AT13712U1 - Fahrtwindkraftanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrtwindkraftanlage, mit einer durch Fahrtwind von Fahrzeugen angetriebenen Turbine (1), die im Bereich eines Fahrweges (6) für Fahrzeuge wie insbesondere Autos, Lastkraftwagen, Zügen und dergleichen positioniert ist, wobei die Abtriebsleistung der Turbine (1) über einen Antriebsstrang (7) an einen Generator (5) zur Erzeugung von elektrischer Energie geleitet ist, wobei entlang des Antriebsstrangs (7) ein Getriebe (2), ein Freilauflager (3) und ein Schwungrad (4) vorgesehen sind.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 712 Ul 2014-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Fahrtwindkraftanlage, mit einer durch Fahrtwind von Fahrzeugen angetriebene Turbine, die im Bereich eines Fahrweges für Fahrzeuge wie insbesondere Autos, Lastkraftwagen, Zügen und dergleichen positioniert ist, wobei die Abtriebsleistung der Turbine über einen Antriebsstrang an einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie geleitet ist.

[0002] Es sind Windkraftanlagen bekannt, bei denen Wind über Turbinen/Generator- Konfigurationen in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei diesen herkömmlichen Windkraftanlagen hängt der Ertrag maßgeblich von der zur Verfügung stehenden Windenergie ab. Obwohl Windkraftanlagen in bevorzugter Weise in Regionen aufgestellt werden, in denen ein hoher Windertrag zu erwarten ist, treten dennoch unvorhersehbare Schwankungen auf.

[0003] Abgesehen von natürlichem Wind können auch vom Menschen hervorgerufene Luftbewegungen zur Energieerzeugung verwendet werden. In vorteilhafter Weise ist der Ertrag dieser Luftbewegungen mit hoher Genauigkeit vorhersagbar. So entsteht beispielsweise im Bereich von stark frequentierten Fahrwegen wie Autobahnen, Tunnels oder auch Eisenbahngeleisen ein durch Fahrzeuge hervorgerufener Fahrtwind. Insbesondere bei stark frequentierten Fahrwegen ist dieser verhältnismäßig konstant und auch zeitmäßig vorhersagbar.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Fahrtwindkraftanlage zu schaffen, die den Fahrtwind von auf Fahrwegen bewegten Fahrzeugen in effizienter Weise nutzt.

[0005] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass entlang des Antriebsstrangs ein Getriebe, ein Freilauflager und eine Schwungmasse vorgesehen sind.

[0006] Weitere vorteilhafte Merkmale können sein, dass entlang des Antriebsstrangs nacheinander die Turbine, das Getriebe, das Freilauflager, das Schwungrad und der Generator vorgesehen sind, sodass in bevorzugter Weise die Drehung der Turbine an das Getriebe über das Freilauflager an das Schwungrad und weiter an den Generator geleitet ist.

[0007] Ferner kann vorgesehen sein, dass das Getriebe als variables Getriebe, als Getriebe mit variabler Übersetzung oder Getriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung, wie insbesondere ein CVT-Getriebe ausgebildet ist, dass das Freilauflager eine entlang des Antriebsstrangs von der Turbine kommende Eingangswelle und eine entlang des Antriebsstrangs zum Generator führende Ausgangswelle umfasst, dass die Eingangswelle durch das Freilauflager mit der Ausgangswelle gekoppelt ist, wenn die Drehzahl der Eingangswelle größer als die oder gleich der Drehzahl der Ausgangswelle ist, dass die Eingangswelle durch das Freilauflager von der Ausgangswelle entkoppelt ist, wenn die Drehzahl der Eingangswelle kleiner ist, als die Drehzahl der Ausgangswelle, dass die Turbine nur dann mit dem Generator gekoppelt ist, wenn die Drehleistung der Turbine ausreicht, um das Schwungrad und/oder den Generator anzutreiben, dass die Turbine als Horizontalachsenturbine oder als Vertikalachsenturbine ausgebildet ist, dass die Turbine einen sternförmigen Zweiblatt- Rotor, einen sternförmigen Dreiblatt-Rotor, einen sternförmigen Mehrblatt-Rotor, einen Savonius-Rotor, einen Darrieus-Rotor, einen Scha-len-Rotor oder dergleichen umfasst, dass die Turbine zwischen zwei in gegengleichen Richtungen befahrenen Fahrwegen angeordnet ist, dass Leitelemente angeordnet sind, durch welche der Fahrtwind auf die Turbine geleitet ist, und/oder dass die Leitelemente als die Fahrwege begleitende Wände wie insbesondere Lärmschutzwände oder Tunnelwände ausgebildet sind, die zur Turbine hin geöffnet sind.

