensdauer auf und zeichnet sich durch besondere Funktionstüchtigkeit aus. Für das Anlaufen lassen dieser Vorrichtung ist es aber erforderlich, daß die Flügel nicht in einer der beiden Extremstellungen stehen, weil dieses Stellungen sind, in denen ein selbsttätiges An laufen nicht möglich ist.

Ein selbsttätiges Anlaufen nach einer Windstille oder einem Stillsetzen der Vorrichtung ist dann gewährleistet, wenn drei (oder eine ungeradzahlige Anzahl von) Flügeln vorgesehen sind und die Kurbeln um 120 Winkelgrade (oder um 360 Winkel grade dividiert durch die Anzahl der Flügel) gegeneinander versetzt sind.

Die Welle kann in horizontaler oder vertikaler oder beliebi ger Schräganordnung angeordnet sein. Es ist möglich, daß die Flügel auf einer Seite der Welle angeordnet sind, es besteht aber auch die Möglichkeit, daß insbesondere bei vertikaler An ordnung der Kurbelwelle, auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle Flügel angeordnet sind.

In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn die Stangen über ihr Lager an der Kurbelwelle hinaus verlängert sind und mit dem Ende dieser Verlängerung einen weiteren Flügel tragen.

Damit die Vorrichtung immer in die günstigste Windstellung gebracht werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die Welle und die sie antreibenden Flügel auf einem Drehgestell angeordnet sind.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargetellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht von vorne auf eine Vorrichtung mit horizontal angeordneter Kurbelwelle,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II/II bei einer Ausführungsform des Lagerbockes mit einem in einem Schlitz bewegten Rollenlager,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III/III mit einem Lagerbock, bei dem ein Stein in einem Schlitz ver schiebbar ist,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV/IV mit einem Lager bock, bei dem der Stab mittels eines Lenkers gelagert ist,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 1,

Fig. 6 eine Frontansicht einer Ausführungsform mit vertikal angeordneter Kurbelwelle,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 6.

Die Vorrichtung der Fig. 1 weist drei Flügel 1 auf, deren aerodynamische Form im Querschnitt einem Tropfen entspricht, eine Form, wie sie von Flugzeugtragflächen bekannt ist. Jeder Flügel ist am Ende mindestens einer Stange 2 befestigt, deren anderes Ende mit einem Lager 3 in einer Kurbel 4 der Kurbelwelle 5 gelagert ist. In einem mittleren Bereich ist jede Stange 2 in dem Lager 6 ein weiteres Mal gelagert. Die ses Lager 6 wird jeweils von einem Lagerbock 7 getragen, welcher zweckmäßigerweise ein weiteres Lager 8 für die La gerung der Kurbelwelle 5 trägt.

Die Lagerung des mittleren Bereiches der Stange 2 kann auf verschiedene Weise bewerkstelligt werden, und zwar in ähnlicher Weise wie dieses bei Pleuelstangen erfolgt:

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 weist der Lagerbock 7 einen Schlitz 9 auf, in welchem ein an der Stange 2 ange brachter Zapfen 10 verschiebbar ist, welcher zweckmäßiger weise ein Wälzlager 11 trägt, dessen Außenumfang gering fügig kleiner als die Breite des Schlitzes 9 ist. Dieser Zapfen bewegt sich in dem Schlitz 9 geradlinig zwischen zwei Endstellungen während der Drehung der Kurbelwelle 5 hin und her.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Lagerbock 7 ebenfalls mit einem Schlitz 9 versehen, in welchem ein Stein bzw. Schlitten 12 hin- und herbewegbar ist, der auf dem Zapfen 10 an der Stange 2 angebracht ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 trägt der unsymmetrisch gestaltete Lagerbock 7 an seinem oberen Ende ein Lager 13 für einen Lenker 14, welcher in einem Lager 15 an der Stange 2 angelenkt ist.

Bei allen diesen Ausführungsformen erfährt der Flügel 1 bei einer Bewegung der Kurbelwelle 5 eine in vertikaler Richtung verlaufende Translationsbewegung und gleichzei tig eine Schwenkbewegung.

Es ist zweckmäßig, wenn bei einer Ausführungsform alle Lagerböcke gleich gestaltet sind, also entweder gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 oder Fig. 4 oder in anderer Weise.

In Fig. 2 befindet sich die Kurbel 4 in ihrer oberen Totpunktstellung. In dieser Stellung steht der Flügel 1 mit seinem im Querschnitt symmetrischen Profil mit seiner Hauptebene 16 in der höchsten Stellung. Die Hauptebene 16 verläuft horizontal. Eine derartige horizontale Stellung der Hauptebene des Profiles des Flügels 1 wird dann nur noch in der unteren Totpunktstellung der Kurbel 4 erreicht, wo sich der Flügel in seiner niedrigsten Stellung befindet. Da die den drei verschiedenen Flügeln zugeordneten Kurbeln jeweils um 120 Winkelgrade versetzt sind, kann immer nur einer von den drei Flügeln die Stellung der Fig. 2 ein nehmen, die anderen Flügel weisen Stellungen entsprechend Fig. 3 und Fig. 4 auf. In diesen Stellungen übt der angreifende Wind Kräfte auf die Flügel 1 aus, die auf die Kurbelwelle 5 übertragen werden. Da immer nur auf zwei Flügel Kräfte ausge übt werden, kann die Vorrichtung bei Wind in jeder Winkel stellung der Kurbelwelle anlaufen.

