DE2639732A1

DE2639732A1 - Windrad mit lotrechter achse

Info

Publication number: DE2639732A1
Application number: DE19762639732
Authority: DE
Inventors: Ernst Hohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1978-03-16

Description

WINDRAD MIT LOTRECHTER ACHSE
============================ Die Erfindung betrifft ein allseits beaufschlagbares Windrad mit lotrechter Achse und wenigstens einem radialen Doppelarm, an dessen freien Enden je wenigstens ein Flügel fest ist.
Bekannt ist ein solches Windrad, mit einem Tachodynamo gekuppelt, als Schalenkreuz-Anemometer. Die Flügel an den freien Enden des Doppelarmes sind dabei als Halbkugelschalen ausgebildet, wobei die einander jeweils gegenüberliegenden Schalen UM 1800 gegeneinander versetzt sind, so daß dem aus beliebiger Richtung kommenden Wind inner eine Schale mit der konvexen und die andere mit der konkaven Fläche zugekehrt ist. Da die konkave Fläche im Windstrom einen größeren Widerstandsbeiwert hat als die konvexe, dreht sich das Schalenkreuz stets im gleichen Sinne, wobei seine Drehgeschwindigkeit nur von der Geschwindigkeit, nicht der Richtung des Windes abhängt.
Ein solches Schalenkreuz-Windrad ist einfach im Aufbau, weil eo keine Steuerung durch eine zusitzliche Windfahne benötigt, wie etwa die horizontal gelagerte Welle einer Yindrihle .
Dieser Vorteil wird aber erkauft mit einem geringen Wirkungsgrad, weil die einander diagonal gegenüberliegenden Schalenkreuze entgegengesetzte Drehmomente bezüglich der Ache ausüben, und nur deren Differenz als Antriebsmoment nutzbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem allseits beaufschlagbaren Windrad der eingangs erwähnten Gattung einen wesentlich größeren Wirkungsgrad und, bezogen auf die Windgeschwindigkeit und die Außenabmessungen des Windrads, eine wesentlich größere Leis tungsausbeute zu verwirklichen.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die flach-rechteckigen Flügel bezüglich ihres Doppelarmes einen Winkel von 900, und von 450 in Ruhelage gegen die Vertikale,einschließen, und der Doppelarm am Mast drehbar gelagert und mit einem Kolbenverdichter gekuppelt ist, dessen Hub den Drehbereich des Doppelarmes auf etwa 1000 begrenzt.
Bei Windstille pendeln die einander bezüglich der lotrechten Windradachse jeweils diametral gegenüberliegenden Flügel an den beiden Enden des Doppelarmes so ein, daß die Ebenen beider Flügel bezüglich der Lotrechten entgegengesetzt gleich große Winkel von etwa 450 einschließen. Beim Anblasen durch den Wind vergrößert sich der Winkel des leeseitigen Flügels, bis letzterer etwa horizontal steht, während der luvseitige Flügel sich annähernd lotrecht stellt. Nur dieser Flügel wird vom Wind beaufschlagt und bietet ihm einen maximalen Luftwiderstand, was den größtmöglichen Wirkungsgrad für ein solches Windrad ergibt. Diese Einstellbewegung wird durch den angekuppelten Kolbenverdichter gedämpft, und bei gefährlich großer Windgeschwindigkeit erlaubt der als Endanschlag für die Flügel wirkende Kolbenverdichter, daß sich der jeweils vom Wind beaufschlagte Flügel über die Vertikale hinaus um etwa 50 nach Lee bewegt. Hierdurch, und durch die vom Kolbenverdichter etwa über einen Windkessel gespeicherte nutzbare Dampfarbeit, wird das Windrad gegen übermäßige Windlast geschützt.
In Weiterbildung der Erfindung können mehrere Doppelarme senkrecht untereinander vorgesehen und je in der Mitte unterteilt und dort in einem Karusselgerüst gelagert sein, das einen lotrechten feststehenden Rohrmast umgibt und an ihm gelagert ist, wobei die jeweils untereinander angeordneten Doppelarmhälften über je ein Kurbelgestänge miteinander,und die einander diametral gegenüberliegenden Kurbelgestänge über eine Ölhydraulik gekuppelt sind. Diese Kupplungsmechanismen ermöglichen es, daß mehrere Doppelarme mit Flügeln senkrecht untereinander sowie auch mehrere einander in gleicher Höhe überkreuzende Doppelarme stabil am Karusselgerüst gelagert werden und trotzdem dieses Gerüst im Achsbereich die Aufnahme für den festen Mast ausspart.
In vorteilhafter Vereinfachung der Kinematik sitzen die zu einem Kurbelgestänge gehörigen Kolben der ölhydraulischen und Kolbenverdichter auf einer gemeinsamen Kolbenstange.
Vorteilhaft enthalten die Arbeitszylinder der Kolbenverdichter den jeweiligen Steuerventilen vorgeschaltete Überströmschlitze, welche übereinander im oberen und unteren Ende des Zylindermantels vorgesehen sind. So wird die Anstellbewegung der Flügel progressiv gebremst, wenn der jeweils angeblasene Flügel seine lotrechte Stellung erreicht hat, so daß er während des Anblasens mit normaler ungefährlicher Windgeschwindigkeit in dieser Position verbleibt, und die Windkraft vollständig ausnutzt.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades können ferner über und unter den Flügeln horizontale Stauflügel am Karusselgerüst starr befestigt sein.
Die Erfindung möge anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Teilseiteneinsicht auf ein an seinem starren Mast montiertes Windrad, Fig. 2 in Teilansicht verschiedene Bewegungsphasen bis 4 des Anblasvorganges Auf dem undrehbaren Mast 1 ist das Karusselgerüst 3 gelagert, und zwar unten über das abtriebsseitige Rollenlager 4, oben über das tragende Kegelrollenlager 2.
In den vier einander paarweise diametral gegenüberstehenden Längsholmen 5 des Karusselgerüstes 3 sind die Doppelarmhälften 6 gelagert, an denen je außen ein flach-rechteckiger Flügel 7 fest und innen über je ein Pleuel 8 je eine für alle untereinander angeordneten Flügel 7 gemeinsame Kurbelstange 9 angelenkt und geführt sind.
Die einander diametral gegenüberliegenden Kurbelstangen 8 sind je der Kolbenstange 10 einer doppeltwirkenden Ölhydraulik 11 angelenkt, deren Ein- und Auslässe über Verbindungsleitungen 12 kommunizieren. Je eine der einander paarweise gegenüberliegenden Kolbenstangen 10 trägt einen weiteren doppeltwirkenden Kolben 13 in einem Kolbenverdichter 14 mit Überströmschlitzen 16 je am oberen und unteren Ende des Zylindermantels, welche über Auslaßventile 15 mit einem Windkessel 17 als Arbeitsspeicher kommunizieren können. An den senkrechten Holmen 5 des Karusselgerüstes 3 sind zwischen den Flügeln 7 angeordnete horizontale Stauflügel 18 starr befestigt.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, pendeln bei Windstille alle Flügel 7 in eine Schräglage von etwa 450 zur Lotrechten.
Im Betrieb werden die luvseitigen Flügel heruntergedrückt, bis in einer annähernd lotrechten Lage, wie aus Figur 3 ersichtlich, wobei der Verdichterkolben 13 nahezu in seinem oberen Totpunkt kommt, dabei die meisten Überströmschlitze 16 abdeckt und dadurch stark gebremst wird, während gleichzeitig die leeseitigen Flügel 7 über die zugehörige Ölhydraulik 11 in eine wirkungslose, nahezu horizontale, Position gelangen, wie aus Figur 4 ersichtlich.
Während starker Windbeaufschlagung öffnen die luuseitigen Flügel 7 (Figur 3) etwas nach Lee, wie in Figur 2 dargestellt, wobei der zugehörige Pumpenkolben 13 seine obere Totpunktstellung erreicht. So wird die Windlast bei starken Böhen auf ein für das Karusselgerüst 3 und den Mast 1 erträgliches Maß herabgesetzt.

