DE4030559A1

DE4030559A1 - Windturbine zur besseren ausnutzung der windkraft

Info

Publication number: DE4030559A1
Application number: DE4030559A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Med Schubert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1992-04-02
Also published as: DE4030559C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft.

Aus Umweltgründen ist die zunehmende Erzeugung erneuerbarer Energie er forderlich. Hierfür ist u. a. die Windenergie geeignet, um durch Windkraft werke elektrischen Strom zu erzeugen. Schon vor Jahrhunderten sind Windmühlen mit horizontaler Achse benutzt worden. Moderne Windkraftwerke wie der "Growian" besitzen zwei langgestreckte, nicht eigentlich gekrümmte je 50,2 Meter lange Windflügel. Eine andere Windturbine mit senkrecht gestellter Achse, welche als Eole - Beherrscher der Winde beschrieben wurde, besitzt senkrecht parallel zur Achse gegenübergestellte bogenförmige aus Windkästen zusammengesetzte Flügel, deren Krümmung auf eine Hyperbel bezogen wurde. Dieses Windkraftwerk sei 115 Meter hoch, Blatt-Spannweite 64 Meter. Literatur: Möglichkeiten und Problemlösungen der Stromerzeugung mit Windkraftwerken, Hugo Mühlöcker, Chem.-Ing.-Tech. 61 (1989) Nr. 6, S. 453-459. Eole - Beherrscher der Winde, Rudolf Weber, Strom-Themen, S. 6 und 7, Informationszentrum der Elektrizitätswirtschaft, e. V. Frankfurt-Main (1990 von der Firma Siemens dankenswert erhalten).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch die oft verwendeten Windturbinen mit horizontaler Achse leistungsfähiger zu gestalten.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen, der Zeichnung und deren Beschreibung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß wie für Turbinen mit senkrechter Achse nun auch zur Steigerung der Windwirkung bei Windturbinen mit horizontaler Achse gekrümmte Flügel eingesetzt werden, um die Windkräfte zur Drehung auf die peripheren Teile der entsprechend geformten Windflügel zu konzentrieren. Zur Weiterleitung des zentral um die Achse der Windturbine eintreffenden Windkräfte ist ein konischer außen glatter Körper vorhanden, dessen vorderer Teil in einer gegen den Wind gerichteten Spitze ausläuft. Dieser konische axiale Körper, der auf der nach vorn verlängerten Achse zugleich mit den Flügeln befestigt ist, gibt die hier eintreffenden Windkräfte auf die nach hinten verlaufenden hyperbelförmig geformten Flügel, deren peripheren Teile praktisch senkrecht zur Drehachse verlaufen, weiter, so daß auf der Peripherie der Flügel angereicherte Windenergie, dem Stellwinkel folgend, unter günstigen Bedingungen zur Drehung eingesetzt werden kann. Die Flügel haben differenzierte Profile aufzuweisen. Hierzu gehört auch ein quer zur Längsachse des Flügels peripher (am äußersten Rand) gesetzter Wulst zur Ablenkung der weit außen am Flügel konzentrierten Windenergie zur Rotation der Turbine. Um die Rotation weiterhin zu begünstigen, ist die vordere Fläche peripherer Teile des Windflügels in stärkerem Maße am Stellwinkel zu beteiligen. Auch bei stärkerem Wind können solche Turbinen mit nach hinten gekrümmt ausladenden Flügeln besser widerstehen. Eine solche Turbine mit von vorn gesehen fast pfeilförmigen Flügeln ist in der Lage, sich auch selbst in die Windrichtung einzustellen bei vergleichsweise ruhigem Lauf des Windrades. Vergleichsweise mit anderen Windkraft werken, die eine horizontale Achse und plan weitausladende Windflügel besitzen, dürften in Verwendung der beschriebenen Turbine auch die dahinter angeordneten Maste/sonstige Haltevorrichtungen weniger beansprucht werden bei wahrscheinlich auch größerer Laufruhe des Generators für Strom.

Windenergiefortleitung zur wirksamen Peripherie der Flügel kann auch unter aerodynamisch günstigen Abdeckungen an der Vorderfläche der Windflügel wie auch beispielsweise vom zentral positionierten Konus über der Achse erfolgen.

Es zeigen:

Fig. 1 den Blick auf eine Windturbine 1 mit der horizontalen Achse 2, die durch bogenförmigen Verlauf nach hinten verkürzt erscheinenden Windflügel 4, den axialen vorn spitz gegen den Wind auslaufenden Konus 3, der stufenlos hyperbelförmig seitlich auf die Flügel 4 übergeht mit Fortleitung axial wenig wirksamer Windkräfte, den vorderen mehr oder weniger spitzen Teil 5 des konischen Körpers 3, zur Fortleitung von Windkräften flache Furchen 6 zur Fortleitung der Windströmung auf periphere Teile der Windflügel 4, Wulstungen 7 im Bereich der äußeren Kante der Windflügel 4 zur Konzentration der Windenergie auf periphere Teile der Windflügel 4 mit Umlenkung der Luftströmung, dem Stellwinkel folgend, zur Drehung der Turbine 1.

