DE3831915A1 - Windenergiekonverter zur gewinnung elektrischer energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Windenergiekonverter, welcher auf einen Mast montiert wird, aber von den bisher üblichen Systemen wesentlich abweicht, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs definiert wird. Der Aufbau und die besonderen Merkmale der Windkraftnutzung lassen erkennen, daß dieses System noch nicht zur Anwendung kam. Der Mast ist in einem Betonfundament verankert und wird mit dem Oberteil in Form einer Gabelung verbunden, die am unteren Ende in einen langen Zapfen verläuft und mit diesen durch ein Kugellager direkt in die im Mast dafür vorgesehene Öffnung einmündet. Auf dieser Gabelung befinden sich zwei Achslager für eine Achse mit großem Antriebszahnrad zum Betreiben der beiden Generatoren. Außerhalb der beiden Achslager befinden sich links und rechts auf der Achse je eine Nabe, welche jeweils zwei Windflügel mit deren Speichen verbinden. Die Flügel stehen gekreuzt zueinander, so daß immer zwei Flügel gleichzeitig im oberen Halbkreis unter Windeinwirkung stehen. Jede viertel Drehung steht ein Flügel voll im Wind und es gibt keinen toten Punkt, der überwunden werden muß. Dieses System ist ein langsamer Läufer und kann mit seinen Flügeln und den beiden Generatoren sämtliche Windstärken nutzen. Der linke Generator ist für die schwachen Winde vorgesehen, während der rechte Generator bei stärkerem Wind und der dadurch entstehenden höheren Drehzahl über die Fliehkraftkupplung selbsttätig zugeschaltet wird. Von da an werden zwei Generatoren betrieben, denn beide verfügen über ein gemeinsames Antriebsritzel und sind über die Fliehkraftkupplung miteinander verbunden. Auf den beiden Achslagern befinden sich auch die Standbeine für die Plattform, auf welcher die beiden Generatoren montiert sind. An der Gabelung wird auch die Windfahne montiert der die Aufgabe obliegt, die Anlage ständig im günstigen Wind zu halten. Falls der untere Teil des Mastes noch genügend Freiraum bietet und auch der Wind guten Zugang findet, kann man in Verbindung mit dem Mast einen Rahmen montieren, dessen seitliche Begrenzungen ebenfalls im Beton verankert werden. Links und rechts vom Mast könnte man je einen Darrieus-Rotor oder Turbine montieren. An Stelle von vier Halteseilen benötigt man nur zwei zur Mastsicherung, denn der Rahmen gibt den Mast von zwei Seiten halt und das benötigte Bodenareal bleibt dasselbe. Nun die Maße für die Energiebilanz.
Der Umfang vom Zahnrad 4 d ⌀ 2 m · 3,14 = 6,28 m.
Der Umfang vom Ritzel 4 b ⌀ 0,10 m · 3,14 = 0,314 m.

Bei einer Umdrehung vom Zahnrad 4 pro Sekunde entstehen 20 Umdrehungen vom Ritzel 4 b = 1200 U/min.
Speichenlänge 3 b = 16 m
Flügellänge 3 c = 13 m
Flügelbreite 3 c = 4 m

Zwei Flügelhälften haben zusammen 104 m², bei dieser Gelegenheit weise ich darauf hin, gutes Material und entsprechende Verstärkungen anzuwenden.
Windwirksame Fläche 13 m · 5,5 m = 71,5 m²

Da ständig zwei Flächen im oberen Halbkreis unter Windeinwirkung stehen sind es 143 m², die zur Berechnung anfallen. Für dieses Bausystem ist folgende Formel anwendbar.

p = 1/2 · pv³ · F = (W)

Windstärken: (1 m³ Luft = 1,293 Kg)
 0 - 0-0,2 m/s
 1 - 0,3-1,5 m/s = 312,01705 W oder 0,31201705 Kw
 2 - 1,6-3,3 m/s = 3322,3576 W oder 3,3223576 Kw
 3 - 3,4-5,4 m/s = 14 557,467 W oder 14,557467 Kw
 4 - 5,5-7,9 m/s = 45 581,208 W oder 45,581208 Kw
 5 - 8,0-10,7 m/s = 113 254,61 W oder 113,25461 Kw
 6 - 10,8-13,8 m/s = 242 963,93 W oder 242,96393 Kw
 7 - 13,9-17,1 m/s = 462 267,0 W oder 462,267 Kw
 8 - 17,2-20,7 m/s = 820 003,29 W oder 820,00329 Kw
 9 - 20,8-24,4 m/s = 1 342 993,9 W oder 1342,9939 Kw
10 - 24,5-28,4 m/s = 2 117 676,2 W oder 2117,6762 Kw
11 - 28,5-32,6 m/s = 3 203 003 W oder 3203,003 Kw
  40,0 m/s = 5 916 768 W oder 5916,768 Kw
  50,0 m/s = 11 556 187 W oder 11 556,187 Kw

Obwohl die Windflügel spitzwinkelig in den unteren Halbkreis eindringen, bleibt eine negative Wirkung in dieser Zone erhalten, dafür wird die Hebelwirkung vom Flügel bis zur Achse mit einer Länge von drei Metern nicht berechnet.

Da bei diesem System sämtliche Windstärken genutzt werden, ergibt es eine sehr gute Jahresbilanz und so mancher Unternehmer hätte für seinen Betrieb ausreichend Energie und kann Überschüsse ans Netz liefern und bei Bedarf zurücknehmen.