Claims

AN SPRÜCHE ================= 1.) Allseits beaufschlagbares Windrad mit lotrechter Achse die wenigstens einen radialen Doppelarm trägt, an dessen freien Enden je wenigstens ein Flügel fest ist, dadurch gekennzeichnet, daß die flach-rechteckigen Flügel (7) bezüglich ihres Doppelarmes (6) einen Winkel von 900 gegeneinander und von 450 in Ruhelage gegen die Vertikale einschließen, und der Doppelarm (6.6) am Mast (1) drehbar (2,4) gelagert und mit einem Kolbenverdichter (14) gekuppelt ist, dessen Hub den Drehbereich 0 des Doppelarmes auf etwa 100 begrenzt.
2.) Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Doppelarme (6) senkrecht untereinander vorgesehen und je in der Mitte unterteilt und dort in einem Karusselgerüst (3) gelagert sind, daß einen lotrechten feststehenden Rohrmast (1) umgibt und an ihm gelagert (2,4) ist, wobei die jeweils untereinander angeordneten Doppelarmhälften (6) über je ein Kurbelgestänge (8,9) miteinander und die einander gegenüberliegenden Kurbelgestänge über eine Ölhydrau lik (11) gekuppelt sind.
3.) Windrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Kurbelgestänge (8,9) gehörigen Kolben der Ölhydraulik (11) und Kolbenverdichter (14) auf einer gemeinsamen Kolbenstange (10) sitzen.
4.) Windrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitssylinder der Kolbenverdichter (14) den Auslaßventilen (15) vorgeschaltete Überströmschlitze (16) enthalten, die übereinander im oberen und unteren Ende des Zylindermantels vorgesehen sind.
5.) Windrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über und unter den Flügeln (7) horizontale Stauflügel (18) am Karusselgerüst (3) starr befestigt sind.