DE202005013124U1

DE202005013124U1 - Segel-Windkraftanlage

Info

Publication number: DE202005013124U1
Application number: DE202005013124U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2015-08-20

Abstract

Segel-Windkraftanlage, mit einigen Segeln, die auf einem senkrechten Welle-Mast angebracht sind und die diesen Welle-Mast rotieren,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Segel rechteckig gefertigt sind und mit der Möglichkeit eines Drehens auf einigen senkrechten Wellen, die dem Welle-Mast (2) parallel sind, befestigt sind,
– die Wellen auf waagerechten Stangen, die auf dem Welle-Mast befestigt sind, angebracht sind, und
– die Segel eine Einrichtung haben, die ihr Zusammenwirken mit den Stangen gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Segel-Windkraftanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gehört zu den Windkraftanlagen, insbesondere zu den Windkraftanlagen mit Segeln oder Anlagen mit Savonius-Rotor.
Die effektivsten Umwandler von Windenergie in elektrische Energie sind Windkraftanlagen mit Segeln. Sie alle besitzen einige Segel, die auf einem senkrechten Welle-Mast angebracht sind und diese Welle-Masten rotieren. Die Effektivität dieser Windkraftanlagen ist vom Verhältnis des Druckes, den der Wind auf den beiden Teilen des Segels rechts und links von der Drehachse ausübt, abhängig. Die maximale Effektivität ist vorhanden, wenn der Widerstand zum Wind von einer (leerlaufenden) Seite sich Null nähert. Dafür benutzt man verschiedene Schirme, die den leerlaufenden Teil der Segel vom Wind schützen. Der Hauptnachteil dieser Windkraftanlagen besteht in dem großen Strömungswiderstand der Schirme, was hochfeste und entsprechend teuere Konstruktionen erfordert. Außerdem brauchen sie für eine zeitgemäße Anpassung der Schirmsposition eine ständige Beobachtung der Windrichtung, was das System kompliziert macht. Im Falle einer ständigen Veränderung der Windrichtung können solche Systeme nicht arbeiten.
Es ist eine Segel-Windkraftanlage mit einigen Segeln, die auf einem senkrechten Welle-Mast angebracht sind und die diese Welle-Mast rotieren, bekannt (siehe SU 1615057). Der Segel dieser bekannten Windkraftanlage ist als Savonius-Rotor ausgebildet. Der Nachteil eines solchen Segels besteht in einer geringen Effektivität der Umwandlung der Windkraft, da die Differenz der Strömungswiderstände zu beiden Seiten der Drehachse, die durch Verschiedenheiten in der Form des Segels verursacht wird, die Größe von 10 – 20% nicht überschreitet. Der große Strömungswiderstand der Anlage verursacht eine hohe Belastung der Drehwelle, was zu einer Benutzung der Anlage nur bei niedrigen Windgeschwindigkeiten zwingt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Segel- Windkraftanlage oben genannter Gattung anzugeben, eine Erhöhung des Effektivitätsgrades und das Gewährleisten einer Benutzung der Anlage auch bei hohen Windgeschwindigkeiten erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine Segel-Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die großen Vorteile der Erfindung werden erreicht, dank eines Minimierens des Strömungswiderstandes der „leerlaufenden" Seite des Segels bis auf Null.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1: die vorgeschlagene Windkraftanlage in Frontansicht,
2: die Anlage nach 1 in Draufsicht,
3: ein Segelsegment in zwei Positionen, die der maximalen und minimalen Windgeschwindigkeit entsprechen,
4a: die Einrichtung zum Zusammenwirken des Segels mit der waagerechten Stange im Falle einer Bewegung in Arbeitsrichtung bei einem zu hohen Winddruck, und
4b: ähnlich wie in 4a, bei freier Segelbewegung.
Die vorgeschlagene Windkraftanlage besitzt einen Generator 1, der durch einen Welle-Mast 2 rotiert wird. Senkrecht zu dem Welle-Mast 2 sind vier untere Stangen 3a, 3b, 3c, 3d und vier obere Stangen 4a, 4b, 4c, 4d befestigt, wobei alle unteren Stangen zueinander senkrecht sind, alle oberen Stangen zueinander senkrecht sind und die oberen Stangen zu den unteren Stangen parallel sind. Zwischen den oberen und unteren Stangen befinden sich mit der Möglichkeit einer Drehung einige Wellen 5, die einige Segel 6 tragen.
Die Segel 6 bestehen aus einigen rechteckigen Segmenten 7, die sich auf einem auf den Wellen 5 befestigten Rahen 8 befinden. Die Ränder der Segmente 7 sind auf einigen Platten 9 befestigt, die sich mit der Möglichkeit einer Bewegung Rahen 8 entlang befinden. Auf den Wellen 5 befinden sich einige Trommel 10, auf welchen die Segmente 7 aufgespult werden können, was nötig ist, um die Möglichkeit einer Veränderung der Segelfläche zu haben, wie in 3 abgebildet ist. Auf den Wellen 5 befinden sind auch einige Trommel 11, auf welchen einige Seile 12, die zu den Platten 9 befestigt sind und eine Spannung der Segmente 7 bei ihrem Auswickeln von den Trommeln 10 gewährleisten, aufgespult werden können. Die Segmente 7 befinden sich asymmetrisch zu den Wellen 5. Diese Asymmetrie gewährleistet eine Drehung des Segels dem Windstrom entlang, was den Strömungswiderstand bei einem Leerlauf des Segels vermindert. Bei einem sehr starken Wind werden die Segmente 7 auf die Trommeln aufgespult und nur die Platten 9 sichern einen Strömungswiderstand. Dadurch wird der Generator 1 auch bei hohen Windgeschwindigkeiten rotiert.
Ein Zusammenwirken der Segel mit den unteren Stangen 3 wird mittels einiger elastischer Hebel 13 verwirklicht, die auf den Rahen 8 mit der Möglichkeit einer Drehung in einer Richtung angebracht sind. Wie in 4b gezeigt ist, verlässt der Hebel 13 bei einer Bewegung nach links die senkrechte Position und verhindert nicht eine Bewegung der Rahe 8 über die Stange 3. Bei einer Bewegung in die andere Richtung, wie in 4a gezeigt ist, stößt der Hebel 13 zuerst an die Stange 3 und überträgt damit die Kraft von den Rahen 8 d. h. von den Segeln 6. Falls die zu übertragende Kraft eine für ihn vorgegebene Größe überschreitet, biegt sich der Hebel 13 elastisch so, dass er über die Stange 3 schleudert. Das ist nötig, damit starke Windböen die Anlage nicht zerstören könnten.
Die vorgeschlagene Windkraftanlage arbeitet folgendermaßen:
Die Arbeitsbewegung der abgebildeten Konstruktion ist entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Wind, wie in 2 gezeigt, weht von unten. Alle Segel suchen sich automatisch wegen dem Winddruck, dank ihrer Asymmetrie zu den Wellen 5, eine Position dem Wind entlang, aus. Rechts von der Drehachse der Anlage verhindert der Hebel 13 eine freie Drehung des Segels und stoppt den Segel der Stange 3 entlang. Damit wird der maximale Strömungswiderstand gewährleistet. Auf der linken Seite bewegen sich die Segel 6 wie eine Windfahne, der Strömungswiderstand ist minimal. Damit wird der Generator entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Der Wind übergibt seine Kraft dem Segel 6, der sich in der Arbeitszone befindet und damit den Generator 1 rotiert. Beim Drehen des Systems kommt ein Segel zu der „neutralen" Stellung „a" (Beginn der Arbeitsbewegung); dabei sind die größeren Teile der Segmente 7 näher zum Welle-Mast 2 und der Hebel 13 zwingt den Segel 6 bei einem weiteren Drehen in dieser Position zu bleiben. Wenn ein Segel 6 die „neutrale" Stellung „b" überschreitet (Beginn des Leerlaufes) dreht sich der Segel so, dass der größere Teil des Segels von der Welle-Mast 2 entfernt wird, und der Segel 6 bewegt sich weiter bis zu der neutralen" Stellung „a" als eine Windfahne mit minimalem Strömungswiderstand.
Bei einem schwachen Wind benutzt man die maximale Fläche der Segmente 7. Bei einer Erhöhung der Windgeschwindigkeit kann man die Fläche der Segmente 7 so verändern, dass die Windkraft maximal benutz wird und der erlaubte Druck auf den Welle-Mast 2 und die anderen Elemente der Konstruktion nicht überschritten wird. Falls der Winddruck noch höher ist, z. B. bei einer Windböe, kann die zu übertragende Kraft von dem Segel 6 zu den Stangen 3 die vorgegebene Größe überschreiten. Dann biegt sich der elastische Hebel 13 und erlaubt dem Segel die Stange 3 vorbeifahren. Dann dreht sich dieser Segel in eine Position mit minimalem Strömungswiderstand, der Windrichtung entlang. Falls die Windgeschwindigkeit sich noch ein Mal vermindert, fixieren noch ein Mal die Hebel 13 die Stellung der Segel und die Anlage arbeitet weiter. Bei einer Veränderung der Windrichtung suchen sich die Segel 6 automatisch eine neue Richtung aus, die der Windrichtung entspricht.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage kann effektiv sowohl am Festland als auch auf Schiffen benutzt werden. Auf Schiffen kann diese Anlage als ein Segel dienen, das einerseits die Fortbewegung des Schiffes gewährleistet und gleichzeitig Elektroenergie produziert, die bei schwachem Wind oder für eine Fortbewegung des Schiffes dienen kann. Die Automatisierung der Arbeitsprozesse vermindert den Arbeitsaufwand drastisch.

