DE29500782U1

DE29500782U1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE29500782U1
Application number: DE29500782U
Authority: DE
Original assignee: FREIMUND WOLFGANG
Current assignee: FREIMUND WOLFGANG
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2005-01-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit vier sich gegenläufig drehenden Einblattrotoren, deren zwei horizontal laufenden Rotorwellen durch ein Kegelradgetriebe mit einer vertikal drehenden Verbindungswelle auf einem drehbar gelagerten Chassis an der Turmspitze verbunden ist.

Im mittleren Turmbereich sitzt ein weiteres Doppelchassis, dessen Konstruktion baugleich mit dem eben beschriebenen Chassis ist. Die Kraftübertragung erfolgt mit Hilfe zweier Kegelräder (die am Ende der beiden Rotorwellen sitzen) auf ein doppelseitig gefrästes Tellerrad mit geraden Zähnen (das sich außen um den Turm dreht). Dieses Tellerrad ist mit einer waagerecht gelagerten Welle verbunden, die die Kraft der beiden Rotoren über eine Kegelradverbindung ins Turminnere auf den senkrecht angeordneten Triebstrang leitet, der wiederum eine Verbindung mit der Getriebe-Generstor-Kombination herstellt.

Aufgrund der gegenläufigen Drehbewegungen der vier Einblattrotoren werden die Auftriebskräfte strömungstechnisch leistungseffizienter umgesetzt; d.h. anstatt einer halben Kreisfläche können zwei Kreisflächenhälften auftriebsnutzend abgedeckt werden.

Nachteile bei dieser Bauart entstehen, wenn die vier Rotoren nicht über eine getriebliche Verbindung synchron drehzahlgleich miteinander laufen; denn der vordere Rotor beginnt sich sehr schnell zu drehen und erzeugt so große Randwirbel, daß die laminare Strömung sehr stark beeinträchtigt wird und der hintere Rotor durch zu niedrige Drehzahlen keine zufriedenstellende Leistungswerte erreicht. Zudem besteht die Gefahr, daß der vordere Rotor als Folge einer unkontrolliert hohen Umlaufgeschwindigkeit Schäden an Einzelteilen in der nachgeordneten Mechanik verursachen kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs genannten Bauart zu konstruieren, der den dar,-gestellten Nachteil beseitigen soll.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zwischen den beiden horizontal gelagerten Rotorwellen im oberen Chassis an der Turmspitze und dem baugleichen Doppelchassis im mittleren Turmbereich eine betriebliche Kegelradverbindung besteht und das festgelegte Übersetzungsverhältnis 1.:1 beträgt.

Aufgrund der getrieblichen Anordnung und der festgelegten Übersetzung von 1:1 werden die gegenläufigen Drehbewegungen der vier Einblattrotoren in ihrer Drehzahl und Umlaufgeschwindigkeit optimiert.

Aus der nachfolgenden Beschreibung und der schematischen Darstellung soll die Erfindung ausführlich erläutert werden.

Pig.1: Schematische Darstellung der Vorderansicht der Windkraftanlage;

Fig.2: Schemstische Darstellung der Draufsicht des Chassis der Windkraftanlage;

Fig.3: Schematische Darstellung der Seitenansicht des Doppelchassis der Windkraftanlage;

Pig.A-: Schematische Darstellung der Draufsicht des Doppelchassis und der nachgeordneten Turminnenkonstruktion der Windkraftanlage;

Fig. 5: Schematische Darstellung der Seitenansicht des Turmaufbaues der Windkraftanlage;

Fig.6 : Schematische Einzel- und Gesamtdarstellung mit Vorder-, Seiten- und Draufsicht einer kompletten W'indkraftanlage mit vier gegenläufigen Einblattrotoren;

Wie aus Fig.1 zu ersehen ist, besteht die Windkraftanlage aus vier Einblattrotoren 1,2,3,4-, die sich gegenläufig drehen. Die Drehrichtung ist durch Pfeile gekennzeichnet. Zwei der vier Rotoren 1,2 befinden sich auf dem Chassis 18 an der Turmspitze des Konverters. Zwei weitere Rotoren 5,4 sind auf einem Doppelchassis 35» 36 im mittleren Turcibereich angeordnet. Es besteht eine getriebliche Verbindung der beiden Konstruktionen 18,35,36.

