DE8122496U1

DE8122496U1 - Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in eine andere Energieart, vorzugsweise in elektrische Energie

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Publication number: DE8122496U1
Application number: DE8122496U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1985-10-31

Description

Anmelder: LEPOIX, Louis L.

Quettigstr. 10 a
7570 BADEN-BADEN

Titel: Vorrichtung zur Umwandlung der kineti

schen Energie des Windes in eine andere Energieart, vorzugsweise in elektrische Energie

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in eine andere Energieart, vorzugsweise elektrische Energie.

Es sind bereits mehrere Windkraftmaschinen bekanntgeworden, die im allgemeinen aus einem mehrf lügeligen und sternförmigen Propeller bestehen, der mit seiner Welle auf einer vorzugsweise stromlinienverkleideten, gegebenenfalls den Energieumwandler oder eine Getriebeeinrichtung aufnehmenden Halterung drehbar gelagert

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ist. Die Halterung kann dabei mit einem Leitwerk versehen sein, um den Propeller in den Wind auszurichten, und schwenkbar auf einem Stator angeordnet sein.

Bei den bisher bekannten Propelleranordnungen tritt insofern ein Problem auf, als die Umdrehungsgeschwindigkeit des Propellers mit zunehmenden Windstärken vergrößert wird, wobei sehr bald eine Grenze in der Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht wird, bei welcher das für den Propeller verwendete Material den Fliehkräften nicht mehr standhält.

Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, die Flügel des Propellers entsprechend der Windstärke zu drehen, um auf diese Weise die Angriffsfläche kleiner zu halten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Angriffsfläche der Propellerflügel, d.h. die wirksame Fläche dieser Flügel, in Abhängigkeit von der Windstärke zu verkleinern bzw. zu vergrößern, wobei diese Veränderung durch den Wind selbst gesteuert wird, um dadurch zu erreichen, daß der Wirkungsgrad der jeweiligen Windstärke angepaßt wird, so daß das Windrad auch bei Sturm weiterarbeiten kann, ohne daß ein Bruch der Anlage auftritt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flügel des Propellers an im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Propellers verlaufenden Schwenkachsen, in Abhängigkeit _von d_er Windstärke in die dem Wind abgekehrte Seite (Lee-Seite) schwenkbar, gelagert sind.

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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß, durch den Wind selbst ■gesteuert, die Angriffsfläche der Flügel in Abhängigkeit von der Windstärke, d.h. bei größerer Windstärke verkleinert und bei kleinerer Windstärke vergrößert wird, so daß die Vorrichtung bei praktisch jeder Windstärke optimal arbeiten kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß durch die Befestigung der Flügel auf Schwenkteilen ein Kippen der Flügel in Abhängigkeit von der Windstärke in Lee-Seite ermöglicht wird. Hierzu werden mit Vorteil, gemäß Unteranspruch 3, die Schwenkteile als schalenförmige Verkleidungsteile der stromlinienförmigen Verkleidung benutzt, unter welchen nach dem anfänglichen Zurückkippen der Flügel der Wind angreifen kann und diese Schwenkteile selbst als Steuermittel für das Zurückschwenken der Flügel verwendet werden können.

Schließlich können die Schwenkteile, an denen die Flügel befestigt sind, auch mit Gegengewichten versehen sein, durch welche bei schnellerer Umdrehung des Propellers infolge erhöhter Windstärke eine Fliehkraft an den Gewichten wirkt, welche das entsprechende Zurückschwenken der Flügel verursacht.

Selbstverständlich können sogenannte Rückstelleinrichtungen, wie Federn, Gummiteile oder dergleichen, verwendet werden, die auch als Hemmung für die Schwenk-

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bewegung eingesetzt werden können (gemäß Anspruch 5). Die Flügel können ferner mit Zahnscheiben um ihre "Drehachsen versehen werden, welche mit einem verschiebbaren Zahnkranz auf der Achse des Propellers gegen die Wirkung einer Feder in Eingriff gelangen können (Anspruch 7).

