DE8906838U1 - Windrad - Google Patents
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- F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
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Description
Die Erfindung betrifft ein Windrad für die Umwandlung von
Windenergie in mechanische Drehenergie mit einer drehbar gelagerten vertikalen Abtriebswelle , mehreren am oberen Ende der
Welle angebrachten horizontalen Armen, an dtn Ainne;i angeordneten,
von dem Wind beaufschlagten Platten und einem Windrichtungsgeber.
Es sind vertikale Windräder bekannt, ders:i horizontale Welle
etwa am oberen Ende eines langer; Ständers gelagert ist. Dieser Windradtyp hat mehrere Nachteile:
&Igr;» Da die feile d~s Windrades horizonr-ax liegt, muß die
ürebenergie sjb^r ein Winkelgetriebe auf eine vertikale
ttslle übertragen werden, -enn der Energieverbraucher, z.B.
der Generator ia ^ering-rer Höhe, z.B. am Boden angeordnet werden soll. Ohne eine derart gebrochene Abtriebswelle
r'isste der Energieverbraucher ebenfalls in der Höhe angeordnet sein, was eine entsprechend starke Ständerkonstruktion zur Folge hat.
2. Die Ständerkonstruktion muß dem Gewicht des Windrades und seines Lager entsprechend stark ausgebildet dein, und sie
muß auch genügend hoch sein (Growian-Rotordurchmesser
100 m).
3. Das vertikale Windrad mit seiner Lagerung muß auf die Windrichtung ausgerichtet sein. Bei wechselnden Windrichtungen ist die Nachführung des Windrades aufwendig. Da
bei kommerziellen Windanlagen die zu drehenden Massen beträchtlich sind, ergibt sich zwangsläufig eine erhebliche
Trägheit und Verzögerung bei der Nachführung, was zu einer Minderung der Ausnutzung der tatsächlich verfügbaren
Windenergie führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Windrad zur Umwandlung von Windenergie in mechanische Drehenergie zu schaffen,
das die aufgezeigten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll das
Rad bei stark wechselnden Windrichtungen eine maximale Ausnutzung
der verfügbaren Windenergie, d.h. eine fast verzögerungsfreie Einstellung des Windrades auf die jeweilige Windrichtung ermöglichen.
Darüber hinaus soll der Aufwand für die Anlage, insbesondere für die StäMerküftätrukticn verriiigSTf. werden, so daß sich insgesamt
beträchtliche Einsparungen in der Anlage ergeben.
Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Windrad erfindungsgemaß
dadurch gelöst, daß jede Platte an ihrem Arm um eine zur Welle des Windrades parallele Achse drehbar ist und die Dreh]agen der
Platten so gesteuert werden, daß die Windangriffsflächen der Platten
auf fast dem gesamten Bahnumfang in derselben Drehrichtung wirksam sind und in Windrichtung gesehen auf der einen Seite der
Bahn größer als auf der anderen Seite der Bahn sind. Durch diese Plattendrehung wird erreicht, daß auf die Abtriebswelle des Windrads
immer ein Drehmoment in einer Drehrichtung wirkt und dementsprechend die Welle rotiert« Dabei geht auch die Windrichtung in
die Plattensteuerung ein derart, daß auch bei einer neuen geänderten Windrichtung das Drehmoment in derselben Richtung bleibt. Da die
Abtriebswelle vertikal verläuft, kann sie am Erdboden oder jedenfalls
in Bodennähe abgefangen werden. Dadurch wird die Ständerkonstruktion vereinfacht, und diese kann ohnehin niedriger sein als
bei einem vertikalen Windrad.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Platten um zur Abtriebswelle parallele Achsen drehbar und ihre
Drehgeschwindigkeiten bei konstanter Windrichtung halb so groß wie die der Welle. Bei Annahme eines Windrads mit vier Armen untj
dementsprechend vier windbeaufschlagten Platten drehen sich die Platten um ihre Achsen um 45°, wenn 3ich die Abtriebavelle um
90° dreht. Steht das Windrad gerade so., daß zwei Arme genau in die
bzw. gegen die Windrichtung zeigen und df &egr; beiden anderen Anne einen
Winkel von 90° zur Windrichtung bilden, wird die Platte au! der
einen Seite genau in Windrichtung eingestellt sein, während die
gegenüberliegende Platte auf der anderen Seite der Welle senkrecht
zur Windrichtung steht. Die beiden Platten auf den in der Windrich- ) tung und entgegen der Windrichtung liegenden Armen haben eine 45°-
Lage zur Windrichtung, so daß sich deren Drehmomentanteile summieren.
