DE3903116A1 - Windkraftwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk, bei welchem Maschinen, insbesondere Stromerzeuger, durch dem Wind ausgesetzte und durch diesen drehbare Flügel angetrieben werden.

Bei bekannten Windkraftwerken dieser Art sind entweder Windräder oder Propeller vorgesehen, die über Zwischengetriebe einen Generator antreiben. Bekannt sind weiter die sogenannten Flettner- Rotoren, die aus senkrecht stehenden drehbaren Walzen bestehen, die mit sich in Mantelrichtung erstreckenden Schaufeln versehen sind, an welchen der Wind angreift.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Windkraftwerk zu schaffen, welches insbesondere für schwachen Wind geeignet ist, da bei den bekannten Anordnungen eine nennenswerte Kraft- oder Stromausbeute nur bei größeren Windstärken möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am oberen Ende eines im Basisbereich drehbar gelagerten Mastes wenigstens eine horizontal sich erstreckende und um ihre horizontale Achse um 90° zwischen Anschlägen drehbare Welle im Bereich ihrer Längsmitte so gelagert ist, daß eine Umlaufbewegung der Welle in der Horizontalebene den Mast um seine senkrechte Achse dreht, wobei an beiden Enden der Welle einander gegenüberliegende Windangriffsflächen um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß dann, wenn die eine Windangriffsfläche senkrecht steht, die gegenüberliegende Windangriffsfläche horizontal liegt.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die jeweils senkrecht stehende und damit dem angreifenden Wind ausgesetzte Windangriffsfläche zu einer Drehbewegung des Mastes führt, weil die gegenüberliegende Windangriffsfläche horizontal liegend durch den Wind hindurch geführt wird und so nur einer geringen Luftreibung ausgesetzt ist. Bei einer Weiterdrehung des Mastes, bei welcher sich die senkrecht stehende Windangriffsfläche vom Wind weg bewegt bzw. aus dem Wind herausgedreht wird, wird die horizontal liegende Windangriffsfläche aufgerichtet, um jetzt dem Wind ausgesetzt zu sein und den weiteren Antrieb zu übernehmen.

Es kann insbesondere bei Verwendung einer Schwungmasse genügen, wenn eine Welle mit einem Paar der beschriebenen Windangriffsflächen Verwendung findet. Zweckmäßig ist es selbstverständlich, wenn wenigstens zwei um 90° in der Horizontalebene gegeneinander versetzte Wellen mit zwei Paar Windangriffsflächen dem Antrieb dienen.

Die Kraft- und Stromausbeute ist natürlich um so größer, je mehr Windangriffsflächen dieser Art Verwendung finden. Ihre Anzahl ist nur durch die freie Beweglichkeit im jeweiligen Nachbarbereich begrenzt.

Der Umschaltvorgang zwischen horizontaler und vertikaler Ausrichtung der Windangriffsflächen kann dadurch unterstützt werden, daß an den äußeren Enden der Wellen Propeller oder schraubenartige Windflügel angeordnet sind oder eine Anschrägung, die die Windanströmung begünstigt.

Am unteren Ende des drehbaren Mastes braucht dann nur noch der Generator entweder direkt oder über ein Zwischengetriebe angeschlossen zu werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch dem Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wasserfahrzeuges, dienen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windkraftwerkes.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform, bei welcher das Windkraftwerk dem Antrieb eines Wasserfahrzeuges dient.

Gemäß Fig. 1 ist ein senkrecht stehender Mast 1 in seinem Basisbereich 2 drehbar gelagert und mit Abtriebsmitteln 3 (beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Form von Kegelrädern) versehen, über die ein Generator 4 od. dgl. antreibbar ist.

Am oberen Ende des Mastes 1 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei um 90° in der Horizontalebene gegeneinander versetzte Wellen 5 und 6 so gelagert, daß sie sich um 90° drehen können, daß aber gleichzeitig ihre Drehung auf 90° begrenzt ist. Die Wellen 5 und 6 liegen dabei horizontal und sind so mit dem oberen Ende des Mastes verbunden, daß sie diesen bei einer Umlaufbewegung in Richtung des Pfeiles 7 mitnehmen und ihm eine Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 8 aufzwingen.

An den beiden Enden der Wellen 5 und 6 sind jeweils Windangriffsflächen 9 und 10 bzw. 11 und 12 angeordnet, die um 90° gegeneinander versetzt sind, so daß dann, wenn die eine Windangriffsfläche senkrecht steht, die gegenüberliegende Windangriffsfläche horizontal liegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Windangriffsflächen einen dreiecksförmigen Zuschnitt, wobei eine Dreiecksspitze jeweils zum Mast 1 hinweist.

