DE4113197A1 - Windkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine mit einer Vielzahl von Windaufnahmeflächen, die an endlosen, über wenigstens teilweise Antriebs­ räder darstellende Umlenkräder laufenden Strängen, wie Ketten od. dgl. angeordnet sind.

Zur Energiegewinnung aus der Windkraft sind Windrotoren zur Stromerzeu­ gung bekannt, deren Rotorblätter ggf. verstellbar an einer Nabe befestigt sind, deren Drehachse sich in Windrichtung erstreckt. Die Rotorblätter derartiger Windanlagen weisen in der Regel eine beträchtliche Länge auf, so daß die die Rotorblätter lagernde Nabe hoch über dem Niveau des Bodens an einem Gerüst angeordnet ist. Da der Rotordurchmesser relativ groß ist und in verschiedenen Höhenlagen in der Regel auch unterschiedli­ che Windgeschwindigkeiten auftreten, werden die Rotorblätter auch in der Regel unterschiedlich belastet. Der Wirkungsgrad solcher bekannter Windkraftmaschinen ist im allgemeinen relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftmaschine mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, wobei insbesondere auch eine kompakte Bauweise erzielt werden kann. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die in Windströmungsrichtung, d. h. auf der Windleistungsseite laufenden, wirksamen Windaufnahmeflächen an wenigstens zwei auf Abstand angeordneten, endlosen Strängen nebeneinanderliegend und sich zu einer großen Aufnahmefläche ergänzend festgelegt sind, während die gegen die Windströmungsrichtung, d. h. auf der Rücklaufseite laufenden, wirksamen Windaufnahmeflächen um ein vielfaches reduziert sind.

Diese Reduktion der Windaufnahmeflächen auf der Rücklaufseite läßt sich auf verschiedene Weise erreichen. So können beispielsweise die Windaufnah­ meflächen an mehreren mit ihren Umlenkrädern übereinanderliegend angeordneten, endlosen Stränge drehgelenkig angeschlossen sein und auf der in Windströmungsrichtung laufenden Seite, d. h. auf der Windleistungsseite in Abspreizlage gehalten sein, während die gegen die Windströmungsrich­ tung, d. h. auf der Rücklaufseite laufenden Windaufnahmeflächen in eine windwiderstandsarme Anklapplage an die Stränge verschwenkt sind. Zu diesem Zweck ist nach einem Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung an den Strängen außer einem jeder Windaufnahmefläche zugeordneten Klappgelenk ein Widerlager angeordnet, an dem die Windaufnahmeflächen in Abspreizla­ ge abgestützt sind, wobei das jeweilige Widerlager die Windaufnahmefläche während ihrer Bewegung gegen die Windströmungsrichtung zur Überführung in die Anklapplage frei gibt.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die endlosen Stränge mit ihren Umlenkrädern ebenfalls übereinanderliegend angeordnet, während die Windaufnahmeflächen starr an die Stränge angeschlossen sind und die Umlenkräder zur Rücklaufseite der endlosen Stränge hin geneigt verlaufen, derart, daß die auf der Windleistungsseite übereinanderlaufenden Windauf­ nahmeflächen auf der Rücklaufseite der Stränge sämtlich hintereinander verlaufen.

In beiden Fällen summieren sich auf der Windleistungsseite die Windaufnah­ meflächen, während auf der Rücklaufseite praktisch nur eine einzige Windaufnahmefläche vorhanden ist, da sämtliche anderen Windaufnahmeflä­ chen in deren Windschatten verlaufen.

Zur Aufsummierung der durch die Windkraft geäußerten Antriebsmomente sind nach einer Weiterbildung der Erfindung die vorderen, übereinander angeordneten Umlenkräder und auch die hinteren, übereinander angeordne­ ten Umlenkräder auf jeweils einer gemeinsamen, ggf. Kardangelenke aufweisenden Welle drehfest angeordnet, wobei die vordere Welle ortsfest gelagert ist, um welche ein Schwenkarm verschwenkbar ist, an welchem ihrerseits die hintere Welle drehgelagert ist.

Damit sich die endlosen Stränge jeweils selbsttätig in Windrichtung einstellen, ist nach einem Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung mit dem Schwenkarm eine Windfahne fest verbunden, wodurch der Schwenkarm in die jeweilige, der Windrichtung analoge Stellung überführbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Windkraftmaschine in einer schematischen Draufsicht mit übereinanderliegend angeordneten, aus Gliederketten bestehenden endlosen Strängen, an denen die Windaufnahmeflächen starr angeord­ net sind,

Fig. 2 die aus Fig. 1 ersichtliche Windkraftmaschine in einem Vertikal­ schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1, jedoch ohne den aus Fig. 1 ersichtlichen Standfuß,

Fig. 3 die an endlose Stränge bildenden Ketten drehgelenkig angeschlosse­ nen Windaufnahmeflächen.