In Fig. 3 ist der Flügel 1 nach vorne bewegt, er befindet sich zwischen den beiden Totstellungen und ist mit seinem Vorderteil nach unten gerichtet. In Fig. 4 befindet sich der Flügel 1 ebenfalls zwischen den beiden Totstellungen, er ist gleichzeitig nach hinten verlagert und mit seinem Vorderteil nach oben gerichtet. In diesen Stellungen der Fig. 3 und 4 hat der angreifende Wind W die Möglich keit, auf den Flügel aerodynamische Kräfte wirken zu las sen, die über die Stange 2 auf die Kurbelwelle übertragen werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die Vorrichtung 3 Flügel 1 auf, von denen zwei immer so gestellt sind, daß der Wind an ihnen Kräfte ausübt. Diese sind in den Stangen derart gerichtet, daß sie an den Kurbeln 4 der Kurbelwelle 5 immer eine gleiche Drehrichtung hervorrufen. - Dabei braucht die Verschwenkung der Flügel nicht groß zu sein, in einem Ausführungsbeispiel ist sie so gewählt, daß sie zwischen +12° und -12° gegenüber der Horizontalrichtung schwankt.

In Fig. 5 ist zu sehen, wie die Vorrichtung der Fig. 1 mit ihrem Gestell 17 auf einem Drehkranz 18 angeordnet ist.

Das Gestell 17 zeigt nicht nur die Kurbelwelle 5 und die Lagerböcke 7, sondern auch einen schwanzförmigen Flügel 19, welcher der Ausrichtung des Gestells 17 in die günstigste Windrichtung dient.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 sind die Hauptebenen 16 der Flügel 1 vertikal angeordnet, ebenso ist die Kurbelwelle 5 vertikal angeordnet. Das Gestell 17 trägt bei dieser Ausführungsform daher einen Turm 20, an welchem die einzelnen Lagerböcke 7 befestigt sind. Es ist auch möglich, den Turm so zu gestalten, daß die Schlitze 9 bzw. Lager 13 an Bauteilen des Turmes ausgeführt sind. Mittig im Turm 20 verläuft die Kurbelwelle 5.

In allen Ausführungsfällen trägt die Kurbelwelle Ar beitsmittel, die zur Weiterleitung der in die Kurbel welle 5 eingespeisten Kraft dienen, sei es eine Riemen scheibe 21, seien es Ketten- oder Zahnräder oder sei es eine Kupplung, über die die in die Kurbelwelle 5 einge speisten Kräfte auf einen Verbraucher, z. B. einen elek trischen Generator, eine Pumpe oder irgend eine andere Maschine übertragen werden.

Auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7, bei denen die Flügel in zwei Reihen beidseitig der Kurbelwelle 5 angeordnet sind, ist das Gestell 17 auf einem Drehkranz 18 angeordnet und weist einen schwanzförmigen Flügel für die günstigste Einstellung in den Wind auf.

Liste der Bezugszeichen
1 Flügel
2 Stange
3 Lager
4 Kurbel
5 Kurbelwelle
6 Lager
7 Lagerbock
8 Lager
9 Schlitz
10 Zapfen
11 Wälzlager
12 Stein
13 Lager
14 Lenker
15 Lager
16 Hauptebene
17 Gestell
18 Drehkranz
19 schwanzförmiger Flügel
20 Turm
21 Riemenscheibe

Claims

1. Vorrichtung zur Umwandlung von Windkraft in mechanische Kraft mit Hilfe von sich bewegenden Flügeln, gekennzeichnet durch eine Anordnung und Aufhängung der Flügel (1), bei der die Flügel (1) gleichzeitig eine Translationsbewegung und eine Verschwenkbewegung um eine durch ihren Quer schnitt verlaufende Achse ausführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die umgewandelte Kraft die mechanische Kraft einer drehenden Welle ist und bei der mindestens zwei der Windkraft ausgesetzte Flügel vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine Kurbelwelle (5) ist, und daß die Flügel (1) am Ende von Stangen (2) angeordnet sind, deren anderes Ende in Kurbeln (4) der Kurbelwelle (5) gelagert sind und die in mittleren Bereichen verschieb bar und/oder verschwenkbar in oder an einem Gestell (17) vorzugsweise mit Lagerböcken (7) gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei (oder eine ungeradzahlige Anzahl) Flügel (1) vorgesehen sind und die Kurbeln (4) um 120° (oder um 360° dividiert durch die Anzahl der Flügel (1)) gegen einander versetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß insbesondere bei vertikaler Anordnung der Kurbelwelle (5) auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwelle (5) Flügel (1) angeordnet sind,
und daß die Stangen (2) über ihr Lager (3) an der Kurbel welle hinaus verlängert sind und mit dem Ende dieser Ver längerung den weiteren Flügel (1) tragen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (5) und die sie antreibenden Flügel (1) auf einem Drehgestell (17, 18) angeordnet sind.