DE9419111U1

DE9419111U1 - Windkraftanlage und Rotorvorrichtung für dieselbe

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Publication number: DE9419111U1
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Authority: DE
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Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2004-11-30

Description

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28. November 1994 * &ldquor;··__· *&idigr; *! I H .

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BESCHREIBÜNG Windkraftanlage und Rotorvorrichtung für dieselbe

TECHNISCHES GEBIET 05

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage und dabei insbesondere auch eine Rotorvorrichtung für diese Windkraftanlage.

Windkraftanlagen, auch Windenergieanlagen genannt, dienen zur Stromerzeugung. Das bei der Stromerzeugung verwendete Medium Luft ist ein regeneratives Medium, das im Unterschied zu fossilen Brennstoffen bei der Stromerzeugung nicht verbraucht wird.

STAND DER TECHNIK

Windkraftanlagen bestehen aus einem turmartigen Ständer, auf dessen Spitze ein mit im allgemeinen drei Rotorblättern versehener Rotor angeordnet ist. Der Rotor ist seinerseits zusätzlich um eine Vertikale drehbar gelagert, um wechselnden Windgeschwindigkeiten richtungsmäßig folgen zu können. Seine Rotorblätter können luvseitig oder leeseitig vorhanden sein.

Die Leistung einer Windkraftanlage hängt unter anderem vom Rotordurchmesser, der Anzahl seiner Rotorblätter und der Windgeschwindigkeit ab. Eine Vergrößerung des Rotordurchmessers oder der Blattzahl ist bei den vorhandenen Windkraftanlagen kaum mehr möglich. Auch die Windgeschwindigkeit läßt sich nicht steuern. So sinkt beispielsweise die Leistungsabnähme bei Windgeschwindigkeiten etwa unterhalb 10 bis 15 Metern pro Sekunde (m/sec) stark ab.

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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Windkraftanlage anzugeben.

Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Die Erfindung zeichnet sich für die Rotorvorrichtung einer Windkraftanlage dementsprechend dadurch aus, daß zwei Rotoren mit gegenläufiger Drehrichtung angeordnet werden. Die dadurch mögliche Verdoppelung der Blattfläche der Rotorvorrichtung ergibt eine größere "Erntefläche" gegenüber einer vergleichbaren Windkraftanlage. Dadurch läßt sich der Wirkungsgrad beziehungsweise Nutzungsgrad einer solchen Windkraftanlage vergrößern. Dies gilt insbesondere für kleinere Windkraftanlagen, sogenannte Schnelläufer.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die beiden Rotoren über ein Getriebe so miteinander zu koppeln, daß ihre Drehachsen ineinanderfallen. Dabei können ihre beiden Drehachsen in eine gemeinsame Abtriebswelle einmünden. Dadurch läßt sich eine Ungleichförmigkeit des Antriebs, hervorgerufen durch jeweils einen Rotor, positiv beeinflussen. Die Schallemission kann dadurch vermindert werden, was für eine umweltfreundliche Akzeptanz einer Windkraftanlage bedeutsam ist.

Eine Vergrößerung der Nennleistung läßt sich ferner dadurch erzielen, daß erfindungsgemäß mehrere derartige Rotorvorrichtungen hintereinander angeordnet werden. So können eine erste, zwei gegenläufige Rotoren aufweisende Rotorvorrichtung luvseitig und eine entsprechend weitere Rotorvorrichtung leeseitig an einer Windkraftanlage vorhanden sein. Die jeweils luvseitig und leeseitig vorhandene Rotorvorrichtung kann ein gemeinsames Drehlager besitzen, so daß eine derartige Windkraftanlage auf einem turmartigen Ständer vorgesehen werden kann.

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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können mehrere Rotorvorrichtungen neben- und/oder hintereinander in einem winddurchströmten Gebäude vorhanden sein. Dies hat den Vorteil, daß die optisch störenden Rotorblätter innerhalb eines Gebäudes blickmäßig verborgen werden können. Die umweltfreundliche und damit gesellschaftliche Akzeptanz von auch großen Gebäuden ist größer als von im Gelände sich drehenden Windkraftanlagen heutiger Bauart.

Um den Wirkungsgrad oder Nutzungsgrad im unteren Leistungsbereich beziehungsweise bei Windstille zu erhöhen, kann zusätzlich eine Solarzellen-Stromerzeugungsvorrichtung an der Windkraftanlage beziehungsweise an den sie umgebenden Gebäudeteilen vorgesehen werden. Der durch die Solarzellen erzeugte Strom kann dann dazu genutzt werden, die Rotoren der Windkraftanlage im unteren Leistungsbereich motorisch anzutreiben. Dazu kann beispielsweise das Solarzellen-Antriebssystem in entsprechender Weise mit der Antriebs- und/oder Abtriebswelle der jeweiligen beiden Rotoren verbunden werden. Der durch die Solarzellen erzeugte Strom kann dann dazu verwendet werden, der Anlage innewohnende Leistungsverluste zu kompensieren. Dies ist insbesondere bei geringen Windgeschwindigkeiten wichtig.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den in den Ansprüchen weiter angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

KÜRZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung ist im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellen Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematisierte, perspektivische Teileinsicht einer Rotorvorrichtung für eine Windkraftanlage nach der Erfindung und

Fig. 2 eine mehrere Rotoren aufweisende, in einem winddurchströmten Gebäude angeordnete Windkraftanlage nach der Erfindung.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Von einer Windkraftanlage 10 ist in Fig. 1 ihre Rotorvorrichtung 12 dargestellt. Die Rotorvorrichtung besitzt zwei Rotoren 14, 16. Der Rotor 14 ist drehfest mit einer Welle 18 verbunden, an deren vorderen Ende ein, oder wie im vorliegenden Beispielsfall· zwei Rotorblätter 20 drehfest angebracht sind. Statt der beiden Rotorblätter können auch beispielsweise drei Rotorblätter vorgesehen werden. Sobald die Rotorblätter 20 infolge einer Windströmung (Pfeil 22) angeströmt werden, rotieren sie im vorliegenden Beispielsfall im Uhrzeigersinn (Pfeil 24) , so daß über die im gleichen Drehsinn rotierende Welle 18 auch der Rotor 14 im Uhrzeigersinn in Umdrehung versetzt wird. Der Rotor 14 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 2 6 verbunden.

Die WeMe 18 ist von einer Hohlwege 28 umgeben, die mit einem weiteren Rotor 16 fest verbunden ist. An ihrem anderen Ende trägt die Hohlwelle 28 zwei Rotorblätter 30. Ebenso wie bei den Rotorblättern 20 können auch die Rotorblätter 30 zu dritt vorhanden sein. Die Rotorblätter 30 sind so geformt, daß sie im Gegenuhrzeigersinn (Pfeil 32) bei gleicher Anströmrichtung (Pfeil 22) rotieren. Die Rotorblätter 20 und die Rotorblätter 30 besitzen damit unterschiedliche Drehrichtungen .

Die beiden Rotoren 14, 16 sind über mehrere Zahnritzel 34 gegenläufig miteinander verbunden. Die Zahnritzel 34 sind über

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Drehlager 36 in einem Gehäuse 38 der Windkraftanlage 10 gehalten. Über nicht dargestellte Drehantriebe läßt sich das Gehäuse 38 beziehungsweise die in ihm senkrecht angeordnete Welle 40 des oberen Lagers 36 und des unteren Lagers 36.1 entsprechend der Drehrichtung des anströmenden Windes (Pfeil 22) verstellen.

Ein die Windkraftanlage 10 anströmender Wind (Pfeil 22) läßt die Rotorblätter 20 im Uhrzeigersinn und die Rotorblätter 30 im Gegenuhrzeigersinn sich drehen. Die mit unterschiedlicher Drehrichtung jeweils sich drehenden Wellen 18, 28 bewirken infolge ihrer getriebemäßigen Kupplung über die Zahnräder 34 eine Rotation der Abtriebswelle 26 im Uhrzeigersinn 24.

In Fig. 2 ist eine Windkraftanlage 10.2 dargestellt, die eine luvseitige Rotorvorrichtung 12.2 und eine leeseitige Rotorvorrichtung 12.4 besitzt. Die luvseitige Rotorvorrichtung 12.2 könnte der in Fig. 1 dargestellten Rotorvorrichtung 12 entsprechen. Die Abtriebswelle 26 der Rotorvorrichtung 12 wä- ^e dann - übertragen auf die Darstellung gemäß Fig. 2 - mit der leeseitigen Rotorvorrichtung 12.4 verbunden. Die Abtriebswelle 26 würde dann rotationsfest mit den äußeren Rotorblättern 20.2 verbunden sein, während die Rotorblätter 30.2 der leeseitigen Rotorvorrichtung 12.4 mit einer Hohlwel-Ie an der Rotorvorrichtung 12.4 angeschlossen sein könnten. Ein zwischen Rotorvorrichtungen 12.2 und 12.4 vorhandenes Gehäuse 38.2 hätte also zweimal die in Fig. 1 dargestellten jeweils doppelt angeordneten Rotoren 14 und 16.

Während in Fig. 1 die Rotorvorrichtung 12 über jeweils eine Drehwelle 40 der wechselnden Windrichtung nachfolgen kann, ist bei der Windkraftanlage 10.2 eine entsprechende - in der Zeichnung nicht dargestellte - Welle im Bereich der Symmetrieachse 50 vorhanden. Die Windkraftanlage 10.2 kann um die vertikale Achse 50 entsprechend der herrschenden Windströmung nachreguliert werden.