Die aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Windkraftmaschine weist beispiels­ weise drei übereinander angeordnete umlaufende Stränge in Form von Gliederketten 10 auf. Jede dieser endlosen Gliederketten 10 ist um zwei Kettenräder gelegt, von denen das eine Kettenrad ein Umlenkrad 11 darstellt, während das andere Kettenrad als Antriebsrad 12 fungiert. Es sind dem zufolge bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der einen Seite drei Umlenkräder und auf der anderen Seite drei Antriebsräder übereinanderliegend angeordnet. Davon befindet sich das jeweilige mittlere Kettenrad in einer horizontalen Lage, während das jeweils darüber liegende und auch darunter liegende Kettenrad derart geneigt angeordnet sind, daß die die Kettenräder umschlingenden Gliederketten 10 auf der einen Längsseite in geringem Abstand übereinander verlaufen, während auf der anderen Längsseite die Gliederketten 10 einen jeweils größeren Abstand voneinander aufweisen. Sowohl die drei übereinander angeordneten Umlenk­ räder 11 als auch die drei ebenfalls übereinander angeordneten Antriebsrä­ der 12 stehen durch jeweils eine Kardangelenkwelle 13 bzw. 14 miteinander in drehfester Verbindung. Dabei sind die Gelenkwellen 13 und 14 jeweils am Ende eines Schwenkarmes 15 gelagert, wobei das die Kardangelenkwelle 14 lagernde vordere Ende des Schwenkarmes 15 seinerseits auf einem Stützfuß 16 schwenkbar gelagert ist. Dieser in Fig. 2 nicht dargestellte Stützfuß haltert einen Strom erzeugenden Generator, der mit der Kardan­ gelenkwelle 14 der Antriebsräder 12 drehfest verbunden ist.

Bei dem aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel weist jede Gliederkette 10 in gleichmäßigem Abstand angeordnete Sonderglieder 18 auf, an denen beispielsweise paddelartig ausgebildete Windaufnahmeflächen 19 starr befestigt sind. An der oberen Gliederkette 10 sind die Windauf­ nahmeflächen 19 an ihrer inneren Stirnseite im oberen Bereich befestigt. Die Windaufnahmeflächen 20 der mittleren Gliederkette 10 sind an ihrer der Gliederkette zugekehrten Stirnseite in deren mittlerem Bereich mit den Sondergliedern 18 der Gliederkette 10 starr festgelegt, und zwar derart, daß sie im Abstand zu der Windaufnahmefläche 19 angeordnet sind. Schließlich sind auch die der unteren Gliederkette zugehörigen Windaufnah­ meflächen 21 an ihren der Gliederkette zugekehrten Stirnseiten starr befestigt, jedoch derart, daß die Sonderglieder 18 im unteren Bereich der Stirnseiten der Windaufnahmeflächen 21 an diesen angreifen. Dabei ist die untere Gliederkette 10 derart auf die Kettenräder 11 und 12 aufgelegt, daß die Windaufnahmeflächen 21 ebenso wie die Windaufnahmeflächen 20 einen horizontalen Abstand zu den Windaufnahmeflächen 19 aufweisen, so daß in Windrichtung, gemäß dem Windrichtungspfeil 22 gesehen, die Aufnahmeflächen 19, 20 und 21 übereinander angeordnet sind, um auf der Windleistungsseite einen störungsfreien Windzugang zu den Windaufnahme­ flächen 19 bis 21 zu gewährleisten. Auf der gegenüberliegenden Rücklauf­ seite sind infolge der geneigten oberen und unteren Kettenräder 11 bzw. 12 und der vorbeschriebenen Anordnung der Windaufnahmeflächen 19 bis 21 an den Gliederketten 10 die Windaufnahmeflächen derart hintereinander angeordnet, daß nur die dem Wind zugekehrte erste Aufnahmefläche angeblasen wird, während die anderen Windaufnahmeflächen im Windschat­ ten dieser jeweils dem Wind entgegenlaufenden ersten Windauffangfläche liegen. Die Größe der Windaufnahmeflächen kann dem jeweiligen Bedarfs­ fall angepaßt und entsprechend optimiert werden.

Damit nun eine selbsttätige Einschwenkung des Schwenkarmes 15 mit den von diesem gehalterten Gliederketten in Windrichtung erfolgen kann, ist über beispielsweise ein am Schwenkarm 15 festgelegtes Rohr 23 eine Windfahne 24 angeordnet. Dadurch läßt sich je nach Windrichtung der Schwenkarm 15 und die von diesem gehalterten Gliederketten mit den Windaufnahmeflächen um die Lagerstelle der Gelenkwelle 14 durch Windanblasung selbsttätig verschwenken, so daß der Wind im wesentlichen immer rechtwinklig auf die Windaufnahmeflächen 19 bis 21 auftrifft.

