DE3928538A1 - Windturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine, bestehend aus mehreren, auf einer drehbaren Achse angeordneten, mit ge­ krümmten Flächen versehenen Formkörpern zur Übertragung der Energie der bewegten Luft auf die genannte Achse.

Es sind bereits Windturbinen bekanntgeworden, bei denen zwei gekrümmte, ineinandergreifende Flächen an einer Achse angeordnet sind (Savonius-Turbine).

Es ist ferner eine Windturbine bekanntgeworden, die aus einem S-förmig geformten Flügel, der eine Vollfläche bil­ det, aufgebaut ist, die als drehende Werbefläche benutzt wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die letztgenannte Turbine im Hinblick auf die Leistungs­ fähigkeit zur Energiegewinnung, den problemlosen Anlauf und einen geräuscharmen Lauf zu verbessern und diese als Träger von Sonnenenergiezellen zu nutzen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Windturbine gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

Mit der Windturbine gemäß der Erfindung werden mehrere Vorteile erreicht. So ist der Anlauf der Turbine aus einer beliebigen Windrichtung problemlos, da es infolge der Drehung der mit gekrümmten Flächen versehenen Form­ körper keinen "toten Winkel" mehr gibt.

Ferner wird der Schnellauf-Koeffizient verbessert, weil der Gesamtwiderstandsbeiwert verkleinert ist. Dadurch er­ gibt sich eine wesentliche Verbesserung der Leistung ge­ genüber den vorbekannten Windturbinen.

Die Windturbine gemäß der Erfindung läuft ferner geräusch­ arm und weist gegenüber der vorbekannten Turbine keine so­ genannten "wechselartigen Rotationsgeräusche" auf.

Diese Ergebnisse wurden im Windkanal durch Versuche be­ obachtet. Die Merkmale ergaben sich auf der Suche nach einer günstigeren Strömung bei einer relativen Stärke des Kerns, damit eine groß dimensionierte Achse Platz finden konnte. Die Höhe einer solchen vertikalen Turbine beeinflußt selbstverständlich auch die Dimensionierung der Achse. Die Turbine gemäß der Erfindung kann aber nicht nur vertikal, sondern auch horizontal oder in einem be­ liebigen Winkel zur Horizontalen angeordnet werden.

Die Formkörperelemente der Windturbine bestehen gemäß einer besonderen Ausführungsform aus S-förmig gebildeten Bandteilen oder aus Vollmaterial bestimmter Breite und sind aus Metall, Holz oder Kunststoff hergestellt.

Bei der Windturbine gemäß der Erfindung sind die mit den gekrümmten Flächen versehenen Formkörper in einem Winkel zwischen 5° und 30°, insbesondere zwischen 15° und 25°, gegeneinander versetzt und nach Art einer Wendeltreppe auf der Achse angeordnet. Dadurch ist die Verdrehung des oberen, letzten Formkörpers auch variabel und kann gegen­ über dem unteren Formkörper 90° bis 180° betragen.

Eine weitere Ausbildungsform der Windturbine gemäß der Erfindung besteht darin, daß die äußeren Seitenkanten der mit gekrümmten Flächen versehenen Formkörper in einem solchen Winkel schräg zur Längsachse verlaufen, daß nach der vorgesehenen Aneinanderreihung der Formkörper die äußeren Kanten derselben auf je einer stetig im Raum ver­ laufenden, gekrümmten Linie liegen.

Die einzelnen Formkörper können beispielsweise aus zwei S-förmigen und bandförmigen Kunststoffelementen bestehen, die derart zueinander angeordnet sind, daß in der Mitte ein verbreiterter Raum für den Durchtritt der Achse ent­ steht. Das Material kann Metall, Kunststoff oder Holz sein. Normalerweise wird bei kleinen Ausführungen ein Thermotiefziehverfahren angewendet. Bei größeren Aus­ führungen kann eine Glasfaser, Kohlefaser oder anderes Verstärkungsmaterial in einem geeigneten Kunststoff ver­ wendet werden, wobei die Formkörper gegebenenfalls auch im Sandwichverfahren, d. h. mit einer äußeren Haut und einem festen Kunststoffschaumkern, hergestellt werden können.