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ferner durch besondere Ausgestaltung der Ansprüche 8 und 9 besonders auf Autobahnen, Flughäfen, in Bergschluchten und so weiter eingesetzt werden, um eine sich selbst mit Energie versorgende Anzeigevorrichtung für die Windrichtung, die Windstärke und andere Witterungseinflüsse zu geben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann selbstverständlich auch als Großanlage aufgebaut sein.

Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel bevorzugter Ausführungsformen der Gegenstand der Erfindung näher er Iäu tert werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung in Prinzipdarstellung.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Morrichtung gemäß der Erfindung in Frontansicht.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in 'Frontansicht.

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Fig. 5 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung in Frontansicht.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung ein

Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung

in einer abgewandelten Ausführungsform.

Fig. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung eine andere Stellung der Vorrichtung gemäß Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine Möglichkeit zur Verstellung der einzelnen Flügel des Propellers der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung mit geraden Flügeln.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht die Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einem Propeller mit im dargestellten Beispiel zwei Flügeln 1, die auf einem Zentral lager 2 um eine Drehachse 3 bzw. 4 schwenkbar gelagert sind. Das Zentrallager 2 ist mit einer Achse 5 verbunden, die in einer stromlinienförmigen, aus zwei Teilen 6 und 7 bestehenden Verkleidung angeordnet ist.

Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Flügel 1 in die dem Wind abgekehrte Seite mehr oder weniger weit geschwenkt beziehungsweise gekippt werden können.

Die Richtung des Windes ist durch den Pfeil 8 angezeigt, so daß die Flügel in Abhängigkeit von der Windstärke in Richtung der gekrümmten Pfeile 9 in die dem Wind abgekehrte Seite, die sogenannte Lee-Seite, geschwenkt bzw. gekippt werden können, wie bei 1¹ dargestellt.

Das Teil 6 der Halterung ist mit einer stromlinienförmig

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ausgebildeten Leitfläche 10 verbunden, deren Profil bei 11 strichpunktiert dargestellt ist und die drehbar am Ende eines Mastes 12 derart angeordnet ist, daß sich die Spitze 13 des Teiles 6 der stromlinienförmigen Verkleidung immer in die dem Wind zugekehrte Seite einstellt, wodurch die Flügel 1 die größtmöglichste Angriffsfläche dem Wind darbieten.

Die Schwenkbewegung der Flügel 1 in Richtung des Pfeiles 9 kann in Abhängigkeit von der Windstärke durch den Winddruck bewirkt werden. Es ist auch möglich, beispielsweise an den vorderen Teilen 14 der einzelnen Flügel 1 Gegengewichte anzubringen, wobei durch Flieh-

Ij; kraft, je nach der Umdrehungsgeschwindigkeit des

',■ Propellers, die Flügel in die Lee-Seite geschwenkt

% 15 werden.

'Λ Die Bewegung kann durch eine Hemmvorrichtung ge-

■-^; hemmt werden, die auch bewirkt, daß die Flügel bei

} Abnehmen des Windes in die aufgestellte Richtung, d.h.

gegen die dem Wind zugekehrte Seite, bewegt werden. Diese Hemmvorrichtung kann beispielsweise vor oder hinter der Achse 3 bzw. 4 des jeweiligen Flügels angebracht werden. In einer besonderen Ausführungsform hat der Flügel eine flossenartige Ausbildung, die eine bestimm-

; te Krümmung aufweist, um zu erreichen, daß im umge-

klappten Zustand der Flügel der Propeller noch weiter arbeiten kann.

Es ist ferner möglich, ein mechanisches System innerhalb des Zentral lagers 2 vorzusehen, um zu bewirken, daß die Flügel gleichzeitig nach hinten in Lee-Richtung geschwenkt werden können.

