DE4444757A1

DE4444757A1 - Gebläse bzw. Windgenerator

Info

Publication number: DE4444757A1
Application number: DE4444757A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Lehmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-20

Description

Es sind Gebläse, insbesondere Axialgebläse bzw. Ventilatoren mit elektrisch betriebenen Aggregaten bekannt, bei denen ein Rotor ein Flügelrad treibt, während das dem Rotor entgegenwirkende Aggregatelement als Stator ausgebildet ist, welcher sein gegenüber dem Rotor vorhandenes Reaktions moment auf irgendwelche Befestigungselemente überträgt (vgl. z. B. Produktunterlagen der Firma Papst oder Matsushita). Das Reaktionsmoment wird nicht genutzt, und es wird Energie dazu verbraucht, die Luft teilweise in Rotation zu versetzen, statt sie ausschließlich in Förderrichtung zu bewegen. Darüberhinaus sind die Reibungsverluste bei hoher Drehzahl eines einzelnen Flügelrades recht groß, da bekanntlich die Reibung quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt. Weiterhin erbringen die recht großen Durchmesser der Motorenteile einen großen Strömungswiderstand, welcher die effektive Gebläse leistung nochmals reduziert.

Es sind auch mehrstufige Gebläse bekannt, bei denen z. B. zur Erhöhung des Förderdruckes mehrere Förderräder angeordnet sind, die zum Teil mit unter schiedlichen Drehzahlen bzw. auch gegenläufig arbeiten. Diese Drehzahlunter schiede bzw. Gegenläufigkeiten werden durch Getriebe oder Zusatzaggregate mit den entsprechenden Energieverlusten bzw. Kosten bewirkt.

Die gleichen Ausführungsprinzipien sind zum Teil auch im Bereich der Windgeneratoren bzw. Windkraftwerke bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebläse bzw. Windgenerator ohne die genannten Nachteile auszubilden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen in einem gesteigerten energetischen bzw. mechanischen Wirkungsgrad, in kostengünstigerer und leichterer Bauweise. Weitere Einzelheiten und Merkmale gehen aus der bei liegenden Zeichnung hervor.

Dabei zeigt die Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Generators, welcher natürlich ebenso ein Hydraulik- oder Pneumatik-Generator bzw. ein Elektro-, Hydraulik- oder Pneumatik-Motor sein kann. Man erkennt hier ein Flügelrad 1 auf der Welle eines Rotors 3 sowie ein in Gegenrichtung arbeitendes Flügelrad 2, welches in diesem Ausführungsbeispiel direkt auf einen äußeren Rotor 4 installiert ist. Mindestens ein Drehlager 5 trägt diese Einheit, egal ob auf dem Innen- oder Außenrotor oder beiden installiert. Je nach Generator- oder Motorenart (Drehstrom, Gleichstrom usw.) wird über zumindest einen Kollektor oder Schleifringe 6 die erzeugte Leistung abgegriffen bzw. beim Motor die Leistung zugeführt. Bei einem hydraulischen oder pneumatischen Aggregat wären statt der Kollektoren/Schleifringe alternative übliche rotationsfähige druckdichte Verbindungselemente vorhanden. Das Flügelrad 1 weist unter Umständen eine andere Flügelzahl und evtl. auch Steigung als das Flügelrad 2 auf. Bei Strömung in Richtung A ist das Flügelrad 2 sinnvollerweise auch größer ausgebildet als das Flügelrad 1, sofern kein äußerer Gehäusering 7 (strichpunktiert dargestellt) vorhanden ist, welcher die Ausbreitung der durch das Flügelrad 1 in Rotation versetzten Luft in radialer Richtung verhindert. Ein anderes Drehlager 8 auf einem Ständer 9 ermöglicht die Richtungseinstellung, wobei der möglichst dünnwandige Steg 10 gleich als richtungsstabilisierende Windfahne wirkt. Ebenso sollten die Flügelräder 1 und 2, in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Achse des Drehlagers 8 angeordnet sein.

Wird nun angenommen, daß das Flügelrad 1 bei Strömungsrichtung A linksherum rotiert, so erhält die Luft einen Rechtsdrall.

Danach wird nun das Flügelrad 2 angeströmt, welches den äußeren Rotor 4 in Gegenrichtung, also rechtsherum, treibt. Durch den vorhandenen Rechtsdrall der Luft wird hier das Drehmoment verstärkt.