[0008] Auch bei der erfindungsgemäßen Fahrtwindkraftanlage treten Windschwankungen auf. Beispielsweise erzeugt ein mit hoher Geschwindigkeit vorbeifahrender Zug oder Lastkraftwagen einen momentanen Windschub, der in bevorzugter Weise effizient in Energie umgesetzt wird. Nachfolgende kleinere Fahrzeuge oder beispielsweise auch Züge mit geringerer Geschwindigkeit erzeugen einen kleineren Windschub, der jedoch ebenfalls effizient in Energie umgesetzt werden soll.

[0009] Aus diesem Grund umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung neben der Turbine und 1 /7 österreichisches Patentamt AT 13 712 Ul 2014-07-15 dem Generator weitere Komponenten. Zur Übertragung der Abtriebsleistung der Turbine mit dem Generator ist ein Antriebsstrang vorgesehen. Dieser Antriebsstrang kann leistungsübertragende Mittel wie beispielsweise Wellen, Getriebe, Riemen, Zahnräder, Ketten und dergleichen umfassen. Entlang des Antriebsstrangs sind ein Getriebe, ein Freilauflager und ein Schwungrad oder eine Schwungmasse vorgesehen. Als Abtriebsleistung wird die nutzbare Drehung der Turbine in Kombination mit dem Drehmoment der Turbine definiert. Die Komponenten des Antriebsstrangs sowie die Turbine sind bevorzugt ortsfest angeordnet. Bevorzugt ist ein Maschinengestell vorgesehen, das Lagerstellen zur Lagerung der bewegten, insbesondere drehenden Komponenten umfasst.

[0010] Bevorzugt ist im Verlauf des Antriebsstrangs ausgehend von der Turbine ein Getriebe, danach ein Freilauflager, nach diesem das Schwungrad und schlussendlich der Generator vorgesehen. Der Fahrtwind wird in üblicher Betriebsstellung durch den Rotor der Turbine in eine Drehbewegung umgesetzt. Diese Drehbewegung wird auf das Getriebe übertragen.

[0011] Das Getriebe ist bevorzugt als variables Getriebe ausgeführt. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Übersetzung des Getriebes verändert werden kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe als CVT-Getriebe, also als Getriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung ausgebildet. Durch dieses Getriebe ist es möglich, unterschiedliche Windgeschwindigkeiten von unterschiedlichen Fahrzeugen der Drehzahl der Schwungmasse und/oder des Generators anzupassen.

[0012] Dem Getriebe ist ein Freilauflager nachgeordnet. Dieses ist dazu geeignet eine Entkoppelung des Antriebsstrangs zu bewirken. Insbesondere kann durch das Freilauflager der Rotor oder die Turbine von dem Generator entkoppelt werden. Das Freilauflager ist bevorzugt derart ausgeführt, dass eine Koppelung der Turbine mit dem Generator erfolgt, wenn Drehmoment oder Drehleistung von der Turbine übertragen werden soll. Bevorzugt ist der Antriebsstrang durch das Freilauflager entkoppelt, wenn keine Energie von dem Rotor der Turbine übertragen werden kann. So wird verhindert, dass bei Ausbleiben von Wind die Turbine den Generator bremst.

