DEP0054534DA - Windturbine - Google Patents

Description

PATENTANWALT

Dipl.-ha. CiDENESER

STUTTGART- N, Konigstr. 14

Anmelder: Herbert Bosch., jchwaigera/^eilbronH

Fateηtan^e1flung
A.2612

jebrauchsmusterhilfsanmeldung
A.2613

Windturbine

Bei bekannten find turbinen mit senkrechter felle wurde der ./ind bisher zuerst durch gekrümmte Leitschaufeln und anschließend durch konkav ausgebildete Schaufeln des Arbeitsrades scharf aus seiner ursprünglichen Bicht-ung abgelenkt und dadurch wesentlich verlangsamt. Nun hat man aber durch Untersuchungen festgestellt, daf¹ die günstigste Kraftwirkung dann erhalten wirrt, wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Windes gleich einem Trittel seiner Tlin-» trittsgeschwindigkeit ist, sodaß es also wesentlich darauf ankommt, dem Turchstrom des ,Yindes durch die Turbine einen möglichst geringen Widerstand entgegenzustellen..

Dies wird erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender ml erreicht:

als Schnelläufer ausgebildete

a) ras/Windrad ist in einem Leitgehäuse angeordnet, dessen Au^Ren~ fläche so ausgebildet ist, daß sie die luft wirbelfrei nach äem Auslaßende des Leitgehäuses abfließen läßt, sodaß an dieser Stelle ein den Eurchstrom des Windes durch die Turbine unterstützender Sog entsteht;

b) im Einlaß des Leitgehäuses ist ein Abschirmkörper angeordnet, der in 'bekannter "/eise die eine Hälfte des Windrades gegen

eine Beaufschlagung durch den Wind schätzt und so ausgebildet, daß er mit der inneren Wandfläche des Leitgehäuses einen sich leicht verengenden Einlaßkanal bildet, in welchem der Wind auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt und tangential in das Windrad eingeleitet wird_y damit er möglichst senkrecht auf die Arbeitsflügel trifft·,

o) zwischen den Innenkanten der ArbeitsflUgel sind weite Eurenlaßöffnungen mit möglichst geringem Strömungswiderstand freigelassen, damit der Wind, der seine Energie arbeitsleistend an einen Flügel abgegeben hat, ungehindert au der unter Sogwir-^J kung stehenden Auslaßseite abströmen kanni

d) der Hucken der Flügel ist stromlinienförmig ausgebildet, und zwar so» daß die Verdickung des Profils nahe der Innenkante der Flügel liegt, damit diese Kante, wenn sie vom Wind angeströmt wird, den Wind wirbelfrei abströmen läßt.

Es ist zwar bei Windrädern mit waagerechter Achse schon bekannt, das Windrad in einem Leitgehäuse anzuordnen (z.B. DEP 455 854,)« doch ist dort das Leitgehäuse nach Art eines dem Wind seine weite öffnung zuwendenden Trichters ausgebildet, sodaß die Luft nicht wirbelfrei an dem Leitgehäuse entlang strömen kann, sondern hinter der, Trichtermündung in wilde Wirbel versetzt wird. Es sind auch schon stromlinienförmige Abschirmkörper bekannt, doch wirken diese nicht in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Weise mit der Innen·= wand eines Leitgehäuses zusammen, sodaß ihre Wirkung sich auf das Abschirmen der jeweils nicht an der Energieaufnahme teilnehmenden Flügel beschränkt» Es ist weiterhin durch das Savonius~Rad bekannt

geworden, asrischsn den Innenkanten der Flügel einen Luftspalt freizulassen; in diesem Fall vermittel jedoch, der Luftspalt kein widerstandsfreies Abströmen des Windes« Im Gegenteil zwingt der Luftspalt des Savonius-Rades den Wind, der seine Energie zum Teil sehon an den aktiven Flügel abgegeben hat, nun auch no3h gegen die Arbeitsfläche des eigentlich inaktiven Flügels au strömen und dort unter vollständiger Saikenrung seiner ursprünglichen 3tr?imungsrichtung noch einmal Arbeit au leisten» Die mittlere Türen·= flußgeschwindigkeit des Windes wird dadurch natürlich sehr stark herabgesetzt, sodaß die Austrittsgesehwindigkeit nicht mehr den Forderungen eines guten Wirkungsgrades entspricht. Es ist ferner bekannt, die Eintrittskante der Windflügel stromlinienförmig zu verdicken (ζ·Β· die Venti^Kanten von Bilau)· Allein bei diesen bekannten Anordnungen handelt es sich darum, den Eintritt des Windes in das Had zu begünstigen, während erfindungsgemäß gerade umgekehrt ein reibungsloser Austritt des Windes aus dem Rad erreicht werden sollo

