DE4403419A1 - Windgöpel - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft eine Windkraftmaschine, die mit Flügeln versehene Rotoren umfaßt und auf Schienenkreisen gesichert, verfahrbar erstellt werden kann.

Windkraftmaschinen weisen gewöhnlich Turbinenräder auf, die aus einem Kranz von gegenüber der Drehachse und gegenüber der Windrichtung schräg angestellten Flügeln besteht. Die Drehachse weist dabei in Wind­ richtung oder weicht jedenfalls nicht wesentlich von der Windrichtung ab. Dabei ist die sogenannte Windradfläche, nämlich die vom Wind durch­ strömte Radfläche, stets kreisförmig, und die außerhalb der Kreisfläche liegende Luftbewegung bleibt ungenutzt. Auch die häufig geringe Anzahl der eingesetzten Flügel verhindert eine optimale Ausnutzung des auf die Kreisfläche wirkenden Winddrucks.

Die Neuerung beschreitet daher einen anderen Weg, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare Windkraftmaschine zu schaf­ fen, mit der sich ein vorhandener Winddruck auch auf relativ kleiner Fläche sowie ohne 8eschränkung auf die Größe und Kreisform der Anlage optimal ausnutzen läßt. Der Windkraftgöpel kann beliebig groß erstellt werden und arbeitet somit effektiver, als alle bisher bekannten Windkraftanlagen.

Die Lösung nach der Neuerung besteht darin, daß mindestens zwei für eine synchrone, aber gegenläufige Drehbewegung miteinander gekoppelte Ro­ toren, die jeweils symmetrisch sowie in sternförmiger Anordnung von der zur Windrichtung etwa senkrechten Drehachse des Rotors ausgehende Flügel mit im wesentlichen radialer Erstreckung der Flügelflächen aufweisen, inein­ andergreifend angeordnet sind.

Der einzelne in der Anordnung nach der Neuerung verwendete Rotor läßt sich somit, vom Prinzip her gesehen, mit dem Windrad eines Windmessers vergleichen, dessen Flügel sich ebenfalls im wesentlichen radial von der Drehachse ausgehend erstrecken, und zwar, in Achsrichtung gesehen, mit s-förmigem Verlauf zweier an der Drehachse des Rotors gegenüberliegender Flügel.

Die Flügelflächen der neuerungsgemäß verwendeten Rotoren können sowohl eben als auch einfach gewölbt (Fig. 3) oder doppelt gewölbt (Fig. 1,2,4) ver­ laufen.

Zweckmäßig weist jeder Rotor drei Flügel auf, und an diesem generell bevor­ zugten Ausführungsbeispiel wird die Neuerung im folgenden weiter erläutert.

Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Flügel benachbarter Rotoren derart ineinandergreifend angeordnet sind, daß jeder Flügel bei jeder Umdrehung seines Rotors während seiner Eingriffsphase mit Flügeln benachbarter Rotoren dreimal momentan einen rechten Winkel mit den Flügeln des oder der anderen benachbarten Rotors bzw. Rotoren bildet. Außerdem sollen miteinander kämmende Flügel einander möglichst nahe­ kommen, jedoch ohne einander zu berühren.

Der synchrone Lauf benachbarter Rotoren beginnt zweckmmäßig in einer Ausgangsstellung, in der sich zwei Flügel benachbarter Rotoren entweder parallel oder zueinander senkrechter Stellung gegenüberliegen.

Durch den gegenseitigen Eingriff benachbarter, gegenläufig drehender Roto­ ren findet stets eine teilweise Überdeckung der sich gerade entgegen der Windrichtung bewegenden Flügel statt. 8etrachtet man eine bevorzugte aus zwei Rotoren bestehende Anordnung, so sind deren Flügel über einen Schwenkbereich von 180° dem ungehindert zur Einwirkung kommenden Winddruck in Schwenkrichtung ausgesetzt, und zwar sobald der Flügel wäh­ rend seines Umlaufs vor dem Wind die Trennebene überschritten hat, die in Windrichtung durch die Drehachse des Rotors verläuft. Nach erneutem Überschreiten der Trennebene "hinter" dem Wind und bei beginnendem Ein­ schwenken entgegen der Windrichtung wird der Flügel zunächst größten­ teils durch den vor ihm laufenden Flügel des anderen Rotors vom Wind abgeschirmt, so daß auf den Flügel zunächst kaum Wind entgegen der Drehrichtung des Rotors einwirkt. Erst auf seinem weiteren Weg entgegen der Windrichtung wird der Winddruck gegen die Drehrichtung des Rotors wirksam, wenn der entsprechende Flügel des anderen Rotors den Flügel nicht mehr verdeckt.