Entsprechend verbleibt auch bei allen anderen DrehJaj'.on doi
Arme immer eine in derselben Drehrichtung wirkende Drehmomentsumme,
so daß eine dauernde Rotation des Rades gewährleistet; ist. Bei dicccr Ausführun^sf&ogr;&ggr;&idigr;&igr;&idigr; h3t dss Verhältnis der Dre^oi3schv/ipäiak' it
der Platten zu der Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle einen konstanten Wert &ngr; /v = 0,5, wobei diese Geschwindigkeiten im allgc
meinen stetig sind und sich nui mit der Windgeschwindigkeit ändern.
Dieses konstante Geschwindigkeitsverhältnis läßt sich z.B. durch mechanische Kopplung von Wellendrehung und Plattendrehung realisieren.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die
Drehlagen der Platten von der Drehlage dei Abtriebswelle und vom Windrichtungsgeber gesteuert. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Windrads besteht darin, daß auch bei veränderlichen und umlaufenden Windrichtungen eine maximale Ausnutzung der Wind-
AnAv-n-io orroirhl· u-i rA &Pgr;&agr;&Kgr;&ogr;&Ggr; -&iacgr;&agr;*- OQ uii/-ht--io Aa(K riio Ui nHrirhtnno
als Einflußgröße in die Drehlagensteuerung der Platten eingeht, damit die hohe Plattenbeaufschlagung unabhängig von der Windrichtung
erhalten bleibt.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windrads ist die Welle des Winrichtungsgebers koaxial über der Welle des
Windrades angeordnet, jede Platte mit einer horizontalen Scheibe i
fest verbunden und sind alle Scheiben mit der Welle des Windrich- ?j
tungsgebers durch Kopplungsmittel drehmäßig so verbunden, daß i
eine Drehung des Windrichtungsgebers in eine Drehung der Scheiben ^
und damit der Platten umgesetzt wird. Durch diese einfache mecha- |
nische Kopplung zwischen Windrichtungsgeber und Drehlage der Platten wird eine praktisch momentane Anpassung des Windrads an variable
Windrichtungen erreicht. Es ist daher nicht wie bei vertikalen |
Windrädern das gesamte Rad einschließlich seiner Lagerung und weiterer
Bauteile in die Windrichtung zu drehen, was nur mit beträchtlicher Verzögerung möglich und bei schnell wechselnden Windrichtungen
nicht praktikabel ist. Zweckmäßigerweise sind die Kopplungsmittel bei dieser Ausführungsform Perlenbänder und sind ferner auf
der Welle des Windrichtungsgebers und auf den Scheiben Umfangsnuten mit den Perlen entsprechenden Ausnehmungen ausgebildet. Die
Perlenbänder bestehen aus einem endlosen, unelastischen oder wenig
elastischen Kunststoffband, auf das in konstanten Abständen Kunststoffkugeln
fest aufgereiht sind. Dementsprechend sind die Ausnehmungen in den Umfangsnuten der Welle rfps Windrichtungsgebers und
der Scheiben z.B. etwa halbkugelförmig ausgebildet. Der Vorteil dieser Kopplungsmittel besteht darin, daß sie nicht nur geradlinig,
z.B. zwischen Scheiben und Welle verlaufen können, sondern mit Hilfe von am Umfang entsprechend ausgeformten Rollen in beliebigen
Winkeln geführt werden können. Das erfindungsgemäße Windrad ist jedoch nicht auf diese Art der Kopplungsmittel beschränkt.
Bei einer anderen, großtechnischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Windrads liefert der Windrichtungsgeber, der von dem Windrad entfernt aufgestellt sein kann, ein elektronisches Steuersignal
für einen elektrischen Stellmotor, ist der Stellmotor an eine Steuerwelle innerhalb der Abtriebswelle des Windrads angeschlossen
und ist die Steuerwelle über Winkelgetriebe und Steuerwellen innerhalb der Arme an die Wellen der Platten angeschlossen. Hierbei
ist die Abtriebswelle des Windrads als Hohlwelle ausgebildet, welche die an den Windrichtungsgeber angeschlossene Steuerwelle
enthält. Auch die Arme sind als Rohre ausgebildet, die jeweils die Steuerwellen enthalten, die einerseits über Zahnrad-Winkelgetriebe
an die zentrale Steuerwelle und andererseits über Zahnrad-Winkelgetriebe an die Wellen der drehbaren Platten angeschlossen sind.
Die Getriebe sind dabei so ausgelegt, daß bei einer Relativdrehung zwischen der Abtriebswelle des Windrads und der zentralen Steuerwelle
um den Winkel ß die Platten um den Winkel ß/2 gedreht werden.