[0013] Dem Freilauflager nachgeordnet ist ein Schwungrad bzw. eine Schwungmasse vorgesehen. Dieses Schwungrad ist dazu geeignet, Drehenergie über einen gewissen Zeitraum zu speichern und dadurch die hochfrequenten Windschwankungen auszugleichen bzw. deren Verlauf zu glätten. Dadurch wird ein gleichmäßiger Energieertrag erzielt.

[0014] Dem Schwungrad nachgeordnet ist der Generator vorgesehen. Dieser setzt die Drehenergie des Antriebsstrangs in Elektrizität um.

[0015] Bevorzugt ist das Schwungrad als drehbar angeordnete und gelagerte Schwungmasse ausgeführt. Gegebenenfalls kann diese als hochdrehende Schwungmasse in einer Vakuumkammer angeordnet sein, um Luftreibung zu reduzieren.

[0016] Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll die erfindungsgemäße Windkraftanlage günstig in der Herstellung sein. Dies beinhaltet, dass herkömmliche Komponenten, die in der Anschaffung relativ günstig sind, verwendet werden können.

[0017] Gegebenenfalls umfasst die Windkraftanlage Leitelemente. Diese sind dazu eingerichtet, den Fahrtwind der Fahrzeuge auf die Turbine der Windkraftanlage zu leiten. Die Leitelemente können beispielsweise als Wände ausgeführt sein, die entlang der Fahrwege angeordnet sind. Beispiele für derartige Leitelemente können Lärmschutzwände oder Tunnelwände sein. Die wandförmig ausgebildeten Leitelemente weisen eine Öffnung zur Turbine auf, sodass der Fahrtwind auf die Turbine geleitet werden kann.

[0018] In weiterer Folge wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Figuren weiter beschrieben.

[0019] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Fahrtwindkraftanlage mit einer Turbine 1, einem Getriebe 2, einem Freilauflager 3, einem Schwungrad 4 und einem Generator 5. Die vom Fahrtwind angetriebenen Elemente sind entlang eines Antriebsstrangs 7 angeordnet. Die 2/7 österreichisches Patentamt AT13712U1 2014-07-15

Fahrtwindkraftanlage ist im Bereich eines Fahrweges 6 angeordnet, auf welchem sich Fahrzeuge wie beispielsweise Autos, Lastkraftwagen oder Züge bewegen. Diese Bewegung ist schematisch durch einen Pfeil dargestellt. Die Turbine 1 umfasst einen Rotor, der beispielsweise eine horizontale oder eine vertikale Drehachse besitzt. Insbesondere ist der Rotor derart ausgebildet, dass bewegte Luft, insbesondere Wind, in eine Drehbewegung umgewandelt werden kann. Diese Drehbewegung wird über den Antriebsstrang an den Generator 5 weitergegeben. Bei Turbinen mit vertikaler Achse kann es notwendig sein, dass der Antriebsstrang über ein Um-lenkgetriebe umgelenkt ist, da nicht alle Komponenten des Antriebsstrangs koaxial ausgerichtet sein können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass alle Komponenten des Antriebsstrangs im Wesentlichen koaxial ausgerichtet sind. Als Turbine bzw. als Rotor der Turbine können herkömmliche Turbinengeometrien und Bauformen verwendet werden, die dazu geeignet sind, Wind in eine Drehbewegung zur Erzeugung von elektrischer Energie umzuwandeln. Insbesondere sind sternförmige Turbinen mit Zweiblatt-Rotoren, einem Dreiblatt-Rotor oder einem Vier- oder Mehrblatt- Rotor einsetzbar. Auch Turbinen mit einem Savonius-Rotor, einem Darrieus-Rotor, einem Schalen-Rotor oder ähnlichen Anordnungen sind in der vorliegenden Erfindung einsetzbar.