-π-

Bei schwachem Wind sind die Flügel des Propellers aufgestellt und bieten somit dem Wind die größte An-,grfffsflache dar. Wenn der Wind stärker wird, schwenken, je nach den Stärke des Windes und dem dadurch entstehenden Winddruck, die Flügel mehr oder weniger in Richtung des Pfeiles 9, also in die dem Wind abgekehrte Seite. Dadurch wird die Windangriffsfläche kleiner, und der Angriffswinkel des Windes wird verändert, wo- . |

durch der Wirkungsgrad der jeweiligen Windstärke an- ■;'

gepaßt werden kann. ;

% Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht somit

's die automatische Regelung, auch bei sehr starkem Wind und Sturm. Dabei kann der Propeller ohne Beschädigung weiterarbeiten, und der Widerstand des Propellers ist im Sturm wesentlich kleiner als bei vollem Durchmesser, wenn der Wind eine geringe Stärke hat.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist der hintere Teil der Verkleidung anders als in Fig. 1 ausgebildet, und zwar läuft dieser in einen länglichen, beispielsweise zylinderförmigen Teil 15 aus, der an der Hinterseite, bei 16, stromlinienförmig ausgebildet ist und eine Leitfläche 17 aufweist. Mit Hilfe dieser Anordnung kann eine bessere Ausrichtung der Vorrichtung gemäß der Erfindung in den Wind erfolgen. Ferner ist es möglich, in dem länglichen Körper 15 Signaleinrichtungen unterzubringen, wodurch der hintere Teil 15, 16, 17 der Vorrichtung beispielsweise auf Autobahnen, Flughäfen, in Bergschluchten oder ähnlichen Stellen eingesetzt werden kann, wo es darauf ankommt, die Windrichtung und die Windstärke anzuzeigen. Der dann beispielsweise im vorderen Teil 6 untergebrachte Generator 18 liefert dann den Strom für eine Leuchtanzeige in dem Körper 15,

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-12-

wodurch, beispielsweise nach einem bestimmten Code oder in Leuchtziffern oder -zahlen, die Windstärke

angezeigt werden kann. Es ist selbstverständlich möglich, die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch für die Anzeige anderer Informationen, z. B. als Meldesäule, zu verwenden. Zu diesem Zweck können auch, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, an dem vorderen Leitwerk 10 sowie an der hinteren Leitfläche 17 mehrere Photozellen 19 vorgesehen sein, die in Ergänzung oder Ersetzung des durch den Generator 18 gelieferten Stromes für eine aufladbare Batterie den Strom liefern, wenn beispielsweise kein Wind vorhanden ist.

Wie bereits erwähnt, kann die Anordnung gemäß der Erfindung auf ein drehbares Gestell, wie dies bereits bei anderen VVindkraftanlagen üblich ist, montiert werden. Dabei können mehrere Propelleranordnungen vorgesehen werden.

In Fig. 3 ist eine Anordnung mit zwei Propelleranordnungen 20, 21 vorgesehen, die an einem stromlinienförmig verkleideten Querträger 23 angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform von Fig. 3. Hierbei ist eine weitere Propelleranordnung 24 zwischen den beiden Propelleranordnungen 20, 21 vorgesehen .

Fig. 5 zeigt schließlich die Anordnung von insgesamt vier Propelleranordnungen 20, 21, 24, 25 an zwei jeweils gekreuzten Armen, die an dem vorderen Leitwerk 10 befestigt sind.

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine Ausführungsmöglichkeit,

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bei welcher die Flügel eine besondere Anordnung an der stromlinienförmigen Halterung aufweisen. Die Flügel -1 sind auf schalenform igen Teilen 25 der stromlinienförmigen Verkleidung befestigt. Die schalenform igen Teile 25 ergänzen mithin in normaler Stellung (Fig. 6) die Stromlinienform 6. Die Drehlagerung der schalenförmigen Teile 25 befindet sich in den Achsen 26.

Bei stärker werdendem Wind werden die Flügel 1 zunächst etwas in Richtung der dem Wind abgekehrten Seite bewegt. Dadurch öffnen sich die schaienförmigen Teile 25 (Fig. 7), und der Winddruck kann an den schaienförmigen Teilen 25 angreifen und die rückwärtige Schwenkbewegung der Flügel noch unterstützen.

Selbstverständlich kann auch bei dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Hemmung oder eine Rückstellfeder vorgesehen sein, damit bei Wegffall des Windes die Flügel wieder in die normale Stellung zurückgeschwenkt werden und die Stromlinienform .6 des vorderen Teiles wieder voll hergestellt ist.