Zur weiteren, zusätzlichen Energiegewinnung können die gekrümmten Flächen der Formkörper mit Solarzellen ver­ sehen sein. Diese Solarzellen können beispielsweise in geringfügigen Vertiefungen in den beiden Flächen der S- und bandförmigen Kunststoffteile eingebettet sein.

Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel bevorzugter Aus­ führungsformen die Windturbine gemäß der Erfindung näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen mit gekrümmten Flä­ chen versehenen Formkörper zum Aufbau der Windturbine gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1a und 1b zeigen Seitenansichten entspre­ chend den Pfeilen des Formkörpers gemäß Fig. 1.

Fig. 1c zeigt eine Draufsicht in Achsrichtung auf zwei gegeneinander versetzte Formkörper.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer aus den Formkörpern gemäß Fig. 1 aufgebauten Wind­ turbine.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Windturbine von Fig. 2 mit eingesetzten Solar­ zellen im Prinzip.

Fig. 4 zeigt in Draufsicht und im Teilschnitt eine an­ dere Ausführungsform des mit gekrümmten Flächen versehenen Formkörpers.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer aus den Formkörpern gemäß Fig. 4 aufgebauten Wind­ turbine im Prinzip.

Wie sich aus den Figuren der Zeichnung ergibt, besteht die Windturbine gemäß der Erfindung aus mehreren mit ge­ krümmten Flächen versehenen Formkörpern als Flügelelemen­ te, wie sie in den Fig. 1 bis 1c dargestellt sind.

Diese Formkörper können aus Vollmaterial bestehen oder auch aus zwei S-förmig gebogenen Bandteilen 1, 2 aus Kunststoff, die derart miteinander verbunden sind, daß ein im mittleren Bereich freibleibender Raum 3 entsteht, durch welchen die verhältnismäßig große Achse 4 geführt werden kann. Die beiden Bandteile 1, 2 können in belie­ biger Weise miteinander verbunden werden. Es ist auch möglich, den Zwischenraum zwischen den Bandteilen mit Schaumstoff auszufüllen.

Im Bereich der beiden äußeren Krümmungen weisen die Form­ körper stufenartige Verbindungsflächen 5 auf, die senkrecht zu den bandförmigen Teilen 1, 2 angeordnet sind und eine leichte Krümmung besitzen.

Wie sich aus Fig. 1b ergibt, weisen die äußeren Kanten 7 der Formkörper eine im Winkel zur Achse 4 verlaufende Krümmung auf.

Wie sich aus Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1c ergibt, sind mehrere, in Fig. 1 dargestellte Flügelelemente auf der Achse 4 derart angeordnet, daß sie in Art einer Wen­ deltreppe gegeneinander in einem Winkel von ca. 5° bis 30°, insbesondere 15° bis 25°, versetzt sind. Die äuße­ ren Begrenzungskanten 7 weisen eine derartige Steigung und eine solche Krümmung auf, daß nach dem Zusammenset­ zen sämtlicher Formkörper die äußeren Kanten 7 aller Flä­ chenelemente auf je einer stetig im Raum verlaufenden, gekrümmten Linie 8 bzw. 9 liegen. Der stetige Verlauf garantiert eine völlig glatte und bündige Gesamtkante, so daß keine vorstehenden Teile, die sich aerodynamisch nachteilig auswirken, vorhanden sind. Die Krümmungen der Linien 8, 9 verlaufen somit schraubenartig im Raum.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, sind auf die Flächen der Formkörper Photozellen 10 aufgebracht, die beispiels­ weise in Vertiefungen 11 (Fig. 1) in den Flächen 1, 2 montiert oder eingeklebt werden können.

Die Windturbine gemäß der Erfindung kann über die Achse 4 beliebig und in bekannter Weise einen Generator oder mechanische Aggregate, wie Pumpen, Kompressoren, Ven­ tilatoren od. dgl., antreiben.