Die Wellen 5 und 6 sind in ihrem Lagerbereich am Mast 1 mit Anschlägen versehen, welche sicherstellen, daß im senkrechten Zustand die Windangriffsfläche nur nach der dem Wind zugewandten Seite kippen kann, damit die Windkraft aufgenommen wird. Ein entsprechender Anschlag begrenzt die Bewegung der Wellen, wenn die Windangriffsflächen horizontal liegen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende:

In der Darstellung nach Fig. 1 steht die Windangriffsfläche 9 senkrecht, so daß der beispielsweise in Richtung der Pfeile 13 anströmende Wind die Windangriffsfläche 9 voll trifft und diese in Richtung des Pfeiles 7 mitnimmt. Während dieser Umlaufbewegung, insbesondere wenn die Windangriffsfläche 9 die Lage der Windangriffsflächen 12 und 10 einnimmt, führt die Welle 5 eine Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 14 aus, so daß die Windangriffsfläche 9 sich entsprechend dreht und schließlich eine horizontale Lage einnimmt, wie dies die Windangriffsfläche 10 in Fig. 1 tut. In dieser Lage geht die Windangriffsfläche mit nur geringer Luftreibung durch den Wind, um sich dann, wenn sie etwa an der Stelle der Windangriffsfläche 11 vom Wind erfaßt wird, wieder aufzurichten und das vom Wind erzeugte Drehmoment auf den Mast zu übertragen.

Um diesen Umklappvorgang zu erleichtern, können Propeller 15 od. dgl., wie schraubenartige Windflügel oder Anschrägungen an den äußeren Enden der Wellen 5 und 6 vorgesehen sein, durch welche in den Übergangsbereichen ein zusätzliches Drehmoment auf die Wellen 5 und 6 ausgeübt wird.

Es kann unter Umständen genügen, lediglich eine einzige Welle mit zwei Windangriffsflächen zu verwenden, sofern der Mast mit einer größeren Schwungmasse, wie bei 16 angedeutet, versehen ist.

Andererseits kann es jedoch vorteilhaft sein, mehr als zwei Wellen zu verwenden, da dies zu einem erhöhten Drehmoment und zu einer gleichmäßigeren Drehbewegung des Mastes 1 führen kann.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung auf den Antrieb eines Wasserfahrzeuges, bei welcher der Mast 1 über das Getriebe 3 direkt eine Schraubenwelle 17 mit einer Schraube 18 antreibt und an einem Wasserfahrzeug 19 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind zwei Wellen 5 und 6 mit Windangriffsflächen 9 bis 12 vorgesehen, die, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, betätigt werden.

Claims (6)

1. Windkraftwerk, bei welchem Maschinen, insbesondere Stromerzeuger, durch dem Wind ausgesetzte und durch diesen drehbare Flügel angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende eines im Basisbereich (2) drehbar gelagerten Mastes (1) wenigstens eine horizontal sich erstreckende und um ihre horizontale Achse um 90° zwischen Anschlägen drehbare Welle (5, 6) im Bereich ihrer Längsmitte so gelagert ist, daß eine Umlaufbewegung der Welle (5, 6) in der Horizontalebene den Mast (1) um seine senkrechte Achse dreht, wobei an beiden Enden der Welle (5, 6) einander gegenüberliegende Windangriffsflächen (9 bis 12) um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß dann, wenn die eine Windangriffsfläche (9) senkrecht steht, die gegenüberliegende Windangriffsfläche (10) horizontal liegt.

2. Windkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 90° in der Horizontalebene gegeneinander versetzte Wellen (5, 6) mit zwei Paar Windangriffsflächen (9 bis 12) vorgesehen sind.

3. Windkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltvorgang zwischen horizontaler und vertikaler Ausrichtung der Windangriffsflächen (9 bis 12) durch an den äußeren Enden der Wellen (5, 6) angeordnete Propeller (15) oder schraubenartige Windflügel od. dgl. unterstützt wird.

4. Windkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Propeller oder Windflügel Anschrägungen im Bereich der Wellenenden vorgesehen sind, die den Umschaltvorgang und die Windanströmung begünstigen.

5. Windkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des drehbaren Mastes (1) direkt oder über ein Zwischengetriebe (3) mit einem Generator (4) oder einer anderen Maschine verbunden ist.

6. Windkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Windkraftwerk dem Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Wasserfahrzeuges (19) dient.