In Fig. 7 ist im Prinzip eine Ausführungsmöglichkeit der Schwenkbewegung der Flügel dargestellt.

Auf der Welle 5, die mit dem Generator oder einem Getriebe verbunden ist, ist in Richtung des Doppelpfeiles 26 gleitend eine zylinderförmige Zahnstange 27 angeordnet, die im Eingriff mit Zahnscheiben 28 steht, welche auf den Schwenkachsen 29 der Flügel 1 angeordnet sind, wobei die Flügel 1 mit den Zahnscheiben 28 verbunden sind. Die verschiebbare Zahnstange beziehungsweise der verschiebbare Zahnkranz wirkt . gegen eine

S -U-

S Rückstellfeder 30, die seiner Bewegung entgegenwirkt.

"Wenn nun durch Auftreten von größeren Windstärken ein Winddruck auf die Flügel 1 beziehungsweise auf die Verkleidungsteile, wie in den Figuren 6 und 7 dar-

;i 5 gestellt, wirkt, so werden die Zahnscheiben 28 den Zahn-

:% kranz gegen den Druck der Feder 30 bewegen, wodurch

, die Flügel 1 eine Schwenkbewegung in Richtung des

ρ Pfeiles 9 ausführen. Wenn der Winddruck wieder nachläßt, drückt die Feder 30 den Zahnkranz 27 wieder ; 10 in die entgegengesetzte Richtung, wodurch die Flügel

wieder aufgestellt werden. i

Selbstverständlich kann anstelle des Generators 18 im

■ stromlinienförmigen, vorderen V/erkleidungsteil 6 auch

ein Getriebe mit Kegel zahnrädern angeordnet sein, wobei 15 dann die Drehbewegung durch den Stator bzw. Mast nach unten zu einem anderen Energiewandler oder

einem elektrischen Generator führt.

j: Die Flügel der Vorrichtung gemäß der Erfindung können

'·' herkömmliche Profile haben, wobei es in Abwandlung auch

\ 20 möglich ist, diesen eine gekrümmte Form im Bereich

ihres äußeren freien .Endes zu geben. Diese gekrümmte

I oder gebogende Form ändert sich je nach Ausführung

und besonders bei einem größeren Durchmesser des Propellers. Bei sehr großem Durchmesser kann auch der 25 Propeller gerade sein, wie dies in Fig. 9 der Zeich-ί nungen dargestellt ist.

Es ist ferner noch zu erwähnen, daß die Vorrichtung

h gemäß der Erfindung auch für größere Anlagen geeignet

ψ ist.

F .' ' ' Ψ ψ π w r w r ν ν w ι · :

■ •I*···*··· fe

-15-

Ferner kann die Hemmungseinrichtung nicht nur aus

Federn oder einer Gummihemmung, sondern auch aus

"irgendwelchen hydraulischen oder pneumatischen Vorrichtungen bestehen.

Es ist ferner möglich, die Flügel des Propellers durch geeignete mechanische Einrichtungen von Hand, elektrisch oder hydraulisch in die umgeklappte Stellung zu bringen und hierbei festzuhalten. Dadurch ergeben sich folgende Vortei Ie.

1" Bei Windkonvertern für Boote ist manchmal erwünscht, das Gerät nicht zu benutzen, und in diesem Falle soll es den kleinsten Widerstand haben. Die Flügel des Propellers können dann in einfacher Weise von Hand oder elektrisch in die umgeklappte Stellung gebracht werden.

Es ist ferner bei der Wartung und bei Reparaturen wichtig, die Gefahr zu verringern, die bei einem Gerät rn.it umgeklappten Flügeln praktisch ausgeschaltet ist, da eventuelle Windboen nur sehr schwach aufgenommen werden.

Ferner ist im- umgeklappten Zustand der Flügel der Propeller wesentlich besser zu blockieren, da weniger Kraft aufzuwenden ist. Die Blockierungseinrichtung kann dann entsprechend der in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Einrichtung 31, die aus einer Entkopplungs- und Verriegelungsvorrichtung besteht, durchgeführt werden.