[0020] Die Turbine 1 treibt ein Getriebe 2 an. Dieses ist dazu geeignet und eingerichtet, die Drehenergie und insbesondere die Drehzahl derart umzuwandeln, sodass diese einer Drehzahl entspricht, die effizient in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Ausgangswelle des Getriebes 2 ist mit einem Freilauflager 3 verbunden. Das Freilauflager 3 umfasst eine von der Turbine kommende Eingangswelle 8 sowie eine zum Generator führende Ausgangswelle 9. Die Verdrehung der Eingangswelle 8 zur Ausgangswelle 9 ist in eine Drehrichtung gesperrt und in die andere Drehrichtung freigegeben. So ist bei einer Drehung zum Antrieb des Generators das Freilauflager 3 gesperrt, während bei einer Drehung in die Gegenrichtung die Turbine 1 von dem Generator 5 im Wesentlichen entkoppelt ist. Dadurch ist die Turbine 1 mit dem Generator nur dann gekoppelt, wenn dieser, angetrieben durch den Fahrtwind, Energie auf den Generator 5 überträgt. Um zu verhindern, dass die Turbine 1 den Generator bremst, wenn kein Fahrtwind vorhanden ist, ist das Freilauflager 3 derart ausgebildet, dass das Windrad in dieser Situation von dem Generator 5 entkoppelt ist.

[0021] Die Ausgangswelle 9 des Freilauflagers 3 ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Schwungrad 4 gekoppelt. Dieses Schwungrad 4 entspricht einer drehbar gelagerten, bevorzugt ausgewuchteten Masse, durch welche die Drehenergie gespeichert werden kann. Durch das Vorsehen der Masse entlang des Antriebsstrangs können Leistungsspitzen sowie Leistungsabfälle kompensiert bzw. geglättet werden.

[0022] Ferner verläuft der Antriebsstrang 7 in den Generator 5 bzw. ist der Generator 5 vom Antriebsstrang angetrieben. Auch als Generator können herkömmliche Generatoren eingesetzt werden, die zur Herstellung elektrischer Energie geeignet sind. Je nach Größe, Windertrag etc. entspricht es dem Fachwissen des Fachmanns, die Dimensionierung dieses Generators und der restlichen Komponenten vorzunehmen.

[0023] Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die optional in Fig. 1 eingezeichnet ist, umfasst die Fahrtwindkraftanlage ein Leitelement 10. Dieses Leitelement 10 kann als den Fahrweg begleitende Wand wie beispielsweise eine Lärmschutzwand oder eine Tunnelwand ausgebildet sein. Dadurch wird der Fahrtwind kanalisiert und gezielt auf die Turbine 1 geleitet.

[0024] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windkraftanlage. Bei dieser Ausführungsform ist die Turbine 1 zwischen zwei Fahrwegen 6 vorgesehen, wobei bevorzugt die Fahrzeuge auf den Fahrwegen in entgegengesetzte Richtungen fahren. Dadurch kann die Turbine 1 beidseitig angetrieben werden. Dies entspricht beispielsweise der Anordnung der erfindungsgemäßen Fahrtwindkraftanlage zwischen den Richtungsfahrbahnen einer Autobahn oder zwischen zwei Geleisen, auf denen Züge in entgegengesetzte Richtung fahren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Turbinen 1 entlang dem Fahrweg 6 oder entlang der Fahrwege 6 angeordnet. Diese Turbinen 1 können jeweils einen Antriebsstrang umfassen oder zusammengeführt sein, um zusammen auf einen Generator zu wirken. Gemäß 3/7 österreichisches Patentamt AT13712U1 2014-07-15 einer bevorzugten Ausführungsform ist pro Turbine ein Generator vorgesehen.

[0025] Die schematische Darstellung der Fahrtwindkraftanlage der Figur 2 ist eine stark vereinfachte Darstellung. Der Antriebsstrang ist in dieser Darstellung nicht eingezeichnet. Bevorzugt können sich die Komponenten Getriebe 2, Freilauflager 3, Schwungrad 4 und Generator 5 in einem Maschinenraum neben der Turbine 1 befinden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die eben genannten Komponenten in einem unterirdisch angeordneten Serviceraum vorgesehen sein.