Es ist für den Fachmann verständlich, daß das Windrad nicht nur zwei bis vier, sondern auch mehr als vier Arme tragen kann und
daß jeder Arm eine Platte oder eine Doppelplatte tragen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 eine Kleinanlage des erfindungsgemäßen Windrads mit Windrichtungsanzeiger;
Figur 2 eine Draufsicht des Windrads nach der Linie H-IT.
der Figur 1; und
Figur 3 eine Teildarstellung einer technischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windrads, teilweise im Schnitt.
Nach den Figuren 1 und 2 sind an einer zentralen Abtriebswelle 7 vier Paare radiale Arme 6 fest angebracht. Zwischen je
zwei vertikal übereinander stehenden Armen 6 ist eine vertikale Welle 3 angeordnet, die in den Armen 6 drehbar gelagert ist und
über den oberen Arm 6 ein Stück hinausragt. An diesem oberen Ende der Piattenwelle 3 ist eins Scheibe 4 fest angebracht. Die Welle
trägt zwische.i den Armen 6 eine Platte 7, deren Windangriffsfläche
variiert werden kann. Insgesamt trägt die Welle 1 vier derartige Armpaare 6 und dementsprechend vier Platten 7.
Auf einem Zapfen 9 ist ein Windrichtungsgeber
mit seiner Welle 8 drehbar gelagert. Auf der Welle 8 sind übereinander
vier Umfangsrillen vorgesehen; auch die vier entsprechend den Umfangsrillen der Welle 8 unterschiedlich hoch angeordneten
Scheiben 4 weisen Umfangsrillen auf (nicht dargestellt). Die Welle 8 des Windrichtungsgebers ist durch vier Kopplungsmittel 5,
von denen in Figur 1 nur zwei dargestellt sind, mit den vier Scheiben kinematisch verbunden sind, so daß eine Änderung der Windrichtung
über die Kopplungsmittel 5 und die Scheiben 4 eine Änderung
-6-
der Drehstellung der Platten 7 zur Folge hat. Die Kopplungsmittel 5
sind im vorliegenden Fall endlose Perlenbänder, die um die Welle und jeweils eine Scheibe 4 geführt sind. Die Perlenbänder bestehen
aus einem wenig elastischen oder unelastischen Kunststoffband, auf
dem in bestimmten konstanten Abständen Kunststoffkugeln fest angebracht
sind. Entsprechend sind in den Rillen der Welle 8 und der &Ggr; Scheiben 4 Ausnehmungen (nicht dargestellt), so diß ein Rutschen
des Koppiungsmittels auf der Welle 8 und den Scheiben '» nicht möglich
ist und jeder Winkeldrehung der Welle 8 eine bestimmte Winkeldrehung der Scheiben 4 bzw. der Platten 7 zugeordnet ist. Tn
rigur 2 ist nur ein Perlenband dargestellt, jedoch sind die drei anderen Kopplungsmittel ebenfalls als PerlenbLinder vorgesehen.
Selbstverständlich können auch andere Kopplurgsmittel Verwendung
finden. Um bei der Rotation der Abtriebswelle 1 eine möglichst:
große Windbeaufschlagung der Platten 7 z.u erreichen, beträgt das
Durchmesserverhältnis der Welle 8 zu den Scheiben 4 1:2. Dies hat zur Folge, daß bei konstanter Windrichtung 19 die Drehgeschwindigkeit
der Platten 7 nur halb so groß wie die Drehgeschwindigkeit der
&igr; Welle 1 ist. Demzufolge trägt in der in Figur 2 dargestellten
f. Stellung die obere Platte 7 zum Gesamtdrehmoment der Welle 1
praktisch nichts bei, während die untere Platte 7 vom Wind voll beaufschlagt wird und somit das maximale Drehmoment liefert. Die
beiden Platten 7 auf der Luv- und Leeseite des Windes addieun sich in ihrer Drehmomentwirkung. Auch bei sämtlichen anderen Drehstellungen
der Arme 6 bleibt infolge der Drehung der Platten 7 dieses Drehmoment erhalten. Bei einer Winddrehung dreht sich die
Welle 8 entsprechend und bewirkt dadurch eine gleichzeitige Neueinstellung der Platten 7 auf die neue Windrichtung.