Die Erfindung betrifft ferner eine besonders vorteilhafte Aus= fiifcrangsforro einer Windturbine mit swei Flügelrädern, welche dadurch gekennzeichnet ist, SeB die Drehachsen der beiden Flügelräder symmetrisch zur Mittelachse eines symmetrisch ausgebildeten Leitgehäuses und gemeinsamen Abschirmkörpers in solch geringem Ab~ stand voneinander angeordnet und bei entgegengesetzter Drehrichtung zwangsläufig so miteinander gekuppelt sind, daß die gegen die Symmetrieachse gerichteten Flügel des einen Rades sich jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flügeln des anderen Rades frei hindurchdrehen können« Durch diese Anordnung ist es möglich^ eine Windkraftmaschine mit verdoppelter Leistung herzustellen, deren

Gewicht und dem Winddruck ausgesetzte Fläche aber kleiner ist, als die Summen der entsprechenden Maße zweier Maschinen einfacher Leistung. Damit eine solche Windkraftmaschine sich selbsttätig in den Wind drehen kann, wird der senkrechte Drehzapfen, um den sich das Leitgehäuse mit äen darin eingebauten Windrädern drehen kann, innerhalb der G-rundfläche des Abschirmkörpers so weit gegen den Einlaß zu gelegt * daß ein exzentrisch an dem Gehäuse angreifender Winddruck das Leitgehäuse so weit verschwenken kann, bis seine Symmetrieachse in der Windrichtung liegt. um die Leistung der Maschine von ihrer Volleistung¹bis zum Stillstand regeln zu können, werden auf der Einlaßseite des Xeitgehäuses Klappen angeordnet, die gestatten, die Einlaßöffnung ganz oder teilweise zu verschlie®« sen. Vorzugsweise werden diese Klappen durch der Einlaßöffnung benachbarte Wandteile des Leitgehäuses und des Abschirmkörper gebildet, die gegeneinander verschwenkbar sind.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in beispielsweiser Ausfiihrungsform dargestellt, und zwar zeigen Mgol eine Vorderansicht der auf einem Turm angeordneten Tind-

turbine,
Pig.2 einen senkrechten Längsschnitt durch die Maschine mit ihrem Leitgehäuse nach Linie H=II der Fig.3,

Fig.3 einen waagerechten Schnitt nach Linie IH-III der ?ig»2_y Fig.4 «n etwas größerem Maßstab einen weiteren waagerechten

Schnitt bei geänderter Stellung der Windräder₉ Fig»5 noch einen waagerechten Schnitt zur Veranschaulichung der

Regelvorrichtung, und
Fig«6 einen waagerechten Querschnitt durch einen Windradflügel.

Das Leitgehäuse der Maschine besteht aus einem b.uf einem Turm 1 drehbar gelagerten Boden 2, den beiden Seitenwinden 3, einem Deckel 4 und einem Abschirmkörper 5= Die senkrechte D-ehachse β des Leitgehäuses ist innerhalb der Grundfläche des Abschirme körpers 5 so weit nach Torn, d_oh_e gegen die iinlaßfeeite verlegt, daß ein an einer Seitenwand 3 angreifender Winddruck imstande ist j das G-ehäuse in die Windrichtung zu versahvenken· Zugleich ergibt sich dadurch der Vorteil, daß der Drehzapfen bz*n eiie gleichachsig zu ihm anzuordnende Arbeitswelle ohne Beeinträchtigung des Winddurchlasses innerhalb des Abschirmkörpers 5 ^s in den Deckel 4 hochgeführt werden kann» Innerhalb des Leitgehluses