Es zeigt

Abb. 1 = der Teil eines Mastes, dessen unsichtbarer Unterteil in einem Betonfundament verankert ist, der Oberteil hat die Form einer Gabelung, dessen unteres Ende in einen runden Zapfen verläuft, und durch ein Kugellager hindurch direkt in die im Mast vorgesehene Öffnung einmündet, am oberen Ende der Gabelung befinden sich zwei Achslager, die gemeinsam eine Achse mit großen Zahnrad führen, wobei die Achse außerhalb der Lager links und rechts von je zwei Windflügeln betrieben wird, welche in Kreuzform versetzt zueinander stehen, außerdem befinden sich auf den Lagern die Standbeine für die Plattform, auf welcher die beiden Generatoren montiert sind, wobei der linke von den schwachen Winden betrieben wird, der rechte schaltet sich bei stärkerem Wind selbsttätig über eine Fliehkraftkupplung dazu,

Abb. 2 = eine Plattform für die beiden Generatoren mit einer Öffnung für das große Zahnrad,

Abb. 3 = eine Darstellung der kreuzförmig versetzten Naben mit Speichen,

Abb. 4 = eine Darstellung von einem Flügel, versehen mit Ringen und Seilen, welche zur Stabilisierung dieser großen Flächen beitragen sollen,

Abb. 5 = noch einmal ein Flügel, ausgestattet mit drei Winkelflächen zur zusätzlichen Stabilisierung, die aber zusätzlich beim Verlassen des oberen Halbkreises in horizontaler Lage die Windeinwirkung um einiges verlängern, indem sie dem Wind ihre breiten Flächen anbieten,

Abb. 6 = Ein Windflügel mit Halterungen, welcher die Anlage im günstigen Wind hält,

Abb. 7 = eine Darstellung zweier Nabenhalbschalen im zusammengeschraubten Zustand mit Achse und Speichenöffnung,

Abb. 8 = zwei Nabenhalbschalen mit einer Öffnung für die Achse und einen Keil, der die Nabe mit der Achse fest miteinander verbindet.

Positionsliste:

1 = ein Mast, dessen unsichtbarer Unterteil in einem Betonfundament verankert ist,
1 a = Seilhaltering zur Absicherung des Mastes,
2 = der Oberteil in Form einer Gabelung, an deren beiden Enden sich die Achslager für die Antriebsachse 2 b befinden,
2 a = der Zapfen von der Gabelung, welcher durch das Kugellager 2 F in die Öffnung im Mast 1 einmündet,
2 b = die Antriebsachse, von den Windflügeln 3 c betrieben,
2 c = die Plattform, worauf die Generatoren 4 und 4 a montiert sind,
2 d = eine Öffnung in der Plattform 2 c für das Zahnrad 4 d,
2 E = sind Feststellringe, welche die Antriebsachse 2 b fixieren,
2 F = ein Kugellager,
2 G = sind Halterungen für die Windfahne 2 H,
2 M = ein Keil, der die Achse 2 b mit der Nabe 3 und 3 a verbindet,
3 = die linke Nabe,
3 a = die rechte Nabe,
3 b = die Speichen,
3 c = sind die Flügelhälften,
3 G = sind an den Flügeln montierte Ringe,
3 H = sind zwischen den Ringen gespannte Seile zur Stabilisierung,
3 i = sind Winkelflächen, welche zwischen den Flügeln 3 c montiert werden und nur zur Stabilität beitragen, sondern auch noch zu einer Verlängerung der Windeinwirkung beitragen,
3 L = sind Nabenverschraubungen,
4 = der linke Generator,
4 a = der rechte Generator,
4 b = des Generatorenritzel,
4 c = die Fliehkraftkupplung, welche bei Windzunahme den großen Generator selbsttätig in Betrieb setzt,
4 d = das große Zahnrad, je nach Standort kann man auch die Größenverhältnisse von Zahnrad und Ritzel verändern, dieses System ist auch im Binnenland anwendbar, da es auch schon die schwachen Winde in Energie umsetzt und für die starken Winde gerüstet ist, was die Masthöhe betrifft, so kann man von zwanzig Meter aufwärts beginnen, eine Möglichkeit, die vielen Untenehmern einen eigenen wirtschaftlichen Energiespender anbietet.

Claims (1)

1. Windenergiekonverter zur Gewinnung elektrischer Energie, bestehend aus

   • - einen im Beton verankerten Mast (1), wobei der Oberteil in Form
     - einer Gabelung (2) besteht, deren unteres Ende in
     - einen Zapfen (2 a) verläuft und mit diesen durch
     - ein Kugellager (2 F) direkt in den Mast (1) einmündet, am Oberteil der Gabelung (2) befinden sich
     - zwei Achslager für
     - eine Antriebsachse (2 b), welche mit
     - einem großen Zahnrad (4 d) verbunden ist, Achse mit Zahnrad werden betrieben von insgesamt
     - vier Windflügeln (3 c), welche außerhalb der Gabelung (2) an den Enden der Achse (2 b) mit den Speichen (3 b) und den Naben (3 und 3 a) montiert sind, (zwei links und zwei rechts) und diese Kraft auf
     - zwei Generatoren (4 und 4 a) übertragen, welche über ein gemeinsames Ritzel (4 b) und
     - einer Fliehkraftkupplung (4 c) miteinander verbunden sind, wobei beide Generatoren auf
     - einer Plattform (2 c) montiert sind, der linke Generator (4) ist für die schwachen Winde, der Generator (4 a) schaltet sich bei starkem Wind selbsttätig über die Fliehkraftkupplung dazu, so daß alle Windstärken in Energie umgesetzt werden können. Die Flügel (3 c) werden stabilisiert mit je
     - drei Seilen (3 H) welche mit den
     - sechs Halteringen (3 G) verbunden werden, zusätzlich werden
     - drei Winkelflächen (3 i) zwischen die Flügel eingebaut, die gleichzeitig die Windeinwirkung günstig beeinflussen.