DE3828361A1

DE3828361A1 - Windstaerkenabhaengig gesteuerte um die vertikalachse drehende windkraftanlage mit festen und beweglichen rotorblaettern

Info

Publication number: DE3828361A1
Application number: DE3828361A
Authority: DE
Inventors: Johannes Sieberns
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-20
Filing date: 1988-08-20
Publication date: 1990-02-22

Description

Die Windkraftanlage zeichnet sich dadurch aus, daß sie zuverlässig eine in Zwangsführung laufende automatisch durch Windkraft bewirkte Einstellung der beweglichen Rotorblätter ermöglicht. Nach den hier bekannten Unterlagen ist diese Art der Steuerung bei windbewegten Konvertern noch nicht angewendet worden.

In der Auslegungsschrift des Europäischen Patentamtes 00 46 122 B1 ist eine Windkraftanlage beschrieben, die aus einem oder mehreren Rotoren mit verstellbaren um die Mitte drehbaren beweglichen Rotorblättern besteht, die zwischen Windleitblechen laufen. Eine Darstellung über die Steuerung der Windleitbleche und der ganzen Anlage fehlt.

Patent DE 26 02 380 C3 beschreibt eine Anlage, die mit Fliehkraftgewichten eine Steuerung der beweglichen Rotorblätter ermöglicht.

Bei beiden Anlagen wird nutzbare Energie verschenkt, weil auf die festen Rotorblätter verzichtet wird.

Die Offenlegungsschrift DE 35 26 342 A1 beschreibt eine Anlage, bei der feste und bewegliche Rotorblätter zur Anwendung kommen. Hier soll die Steuerung der beweglichen Rotorblätter über Seile ermöglicht werden und die Regulierung der Rotordrehzahl durch Verkürzung der v. g. Seile.

Die Offenlegungsschrift DE 36 31 709 A1 beschreibt eine Anlage mit festen Rotorflügeln, die halbkreisförmig von einem Schutzblech umschlossen und dadurch beim Rücklauf nicht gebremst werden. Hierbei wird das Schutzschild über einen Drehkranz nachgeführt.

Ähnlich wie bei der vorstehenden Anlage wird bei der Offenlegungsschrift DE 30 45 826 A1 auch mit festen Rotorblättern und in diesem Fall mit vorgehängten Windleitvorrichtungen gearbeitet.

Die im Antrag beschriebene um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage mit automatischer Drehzahlregelung mit festen und beweglichen Rotorblättern arbeitet nicht nach einer der im vorstehenden beschriebenen patentierten oder ausgelegten Arbeitsweise. Sie hat gegenüber den v. g. Anlagen den Vorteil, daß die Windaufschlagfläche ohne Unterbrechung von der Mittelverkleidung bis an den Rand des beweglichen Rotorblattes durchläuft und somit die Windkraft voll aufnimmt. Die Steuerung der beweglichen Rotorblätter erfolgt automatisch durch den Wind über stabile Umsetzvorrichtungen, die in jedem Betriebszustand wirken.

Im Einzelnen erfolgt die Zwangsführung der beweglichen Rotorblätter (1) über eine Rolle (2), die an der unteren Verstrebung des Blattes angebracht ist und an einem senkrecht stehenden Leitblech (3) läuft, das seinerseits auf einem Drehkranz (4) befestigt ist. Das Leitblech verläuft vom Punkt (5) an, wo das bewegliche Blatt fest gegen die obere und untere Rotorscheibe gedrückt wird, linear steigend bis zu einem Größtwert an der gegenüber liegenden Seite (6) auf. In dem Bereich der größten Windbelastung liegt die Rolle des beweglichen Blattes wegen der großen Bremswirkung in diesem Bereich nicht mehr an dem Leitblech. In dem Bereich eines Viertelkreises liegt der bewegliche Flügel vielmehr an der Feststellvorrichtung (7) an.

Die für den Betrieb der Windkraftanlage notwendige Drehzahlregelung wird über die Verriegelung der beweglichen Blätter mit den elektromagnetisch wirkenden Feststellern (11) auf dem Rand der unteren und oberen Rotorscheibe erreicht. Der Feststellstift erhält eine Abschrägung an der inneren Seite damit er nach Abschalten des Magnetstromes von alleine das unter leichtem Federdruck stehende bewegliche Rotorblatt freigibt. Die elektromagnetisch betriebenen Feststeller werden durch Schalter (12) gesteuert, die von Fliehkraftgewichten (13) ausgelöst werden. Dabei sind die Schalterarme (14) so einstellbar, daß sie die Schalter bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit einschalten und sie in dieser Lage festhalten, bis die Rotordrehung langsamer wird und die Pendel zurückschwingen. Die einzelnen Schalterarme sind alle verschieden lang, so daß in einem weiten Bereich die Drehung des Rotors geregelt werden kann. Dies ist sogar noch bei extrem hohen Windgeschwindigkeiten möglich, weil dann alle Rotorblätter anliegen und der Rotor solange weiterdreht, bis der Wert erreicht wird, wo der zuletzt geschlossene Schalter als erster das Blatt wieder frei gibt. Gesteuert über das Windmeßrad auf der Mittelsäule (15) läßt sich die Anlage aber über die Feststeller auch ganz stillegen, wenn dies aus Stabilitätsgründen notwendig sein sollte.

