DE4305640A1 - Windrotor mit Düsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Windrotor mit Düsen und konisch- zylindrischem Körper.

Düsen haben in der Luftfahrt die Propellerantriebe weitgehend verdrängt. Ein Windrad für Windkraftanlagen mit Düsen ist im Jahre 1973 in der schweizer Patentschrift A5 564 687 be­ schrieben worden. Ein scheibenförmiger Rotor mit Strömungs­ umlenkung zur Drehung durch Windkraft ist in 0 347 291 A1 beim Europäischen Patentamt, eine z. T. axiale Windkraftweiterleitung und Umlenkung durch zahlreiche Düsen in einem insgesamt scheibenförmigen Rotor in US Patent 1,433,995 (1922), ein konischer außen-seitlich offener Rotor mit zahlreichen synergetische Stell­ winkel besitzenden Windblättern in US Patent 3,228,475 im Jahre 1966 beschrieben worden. Auch in WO 87/07328 sind Flügel in den äußeren Bereich des windseitig geschlossenen Kegelmantels gesetzt. In DE P 42 07 718.4 wird die Rotation allein durch die am konisch zylindrischen Rotorkörper nach außen bogig vorgerückten Düsen für synergetischen tangentialen Schub bewirkt. In DE P 42 21 201.4 werden die verschiedenen Möglichkeiten des Einsatzes eines solchen flügellosen leicht handbaren Rotors auch in sehr unterschiedlichem Gelände/Zonen, im Wasser, auch für Aufwind dargetan.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, flügellose, vergleichsweise kompakte und somit gegen Sturm widerstandfähige Rotoren, die allein von Düsen angetrieben werden, vor allem für das Betreiben von Windkraftwerken zu beschreiben.

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 über dem für die Luftströmung undurchlässigem konisch-zylindrischem Rotor in mehreren (zahlreichen) radial um die Drehachse angeordneten Windkammern für die tangentiale Beaufschlagung von Düsen ein Raum verdichteter Windenergie geschaffen wird statt der linear gestreckten Luftverdichtungs­ zonen je hinter dem bekannten Stellwinkel von Windflügeln. Es be­ stehen keine großen Löcher im beanspruchten Windkreis bzw. der benutzte Windkreis wird energetisch mit dem zugleich vergleichs­ weise kompakt konstruierbaren, haltbaren Rotor bei breiter Be­ festigung auch an der Achse/Welle besser ausgenutzt. Das Düsenprinzip besagt, daß praktisch verlustfrei Druckenergie in Bewegungsenergie umgewandelt werden kann. Jede für Energiege­ winnung mit doppeltem Gefälle ausgerüstete Windkammer besitzt eine modifizierte Trichterform, je mit dem "tiefsten Punkt" am Boden einer jeden am Außenrand des Rotors herausgerückten, tangential beaufschlagbaren Düse. Von der wabenförmigen Konstruktion der­ artiger aus dauerhaftem Leichtmaterial hergestellten Rotoren, die maximale Leistungen an der horizontalen Achse/Welle mit konisch-zylindrischem Drehkörper und Düsen erbringen, ist eine vergleichsweise störungsfreie Energiegewinnung über längere/unbe­ grenzte Zeit in verschiedenen Bereichen wie auf Pontons, im Gebirge unter relativ günstigen technischen Bedingungen zu erwarten.

Es zeigt

Fig. 1 den Blick in Windrichtung auf einen Windrotor 1 mit 12 zugleich den Rotor 1 verfestigenden Windkammern 4, 4a, 4b, 4c, die vor allem horizontal im Raum einzusetzende Achse/Welle 2, die vergleichsweise zum herkömmlichen Flügelrotor sehr stark profilierte Vorderfläche des Rotors 1, die radiär um die Welle 2 mit je stufenlosen Gefällen 4a, 4b je zur Düse 6 angeordneten Windkammern 4, 4c mit je modifiziert trichterförmiger Gestaltung und tiefstem Punkt am Boden einer jeden zugeordneten Düse 6, welche von der Windkammer beaufschlagt Schub zur Drehung des Rotors I synergetisch bewirkt, die äußere bzw. seitliche Begrenzung 7 einer jeden Windkammer 4, 4c, den ebenfalls einer jeden Wind­ kammer 4, 4a, 4b, 4c zugeordneten Überstand 5 seitlich außen am Rotor 1, um eine jede Düse 6 bei eingefangener Windenergie tangential am Rotor 1 außen am langen Hebel zur Welle 2 beaufschlagen zu können.