Die resultierenden Kräfte bzw. Momente aus in und aus entgegen der Dreh­ richtung des Rotors auf die Flügel wirkendem Winddruck sind jedoch voll ausreichend, um eine relativ hohe Ausnutzung des Winddrucks sicherzustel­ len, der auf die von den Rotoren eingenommene Fläche wirkt.

Die Flügel sollen aus einem dünnen, flächenhaften Material bestehen, wie beispielsweise aus Segeltuch oder aus Folie, wobei mit diesem Material vor­ zugsweise ein Rahmen bespannt wird. Es kann jedoch auch ein eigensteifes Material wie Blech oder Kunststoff verwendet werden, so daß der Rahmen entfällt.

In der Wahl der Lage der Achsen der Rotoren ist man relativ frei, solange die Achsen im wesentlichen senkrecht zur Windrichtung stehen. Sie können folglich vertikal oder horizontal, gegebenenfalls auch schräg angeordnet sein. So sind bespielsweise Windkraftgöpel ausführbar in Form eines quadra­ tischen oder auch eines rechteckigen Gestells mit vertikaler oder horizontaler Erstreckung, in dem die Drehachsen der Rotoren beidseits gelagert sind.

Die Rotorenanordnung ist zur Windrichtung vorzugsweise einstellbar, näm­ lich schwenkbar angeordnet, um stets eine wirkungsvolle Anströmung der Flügel zu gewährleisten. Dies bedeutet, daß die Windrichtung möglichst stets senkrecht zu der Ebene steht, die durch die beiden Drehachsen benachbarter Rotoren verläuft.

Ausführungsbeispiele der Neuerung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer schematischen Anordnung des Windkraftgöpels bestehend aus zwei Rotoren mit in einer Ebene doppelt gewölbten Flügeln;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung des Wind­ kraftgöpels mit automatischer Ausrichtung gegenüber der Wind­ richtung.

Fig. 3 eine Draufsicht einer schematischen Anordnung des Windkraft­ göpels bestehend aus zwei Rotoren mit in einer Ebene einfach ge­ wölbten Flügeln.

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung des Wind­ kraftgöpels, bei dem der Rotor 2 um den Rotor 1 auf dem Fahrge­ stell 19, das sich auf einem Gleiskörper bewegt, mittels Fremdsteue­ rung in die günstigere Windrichtung und bei Sturm in den Wind­ schaften des Rotors 1 verfahren wird.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Windkraftgöpel weist zwei Rotoren 1, 2 auf, die jeweils drei doppelt gewölbte Flügel aus eigensteifem Material wie Blech, Kunststoff oder dergleichen in der aus er Zeichnung ersichtlichen An­ ordnung und Befestigung an einer Welle, der Einfachheit halber nachste­ hend jeweils als Drehachse 4 bezeichnet, umfassen. Ebenfalls schematisch ist in Fig. 1 eine Basis 5 angedeutet, in der die unteren Enden der Drehach­ sen 4 drehbar gelagert und bespielsweise über eine Kette 6, deren Laufrichtung ebenso wie die Drehrichtung der Rotoren 1, 2 kenntlich ge­ macht sind, die beiden Rotoren 1, 2 für eine synchrone, aber gegenläufige Drehbewegung miteinander gekoppelt sind. Mit dem Doppelpfeil 8 wird le­ diglich darauf hingewiesen, daß über eine Drehlagerstelle 9 die Möglichkeit für eine selbsttätige Einstellung der Anordnung gegenüber der jeweiligen Windrichtung besteht. Die Doppelwölbung der Flügel 3 verbessert die Wind­ druckausnutzung.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist aus den wiederum jeweils mit drei Flügeln 3 versehenen Rotoren 1, 2 eine Anordnung gebildet, die um eine Schwenkachse 10 schwenkbar und dabei auf einem kreisförmigen Gleiskör­ per 15 verfahrbar ist zwecks automatischer Einstellung gegenüber der durch Pfeil 11 angedeuteten Windrichtung. Eine Brücke 14, auf der die beiden Ro­ toren 1, 2 drehbar gelagert sind, sichert die gegenseitige Lage der Rotoren 1, 2, und auf dieser Brücke befindet sich auch der aus der Kette und aus Ket­ tenritzeln 6a in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise gebildete Ketten­ trieb als mechanische Kopplung zwischen den beiden Rotoren 1, 2. Die Brücke 14 ist gegenüber der Schwenkachse 10 geringfügig außermittig versetzt, um eine leichte Schwenkbewegung um die Schwenkachse 10 bei der Selbsteinstellung der Anordnung gegenüber der Windrichtung zu ermöglichen.