als Schnelläufer ausgebildete

sind zwei/Windräder 7 und 8 symmetrisch zur Längsachse des Gehäuses so nahe beisammen angeordnet, daß die Flügel 9 des einen Rades zwischen den Flügeln 10 des anderen Rades frei hindurchlaufen können, wenn die beiden in nicht dargestellter Weise gegenläufig gekuppelten Windräder sich um ihre senkrechten Achsen drehen (Fig.3 und 4)«» Die Windradflügel 9 und 10 haben im Quer» sohnitt etwa das in Mg.6 gezeigte Profil» d.h. sie sind auf ihrer vom find unmittelbar beaufschlagten Seite 11 eben, während ihre Rückseite, 12 stromlinienförmig so gestaltet ist, daß die Verdickung 13 nahe der der Drehachse des Windrades zugekehrten Innenkante 14 liegt, während die dem Umfang des Windrades zugekehrte Außenkante 15 nach Art einer Abflu°kante mit geringerer Steigung ausläuft. Dadurch wird erreicht, daß ein in fler Längsrichtung des Flügels gegen die Innenkante 14 auftreffender bindfaden (Pfeil 16) sanft und wirbelfrei über die FlügelSuckseite abfließen und dort einen Sog ausüben kann, der die Dreiharbeit des

lindes unterstützt. Tie Seitenwände 3 des Leitgeh'iuses sind_s wie Ti7,3 und 4 zeigen, so ausgebildet, da? sie den Vin^ leicht und «trbelfrei nach außen ablenken und zur Ausla?seite abströmen las= sen_s sodaß dort ein Sog entsteht» der die 'TindgeschWinzigkeit beim Durchfluß dureh das Leitgehäuse erhöht« Tie Innenflächen der Leitwände 3 dagegen sind so gestaltet« da9 sie bis nahe an den umfang der Flügelräder J₉B heranreichen und mit fle** keilförmigen Abschirmkörper 5 einen sich leicht verengenden und daher die Windgeschwindigkeit steigernden T5inla^pkanal 17 bilden, der etwas gegen die Längsachse des Gehäuses geneigt ist, sodaß der Tind den Flügelrädern tangential zugeleitet wird. ?ine in $is£,o5 gezeigte Regelvorrichtung ist dadurch gebildet, daß an der ßinlaßkante der Leibwände 3 je eine nach innen versch,venkbare Klappe 18 und an den Seitenflächen des Abschirmkörpers 5 je eine

η^c¹I außen verschwenkbare Klappe 19 angeordnet ist. ^riese eind als Teile der Leitwand bzw. des Abschirmkörpers ausgebildet und gestatten es, die Einlaßkanäle 17 ganz (Fig„5« linke Hälfte) oder teilweise (Fig«5_s rechte Hälfte) zu verschließen. Um ein freies Durchströmen des Windes durch die Flügelräder 7*8 zu ermöglichen, nachdem der Wind seine Energie an einender ^l^igel 9 oder 10 abgegeben hat, sind zwischen den Innenkanten der ^l"^eI breite Lurchlaispaltei20 vorgesehen» innerhalb deren sich kein 3trömungswiderstand befindet (Fige4)«

XUe Wirkungsweise der beschriebenen Tindturbine ist folgende; Ter in der Richtung der Pfeile 21 anstrebende Und ^ir^ täurch den Abschirmkörper 5 in zwei Ströme geteilt_s welche durch öie sich leicht verengenden Einlaßkanäle 17 etwas beschleunigt und

gegen uen Umfang der .Windr'i.ö-er 7 und 8 so -abgelenkt werden, üslQ' sie ungefähr tangential in-die Windräder eintreten und Arbeitsflügel 9 bzw« 10 möglichst senkrecht_beaufschlagen, dem die beiden Windströme ihre Energie an die Arbeitsflügel abgegeben haben, w'ird die Luft durch die weiten Luftspalte 20 nach der Auslaßseite abgesaugt, wo sich inzwischen durch die' 'Saugwirkung des. außen um das Leitgehäuse 2,3,4 her'unjstrfimenäeR Windes ein Sog gebildet hat₀ Trifft der .Wind auf. seinem¹ Tfeg durch die Windräder'T₈8 gegen die Innenkante 14 -eines der wind= abgekehrten Flügel, 9 oder 1Ö,_ so wird er dxireh da'a Stromlinien» fb'riflige Profil der\Flügelrückseite 12- sanft,- un'd wirbelfröi- abgeleitet _s sodaß auf dieser F'lügelse.ite sich kein -Gegendruck gegen

