DE60010922T2

DE60010922T2 - Energieumsetzer

Info

Publication number: DE60010922T2
Application number: DE60010922T
Authority: DE
Inventors: Jordan Knez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: NO20022424L; EP1234114B1; DE60010922D1; CA2392465C; NO324476B1; JP2003515054A; AU1748201A; SE515617C2; ATE267341T1; NZ519528A; EP1234114A1; SE9904266D0; AU767629B2; WO2001038731A1; NO20022424D0; US6876101B1; CA2392465A1; SE9904266L; ES2221863T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umwandeln und/oder Umformen von Windenergie in eine andere Energie, z. B. elektrischen Strom.
Nach dem Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der WO 99/41498 bekannt ist, wird Windenergie mittels Propeller- oder Schraubenblätter umgeformt, die von einer Welle ausgehen, die über ein Getriebe einen Generator antreibt. Bei dieser Lösung unterliegen die mechanischen Teile extremen mechanischen Kräften, die natürlich umso größer werden, je größer die Propellerblätter sind und je höher der Turm ist. Der Turm hat ein oberes Maschinenhaus, das sich dreht und in dem nicht nur die mechanischen Teile und der Generator, sondern auch die Propellerwelle mit den Propeller- oder Schraubenblättern untergebracht sind, die gedreht werden können, damit die Propellerblätter im Wesentlichen rechtwinklig zur vorherrschenden Windrichtung eingestellt werden können. Deutlich wird auch, dass die Größe des Windkraftwerks nach dem Stand der Technik durch die extremen mechanischen Kräfte begrenzt wird, wodurch die wirtschaftliche Rentabilität der Windenergie beträchtlich begrenzt ist. Für eine wirklich effiziente Nutzung von Windenergie stellte es sich als wünschenswert heraus, bedeutend größere Windkraftwerke zu bauen, bei denen der Turm selbst vorzugsweise 100 m hoch und vorzugsweise höher sein sollte, damit eine beträchtliche Dicke der Propellerblätter möglich ist. Darüber hinaus ist die Wahrscheinlichkeit einer einheitlichen und stabilen Windgeschwindigkeit umso größer, je weiter oben in der Atmosphäre die Propellerblätter oder der Rotor angeordnet werden können.
Die Aufgabe, die die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildet, besteht darin, eine Konstruktion zu verwirklichen, durch die die Möglichkeiten der Nutzung von Windenergie stark verbessert werden und durch die An lagen gebaut werden können, die im Vergleich zu den bisherigen beträchtlich höher und größer sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in der Einführung angeführte Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen im beiliegenden Anspruch 1 gelöst.
Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Windkraftwerk ausgelegt und gebaut werden, mit dem eine bedeutend größere Energieausbeute erzielt werden kann als dies mit bekannten Windkraftwerken möglich war. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, höhere und größere Windkraftwerke zu bauen als dies bisher im Stand der Technik möglich war. Aufgrund der peripheren Übertragung der Energie vom Rotor mit Hilfe eines oder mehrerer Riemen zu einem Generator oder einem anderen Energiewandler im Fuß des Turms sind viele der mechanischen Teile, die in bekannten Windkraftwerken erforderlich sind, nicht mehr notwendig. Die Anordnung der Energiewandler im Fuß des Turms leistet einen großen Beitrag zur Aufnahme der mechanischen Kräfte. Durch die Einfassung des Rotors mittels einer Gehäusewand wird sicherer Schutz gewährleistet. Weiterhin kann der Rotor selbst äußerst robust und effizient ausgeführt werden, da die Spitzen der Blätter drehbar im Ring und an der Rotorwelle oder einer an der Rotorwelle angeordneten Nabe gelagert sind. Selbstverständlich müssen die Blätter verstellbar sein, damit die vorherrschende Windgeschwindigkeit effizient genutzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 ist eine Vorderansicht der Ausführungsform der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung. 3 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform der in 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Fußes der Ausführungsform der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des in 4 dargestellten Fußes. 6 ist eine Ansicht von oben oder unten einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Auslassrands des Gehäuses um das Rad. 8 zeigt einen vergrößerten Schnitt der Gehäusewand an dem oder den Riemen. 9 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Einlassrands des Gehäuses um das Rad. 10 ist eine Ansicht von oben oder unten einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Teil vergrößert dargestellt ist.
Der in den Zeichnungen gezeigte Prototyp der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für die Umwandlung oder Umformung von Windenergie in elektrischen Strom gedacht oder kann mit anderen Worten als ein Windkraftwerk für die Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden.
Hauptsächlich in 1 und 2 zeigt der Prototyp der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Turm 1, der auf einer Drehscheibe oder einem Fuß 2 errichtet ist. Der dargestellte Prototyp des Turms 1 hat zwei innere Pfosten 3 und 4, die sich von unten nach oben erstrecken, und zwei horizontale obere Streben 5 und 6 zwischen den Pfosten 3 und 4; zwischen den horizontalen Streben 5 und 6 erstreckt sich eine Welle 8, die ein Rotorrad stützt, das aus mehreren Blättern 9 besteht, die sich zwischen der Welle 8 und einem peripheren Ring 10 erstrecken. Die Blätter 9 sind drehbar direkt auf der Welle 8 oder einer auf der Welle 8 gelagerten Nabe und im Ring 10 angeordnet, damit die Steigung der Blätter 9 in Bezug auf die vorherrschende Windgeschwindigkeit oder einen anderen wünschenswerten Parameter, z. B. die Frequenz des erzeugten elektrischen Stroms, mit Hilfe von für diesen Zweck an sich bekannten Mitteln verstellbar oder variabel ist.