Bei einer von der vorbeschriebenen und in den Fig. 1 bis 2 dargestellten Ausführungsform abweichenden Ausführung können beispielsweise ebenfalls drei Gliederketten übereinander angeordnet sein. Die auf einer Seite ein Umlenkrad und auf der anderen Seite ein Antriebsrad bildenden Kettenrä­ der 12 können sämtlich mit in Bezug auf die Windaufnahmeflächen 19 bis 21 ausreichendem Abstand übereinander horizontal angeordnet sein, so daß auf Kardangelenkwellen verzichtet werden kann und statt dessen eine durchgehende Lagerwelle an den Enden des Schwenkarmes 15 zur drehfe­ sten Aufnahme der Kettenräder 11 und 12 Verwendung finden kann. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden bei dieser Ausführungsform die Windauf­ nahmeflächen 25 über ein Klappgelenk 26 an die Gliederkette 10 ange­ schlossen, das gleichzeitig ein Widerlager 27 aufweist, an welchem sich der Anlagefinger 28 der Windaufnahmefläche 25 bei Beaufschlagung durch den Wind auf der Windleistungsseite abstützt. Auf der Rücklaufseite bläst der Wind die Windaufnahmefläche 25 in eine auf der rechten Seite von Fig. 3 dargestellte Anklapplage. Der prinzipielle Aufbau dieser zweiten Ausfüh­ rungsform entspricht im wesentlichen dem zunächst beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel außer der geneigten Anordnung der Kettenräder 11 und 12 und der starren Anordnung der Windaufnahmeflächen an den in gleichmäßi­ gem Abstand zueinander angeordneten Ketten 10.

Wie bereits erwähnt, geben die dargestellten und vorbeschriebenen Ausführungen den Erfindungsgegenstand lediglich beispielsweise wieder, der keinesfalls allein darauf beschränkt ist. Es sind vielmehr auch mancherlei Änderungen und andere Ausgestaltungen der Erfindung denkbar. Außerdem sind alle in der Beschreibung erwähnten und/oder in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale erfindungswesentlich, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Bezugszeichenliste:

10 Strang/Gliederkette
11 Umlenkrad/Kettenrad
12 Antriebsrad/Kettenrad
13 Kardangelenkwelle
14 Kardangelenkwelle
15 Schwenkarm
16 Stützfuß
17 Generator
18 Sonderglied
19 Windaufnahmefläche
20 Windaufnahmefläche
21 Windaufnahmefläche
22 Windrichtungspfeil
23 Rohr
24 Windfahne
25 Windaufnahmefläche
26 Klappgelenk
27 Widerlager
28 Anlagefinger

Claims (6)

1. Windkraftmaschine mit einer Vielzahl von Windaufnahmeflächen, die an endlosen, über wenigstens teilweise Antriebsräder darstellende Umlenkräder laufenden Strängen, wie Ketten od. dgl., angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in Windströmungsrichtung - Windleistungsseite - laufenden, wirksamen Windaufnahmeflächen (19-21, 25) an wenigstens zwei auf Abstand angeordneten, endlosen Strängen (10) nebeneinanderlie­ gend und sich zu einer großen Aufnahmefläche ergänzend festgelegt sind, während die gegen die Windströmungsrichtung - Rücklaufseite - laufenden, wirksamen Windaufnahmeflächen (19-21, 25) um ein Vielfaches reduziert sind.

2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die endlosen Stränge (10) mit ihren Umlenkrädern (11, 12) übereinander­ liegend angeordnet sind, und die Windaufnahmeflächen (25) drehge­ lenkig an die Stränge (10) angeschlossen sind, und auf der in Windströmungsrichtung laufenden Seite - Windleistungsseite - in Abspreizlage gehalten sind, während die gegen die Windströmungs­ richtung - Rücklaufseite - laufenden Windaufnahmeflächen (25) in eine windwiderstandsarme Anklapplage an die Stränge (10) ver­ schwenkt sind.

3. Windkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Strängen (10) außer einem jeder Windaufnahmefläche (25) zugeordneten Klappgelenk (26) ein Widerlager (27) angeordnet ist, an dem die Windaufnahmeflächen (25) in Abspreizlage abgestützt sind und das die Windaufnahmeflächen (25) während ihrer Bewegung gegen die Windströmungsrichtung zur Überführung in die Anklapplage freigibt.

4. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die endlosen Stränge (10) mit ihren Umlenkrädern (11, 12) übereinander­ liegend angeordnet sind, und die Windaufnahmeflächen (19-21) starr an die Stränge (10) angeschlossen sind, wobei die Umlenkräder (11, 12) zur Rücklaufseite der endlosen Stränge (10) hin geneigt angeord­ net sind, derart, daß die auf der Windleistungsseite übereinanderlau­ fenden Windaufnahmeflächen (19-21) auf der Rücklaufseite der Stränge sämtlich hintereinander verlaufen.

5. Windkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen, übereinander angeordneten Umlenkräder (12) und auch die hinteren, übereinander angeordneten Umlenkräder (11) auf jeweils einer gemeinsamen, gegebenenfalls Kardangelenke aufweisenden Welle (13, 14) drehfest angeordnet sind, wobei die vordere Welle (14) ortsfest gelagert ist, um welche ein Schwenkarm (15) verschwenkbar ist, in welchem die hintere Welle (13) gelagert ist.

6. Windkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwenkarm (15) eine Windfahne (24) fest verbunden ist, wodurch der Schwenkarm (15) in die jeweilige, der Windrichtung analoge Stellung überführbar ist.