1: Generator
2: Welle-Mast
3: Stange, unten
4: Stange, oben
5: Wellen
6: Segel
7: Segmente
8: Rohre
9: Platten
10: Trommeln
11: Trommeln
12: Seile
13: Hebel

Claims

Segel-Windkraftanlage, mit einigen Segeln, die auf einem senkrechten Welle-Mast angebracht sind und die diesen Welle-Mast rotieren, dadurch gekennzeichnet, – dass die Segel rechteckig gefertigt sind und mit der Möglichkeit eines Drehens auf einigen senkrechten Wellen, die dem Welle-Mast (2) parallel sind, befestigt sind, – die Wellen auf waagerechten Stangen, die auf dem Welle-Mast befestigt sind, angebracht sind, und – die Segel eine Einrichtung haben, die ihr Zusammenwirken mit den Stangen gewährleistet.
Segel-Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segel zu der Welle-Mast symmetrisch angeordnet sind.
Segel-Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse jedes Segels von seiner Symmetrieachse verschoben ist.
Segel-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Segel mit der Möglichkeit einer Veränderung seiner Fläche gefertigt ist.
Segel-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenwirkeinrichtung den Segeln eine freie Drehung in der Richtung, die der Drehrichtung der Welle-Mast entgegengesetzt ist, erlaubt.
Segel-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zusammenwirkenseinrichtung den Segeln eine freie Drehung in der Richtung erlaubt, die der Drehrichtung der Welle-Mast gleich ist, bei einem Übersteigen der Zusammenwirkenskraft einer vorgegebenen Größe.
Segel-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zusammenwirkenseinrichtung bei einem Übersteigen der Windgeschwindigkeit einer vorgegebenen Größe den Segeln eine freie Drehung in alle Richtungen erlaubt.