Eine Gehäusewand 11 erstreckt sich vom Fuß 2 nach oben über den Rotor 9 mit dem Ring 10 und an der anderen Seite hinunter zum Fuß 2. Die Pfosten 3 und 4 und die horizontalen Streben 5 und 6 erstrecken sich nach außen zur Gehäusewand 11. Die Gehäusewand 11 hat zwei äußere Spanndrähte 12 und 13 und zwei äußere Stützwände 14 und 15 sowie zwei innere, sich schneidende Spanndrähte 16 und 17. Die Spanndrähte 16 und 17 können mittig vereint sein und können zum Zusammenwirken mit den Pfosten 3 und 4 doppelt ausgelegt und in diesem Fall möglicherweise in diesen befestigt sein.
Die Drehscheibe 2 hat einen Maschinenraum 18, der in eine Plattform 19, beispielsweise aus Beton, eingelassen ist, die ihrerseits auf einer Unterlage 20 angeordnet ist, bei der es sich um den Erdboden handeln kann; natürlich ist auch nichts dagegen einzuwenden, dass die Plattform 19 die Form eines Senkkastens hat, der auf dem Meeresboden o. ä. verankert ist. Die Drehscheibe 2 und der Maschinenraum 18 sind mittels eines zweckdienlichen Lagers 22 auf einer mittig angeordneten Welle 21 gelagert. Die Welle 21 ist mittels eines zweckdienlichen Ankers 23 verankert. Die Drehscheibe 2 ist weiterhin mittels eines geeigneten Gleit- oder Wälzlagers 24 auf der Plattform 19 in der Nähe ihres Umfangs gelagert. Es können auch Rollen oder Räder vorliegen, die mit einem Weg oder einer Bahn und/oder einer Schiene zusammenwirken.
Ein im Maschinenraum 18 angeordnete Generator 25 wird mittels eines oder mehrerer Riemen 26, Drähte o. ä. angetrieben, die sich mittels geeigneter biegsamer Rollen 27, 28, 29, 30 durch den Maschinenraum 18, entlang der Gehäusewand 11, hinauf zum Rotor oder Radring 10, darüber hinweg und zurück entlang der gegenüberliegenden Gehäusewand 11 zum Maschinenraum 18 erstrecken. Im Maschinenraum 18 können geeignete Zusatzvorrichtungen vorgesehen sein, um eine vorbestimmte Spannung in dem Riemen oder den Riemen 26 aufrechtzuerhalten.
Im Maschinenraum 18 können alle Geräte untergebracht werden, die zum Drehen des Turms 1 in die geeignetste Position, die für die vorherrschende Windrichtung und zum Umgang mit dem vom Generator 25 erzeugten elektrischen Strom möglich ist, erforderlich sind, und die Energie kann über geeignete Kabel durch beispielsweise die Welle 21, die in diesem Fall hohl sein kann, aus dem Maschinenraum 18 entnommen werden.
Die Gehäusewand 11 kann vorteilhaft aus einer Gitterkonstruktion gebaut werden, die ganz oder teilweise mit Blech verkleidet sein kann. In der Gehäusewand 11 ist vorteilhaft ein Kanal für den oder die Riemen 26 vorgesehen. Im Kanal sind Rollen zum Führen des oder der Riemen 26 vorgesehen. Der periphere Radring erstreckt sich in den Kanal im oberen Abschnitt der Gehäusewand 11. Sowohl der oder die Riemen 26 als auch der Ring sind somit vor unterschiedlichen Witterungsbedingungen und anderen Faktoren geschützt.
Des Weiteren kann die Gehäusewand 11 die Form einer Trommel um den Ring oder den Rotor haben. Die Trommel kann in einer aerodynamisch geeigneten Art und Weise ausgelegt werden, so dass die Windauswirkungen auf den Rotor so günstig wie möglich sind. Die Trommel wird beispielsweise von einer geeigneten Gitterkonstruktion gestützt. Es kann sich als angemessen herausstellen, einen Generator um den Ring oder den Rotor zu bauen.
6–9 zeigen die Gehäusewand 11 und Teile davon. Es ist deutlich ersichtlich, dass die Gehäusewand 11 doppelwandig ausgelegt ist und dass der oder die Riemen 26 in einem von Trägern 31 und 32 definierten Raum darinnen mit Hilfe von Rollen 33 und 34 geführt werden. Der Einlassrand geht detaillierter aus 9 hervor, wobei die innere Wand 35 gerade ist und die äußere Wand 36 konisch auf die innere Wand zuläuft; der Auslassrand geht detaillierter aus 7 hervor, wobei die äußere Wand 36 gerade ist und die innere Wand 35 konisch auf die äußere Wand 36 zuläuft. Das ist von besonderer Bedeutung, wenn die Gehäusewand 11 den Ring 10 als Trommel umgibt.
10 zeigt eine Ausführungsform der Gehäusewand 11, die konisch ausgelegt ist oder sich von der Einlassseite zur Auslassseite hin aufweitet; in diesem Fall kann der Einlassrand so scharf wie gezeigt sein oder konisch wie in 9, während der Auslassrand größtenteils konisch ist wie in 7. In diesem Fall kann auch die Gehäusewand 11 geeignet den Ring 10 als Trommel umgeben.
Eine Umfassung des Rings 10 ist in 11 dargestellt.
Natürlich sind viele Modifikationen möglich, ohne dass man vom Erfindungsgedanken abweicht, der in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist. Beispielsweise ist die Wahl der Anzahl der Blätter 9 im Wesentlichen wahlfrei, angefangen mit zwei Blättern bis zur dargestellten Anzahl von Blättern oder eine beliebige andere Anzahl von Blättern. Weiterhin kann die Konfiguration der Blätter 9 variiert werden, wie die Drehmontage der Blätter an der Welle 8 und im Ring 10. Die Gehäusewand 11 wie die Stützwände 14 und 15 kann außer der gezeigten Konfiguration viele andere Konfiguration haben. Die Verstrebung des Turms 1 kann auch beträchtlich variiert werden, wie viele der anderen Einzelheiten und Bauteile, die in den Zeichnungen gezeigt werden.