Im vorliegenden Fall bestehen die Flügel 3 jeweils aus einem Rahmen 16, der mit einer Folie oder einem Gewebe 17 zwecks Ausbildung der notwendigen Flügelfläche bespannt ist. Die Hauptwindrichtung ist durch den Pfeil 18 ge­ kennzeichent, während die Drehrichtung der Rotoren 1, 2 durch die Pfeile 12 kenntlich gemacht ist.

Aus den Zeichnungen ist für die Ausführungsbeispiele leicht ersichtlich, daß die jeweils außen frei umlaufenden Flügel 3 dem vollen Wimddruck ausge­ setzt sind, während sie auf ihrem inneren Weg bei gegenseitigem Eingriff der Flügel 3 einander teilweise überdecken, so daß auf dieser Umlaufstrecke ein geringerer Winddruckanteil auf die Flügel zur Einwirkung kommt. Daraus resultiert ein Drehmomentenüberschuß, abzüglich der Reibungverluste, und der Nettoüberschuß an Drehmoment bestimmt den gewinnbaren Anteil der Windenergie.

Claims (11)

1. Windkraftgöpel bestehend aus mit Flügeln versehenen Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei für eine synchrone, aber gegenläufige Drehbewegung miteinander gekoppelte Rotoren, die jeweils symmetrisch sowie in sternförmiger Anordnung von der zur Windrichtung etwa senkrechten Drehachse des Rotors ausgehende Flügel mit im we­ sentlichen radialer Erstreckung der Flügelflächen aufweisen, ineinander­ greifend angeordnet sind.

2. Windkraftgöpel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotor drei oder mehrere Flügel aufweist.

3. Windkraftgöpel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flügel (3) benachbarter Rotoren (1) derart ineinander­ greifend angeordnet sind, daß jeder Flügel (3) bei jeder Umdrehung sei­ nes Rotors (1, 2) während seiner Eingriffsphase mit Flügel (3) benach­ barter Rotoren (1, 2) dreimal momentan einen rechten Winkel mit den Flügeln des oder der anderen benachbarten Rotors bzw. Rotoren (1, 2) bildet.

4. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander kämmende Flügel (3) einander möglichst nahekommen, jedoch ohne einander zu berühren.

5. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch eine mechanische Kopplung der Rotoren (1, 2) durch Zahnrad- und/oder Kettengetrieb (6, 6 a).

6. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (3) aus mit einem dünnen Material wie Segeltuch oder Folie (17) bespannten Rahmen (16) oder aus eigensteifem Material wie Blech oder Kunst­ stoff gebildet sind.

7. Winkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (4) der Rotoren (1, 2) entweder vertikal oder horizontal angeordnet sind.

8. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rotorendanordnung zur Windrichtung einstellbar, nämlich schwenkbar angeordnet, beispiels­ weise auf einem Schienenkreis (15) selbsttätig verfahrbar vorgese­ hen sind.

9. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rotorenanordnung zur Windrichtung und zur Verhinderung der Zerstörung bei Sturmein­ wirkung, wie in Fig. 4 dargestellt, durch Fremdsteuerung des Fahr­ gestells (19) auf dem Schienenkreis (15) oder auf Wasserpontons in den Windschatten des Rotors (1) verfahrbar vorgesehen sind.

10. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rotoren (1, 2) mit ineinandergreifenden Flügeln (3), je nach Achsrichtung horizontal bzw. vertikal nebeneinander bzw. übereinander angeordnet sind.

11. Windkraftgöpel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kopplung der Rotoren (1, 2) gleichzeitig zur Abnahme und Ver­ wertung der gewonnen Wind kraft benutzt wird.