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Dokumentenidentifikation DE202006001766U1 29.06.2006
Titel Windkraftwerk
Anmelder Augustinus, Brader, 83558 Maitenbeth, DE
DE-Aktenzeichen 202006001766
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 29.06.2006
Registration date 24.05.2006
Application date from patent application 04.02.2006
IPC-Hauptklasse F03D 3/06(2006.01)A, F, I, 20060204, B, H, DE

Beschreibung[de]
Konstruktionsbeschreibung

Das Windkraftwerk besteht in den Hauptteilen aus zwei ineinander geschobenen, senkrecht stehenden Rohren, die beide drehbar gelagert (16) sind. Wobei das innere Rohr (2) das äußere Rohr (1) um die technisch erforderliche Länge (Breite der Plattensegel plus obere Dreieckskonstruktion plus Freiraum plus Windfahne) überragt. Das äußere Rohr (Antriebswelle) hat die Aufgabe das Windkraftwerk zu stabilisieren und die erzeugte Drehkraft an einen Generator (17) weiter zu geben. Das innere Rohr (Steuermast) hat in erster Linie die Aufgabe mittels der am oberen Ende starr befestigten Windfahne (3), die Plattensegel (4) stets optimal zur Windrichtung auszurichten und zusätzlich eine Stabilisierung der oberen Dreieckskonstruktion (6) zu gewährleisten.

Zusatzhinweis:

An der unteren und oberen Dreieckskonstruktion (5 und 6) sind Verbindungsstreben angebracht, welche von oben betrachtet ein gleichschenkliges Dreieck mit drei Speichen aufzeigen.

Die beiden Dreieckskonstruktionen sind mittels einer diagonalen Zugstrebe (7) verbunden.

Die untere Dreieckskonstruktion ist starr mittels den Verbindungsstreben am oberen Ende der Antriebswelle befestigt, wodurch eine Drehung der Dreieckskonstruktion zwangsweise eine Drehung der Antriebswelle zur folge hat. An den drei Eckpunkten der unteren Dreieckskonstruktion sind die unteren Plattensegellager (8) befestigt, welche die untere Führung und Lagerung der Plattensegel gewährleisten. Die obere Dreieckskonstruktion ist baugleich mit der unteren Dreieckskonstruktion und übernimmt mittels der oberen Plattensegellager die obere Führung und Lagerung der Plattensegel. An den drei Plattensegeln sind zentrisch an den Ober- und Unterkanten Führungsbolzen angebracht, die jeweils in die zugehörigen Plattensegellager passen. An den unteren Führungsbolzen der Plattensegel ist starr ein Zahnrad (9) (Laufzahnrad) befestigt, welches mittels Zahnradkette (10) und Steuerzahnräder (11) (starr befestigte Zahnräder auf dem Steuermast) den Anstellwinkel der Plattensegel bestimmt. Die Laufradzahnräder haben exakt doppelt so viele Zähne wie die Steuerzahnräder, was einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 entspricht. Das heißt, dass bei einer 360° Drehung der Antriebswelle, alle drei Plattensegel eine Drehung von 180° vollziehen.

Funktionsprinzip Windkraftwerk:

Selbst bei leichter Windgeschwindigkeit, wird die am Steuermast befestigte Windfahne (3) nach bekanntem Prinzip automatisch aus dem Wind gedreht und bewegt somit den Steuermast (2). Über den Steuermast und den an diesem befestigten drei Steuerzahnrädern (11), werden mittels Zahnradketten (10) und jeweiligen Laufzahnräder (9) die Anstellwinkel der drei Plattensegel (4) verändert. Hierbei ist immer eine volle Fläche eines Plattensegels an der äußersten Dreieckskonstruktion (90°) voll im Wind. Bei einer gedachten Linie der Windrichtung zum Steuermast, bzw. Antriebswelle (3), steht jedes der drei Plattensegel, bei einer 360° Drehung des Windkraftwerks einmal mit 90° an dem längsten Hebel der Dreieckskonstruktio zur Windrichtung. Bei der Gegendrehung (in Windrichtung) kommt jedes Plattensegel mit einer 180° Drehung am gegenüberliegenden Scheitelpunkt der Dreieckskonstruktion vorbei, weshalb die Gegenströmung keine Angriffsfläche findet und somit die volle Hebelwirkung aller drei Plattensegel mit der ganzen Fläche zum Einsatz kommt. Selbst die Andrehung und Abdrehung der Plattensegel werden über einen Winkel von ca. 320° noch als zusätzliche Verstärkung der Drehkraft genutzt. Hierbei kommt nach dem Prinzip von Segelschiffen, die hart am Wind segeln, zusätzlich verwertbare Kraft an der Antriebswelle zum Tragen.