den auf die flache Vorderseite 11 wirkenden Druck ausbilden Jcant Durch die Wirkung des Windes werden die beiden Windräder 7 ''-mä ?> in" gegenläufige Drehung versetzt, die zweckmäßig auf eine· ge= meinsame, gleichachsig mit der Drehachse 6 des Leitgeh<iuses aiigj ordnete-Arbeitswelle übertragen wird« Die beiden Tindräöer sind! ■dabei so. miteinander gekuppelt, daß die flügel des einen stets im gleichen Ablauf, zwischen' die Flügel des anderen eintauchen und zwischen diesen ftindurohläufen.

Windturbinen dieser Art können nicht nur stationär, scmösra auch fahrbar, z»B₀^ für äen^AntrieJa von Schiffen, verwendet *■ er;

den, wobei sie l·.

Fahren unabhängig von der Windrichtung gestatten₀

Claims (1)

1. Ansprüche

   Windturbine mit senkrechter Welle, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale!

   a) das '/indrad 1st in einem leitgehause (2_?3?4^ ange= ordnet,;

   b) im Einlaß des Leitgehäuses ist ein Abschirmkörper (5) angeordnet, der »in bekannter ffeise die eine Hälfte -des find=» rades gegen eine Beaufschlagung durch den ^Tfind abdeckt und dessen eine einer Seitenwand (3) des teitgehäuaes zugekehrte Seitenfläche mit dieser fand zusammen einen sich leicht -verengenden Einlaßkanal (17) bildet, der gegen den Umfang des Windrades gerichtet ist °,

   c) zwischen den Innenkanten tier Arbeitsflügel des Vindrades sind weite Durchlaßöffnungen (20) freigelassen, in=* nerhalb derer sich kein Strömungswiderstand befindet;

   ä) der Rücken (12) der Plligel ist stromlinienförmig ausgebildet ρ und zwar so» daß die verdic&te Angtrömkante durch die Flüge!Innenkante (14) gebildet wird«

   2c Vindturbine nach Anspruch 1 mit zwei gegs-jaläuligen Windräder dadurch gekennzeichnet₄ daß die beiden WiTJdY¹Ider symmetrisch su der durch die forderkante eines für beide Windräder gerneia-= aam vorgesehenen Abschirinkörpers (5) verlaufenden Mittelachse eines gemeinsame^ ebenfalls symmetrisch ausgebildeten teit*-

   gehäuses (2,5,4) so nane beisammen angeordnet einö, 6a^a. ■■'■Jeweils die segen die G-e fr aus emit te gerichteten Fl:;$el [Z oder 10) des einen Rades (? oder 6} in stets gieicbbleioenre-'i ^b= lauf'z-vi sehen zwei aufeXrAr*»rfolienJen ¹^l"igeln (IO cd©r 9} des gegenläufig mit ihm gekuppelten sweiten Rades (* ci bind«»Ohlaufen»

   3< Windturbine nach den Ansprüchen 1 und 2* dadurch 'nst, 3.J.C aum Zweck der Regelung der Arbeitsleistung der .Tut-bine an dem Rinla" des Leitgehäuses HegeIkLappen .'IB₄ISJ) an~ ijjo-oränet sind, mit deren Hilfe man den Sinla^kanal ίΐ'ί) gana o.äer teilweise verschließen kann-,

   c Winätür υine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß. die Regelk j lippen durch dem Einlaß (17) benachbarte Wandte j Ie (IS 19) ^ftr 'jeiten^'ande (Ί) de» Leitgehäuses und des Absehirm* körpers (*) gebildet werden^ die gegeneinander ver©efsvr®nkbsf ...3i.be:..

   5.■: iSiaäturbine nach Anspruch 1 bis 4> dadurch eekernzeic'init, die zum Verschwenken des Leitgehäuses (2',3,4) c'ier.ende fite Trehachse (6 innerhalb der (Jrundfl'iche des Ab-?. >schirr{"rners (5) angeordnet ist=

   6. Windturbine nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die SegeXklappen (18_S19) einen Teil äes Leitgehäuses bzw, des Abschirmkörper^ bilden.