Bei Unterschreitung einer bestimmten Windgeschwindigkeit werden über das Windmeßrad an der Säulenspitze nacheinander alle beweglichen Blätter festgestellt. Dies ist notwendig, weil sonst beim Anlaufen des Rotors nach einer Windstille und Drehung des Windes, die Blätter gegen das Leitwerk laufen könnten. Nach Erreichen der notwendigen Startgeschwindigkeit werden über das Windmeßwerk alle Feststeller gelöst, die in der richtigen Stellung stehenden Blätter werden durch eine leichte Federkraft angestellt, vom Wind erfaßt und lassen die Anlage selbständig wieder anlaufen.

Der Drehkranz (4) ist eine mehrfach abgewinkelte Kreisringfläche. Auf deren oberer Fläche das Leitblech (5/6) befestigt ist. Unter dieser Ringfläche sind Laufrollen (16) angebracht, die auf einer fest auf das Unterbauwerk aufliegenden und damit verankerten Kreisringfläche laufen. Der äußere senkrecht stehende Mantelstreifen (17) wird durch seitlich anliegende horizontal drehende Rollen (9), die auf dem Bauwerk befestigt sind, in einer Kreisbahn um den Mittelpunkt der Anlage geführt. Auf der unteren nach innen abgewinkelten Kreisringfläche (18) liegen Rollen (19) auf, die ebenfalls am Bauwerk befestigt sind und den Drehkranz gegen Abheben sichern.

Die Decke des Unterbauwerkes (20) ist der obere Haltpunkt für die fest stehende Mittelsäule (21) und trägt über das um die Mittelsäule befestigte Lager (22) und entsprechend geformten Traversen (23) den Rotor. Der Rotor wird oben an der Säule auch durch ein Lager (24) gehalten. Möglich ist die Windkraftanlage auch mit einer drehenden Mittelsäule, an der der Rotorkörper befestigt ist. Hierbei entfällt das obere Lager für den Rotor, während das Lager für die Windleitfläche in der gleichen Form bleibt. Dafür ist aber ein Lager auf der Sohle des Unterbauwerkes notwendig. Diese Form der Anlage ist aber im Bau und in der Unterhaltung nicht so glücklich.

Bei der Ausführung der Windkraftanlage entsprechend Fig. 1-3 ist auf dem Drehkranz (4) in Fortsetzung des äußeren Mantelstreifens (17) ein Windleitwerk (8) in Form einer aerodynamisch geformten Fläche aufgesetzt. Dieses Leitwerk ist nur in einem kleinen Bereich über dem Mantelstreifen befestigt und kragt im übrigen Bereich aus. Deshalb ist es notwendig, dieses Leitwerk oben noch einmal zu lagern, damit eine Aussteifung dieser großen Fläche erfolgen kann. Über der Abdeckung der Windleitkonstruktion (25), wird bei der Ausführung nach Fig. 1-3 noch eine Windausgleich fläche (26) aufgesetzt um eine stabile Windführung zu gewährleisten. Die genaue Form der Windleitfläche und der oberen Ausgleichfläche muß durch Versuch ermittelt werden.

Bei der Ausführung der Anlage entsprechend Fig. 4-6, wird auf den Drehkranz die Leitfläche halbseitig den Rotor abdeckend angebracht. Die Drehung der Fläche (8) erfolgt durch ein von Kopfwindmühlen bekanntes Windradsystem. Das Rad (33) steht dabei rechtwinklig zur Windangriffsachse und wird deshalb nur in Gang gesetzt, wenn der Wind dreht. Dabei wird über eine nach unten führende Welle (35) und einem Zahnrad (36) an einem an dem Unterbauwerk befestigten Zahnkranz (37) das Windleitwerk in die Windrichtung zurückgedreht.

Bei der Ausführung entsprechend Fig. 7-9 ist der vordere Viertelkreis bis zum Schnitt B-B abgedeckt durch eine auf den Drehkranz aufsitzende Windleitfläche (8). Bewegt und in den Wind gehalten wird die Windleitfläche über einen Getriebemotor (29) und einer Welle (30) an einem Zahnkranz (31), der an der Aufkantung (17) montiert ist und so den Drehkranz bewegt. Die Steuerung erfolgt bei dieser Ausführung über den Windrichtungsanzeiger.

Die Windkraftanlage kann aber auch ohne Windleitfläche ausgeführt werden, wie in Fig. 10 dargestellt. Die Nachführung des Drehkranzes erfolgt dann auch hier über Getriebemotor und Windrichtungsanzeiger.

