DE102007009142A1 - Stromerzeugungs-Vorrichtung und damit betriebenes Fahrzeuglicht - Google Patents

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Abstract

Eine Stromerzeugungs-Vorrichtung weist auf ein Gehäuse (2), umfassend einen Einström-Bereich (3) mit mindestens einer Einström-Öffnung (4) und einen Ausström-Bereich (5) mit einer Ausström-Öffnung (6), einer im Einström-Bereich (3) drehbar gelagerten ersten Repeller-Anordnung (19), einer im Ausström-Bereich (5) drehbar gelagerten zweiten Repeller-Anordnung (21) und einem an mindestens eine der Repeller-Anordnungen (19, 21) gekoppelten Generator (25), wobei der Einström-Bereich (3) über einen düsenartigen Übergang (20) mit dem Ausström-Bereich (5) in Strömungsverbindung steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungs-Vorrichtung mit einer an einen Generator gekoppelten Repeller-Anordnung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine von dieser Stromerzeugungs-Vorrichtung mit Strom versorgten Beleuchtungs-Vorrichtung für ein Fahrzeug wie z. B. ein Fahrrad oder Boot.
  • Die Nutzung von Windenergie zur Stromerzeugung ist seit langem bekannt. Grundsätzlich ist die maximal erreichbare Leistung einer Windkraftanlage durch die Größe der Windräder und die Windgeschwindigkeit begrenzt. Eine durch Fahrtwind angetriebene Klein-Windkraftanlage zum Betrieb eines Fahrradbeleuchtungssystems ist aus der DE 44 01 895 B4 bekannt. Diese Anlage weist den Nachteil auf, dass der Repeller nach außen frei angeordnet ist, was, insbesondere bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit, zu einem erheblichen Verletzungsrisiko führt, die Anlage Seitenwind anfällig macht sowie eine begrenzte Effizienz zur Folge hat.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klein-Windkraftlage mit erhöhter Effizienz zu schaffen.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, mindestens eine Repeller-Anordnung mit einer Vielzahl von turbinenartigen Repellern in einem Gehäuse anzuordnen, welches durch seine Form das Durchströmen eines Fluids unterstützt und dadurch die Effizienz der Stromerzeugung verbessert. Außerdem schützt das Gehäuse die Repeller-Anordnung vor störenden Querströmungen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Gehäuse die gesamte Vorrichtung vor Verschmutzung schützt. Schließlich weist das Gehäuse eine Halterung auf, mittels derer ein besonders einfaches Anbringen der Vor richtung an einem beliebigen Gegenstand, beispielsweise an einer Lenkstange eines Fahrrads, ermöglicht wird.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine Frontalansicht einer Beleuchtungs-Vorrichtung für ein Fahrrad,
  • 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1 und
  • 3 einen Axialschnitt der Vorrichtung gemäß 1.
  • Zunächst wird der Aufbau einer Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Die Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet. Das Gehäuse 2 ist aus einem form- und witterungsbeständigen Kunststoff. Das Gehäuse 2 weist einen Einström-Bereich 3 mit mindestens einer Einström-Öffnung 4 und einem Ausström-Bereich 5 mit einer Ausström-Öffnung 6 auf. Der Einström-Bereich 3 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer ersten Achse 7. Der Ausström-Bereich 5 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer zweiten Achse 70. Die erste Achse 7 und die zweite Achse 70 schneiden sich in einem rückwärtigen Teil des Gehäuses 2. Sie stehen in einem Winkel A zueinander, wobei gilt: 90° ≤ A ≤ 150°. Da die Einström-Öffnung 4 senkrecht zur ersten Achse 7 und die Ausström-Öffnung 6 senkrecht zur zweiten Achse 70 steht, ist die Ausström-Öffnung 6 unter demselben Winkel A zur Einström-Öffnung 4 angeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass sich der Einström-Bereich 3 entlang einer Strömungsrichtung 8 verjüngt. Im Einström-Bereich 3 weist das Gehäuse 2 mindestens eine Zuluft-Öffnung 9 auf. Die mindestens eine Zuluft-Öffnung 9 ist auf der Außenseite des Gehäuses 2 von einer in Strömungsrichtung 8 offenen Einleitschale 10 umgeben. Die Einleitschale 10 hat im Wesentlichen die Form eines Kugeloberflächenausschnitts. Alternative, aerodynamisch besonders günstige Ausgestaltungen der Einleitschale 10 sind ebenfalls möglich.
