AT397839B

AT397839B - Einrichtung zur umwandlung von windenergie

Info

Publication number: AT397839B
Application number: AT116292A
Authority: AT
Inventors: Franz Weichenberger
Original assignee: Schweighofer Franz; Berger Franz; Essl Ferdinand; Franz Weichenberger
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1994-07-25
Also published as: ATA116292A

Description

AT 397 839 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung von Windenergie, mit einem normal zu seiner Drehachse angeströmten Rotor, der mehrere Leitprofile trägt, wobei die Leitprofile am Rahmen des Rotors drehbar angeordnet sind und der Winkel, den jedes Leitprofii mit der Windrichtung einschließt, durch eine Steuereinrichtung festlegbar ist, wobei durch die Steuereinrichtung jedem Punkt der von den Leitprofilen bei der Drehung des Rotors beschriebenen Bahn ein bestimmter, vorzugsweise voreinstellbarer Winkel (a) zwischen Leitprofil und Windrichtung zugeordnet wird.

Bekannte derartige Einrichtungen, welche in großer Zahl bekannt geworden sind (vgl. US-PS 3 786 583) haben den Nachteil, daß die Leitprofile mit dem Rotor einen vorgegebenen Winkel einschließen. Dies hat zur Folge, daß das Leitprofil nur während eines kleinen Teiles seiner Umlaufbahn optimal zum Antrieb des Rotors beiträgt, wogegen es im windabgewandten Bereich schon als Vorteil anzusehen ist, wenn der auf das Leitprofil einwirkende Wind den Rotor nicht überhaupt abbremst.

Die FR-A 2 659 391 beschreibt bereits einen Rotor mit Leitprofilen (Segeln), die während der Umdrehung laufend ihren Winkel zum Wind verändern. Auf der einen Rotorseite stehen die Segel immer senkrecht zum Wind, während sie auf der anderen Seite in Windrichtung stehen. Damit ergibt sich auf beiden Seiten des Rotors eine unterschiedliche Angriffsfläche für den Wind, die letztlich zur Drehbewegung des Rotors führt. Nachteilig an dieser Einrichtung ist neben der strömungstechnisch ungünstigen Form der Segel vor allem die Tatsache, daß die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors nie die Windgeschwindigkeit übersteigen kann, da die Segel auf der einen Seite des Rotors voll senkrecht zum Wind stehen.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades von Windgeneratoren zu erwarten ist, wenn die am Rotor angeordneten Leitprofile in jeder Position, welche sie während der Drehung des Rotors einnehmen, optimal zur Windrichtung angestellt werden. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß der Punkt, in dem sich die Normalen auf die Leitprofile schneiden, in Abhängigkeit von der Windstärke bzw. der Rotordrehzahl verstellbar ist.

Auf die Frage, welche Einstellung der Leitprofile zu den günstigsten Ergebnissen führt, findet sich eine erste Lösung im Schiffbau, wo Voith-Schneider-Propeller Anwendung finden, deren Aufbau prinzipiell jenem der erfindungsgemäßen Einrichtung entspricht. Bei dieser Art von Propellern ist vorgesehen, daß die Normalen auf die Leitprofile sich in einem Punkt schneiden. Dieser Punkt liegt in einer Ebene, welche durch die Rotorachse geht und normal zur Windrichtung verläuft. Um die bekannte Steuerung der Voith-Schneider-Propeller auf die Erfindung übertragen zu können, ist es allerdings notwendig, die Steuerung dauernd am Wind auszurichten, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß die Steuereinrichtung drehfest mit einer Windfahne verbunden wird. Es ist jedoch auch möglich, jedes einzelne Leitprofil einzeln anzusteuern, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die Ausrichtung der Normalen der Leitprofile auf einen Punkt nur als Basis für ein Optimierungsprogramm verwendet wird.

Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Weglassung des vorderen Rotorteiles, Fig. 2 eine Draufsicht auf die gesamte Einrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Rotor 1, welcher um eine normal zur Windrichtung (üblicherweise lotrecht) verlaufende Achse 12 drehbar ist. Der Rotor weist einen Rahmen 6 auf, der vertikale Achsen 14 umfaßt, um welche Leitprofile 7 drehbar sind. Diese weisen wenigstens angenähert Stromlinienform auf.

Bei Drehung des Rotors 1 auf dem Stator 2 wird über eine Lagerung 3 und eine Kupplung 4 ein Generator 5 angetrieben, welcher elektrische Energie liefert. Auf dem Stator 2 ist eine Hauptsteuerung 10 angeordnet, welche durch eine Windfahne 13 dauernd parallel zur Windrichtung 9 ausgerichtet wird, da sich der Leitflügel 8 der Windfahne 13 wie in Fig. 2 ersichtlich orientiert.

Wie besonders aus Fig. 2 ersichtlich, dient die Hauptsteuerung 10 dazu, alle Leitprofile 7 dauernd normal zu einem Punkt F auszurichten, welcher sich in einer Ebene befindet, welche normal zur Windrichtung 9 durch die Rotorachse 12 geht. Jedes Leitprofil 7 ändert somit während einer Umdrehung des Rotors dauernd den Winkel a, den es mit der Windrichtung 9 einschließt, wobei es in den seitlichen Stellungen jeweils parallel zum Wind verläuft. Zwischen diesen beiden seitlichen Stellungen, also vorne und hinten, schließen die Leitprofile 7 einen von Null verschiedenen Winkel <* mit der Windrichtung ein. Erfindungsgemäß weisen in jeder Stellung die Kanten 15 (vordere Anströmkanten) der Leitprofile 7 gegen den Wind.

Die aus Fig. 2 ersichtliche Steuerung läßt sich weiter verbessern, wenn zusätzlich oder alternativ zur gemeinsamen Hauptsteuerung 10 jedem Leitprofil 7 eine Feinsteuerung 11 zugeordnet wird. Insbesondere kann in diesem Fall vorgesehen werden, daß der Winkel a, den die Leitprofile in ihrer iuvseitigen Position einnehmen, nicht nur dem Vorzeichen, sondern auch dem Betrag nach von dem Winkel abweicht, den die Leitprofile in der leeseitigen Position einschließen. 2

Claims

AT 397 839 B Patentansprüche 1. Einrichtung zur Umwandlung von Windenergie, mit einem normal zu seiner Drehachse angeströmten Rotor, der mehrere Leitprofile trägt, wobei die Leitprofile am Rahmen des Rotors drehbar angeordnet sind und der Winkel, den jedes Leitprofil mit der Windrichtung einschließt, durch eine Steuereinrichtung festlegbar ist, wobei durch die Steuereinrichtung jedem Punkt der von den Leitprofilen bei der Drehung des Rotors beschriebenen Bahn ein bestimmter, vorzugsweise voreinstellbarer Winkel (a) zwischen Leitprofil und Windrichtung zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Leitprofile (7) derart steuert, daß sie bei der Drehung des Rotors (6) ständig mit derselben Kante (15) gegen den Wind weisen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normalen auf die Leitprofile (7) sich in einem Punkt (F) schneiden.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Punkt (F), in dem sich die Normalen auf die Leitprofile (7) schneiden, in Abhängigkeit von der Windstärke bzw. der Rotordrehzahl verstellbar ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine allen Leitprofiien (7) gemeinsame Hauptsteuerung (10) vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptsteuerung (10) wie an sich bekannt durch eine Windfahne (13) am Wind ausrichtbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem einzelnen Leitprofil (7) eine gesonderte Steuereinrichtung (11) zugeordnet ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 3