Die Wellen 11,12 der zwei oberen Rotoren 1,2 laufen horizontal und sind je Welle 11,12 zweifach gelagert 7,8,9,10. Die Kraft der Rotorwellen 11,12 wird mit Hilfe eines Kegelradgetriebes 13,1^,15 is übersetzungsverhältnis 1:1 auf eine senkrecht gelagerte Welle 47 im Turm übertragen. Für Wartung- und Reparaturarbeiten sind an den Rotorwellen 11,12 zwei Kupplungsbremsen 16,17 installiert.

Eine weitere Kraftübertragung auf den vertikalen Triebstrang erfolgt im mittleren Turmbereich. Diese Leistungsverstärkung von zwei zusätzlichen gegenläufigen Einblattrotoren 3}4- in diesem Bereich wird von zwei weiteren Rotorwellen 25,26 durch zwei Kegelräder 29,30 auf ein doppelseitig gefrästes Tellerrad 31 ^mit geraden Zähnen (das sich außen um den Turm dreht), über ein Kegelrad 39 und einer Welle 43a ins Turminnere mittels zweier vertikal und horizontal angeordneter Kegelräder 40,41 auf eine senkrecht drehende Welle 47 abgeleitet.

Der vertikale Wellenstrang endet im unteren Turmbereich in einer Getriebe-Generstor-Verbindung 49,50 mit vorgeschalteter Kupplungsbremse 48.

Die obere und untere Chassiskon.struktion 18,35,36 ist jeweils drehbar gelagert 8a,32.

Die gegenläufigen Einblattrotoren 1,2,3,4 auf der Turmspitze und am Mittelturm werden von zwei im und am Turm befindlichen Windrichtungna^führungsvorrichtung 33,34,51,52 in die günstigste Änströmposition gedreht.

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So hat die Drehbewegung des einen Rotors 1 über die getriebliche Verbindung 13» 14-, 15 gleichzeitig den gegenläufigen Umlauf des anderen Rotors 2 zur Folge, so daß ein Still stand vermieden wird. Durch die Verbindungswelle 4-7 und der symmetrisch angeordneten Getriebeverbindung 29» 30» 39»4-0,4-1 laufen die Rotoren 3,4- drehzahlgleich und entgegengesetzt wie die Rotoren 1,2. Durch diese getriebliche Konstruktion und des festgelegten 1:1 Übersetzungsverhältnis können die gegenläufigen Drehbewegungen der vier Rotoren 1,2,3)4- im Drehzahlbereich und der Umlaufgeschwindigkeit und letztendlich der Gesamtleistungswirkungsgrad maximiert werden.

Die drehzahlgleiche und getriebliche Synchronisierung der Gegenläufigkeit der vier Einblattrotoren gewährleistet eine dauerhafte Stabilisierung jedes einzelnen Rotorkörpers in einer laminaren Luftströmung; d.h. die vier Rotoren befinden sich ständig in der günstigsten Änströmposition des Windes, ohne daß zusätzlich die Rotorstellung nachträglich korrigiert werden muß.

Kit dieser gegenläufigen konstruktiven Rotoranordnung wird jeder einzelne Rotorkörper optimal durchströmt und durch aerodynamisch einblattbedingte höhere Schnellaufzahl wird eine größere Leistungseffizienz als bei Windkraftanlagen mit einem Zwei- oder Dreiblattrotor konventioneller Bauart erreicht.

Durch die Installtion des Triebstranges (Getriebe-Generator-Kombination) senkrecht im Turm ergeben sich günstige statische Werte für die Turmkonstruktion und das Bodenfundament.

Die Gesamtkosten für Planung, Entwicklung und Konstruktion dieses Windkraftanlagentyps stehen in einem ausgewogenen Preis-Leistungsverhältnis.