Durch die Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die Wind­ turbine den Vorteil auf, daß Wind- und Sonnenenergie mit­ einander gekoppelt sind, wobei bei Windstille immer noch Sonnenenergie gewonnen werden kann und beispielsweise auch nachts Windenergie erzeugt wird, so daß eine viel­ seitige Energiegewinnung mit der Windturbine gemäß der Erfindung möglich ist. Eine derartige Wind-Sonnenenergie- Turbine erreicht, auf das Jahr gesehen, eine gegebenen­ falls wesentlich größere Leistung als eine andere Tur­ bine.

In den Fig. 4 und 5 ist eine abgewandelte Ausführungs­ form der Turbine gemäß der Erfindung dargestellt. So sind an den Treppenstufenflächen 5 der mit gekrümmten Flächen versehenen Formkörper hohle, zusätzliche Leitprofile 12 vor­ gesehen, die, wie sich aus Fig. 5 ergibt, einen zusammenhän­ genden Leitflügel oder ein zusammenhängendes Leitprofil 13 bilden, welches längs der Kanten 8, 9 der gesamten Windtur­ bine verläuft. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß der to­ te Winkel der einzelnen, mit gekrümmten Flächen versehenen Formkörper wesentlich verkleinert ist und dadurch eine höhe­ re Drezahl entsteht bzw. eine größere Leistung erreicht wird.

Wie sich aus den Fig. 2 und 5 ferner ergibt, können auch an den Flächen des oder der gekrümmten, mit Flächen versehenen Formkörper/s senkrecht zu den Formkörpern ver­ laufende Leitflächen 6 angeordnet sein.

Claims (9)

1. Windturbine, bestehend aus mehreren, auf einer dreh­ baren Achse angeordneten, mit gekrümmten Flächen ver­ sehenen Formkörpern zur Übertragung der Energie der bewegten Luft auf die genannte Achse, dadurch gekennzeichnet, daß die mit gekrümm­ ten Flächen versehenen Formkörper im Querschnitt et­ wa S-förmig ausgebildet sind und einen verstärkten Mittelbereich zur Durchführung der Achse (4) aufwei­ sen, wobei die Formkörper in Art einer Wendeltreppe versetzt auf der genannten Achse (4) angeordnet sind, wobei die Verbindung in jeder Stufe eine senkrecht zu den Formkörperelementen verlaufende Stufenfläche (5) bildet.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Formkörperelemen­ te aus S-förmig gebildeten Bandteilen (1, 2) oder aus Vollmaterial bestimmter Breite bestehen und aus Metall, Holz oder Kunststoff hergestellt sind.

3. Windturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper­ elemente in einem Winkel von etwa 5° bis 30°, insbe­ sondere 15° bis 25°, gegeneinander versetzt nach Art einer Wendeltreppe auf der Achse (4) angeordnet sind.

4. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Flächen des oder der gekrümmten, mit Flächen ver­ sehenen Formkörper/s senkrecht zu den Formkörpern ver­ laufende Leitflächen (6) angeordnet sind.

5. Windturbine nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußeren Seitenkanten der Formkörper­ elemente in einem solchen Winkel schräg und gekrümmt zur Längsachse verlaufen, daß nach der vorgesehenen Aneinanderreihung der Formkörperelemente die äußeren Seitenkanten (7) auf je einer stetig im Raum verlau­ fenden, gekrümmten Linie (8, 9) liegen.

6. Windturbine nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Formkörperelemente aus zwei S- und bandförmigen Kunststoffteilen derart zusammengesetzt sind, daß in der Mitte ein Raum (3) zur Durchführung der Achse (4) entsteht, wobei der Innenraum mit Kunst­ stoffschaum ausgeschäumt sein kann.

7. Windturbine nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß auf den Flächen der Formkörperelemente Solarzellen (10) angeordnet sind.

8. Windturbine nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Solarzellen (10) in Vertiefungen (11) in den S-förmig gekrümmten, band­ förmigen Formkörperelementen (1, 2) beispielsweise durch Kleben oder Montieren, angeordnet sind.

9. Windturbine nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß vor den konkaven Flächen der S-förmigen Formkörperlemente konkave, zusätzliche Leitprofile zur Bildung eines durchgehenden, an den äußeren Kanten (8, 9) gebildeten Leitflügels oder Leitprofiles vorgesehen sind.