Claims

Vorrichtung zum Umwandeln und/oder Umformen von Windenergie in eine andere Energie, z. B. elektrischen Strom, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rad drehbar an einer Welle (8) im oberen Bereich eines Turms (1) gelagert ist, dass das Rad zwischen der Welle (8) und einem äußeren Ring (10), der von der Welle (8) entfernt angeordnet ist, mit mehreren Blättern (9) versehen ist, dass der Turm (1) sich dreht, um den Ring im Wesentlichen rechtwinklig zur vorherrschenden Windrichtung zu positionieren, dass der Turm (1) eine Gehäusewand (11) hat, die sich mindestens teilweise um den Ring erstreckt, und dass zwischen dem Ring (10) des Rads und Mitteln (25) zum Umformen der übertragenen Windenergie in eine andere Energie, z. B. elektrischen Strom, wobei es sich bei den Mitteln um einen Generator handelt, Übertragungsmittel (26) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gehäusewand (11) von jeder Seite des Rings bis hinunter zum Fuß (2) des Turms erstreckt.
Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Radwelle (8) zwischen zwei Streben (5, 6) im oberen Bereich des Turm (1) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der oder die Pfosten (3, 4) vom oberen Bereich des Turms (1) zum Fuß (2) erstrecken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wandstützen (14, 15) und/oder Spanndrähte (12, 13, 16, 17) zwischen dem Fuß (2) und der Gehäusewand (11) an deren Außenseite und/oder Innenseite angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel ein Riemen (26) ist, der sich um den Ring, an der Gehäusewand (11) entlang, zum Fuß (2) und am Fuß (2) entlang zu einem Antriebsrad an einer Antriebswelle des Umformungsmittels (25) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Spannung des Riemens (26) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zwischen der Nabe des Rads und dem Ring (10) erstreckenden Blätter (9) drehbar sind, um die Drehzahl des Rads an eine vorbestimmte Geschwindigkeit in Bezug auf die vorherrschende Windgeschwindigkeit oder an einen beliebigen anderen gewünschten Parameter anzupassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (2) des Turms (1) die Form einer Drehscheibe hat, mit einem Maschinenraum (18) für das Umformungsmittel und möglicherweise Mitteln zur Aufrechterhaltung der Spannung in dem oder den Riemen (26).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Umformen der übertragenen Windenergie am Fuß (2) des Turms (1) angeordnet sind und dass sich die Übertragungsmittel (26) zwischen dem Ring (10) des Rads und den Umformungsmitteln (25) am Fuß (2) des Turms (1) erstrecken.