Das in den Figuren 1 und 2 modellartig dargestellte Windrad wird großtechnisch in anderer Weise ausgeführt. Figur 3 zeigt eine
mögliche Ausführungsform im Detail, bei der die Abtriebswelle 1
ebenfalls mehrere Arme 6 trägt, von denen jedoch nur einer vollständig
dargestellt ist. Die Abtriebswelle 1 und der Arm 6 sind rohrförmig ausgebildet und dienen zur Aufnahme der Steuerkette von
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• ·
dem Stellmotor 11 zur Plattenwelle 3. Der Windrichtungsgeber 2 steuert zunächst einen Stellmotor 11, der seinerseits die Steuerwelle
10 in cer Abtriebswelle 1 einstellt. Die Abtriebswelle 1 treibt den Generator 18. In dem Getriebekasten 12 am oberen Ende
der Welle 1 ist ein Kegelrädergetriebe untergebracht. Die Steuerwelle 10 trägt am oberen Ende das Kegelrad 13, das die Kegelräder
14, von denen in Figur 3 nur zwei dargestellt sind, im Drehzahlverhältnis
1:2 dreht. Das Kegelrad 14 sitzt an dem einen Ende der
Steuerwelle 15, die innerhalb des Arms 6 verläuft und am anderen Ende das Kegelrad 16 trägt. Das Kegelrad 16 treibt ein auf der
Plattenwelle 3 sitzendes Kegelrad 17 im Drehzahlverhältnis 4:1, so daß eine Relavivdrehung der Wellen 1 und 10 um den Winkel ß
eine Drehung der Welle 3 um den Winkel ß/2 bewirkt.
Claims (6)
1. Windrad für die Umwandlung von Windenergie in mechanische
Drehenergie mit einer drehbar gelagerten vertikalen Abtriebswelle (1), mehreren am oberen Ende der Welle (1) angebrachten horizontalen
Armen (6)„ an den Armen (6) angeordneten, von dem Wind beaufschlagten
Platten (7) und einem Windrichtungsgeber (2)/dadurch
gekennzeichnet, daß jede Platte (7) an ihrem Arm (6) um eine zur
Welle (I) parallels Achse drehbar ist und die Windangriffsflächen
der Platten (7) auf fast dem gesamten Bahnumfang in derselben Drehrichtung wirksam sind und in Windrichtung gesehen auf der
einers Saite der Bahn größer als auf der anderen Seite der Bahn
sind.
2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (7) um zur Welle (1) parallele Achsen drehbar sind und ihre
Drehgeschwindigkeiten bei konstanter Windrichtung halb so groß wie die der Welle (1) sind.
3. Windrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagen der Platten (7) von der Drehlage der Welle (1) und
vom Windrichtungsgeber (2) gesteuert sind.
4. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (8) des Windrichtungsgebers (2) koaxial über der Welle (1) des Windrades angeordnet ist, jede Platte (7)
mit einer Scheibe (4) fest verbunden ist und alle Scheiben (4) mit der Welle (8) des Windrichtungsgebers (2) durch Kopplungsmittel (5) drehmäßig so verbunden sind, daß eine Drehung des Windrichtungsgebers
(2) im Verhältnis 2:1 in eine Drehung der Scheiben (4) und der Platten (7) umgesetzt wird.
5. Windrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die KoppLungsmittel (5) Perlenbänder sind und auf der Welle (8)
des Windrichtungsgebers (2) und auf den Scheiben (4) Umfangsnuten
mit den Perlen entsprechenden Ausnehmungen ausgebildet sind.
6. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der wahlweise entfernt angeordnete Windrichtungsgeber
(2) ein elektronisches Steuersignal für einen elektrischen Stellmotor (11) liefert, der Stellmotor (11) an eine Steuerwelle
(10) innerhalb der Abtriebswelle (1) des Windrads angeacniossejs
ist und die Steuerwelle.(10) über Winkelgetriebe (13,14; 16,17) und
Steuerwellen (15) innerhalb der Arme (6) an die Wellen (3) der Platten (7) angeschlossen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE8906838U DE8906838U1 (de) | 1989-06-03 | 1989-06-03 | Windrad |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE8906838U DE8906838U1 (de) | 1989-06-03 | 1989-06-03 | Windrad |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8906838U1 true DE8906838U1 (de) | 1989-07-13 |
Family
ID=6839798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE8906838U Expired DE8906838U1 (de) | 1989-06-03 | 1989-06-03 | Windrad |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8906838U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017006021A1 (de) * | 2017-06-27 | 2018-09-20 | Martin Krauss | Rotoreinheit |
-
1989
- 1989-06-03 DE DE8906838U patent/DE8906838U1/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017006021A1 (de) * | 2017-06-27 | 2018-09-20 | Martin Krauss | Rotoreinheit |
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