Fig. 2 das zur Fortleitung der Windkräfte je auf die zugeordnete Düse ausgerichtete doppelte stufenlose Gefälle 4a und 4b, so daß sich maximale Druckkräfte vor der Düse 6 ausbilden zum tangen­ tialen Schub des Rotors 1.

Fig. 3 einen radialen Schnitt durch den Rotor 1 mit dem Gefälle 4a gebenden Block 4 der Windkammer, die seitliche senkrecht gegen den Wind gestellte Begrenzung 7 und den dadurch zylindrisch begrenzten Windkammerraum 4c.

Fig. 4 die Welle 2 des Rotors 1, die sich trichterförmig für die Düse 6 auswirkende Gestalt einer jeden synergetischen Windkammer 4, 4a, 4b mit der Windkraftansammlung vor der Düse 6 zur je tangentialen Beaufschlagung.

Fig. 5 den Blick von vorn nochmals zur Erläuterung dieser Verhältnisse.

Fig. 6 den Blick von der Seite auf einen solchen vergleichsweise zum Flügelrotor kompakten, in sich durch Kammern verfestigten Rotor 1, die Basalplatte 3 des Rotors 1, welche senkrecht an der Welle 2 befestigt ist, die der Vorderfläche des Rotors 1 ein starkes Profil gebenden Windkammern 4 mit je stufenlosem doppeltem Gefälle 4a und 4b, den seitliche Überstand 5 der Grundplatte 3, die seitlich am Rotor 1 herausgerückte Düse 6, ihre seitliche Begrenzung 7, die seitliche zylinderförmige Begrenzung 7 auf der anderen Seite des Rotors 1, der je in den Windkammern 4, 4a, 4b, 4c gebildete Raum 4c zur Windkraftansammlung und synergetischen Beaufschlagung einer jeden zugeordneten Düse 6.

Fig. 7 zum Vergleich einen in bekannter Weise weit gestreckten, entsprechend in sich wenig verfestigten, modernen Flügelrotor, seine Drehachse 2 und die je am Flügel hinten linear gestreck­ ten Luftverdichtungszonen infolge des vorgeschalteten bekannten Stellwinkels.

Claims (14)

1. Windrotor mit Düsen für vielseitigen Einsatz sowie zur Strom­ erzeugung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor einen konisch-zylindrischen, gegen den Wind zu stellenden Körper (4), bei vergleichsweise kompakter Bauart zum be­ kannten Flügelrotor besitzt,
daß dieser Rotor ( 1) vor allem an der horizontalen Achse /Welle (2) einzusetzen ist,
daß die vordere gegen den Wind gerichtete konische Fläche nach hinten v-förmig symmetrisch gerichtet ist,
daß zur Energiegewinnung die Vorderfläche des Rotors (1) mehrere (zahlreiche) Windkammern (4, 4a, 4b, 4c) besitzt, an deren Vorderfläche gleichsinnig je zwei deutliche stufenlose Gefälle (4a und 4b) zur Fortleitung der Windkraft auf die zugeordneten Düsen (6) vorhanden sind,
daß sich für jede Windkammer (4a, 4b, 4c) am äußeren Rand des Rotors (1) je ein zur Welle (2) exzentrischer bogiger Überstand (5) gleichsinnig zur basalen tangential herausgerückten Auf­ nahme der Düse (6) hinten an der insgesamt trichterförmigen Windkammer (4, 4a, 4b, 4c) befindet,
daß eine jede Windkammer (4, 4a, 4b, 4c) ebenfalls gleichsinnig und den Überstand (5) einbeziehend eine wandartige seitliche Be­ grenzung (7), zugleich seitliche Begrenzung (7) des Rotors (1) zur Windenergieansammlung und Zuleitung der Energie (4c zur zugeordneten Düse (6) besitzt,
daß diese seitlichen Begrenzungen (7) je zugleich die seitliche Wand/Begrenzung einer jeden zugeordneten Düse (6) zur tangen­ tialen Beaufschlagung einer jeden Düse (6) synergetisch darstellen,
daß jede Düse (6) bei dem Rotoraufbau (1) durch Windenergiean­ sammlung (4c) in den trichterartigen Windkammern (4, 4a, 4b) und bei gleichsinniger Fortleitung der Strömungsenergie (4c) zu sich summierenden tangentialen Schub außen am Rotor (1) beaufschlagt wird.

2. Windrotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sicher und breit an der Achse/Welle (2) befestigte/um­ laufende Rotor (1) aus festem dauerhaftem Material besteht wie Kunststoff, Holz, Metall, Verbundstoffe, aus Kohlenstoff­ fasern und ähnlichem.

3. Windrotor nach Patentanspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterwand (3, 5) des Rotor (1) Verstrebungen zur Welle (2) aufweist.

4. Windrotor nach Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Wind selbst Windaufstau hinter einer jeden Düse (6) nach synergetischem tangentialem Schub am Rotor (1) sofort nach hinten zum Rotor (in Richtung des Windes) beseitigt wird, möglicherweise sogar mit Unterdruckwirkung am Außenrand des Rotors (1) in Verstärkung seiner Drehkraft.

5. Windrotor nach Patentanspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Sturmschäden Sicherheitsklappen in den Körper (1) des Rotors an geeigneter Stelle installiert sind, die sich bei vordem festgelegter hoher Druckbelastung öffnen.

6. Windrotor nach Patentanspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere das zweite Gefälle (4b) einer jeden Windkammer (4, 4a, 4b, 4c), auf die jeweiligen Windkräfte abgestimmt, während des Betriebes variabel gesteuert werden kann.

7. Windrotor nach Patentanspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß bei größerer seitlicher Ausdehnung des Rotors (1) bei nach vorn verlängerter Achse/Welle (2) durch Stahlseile Verstrebungen zur Außenkante (3, 5, 7) des Rotor (1) vorhanden sind.

8. Windrotor nach Patentanspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß derartige Rotoren mit Düsen (6) auch an der mit der Achse (2) schräg in den Wind gestellten Turbine (1) kaum geminderte Leistung erbringt.

9. Windrotor nach Patentanspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung leichten Materials eines ausgedehnten Rotors (1) solche Rotoren (1) auch an der senkrechten Achse (2) zur Strom­ gewinnung und anderes in warmen Ländern eingesetzt werden können.

10. Windrotor nach Patentanspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die flügellose kompakte Bauart dieses Rotors (1) mit Düsen (6) es grundsätzlich erlaubt, mit vergleichsweise niedrigen Masten aus­ zukommen.

11. Windrotor nach Patentanspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß solche Rotoren (1) mit Düsen (6) auf Schiffen, Pontons, auf Gebäuden, im Gebirge und an anderen Stellen, Landschaften zur Gewinnung erneuerbarer Energie eingesetzt werden.

12. Windrotor nach Patentanspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die für tangentialen Schub am Rotorrand (1, 4, 5, 7) radial herausgerückte Düse (6) bei basaler fester Begrenzung (3, 5) eine schlitzförmige Gestalt hat und bei äußerer seitlicher Begrenzung 7 gegen den Wind gerichtet ist.

13. Windrotor nach Patentanspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß von technischen Belangen abgesehen, mit der Zunahme der Zahl synergetischer Windkaminern (4, 4a, 4b, 4c) am selben Rotor (1) seine Drehleistung bei vergleichsweise abnehmendem Widerstand des Rotors (1) zum Wind erhöht wird.

14. Windrotor nach Patentanspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß Windflügel herkömmlicher Art nicht direkt an der Achse (2) auch mit Stellwinkelveränderung befestigt, sondern über einen konisch-zylindrischen Drehkörper mit Windkammern (4, 4a, 4b, 5, 6, 7) und Düsen (6) indirekt an die Achse/Welle (82) "angebunden"/ be­ festigt sind und bei dieser Art der breiteren Befestigung auch Stellwinkelveränderungen der Flügel möglich sind.