  • Im Bereich der Einström-Öffnung 4 ist ein Einsatz mit radial zur ersten Achse 7 verlaufenden Streben 11 vorgesehen. Der Einsatz umfasst ferner einen äußeren Ringeinsatz 12 und ein inneres Ringelement 13. Die Streben 11 sind umfangseitig mit dem äußeren Ringeinsatz 12 verbunden. Der äußere Ringeinsatz 12 ist abnehmbar in die Einström-Öffnung 4 eingesetzt, beispielsweise geschraubt oder formschlüssig eingepresst. Konzentrisch zum äußeren Ringeinsatz 12 ist im Bereich der ersten Achse 7 das innere Ringelement 13 angeordnet. Das innere Ringelement 13 ist ebenfalls mit den Streben 11 fest verbunden. Am inneren Ringelement 13 ist eine Lichtquelle 26 in Form einer Anordnung von mehreren Leuchtdioden befestigt.
  • Das innere Ringelement 13 weist auf seiner dem Innenraum des Gehäuses 2 zugewandten Seite eine vordere Lagerung 14 zur Aufnahme einer ersten Repeller-Achse 15 auf. Die erste Repeller-Achse 15 ist entlang der ersten Achse 7 angeordnet und im rückwärtigen Bereich des Gehäuses 2 in einer hinteren Lagerung 16 gelagert. Auf der ersten Repeller-Achse 15 ist eine Vielzahl von Einström-Repellern 17 angeordnet und fest mit der ersten Repeller-Achse 15 verbunden. Jeder der Einström-Repeller 17 weist sechs rotationssymmetrisch angeordnete Repeller-Blätter 18 auf. Der Durchmesser der Repeller-Blätter 18 ist in Strömungsrichtung 8 abnehmend. Zwei in Strömungsrichtung 8 aufeinanderfolgende Einström-Repeller sind jeweils um die erste Repeller-Achse 15 gedreht zueinander angeordnet, sodass ihre Repeller-Blätter 18 nicht in Strömungsrichtung 8 fluchten. Die Gesamtheit aller Einström-Repeller 17 bildet eine erste Repeller-Anordnung 19. Im rückwärtigen Teil mündet der Einström-Bereich 3 in einen düsenartigen Übergang 20, welcher eine Verbindung zum Ausström-Bereich 5 bildet. Vom düsenartigen Übergang 20 zur Ausström-Öffnung 6 erweitert sich der Ausström-Bereich 5.
  • Im Ausström-Bereich 5 ist eine zweite Repeller-Anordnung 21 mit einer Vielzahl von Ausström-Repellern 22 angeordnet. Jeder der Ausström-Repeller 22 weist sechs Repeller-Blätter 23 auf. Die Ausström-Repeller 22 sind auf einer zweiten Repeller-Achse 24 angeordnet und fest mit diesen verbunden, wobei die zweite Repeller-Achse 24 ihrerseits kraftschlüssig mit einem Generator 25 verbunden ist. Der Durchmesser der Repeller-Blätter 23 nimmt ausgehend vom düsenartigen Übergang 20 in Richtung auf die Ausström-Öffnung 6 zu. Dabei sind zwei auf der zweiten Repeller-Achse 24 benachbart zueinander angeordnete Ausström-Repeller 22 jeweils um die zweite Repeller-Achse 24 gedreht zueinander angeordnet, sodass die Repeller-Blätter 23 zweier benachbarter Ausström-Repeller 22 in Richtung der zweiten Repeller-Achse 24 nicht miteinander fluchten.
  • Es ist vorgesehen, im Gehäuse 2 eine elektrische Verbindung vom Generator 25 zur Lichtquelle 26 anzubringen. Weiterhin ist am Generator 25 ein Anschluss 27 vorgesehen, an welchen ein weiterer Verbraucher, beispielsweise eine zweite Lichtquelle, mittels eines Kabels 28 angeschlossen werden kann.