Bei einem durch Motor getriebenen Gebläse liegt die Drallausbildung der Luftströmung naturgemäß entgegengesetzt, das heißt in Drehrichtung des Wind bzw. Flügelrades 1, wobei der Drall durch das gegenläufige Wind- bzw. Flügelrad 2 in Förderrichtung umgelenkt wird und somit verstärkend auf die Förderung wirkt. Durch Umwandlung des üblichen statischen Aggregatelementes in ein beweg liches, wie hier, entfällt ein statisches Reaktionsmoment, welches nur tragende Teile belastet, und es existiert dafür ein zweites Aktionsmoment, welches naturgemäß gleich dem ersten Aktionsmoment ist. Bei drehmomentgleicher Ausbildung der Flügelräder 1 und 2 drehen diese mit gleicher Drehzahl gegenläufig, wobei sich ergibt, daß die "innere" Drehzahl des Generators oder Motors doppelt so hoch ist. Dieser Umstand führt zu einer kleineren, leichteren sowie kosten- und strömungsgünstigeren Bauweise. Zur Verdeutlichung der "inneren" Drehzahl des Generators oder Motors: Flügelrad 1 dreht z. B. mit 1000 U/min. linksherum und Flügelrad 2 mit ebenfalls 1000 U/min. rechtsherum, was eine Drehzahl ,,innerhalb" des Generators oder Motors von 2000 U/min. ergibt und somit eine kleinere Bauweise ermöglicht, als bei einem halb so schnell drehenden Generator oder Motor gleicher Leistung. Betrachtet man nun eine solche Ausführung von Seiten der Drehzahlhalbierung für die Flügelräder, so wird deren Reibungswiderstand in der Luft durch die Geschwindigkeitshalbierung auf ca. ein Viertel zurückgesetzt. Durch die Anbringung von zwei Flügelrädern verdoppelt sich der geviertelte Widerstand auf ca. die Hälfte des Widerstandes eines einzelnen, doppelt so schnell drehenden Flügelrades, was weniger Energieverlust bedeutet. Hinzu kommt die Umwandlung des Dralls der Luft in den eigentlich beabsichtigten Förderstrom bei einem Gebläse.

Bei einem Gebläse bzw. Ventilator mit einem doppelt so schnell drehenden einzelnen Flügelrad wäre die Drallerzeugung statt Förderung und somit Energieverlust sehr hoch, da der viermal so hohe Strömungswiderstand dazu führt, daß sehr viel Luft in Umfangsrichtung mitgerissen wird.

Als Gebläse bzw. Ventilator ist dieses Konzept extrem vorteilhaft, wenn hohe Gebläseleistungen bei kleinster Bauweise gefordert sind, zum Beispiel im Computerbereich.

Ebenso vorteilhaft läßt sich mit einem solchen Generator schon bei einer relativ geringen Windgeschwindigkeit Energie erzeugen.

Claims

1. Gebläse bzw. Windgenerator mit zwei gegenläufigen Wind- bzw. Flügelrädern, von denen eines mit der Welle oder dem Gehäuse des üblicherweise rotierenden Teiles eines Motors bzw. Generators verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Wind- bzw. Flügelrad (2) über eine koaxial zur ersten Welle verlaufende zweite Welle mit dem dem rotierenden Teil entgegenwirkenden Element des Motors bzw. Generators verbunden oder auch direkt auf diesem angeordnet ist und dieses Element ebenfalls rotationsfähig gelagert ist.

2. Gebläse bzw. Windgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Motor bzw. Generator um ein hydraulisch arbeitendes Aggregat handelt.

3. Gebläse bzw. Windgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Motor bzw. Generator um ein pneumatisch arbeitendes Aggregat handelt.

4. Gebläse bzw. Windgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Motor bzw. Generator um ein elektrisch arbeitendes Aggregat handelt.

5. Gebläse bzw. Windgenerator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windflügel tragflächenähnlich profiliert sind.

6. Gebläse bzw. Windgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Windflügel verstellbar ist.

7. Gebläse bzw. Windgenerator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windräder 1 und 2 in Strömungsrichtung hinter dem Drehlager 8 angeordnet sind.