Es ist ferner noch hervorzuheben, daß das Teil 15 in Fig. 2 durchsichtig ausgebildet sein kann. *

Claims

PATENTANWÄLTE "Ί .! ,". *":τΛ*λ;(β7Α»ΐ)2 24 87 ZIPSE + HABERSACK -j j.U : && Telex 07 81307 zlpat d BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT ZUGELASSENE VERTRETER Laaslngnrall· 12 DIPL-INQ. H.-J. HABER8ACK. MÜNCHEN DIPU-PHYa E. ZIPSE, BADEN-BADEN D-757O BADEN-BADEN LEPOIX, Louis L. ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in eine andere Energieart, vorzugsweise elektrische Energie, dadurch gekenn zeichnet, daß die Flügel (1) des Propellers an im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Pro

pellers verlaufenden Schwenkachsen (3, 26, 29), in Abhängigkeit von der Windstärke in die dem Wind abgekehrte Seite (Lee-Seite) schwenkbar, gelagert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

-2-

geken nzeichnet, daß die Flügel

I (1) auf Schwenkteilen (14) angeordnet sind, die auf

ji - senkrecht zur Drehachse (5) des Propellers vorlaufen-

[f den Achsen (3) schwenkbar derart gelagert sind,

I 5 daß sie je nach der Windstärke in die dem Wind abge-

[| wandte Seite mehr oder weniger stark geschwenkt

[f werden können.

I

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

% gekennzeichnet, daß die sich nach

|; 10 vorne, vor den Flügeln erstreckenden Schwenkteile

i| schalenform ige Teile (25) der vorderen stromlinien-

I förmigen Verkleidung (6) sind.

ii

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch

p, gekennzeichnet, daß an den

\) 15 Schwenkteilen (14) Gegengewichte vorgesehen sind,

6 die durch Fliehkraft bei höheren Umdrehungsge-

;>! schwindigkeiten des Propellers das Schwenken der

Flügel (1) in die dem Wind abgekehrte Seite bewirken.

20

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da

durch gekennzeichnet, daß Hemmungseinrichtungen beziehungsweise Rückstellfedern für die Schwenkbewegung der Flügel in der / Halterung beziehungsweise im Zentrallager 2 vor-

25 gesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch

gekennzei chnet, daß die Hemmung aus einem Federgummiblock besteht, der mit dem jeweiligen Gegengewicht des Schwenkteiles. (14) ver-

it -3-

bunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch

geken nzeichnet, daß zur Bewegung der Flügel (1) diese mit Zahnscheiben (28) verbunden sind, die auf Schwenkachsen (29) gelagert sind und die mit einem Zahnkranz (27) oder einer Zahnstange zusammenwirken, die längsverschiebbar auf ; der Welle (5) des Propellers angeordnet ist und \ gegen die Kraft einer Schraubenfeder (30) beim Um- '^ij> schwenken der Flügel (1) bewegt wird.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der hintere Teil der Vorrichtung in Form eines länglichen, vorzugs-

weise zylinderförmigen Körpers (15) ausgebildet

ist, der an der Hinterseite eine stromlinienförmige Ausbildung (16) sowie ein Leitelement (17) aufweist und der im Innern elektrisch oder elektronisch gesteuerte, insbesondere Leuchtanzeigeeinrichtungen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß an dem Leitwerk (10) und gegebenenfalls an der hinteren Leitfläche

(17) Photozellen (19) zur Energieversorgung der Einrichtung bei Windstille vorgesehen sind.

0. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrere, insbe-

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sondere zwei, drei und vier, Propellereinrichtungen (20, 21, 23, 24) auf einem Mast oder Stator an einem Leitwerk (10) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel des

Propellers nach ihren äußeren freien Enden hin gekrümmt sind.

2. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel des

Propellers gerade sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hemmungseinrichtungen aus hydraulischen, pneumatischen oder Federeinrichtungen bestehen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch geken η ze ichnet _s daß die Schwenkbewegung der Flügel durch mechanische Einrichtungen von Hand, elektrisch oder hydraulisch in die umgeklappte Stellung erfolgt.