Fig. 2 den senkrechten Schnitt durch eine Windturbine 1 mit den nach hinten ver laufenden und hyperbelförmig gebogenen Windflügeln 4, die vorn an dem Konus 3 befestigt sind, den vorderen spitzen Teil 5 des Konus 3, die Befestigung des Konus 3 zugleich mit den Flügeln 4 an der nach vorn verlängerten Achse 2, die Fortleitung von Windkräften auf die peripheren Teile der Flügel 4, die Begünstigung der Fortleitung von Windkräften auf periphere Teile der Flügel 4 durch furchenartige der Längsachse folgenden flachen Furchen 6, am äußeren Rand der Flügel vor allem quergesetzte nach vorn gegen den Wind gerichtete Wulstungen 7 zur Ablenkung der konzentriert auf periphere Teile der Flügel 4 konzentrierten Windkräfte, dem Gefälle des Stellwinkels folgend, zur Drehung der Turbine 1, die Lager 10 der Welle 2 im Turm des Mastes 11 und die Ankopplung eines Generators zur Erzeugung von Strom 9.

Fig. 3 eine Tabelle mit einem gestreckten schmalen 50,2 Meter langen Flügel des "Growian-Windkraftwerkes" im Vergleich zu einem Kaplanlaufrad mit weiteren technischen Angaben, aus oben vermerkter Mitteilung von Ing. (grad) H. Mühlöcker.

Fig. 4 eine klassische Windmühle mit ihrem bekannten Triebwerk desgleichen aus der Veröffentlichung von Ing. (grad) H. Mühlöcker.

Fig. 5 den Blick auf einen Teil der Windturbine 1 mit dem Flügel 4, die horizontale Achse 2, den um den vorderen Teil der nach vorn verlängerten Achse 2 befestigten Konus 3 zur Weiterleitung der Windkräfte auf den Flügel 4 mit der peripheren Wulstung 7, seitlich rechts vom Flügel 4 die an Querschnitten eingetragenen ver schiedenen Stellwinkel 4a für mediale Teile des Flügels 4 mit flachem Stellwinkel, 4b mit steilerem Stellwinkel des Windflügels 4 in seinem peripheren Anteil, so daß in der Peripherie des Flügels 4 bei langem Hebel die rotierenden Kräfte für die Turbine 1 verstärkt sind. Über Windfortleitungsfurchen 6 befinden sich Abdeckungen 8.

Claims

1. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, dadurch gekennzeichnet,
daß die horizontale Achse (2) der Windturbine (1) nach vorn verlängert ist,
daß das Profil der Windflügel (4) hyperbelförmig gekrümmt ist, wobei die bogenförmig offene Fläche gegen den Wind zu richten ist,
daß die Befestigung der Flügel (4) über einen zentral-axialen konischen Körper (3) am vorderen Teil der nach vorn verlängerten Achse (2) erfolgt,
daß Vorrichtungen vorhanden sind zur Konzentration der Windkräfte auf periphere Teile der Windflügel (4),
daß Windgleitfurchen (6) am Konus (3) wie der Flügel (4) vorhanden sind,
und daß an der Außenkante der Flügel (4) zumindest eine desgleichen windschlüpf rige weitgehend quer zur Längsachse des Flügels (4) gegen den Wind verlaufende Wulstung (7) vorhanden ist, um die peripher am Flügel (4) konzentrierten Windkräfte, dem Stellwinkel folgend, optimiert zur Drehung der Turbine (1) einzusetzen.

2. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windturbine (1) weniger als vier Windflügel der beschrieben Art besitzt.

3. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellwinkel der Windblätter (4) schraubenförmig zur Peripherie des Windflügels (4) verstärkt ist in Begünstigung der Drehwirkung für die Turbine (1).

4. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windflügel (4) zum Teil hohl sind.

5. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt die Windflügel (4) der beschriebenen Art eine aerodynamisch günstige Form haben.

6. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (4) in der Längsachse im Bereich des konischen Körpers (3) bzw. an der Achse drehbar sind.

7. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sturm die Flügel (4) um 180 Grad zur Vermeidung von Schäden gedreht werden können.

8. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die V-Form der Flügel (4) von sich aus, ohne Fremdbetätigung, bewirkt, daß sich die Turbine (1) bzw. das Windrad (1) automatisch als Feineinstellung zur Gewinnung erneuerbarer Energie in den Wind stellt, wobei diese Eigenschaft dazu beiträgt, durch Wind optimiert erneuerbare Energie zu gewinnen.

9. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die peripheren, somit die Außenflächen des Windflügels (4) verbreitert sind wie das auch bei Windmühlen der Fall ist.

10. Windturbine zur besseren Ausnutzung der Windkraft, nach Patentanspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortleitung von Windströmung/Windenergie von medialen Teilen des Flügels (4) wie vom Konus (3) unter aerodynamisch günstigen Abdeckungen (8) im Körper des Flügels (4), gegebenenfalls in rohrartigen weitlumigen Leitungen und düsenförmigen Vorrichtungen zur Verstärkung der Rotation der Turbine (1) erfolgt.