  • Im Bereich des düsenartigen Übergangs 20 ist auf der Außenseite des Gehäuses 2 im Knie zwischen dem Einström-Bereich 3 und dem Ausström-Bereich 5 eine als Schelle 30 ausgebildete Befestigungs-Einrichtung vorge sehen. Die Schelle 30 ermöglicht ein besonders einfaches Anbringen der Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 an einer Stange, beispielsweise einer Lenkstange eines Fahrrads. Alternative Ausführungen der Befestigungs-Einrichtung 30, insbesondere mittels eines Adapters und einer dazugehörigen Aufnahme-Einheit, sind ebenfalls möglich.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 beschrieben. In Strömungsrichtung 8 anströmender Wind, insbesondere Fahrtwind, strömt durch die Einström-Öffnung 4 in den Einström-Bereich 3 und treibt dabei die erste Repeller-Anordnung 19 zu einer Rotation um die erste Repeller-Achse 15 an. Die Verjüngung des Einström-Bereichs 3 entlang der Strömungsrichtung 8 führt zu einer vorteilhaften Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung 8. Dieser Effekt wird insbesondere durch den düsenartigen Übergang 20 verstärkt. Damit kann auch bei langsamer Fahrt des Fahrrades ein ausreichend hoher Antriebseffekt für den Generator 25 erzielt werden. Die seitlichen Zuluft-Öffnungen 9 tragen ebenfalls zu einer Erhöhung der Effizienz und Steigerung der Leistung der Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 bei. Im Ausström-Bereich 5 treibt die stark beschleunigte Luft die zweite Repeller-Anordnung 21 zu Rotationen um die zweite Repeller-Achse 24 an. Da die benachbarten Ausström-Repeller 22 jeweils um die zweite Repeller-Achse 24 gedreht zueinander angeordnet sind, wird die kinetische Energie der anströmenden Luft sehr effizient in Rotationsenergie der zweiten Repeller-Anordnung 21 umgewandelt, welche wiederum im Generator 25 in elektrische Energie umgewandelt wird. Da die Ausström-Öffnung 6 unter einem Winkel A, für den gilt: 90° ≤ A ≤ 150°, zur Einström-Öffnung 4 angeordnet ist, sowie das Gehäuse 2 abgesehen von den durch die Einleitschalen 10 seitlich überdeckten Zuluft-Öffnungen 9 seitlich abgeschlossen ist, ist die Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 kaum anfällig gegen Seiten- und/oder Rückenwind.
  • Darüber hinaus schützt das Gehäuse 2 die Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 vor Verschmutzung.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Generator 25 vollständig flüssigkeitsdicht im Gehäuse 2 angeordnet. Eine derartige Stromerzeugungs-Vorrichtung 1 kann vorteilhafterweise auch unter Wasser eingesetzt werden.
  • Im Gehäuse 2 ist eine in den Figuren nicht dargestellte Dämmerungsautomatik zum Einschalten der Lichtquelle 26 vorgesehen. Weiterhin ist im Gehäuse 2 ein Akkumulator untergebracht, welcher mittels einer elektronischen Abschaltautomatik an die Lichtquelle 26 gekoppelt ist. Dadurch erhält die Lichtquelle 26 eine Standlichtfunktion mit automatischer Abschaltung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 4401895 B4 [0002]

Claims (11)

  1. Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft mit – einem Gehäuse (2) umfassend einen Einström-Bereich (3) mit mindestens einer Einström-Öffnung (4) und einen Ausström-Bereich (5) mit einer Ausström-Öffnung (6), – einer im Einström-Bereich (3) drehbar gelagerten ersten Repeller-Anordnung (19), – einer im Ausström-Bereich (5) drehbar gelagerten zweiten Repeller-Anordnung (19) und – einem an mindestens eine der Repeller-Anordnungen (19, 21) gekoppelten Generator (25), – wobei der Einström-Bereich (3) über einen düsenartigen Übergang (20) mit dem Ausström-Bereich (5) in Strömungsverbindung steht.
  2. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einström-Bereich (3) in Strömungsrichtung (8) verjüngt.
  3. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ausström-Bereich (5) vom düsenartigen Übergang (20) zur Ausström-Öffnung (6) erweitert.
  4. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausström-Öffnung (6) unter einem Winkel A zur Einström-Öffnung (4) angeordnet ist wobei gilt: 90° ≤ A ≤ 150°.
  5. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Repeller-Anordnung (19) mindestens zwei Repeller (17) umfasst.
  6. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Repeller-Anordnung (21) mindestens zwei Repeller (22) umfasst.
  7. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine im Einström-Bereich (3) angeordnete Zuluft-Öffnung (9) vorgesehen ist.
  8. Stromerzeugungs-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) eine Befestigungs-Einrichtung (30) zum Anbringen der Stromerzeugungs-Vorrichtung vorzugsweise an einer Fahrrad-Lenkstange vorgesehen ist.
  9. Beleuchtungs-Vorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Fahrrad mit a) einer Stromerzeugungs-Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und b) mindestens einer von der Stromerzeugungs-Vorrichtung (1) mit Strom versorgten Lichtquelle (26).
  10. Beleuchtungs-Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (26) mindestens eine LED umfasst.
  11. Beleuchtungs-Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (26) im Bereich der Einström-Öffnung (4) angeordnet ist.
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