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Während die in Fig. 1 dargestellte Windkraftanlage 10 beispielsweise auf der Spitze eines Mastes angebracht sein kann, ist die Windkraftanlage 10.2 in dem Inneren eines Gebäudes angebracht. Dieses Gebäude ist an seinen Seiten so luftdurchlässig gebaut, daß eine Windströmung 22 ohne wesentlichen Widerstand durch das Gebäude hindurchströmen und die Rotorvorrichtungen 12.2 und 12.4 in entsprechende Rotation versetzen kann. Statt der einen Windkraftanlage 10.2 könnten auch mehrere neben - und/oder hintereinander in dem Gebäude 60 vorgesehen werden. Es wäre auch möglich, die Achsen der Rotorwellen nicht - wie in den vorliegenden Beispielsfällen dargestellt - horizontal sondern senkrecht auszurichten. Auch dann könnte ein über "Windschaufeln" strömender Wind dieselben in Drehung versetzen. Statt der Windkraftanlage 10.2 könnten auch mehrere Windkraftanlagen 10 in entsprechender Weise in dem Gebäude 60 vorhanden sein.

Das Gebäude 60 kann fest angebracht werden und nur durch eine Art Dach von oben abgedeckt sein. Es könnte allerdings auch mit in Windrichtung jeweils ausgerichteten zwei Seitenwänden neben der oder den Windkraftanlagen ausgestattet sein. Im letzteren Fall sollte nicht nur die Windkraftanlage sondern auch das Gebäude in Windrichtung gedreht werden können. Dies könnte durch entsprechende Drehlager verwirklicht werden.

Auf dem Dach des Gebäudes 16 oder an sonstigen geeigneten Bereichen sind Solarzellen 62 angebracht. Die mittels der Solarzellen infolge einfallender Lichtstrahlen 64 erzeugte elektrische Energie wird im vorliegenden Fall dazu verwendet, die Abtriebswelle 26 der jeweiligen Windkraftanlage 10 beziehungsweise 10.2 in Drehung zu versetzen. Diese Dreh-"Hilfe" ist in niederen Leistungsbereichen der Windkraftanlage sinnvoll, da bei niederen Windanströmgeschwindigkeiten bzw. bei Windstillstand der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage auf NULL abfallen kann. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß auch bei geringen Windgeschwindigkeiten oder bei Windstill-

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stand, eine entsprechende Sonneneinstrahlung vorausgesetzt, Windkraftanlagen mit verbessertem Wirkungsgrad betrieben werden können.

Im vorliegenden Fall sind zur optimalen Lichtausbeute die Solarzellen schwenkbar am Dach des Gebäudes 60 angeordnet.Da der optimale Lichteinfall (Sonnenstrahlung) 64 und der anströmende Wind 22 nicht immer optimal richtungsgleich sind, kann entweder das Dach des Gebäudes 60 und/oder die Unterkonstruktion der Solarzellen 62 unabhängig von der Windkraftanlage 10.2 verschwenkbar ausgebildet werden.

Claims

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ANSPRÜCHE

01) Rotorvorrichtung für eine Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, daß - zwei Rotoren (14, 16) mit gegenläufiger Drehrichtung vorhanden sind.

02) Rotorvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß - die beiden Rotoren (14, 16) über ein Getriebe (34) so miteinander verkuppelbar sind, daß ihre Drehachsen ineinander fallen.

03) Rotorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

- beide Rotoren (14, 16) eine gemeine Abtriebswelle (26) besitzen.

04) Rotorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die von ihren rotierenden Rotorblättern (20, 30) jeweils bewirkten Drehmomente in etwa gleich groß sind und sich addieren.

05) Rotorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Getriebe mehrere Zahnritzel (34) besitzt,

- diese Zahnritzel (34) sowohl mit dem einen (14) als auch mit dem anderen Rotor (16) in kämmendem Eingriff stehen,

- an der Antriebswelle (18) des ersten Rotors (14) ein erster Satz Rotorblätter (20) fest angebracht sind,

- an dem anderen Rotor (16) eine die Antriebswelle (18) umgebende Hohlwelle (28) vorhanden ist, an der ein zweiter Satz Rotorblätter (30) fest angebracht sind.

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06) Windkraftanlage,

dadurch gekennzeichnet, daß

- sie mit mehreren Rotorvorrichtungen (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgestattet ist.

07) Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine luvseitige (12.2) und eine leeseitige (12.4) Rotoranlage mit jeweils zwei Rotoren ein gemeinsames Azimutdrehlager (Achse 50) besitzen.

08) Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- mehrere Rotorvorrichtungen (12) neben- und/oder hintereinander in einem winddurchströmbaren Gebäude (60) angeordnet sind,

09) Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß - eine Solarzellen- (62) Stromerzeugungsvorrichtung vorhanden ist,

- die Solarzellen- (62) Stromerzeugungsvorrichtung so mit der Antriebs- (18, 28) und/oder Abtriebswelle (26) der beiden Rotoren (14, 16) antriebsmäßig verbunden ist, daß im unteren Leistungsbereich der Windkraftanlage die Abtriebswelle (26) in Rotation bringbar ist.

10) Windkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß - die Solarzellen (62) an der Windkraftanlage angebracht sind.

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11) Windkraftanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß - die Solarzellen (62) entsprechend der Sonneneinstrahlung horizontal schwenkbar und nachstellbar vorhanden sind.

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12) Windkraftanlage nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß - die Solarzellen (62) entsprechend der Sonneneinstrahlung vertikal schwenkbar und nachstellbar sind.

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