Claims

Ansprüche

Windkraftanlage mit vier sich gegenläufig drehenden Einblattrotoren, davon zwei Rotoren auf dem Vorder- und Hinterteil eines drehbar gelagerten Chassis, deren zwei horizontal liegende Rotorwellen mit einer vertikal laufenden Verbindungs welle im Turm, mit Kraftübertragung von zwei weiteren Rotoren, auf einem Doppelchassis im mittleren Turmbereich angeordnet, deren zwei waagerecht gelagerten Rotorwellen die gegenläufigen Drehbewegungen auf ein doppelseitig gefrästes Tellerrad mit geraden Zähnen (das sich um den Turm dreht) und über eine weitere Welle auf die vertikale Verbindungswelle und in den senkrecht nachgeordneten Triebstrang abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

1. am oberen Chassis (18) auf der Turmspitze an zwei Rotor naben (5,6) je ein einflügeliges Rotorblatt (1,2) mit Gegengewicht angeordnet ist;
2. im mittleren Turmbereich an einem Doppelchassis (35»36) an zwei Rotornaben (19,20) je ein einflügeliges Rotor blatt (3,4) mit Gegengewicht angeordnet ist;
3· an den zwei horizontal laufenden Rotorwellenenden (11,12) je ein Kegelrad (13,15) Uftd je eine dazwischengesetzte Kupplungsbremse (16,17) sitzt;
4. jede der zwei horizontal liegenden Rotorwellen (11,12) im Chassis (18) je zweifach mit Kugellagern (7,8,9,10) versehen sind;
5. das Chassis (18) mit den Rotorkörpern (1,2) auf einem Drehlager (8a) an der Turmspitze sitzt;
6. das Kegelrad (14) am Ende der Verbindungswelle (47) an der Turmspitze in Verbindung mit zwei weiteren Kegelrädern (13, 15) ein Kegelradgetriebe (13,14,15) ergeben und durch ihre Anordnung gegenläufige Drehbewegungen der beiden Rotoren (1,2) ermöglichen;

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7. die senkrecht laufende Welle (4-7) im Turm eine Verbindungswelle (4-7) zwischen dem Chassis (1S) auf der Turmspitze und dem Doppelchassis (35»36) im mittleren Turmbereich darstellt;
8. das Doppelchassis (35»36) im mittleren Turmbereich baugleich wie das obensitzende Chassis (18) konstruiert ist: 2 Einblattrotoren (3,4-), 2 Rotornaben (19,20), 4- Kugellager (21,22,23,24-), 2 Kupplungsbremsen (27,28), 2 horizontal· gelagerte Rotorwellen (25,26), das Drehlager (32), die Windna^führungsvorrichtung (33,34·);
9. zwei Kegelräder (29,30) die Kraft der beiden Rotorwellen (25»26) auf ein doppelseitig gefrästes Tellerrad (3S) mit geraden Zähnen auf eine weitere horizontal zweifach gelagerte (4-2,4-3) Welle (4-3a) mit Kegelrad (39) ins Turm innere leitet;
10. je ein horizontal und vertikal sitzendes Kegelrad (4-0,4-1) gemäß Anspruch 8. eine Kegelradverbindung auf die Ver bindungswelle (4-7) darstellt;
11. die senkrechte Verbindungswelle (4-7) mit fünf Kugellager (4-5,4-oa-c), zwei Kegelrädern (14-, 4-1) und einer Kupplungsbremse (4-8) versehen ist;
12. das Übersetzungsverhältnis aller Kegelradverbindungen bis zum Getriebe 1:1 beträgt;

13· die senkrechte Verbindungswelle (4-7) in einer senkrecht installierten Getriebe-Generator-Kombination (4-9,50) im unteren Turmbereich endet;

14·. das Chassis (18) auf der Turmspitze von einer Windrichtungnachführungsvorrichtung (51»52) und am mittleren Turmbereich eine zweite Windrichtungnachführungsvorrichtung das Doppelchassis (35,36) in den Wind dreht;