[0026] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Komponenten des Antriebsstrangs eine andere Reihenfolge oder Konfiguration aufweisen. Beispielsweise könnte das Schwungrad 4 ein Teil des Generators 5 oder ein Teil des Freilauflagers 3 sein. Ferner könnte das Freilauflager zwischen der Turbine 1 und dem Getriebe 2 angeordnet sein.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Turbine 2 Getriebe 3 Freilauflager 4 Schwungrad 5 Generator 6 Fahrweg 7 Antriebsstrang 8 Eingangswelle 9 Ausgangswelle 10 Leitelement 4/7

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT13712U1 2014-07-15 Ansprüche 1. Fahrtwindkraftanlage, mit einer durch Fahrtwind von Fahrzeugen angetriebenen Turbine (1), die im Bereich eines Fahrweges (6) für Fahrzeuge wie insbesondere Autos, Lastkraftwagen, Zügen und dergleichen positioniert ist, wobei die Abtriebsleistung der Turbine (1) über einen Antriebsstrang (7) an einen Generator (5) zur Erzeugung von elektrischer Energie geleitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Antriebsstrangs (7) ein Getriebe (2), ein Freilauflager (3) und ein Schwungrad (4) vorgesehen sind.
2. 2. Fahrtwindkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Antriebsstranges (7) nacheinander die Turbine (1), das Getriebe (2), das Freilauflager (3), das Schwungrad (4) und der Generator (5) vorgesehen sind, sodass die Drehung der Turbine (1) an das Getriebe (2), über das Freilauflager (3) an das Schwungrad (4) und weiter an den Generator (5) geleitet ist.
3. 3. Fahrtwindkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) als variables Getriebe, als Getriebe mit variabler Übersetzung oder Getriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung, wie insbesondere ein CVT- Getriebe ausgebildet ist.
4. 4. Fahrtwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilauflager (3) eine entlang des Antriebsstrangs (7) von der Turbine (1) kommende Eingangswelle (8) und eine entlang des Antriebsstrangs (7) zum Generator (5) führende Ausgangswelle (9) umfasst, dass die Eingangswelle (8) durch das Freilauflager (3) mit der Ausgangswelle (9) zur Übertragung von Drehleistung gekoppelt ist und dass die Eingangswelle (8) durch das Freilauflager (3) von der Ausgangswelle (9) entkoppelt ist, wenn die Drehzahl der Eingangswelle (8) kleiner ist, als die Drehzahl der Ausgangswelle (9), sodass die Turbine (1) nur dann mit dem Generator (5) gekoppelt ist, wenn die Drehleistung der Turbine (1) ausreicht, um das Schwungrad (4) und/oder den Generator (5) anzutreiben.
5. 5. Fahrtwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1) als Horizontalachsenturbine oder als Vertikalachsenturbine ausgebildet ist.
6. 6. Fahrtwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1) einen sternförmigen Zweiblatt-Rotor, einen sternförmigen Dreiblatt- Rotor, einen sternförmigen Mehrblatt-Rotor, einen Savonius-Rotor, einen Darrieus- Rotor, einen Schalen-Rotor oder dergleichen umfasst.
7. 7. Fahrtwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (1) zwischen zwei in gegengleichen Richtungen befahrenen Fahrwegen (6) angeordnet ist.
8. 8. Fahrtwindkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Leitelemente (10) angeordnet sind, durch welche der Fahrtwind auf die Turbine (1) geleitet ist.
9. 9. Fahrtwindkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (10) als die Fahrwege (6) begleitende Wände wie insbesondere Lärmschutzwände oder Tunnelwände ausgebildet sind, die zur Turbine (1) hin geöffnet sind. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7