Am unteren Bereich der Traversen ist der Zahnkranz (27) montiert, an dem eine oder mehrere Wellen mittels kleiner Zahnräder die Kraft abnehmen und in den Betriebsraum der Anlage führen (28).

Die Windkraftanlage ist in jeder Größe ausführbar, wirtschaftlich zu betreiben und bequem mit Ersatzteilen zu bestücken. Sie paßt in ihrer kompakten Form gut in ebene Landstriche, die wegen der erforderlichen Windvorkommen als Standorte bevorzugt werden dürften. Die Anlage kann aber auch in schlanker mehr säulenähnlicher Form erstellt werden. Hierbei müßte die Mittelsäule dann aber sicher abgespannt werden, was bei dieser Konstruktion durchaus möglich ist.

Claims

1. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Wind kraftanlage, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer unteren und einer oberen Scheibe vier oder mehr feste Rotorblätter angeordnet sind, die im inneren Bereich gewölbt sind und dadurch um die Mittelsäule einen geschlossenen Raum bilden, die nach außen radial verlaufen und an deren Enden drehbare Klappflügel befestigt sind, die eine um den Rotorhalb messer gebogene Form haben und zur Anschlagseite hin in einen Kreis übergehen, der halb um die Lager herumgeführt wird.

2. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Wind kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rand der unteren und oberen Scheibe elektromagnetisch wirkende Feststell vorrichtungen angebracht sind, die in die Aussteifungsbleche der beweglichen Rotorblätter einrasten und diese feststellen.

3. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Wind kraftanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Feststeller, für jedes bewegliche Rotorblatt getrennt, durch Schalter bewegt werden, die durch an Pendelstangen hängende Fliehkraftgewichte einzeln ausgelöst werden und die auch im Falle einer notwendigen Stillegung der Anlage betriebsseitig oder per Fernbedienung von außen schaltbar sind.

4. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Rotorblätter über Rollen an einem Leitblech geführt und dabei geöffnet oder geschlossen werden, wobei das Leitblech verbunden ist mit einem Drehkranz, der unterhalb des Rotors auf dem Unterbau um die Mittelachse drehbar angeordnet ist.

5. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkranz mit dem Leitwerk zur Anstellung der beweglichen Rotorblätter seinerseits um die Vertikalachse drehbar gehalten wird, einmal durch Rollen die auf einer ebenen Kreisringfläche laufen, zum anderen durch seitlich anliegende Rollen und letztlich durch auf den Drehkranz innen auf liegende Rollen.

6. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehkranz aufliegend eine aerodynamisch geformte Windleitfläche befestigt ist, die eine Halbseite abdeckt, die ein Lager oberhalb des Rotors hat und die so geformt ist, daß sie den Drehkranz mit dem aufsitzenden Leitblech in Windrichtung stellt, damit die Rotorklappen in der richtigen Stellung von Wind getroffen werden und die soweit vorgezogen ist, daß sie die zurücklaufenden Rotorblätter schützt.

7. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehkranz aufliegend eine aerodynamisch geformte Windleitfläche befestigt ist, welche die vordere Viertelseite abdeckt und die durch einen Stellmotor über eine Welle und einen Zahnkranz an der äußeren senkrechten Seite des Drehkranzes in den Wind gedreht wird.

8. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehkranz aufliegend eine aerodynamisch geformte Windleitfläche befestigt ist, die eine Halbseite abdeckt, und die über ein horizontal drehendes in Windrichtung stehendes Windrad, daß bei Winddrehung anläuft, über eine Welle und ein Zahnradgetriebe in den Wind gedreht wird.

9. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die im vorangegangenen beschriebene Windkraftanlage ohne die Windleitfläche betrieben und durch einen Stellmotor über Welle und Zahnkranz wie in Anspruch 7 beschrieben in den Wind gedreht wird.

10. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper und das Windleitwerk um eine feststehende runde Mittelsäule an und auf Lagern drehen, die von oben über die Mittelsäule geführt und an dieser bzw. unten auf der Unterkonstruktion befestigt werden, so daß sie später nach Demontage weniger Rotorteile und Aufbockung des Rotors ausgewechselt werden können.

11. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper an der runden Mittelsäule befestigt ist die mitdreht, dabei auf der Sohle und der Decke des tragenden Bauwerkes befestigte Lager hat und das Windleitwerk oben die gleiche Lagerung erhält wie in Anspruch 7 beschrieben und wo die Mittelsäule oder der Rotor mit der Säule bei Auswechselung der Lager ausgehoben werden muß.

12. Windstärkenabhängig gesteuerte um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage, nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme der großen Lagerteile alle anderen Teile aus handelsüblichen Materialien bestehen, die vorgefertigt an der Einbaustelle mit einem normalen Baukran montiert und demontiert werden können, wobei ohne Ausnahme Schraubverbindungen möglich sind.