Sturmsicherung:

Den Überlastungsschutz bei extrem hohen Windgeschwindigkeiten übernimmt eine rein mechanische Sicherheitskonstruktion, die am Steuermast befestigt ist. Diese ist in der Lage, die ansonsten arretierte Windfahne, auf dem Steuermast zu verdrehen und somit, wie bereits im "Funktionsprinzip Windkraftwerk" beschrieben, die Plattensegel in ihrem Einstellwinkel zu verändern. Die Angriffsfläche der Plattensegel wird somit reduziert, wobei das Windkraftwerk vor Überlastung geschützt ist. Die Leistungsabgabe ist hierbei nicht wesentlich beeinträchtigt, da die hohe Windgeschwindigkeit den Verlust an Wirkungsgrad vom Windkraftwerk kompensiert.

Funktionsprinzip Sturmsicherung: Die Windfahne ist durch ein Rohrstück (12), welches drehbar auf dem Steuermast geschoben ist gelagert. Eins Bohrung im Steuermast (90° zur Windfahne) unmittelbar unter der Windfahnenlagerung, ist zur Aufnahme des Hebels (13) angebracht. Der Hebel, in L-Form, ist mit dem kurzen Schenkel in der Bohrung des Steuermastes drehbar gelagert. Am Ende des langen Schenkels ist eine Platte (14) angebracht, die horizontal im Anstellwinkel von ca. 18° bis 28° zur Windrichtung steht. Bei hohen Windgeschwindigkeiten wird die Platte von der Windströmung nach oben (zum Steuermast) gedrückt. Die hierbei erzeugte Drehbewegung am kurzen Schenkel vom Hebel, wird mittels Mitnehmer (15) auf die Lagerung der Windfahne übertragen, welche dadurch radial auf dem Steuermast verschoben wird. Der Wirkungsgrad vom Windkraftwerk wird somit erheblich herabgesetzt, da die Plattensegel nun keine volle Segelfläche mehr am maximalen Hebelarm einstellen können. Die nun vollflächig zur Windrichtung stehende Platte wird nur durch die Windströmung gehalten. Bei deutlich nachlassender Windgeschwindigkeit geht mittels Schwerkraft der Hebel und die darauf montierte Platte, in seine ursprüngliche Lage zurück und stellt somit das Windkraftwerk wieder auf maximale Leistung.

Anmerkung:

Selbst bei kurz nachlassenden Stürmen, kann sich das Windkraftwerk selbstständig sofort wieder in den maximalen Leistungsbereich schwenken.

Die Winkeleinstellung an der Platte ist von der Größe des Windkraftwerks und von der statischen Beschaffenheit der Anlage abhängig.

Bei einer Größe der Plattensegel von 8 Quadratmeter und mehr, wird die Sturmsicherung mittels verdrehen der einzelnen Steuerzahnräder auf dem Steuermast mittels Servomotore bewerkstelligt.

Ein Versuchsmodel des Windkraftwerks mit einer Segelfläche von Insgesamt 3.6 Quadratmeter, kann ab dem 5.5.2006 bei einer Voranmeldung unter der Telefonnummer 08076/1760 besichtigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wir anhand der 1 bis 3 erläuter.

1 Teiledarstellung

2 Vorderansicht mit Generatorantrieb.

3 Schematisch Draufsicht mit Windrichtung und Drehrichtungsanzeige.


Anspruch[de]
  1. Windkraftwerk, gekennzeichnet durch drei gleichgroße Segelflächen, die mittig (oben und unten) an den jeweiligen Eckpunkten zweier Dreieckskonstruktionen (oben und unten) gelagert sind und mit diesen um eine senkrechte Achse kreisen und dabei mit halber Drehzahl in gleicher Drehrichtung rotieren, wobei die untere Dreieckskonstruktion fest mit einer senkrecht stehenden Welle verbunden ist, während die obere Dreieckskonstruktion drehbar auf einer zweiten Welle gelagert ist, wobei diese wiederum in der ersten Welle gelagert ist.
  2. Windkraftwerk, gekennzeichnet durch Steuerung bzw. Ausrichtung der Segelflächen über die zweite Welle an deren oberen Ende starr eine Windfahne befestigt ist, und an deren unterem (sichtbaren) Ende drei Zahnräder starr befestigten sind, welche mittels Zahnradketten und Zahnräder an den Segelflächen eine genau definierte Drehung der Segelflächen (gemäß Anspruch 1) bei einer Drehung der Dreieckskonstrucktion herbeiführt.
  3. Windkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zwar über Zahnräder und Ketten erfolgt, jedoch bei großdimensionierten Windkraftwerken die Steuerung gemäß Anspruch 1 über Servomotore erfolgen kann.
  4. Windkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windfahne zwar starr mit der zweiten Welle verbunden ist, jedoch zur Sturmsicherung einen Hebelmechanismus aufweist, der bei hohen Windgeschwindigkeiten eine horizontal schräg gestellt Platte hochdrückt. Mit dessen Hebel der an der zweiten Welle gelagert ist, wird die Windfahne verdreht und somit der Wirkungsgrad des Windkraftwerks reduziert.
  5. Windkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windfahne zur Sturmsicherung zwar verdreht wir, jedoch bei großdimensionierten Windkraftwerken die Sturmsicherung über Servomotore nach Anspruch 3 erfolgen kann.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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