DE10045601A1 - Elastische Windgeneratorhalterung - Google Patents

Abstract

Windgeneratoren gewinnen als alternative Energieversorger auf Yachten eine zunehmende Bedeutung. Deshalb ist es erforderlich, dass auch die sinnvolle und vorteilhafte Montage mit der Entwicklung Schritt hält. DOLLAR A Herkömmlicherweise werden die Schwingungen des Windgenerators an den Montagepunkten des Gestells abgefangen. Dabei handelt es sich um ein senkrechtes Standrohr, das den Windgenerator trägt und zwei seitliche Stützrohre. Allerdings neigen diese Punkte dann zu Rott (Teakdeck) und Rost (Stahldeck) bei Yachten und das Montagegestell vibriert mit. DOLLAR A Hier wird eine "Elastische Windgeneratorhalterung" vorgestellt, die die Schwingungen des Generators sehr nah am Verursacher selbst aufnimmt, sodass sich daraus einige Vorteile ergeben: DOLLAR A - einfache Montage des Stützgestells DOLLAR A - keine Vibration im Stützgestell und im Schiff selbst DOLLAR A - vielseitige Nutzbarkeit auch bei anderen Montagearten (Geräteträger, Mastmontage) DOLLAR A - innenliegende Kabel sind geschützt. DOLLAR A Erreicht wird das durch eine Federung aus einer Kombination von gummiartigen Kunststoffscheiben, unterbrochen durch Metallscheiben. Diese Kombination wird in das Standrohr wenig unterhalb des Windgenerators eingebaut und durch einen Kunststoffkegel vor Witterungseinflüssen geschützt.

Description

1. Technisches Gebiet

Die Erfindung stammt aus dem Gebiet der Elektrizität, da es sich um den Bereich der alternativen Stromproduktion handelt. Hier wird das Beispiel "Wassersport" behandelt.

2. Stand der Technik

Windgeneratoren werden in zunehmendem Maße zur alternativen Energiegewinnung eingesetzt. Dies trifft insbesondere auf große Einheiten zu, die jedermann in sogenannten Windparks an geeigneten Standorten im Land beobachten kann. In den letzten Jahren wurden jedoch auch leistungsfähige, kleinere Generatoren entwickelt, die auf Segelyachten, einsamen Häusern o. ä. zum Einsatz kommen. Hier wird das Beispiel der Energiegewinnung auf einer Segelyacht behandelt, weil die Versorgung einer Yacht mit elektrischem Strom immer wieder Probleme bereitet hat.

Besitzer von Segelyachten entscheiden sich aus den unterschiedlichsten Gründen für einen Windgenerator, die hier aber nicht im Detail erläutert werden sollen. Hier ist es wichtig, dass die Position des Windgenerators an Bord einigen wichtigen Kriterien entsprechen muss:

• 1. Möglichst freie Anströmung durch den Wind;
• 2. Keine Behinderung der Segel o. ä.;
• 3. Keine Gefährdung der Menschen durch die sich sehr schnell drehenden Propellerflügel.

Die Beachtung dieser 3 Punkte führte zu einer fast ausschließlichen Position des Windgenerators am Heck des Schiffes auf einem besonderen Gestell in etwa 3 Metern Höhe (siehe Abb. 1). Das senkrechte Standrohr wird dann nach vorne und zur Seite mit zwei Rohren abgestützt. Dies ist sehr wichtig, damit das Standrohr mit dem Windgenerator die Bewegungen des Bootes in der rauhen See aushält. Im Beispiel des hier verwendeten Windgenerators empfiehlt der Hersteller, dass das Standrohr eine horizontale (!) Kraft von 70 kg aushalten muss.

Windgeneratoren beginnen in der Regel bei etwa 3 Windstärken zu arbeiten. Die Luft bewegt sich dann mit 3-4 m/s fort. Schon dann drehen sich die Windflügel sehr schnell und erzeugen Unwuchten und Vibrationen. Diese lassen sich nicht vermeiden, sollen jedoch so gering wie möglich sein (siehe Abb. 2). Die Hersteller bemühen sich um eine toleranzfreie Produktion und um möglichst gleich schwere Windflügel, da sich diese nicht mit kleinen Gewichten "auswuchten" lassen wie ein Autorad.

Da die Drehgeschwindigkeit der Flügel bei mehr Wind dramatisch zunimmt, ist dieser Punkt besonders wichtig. Um eine Gefährdung von Menschen auszuschließen und den Windgenerator gut anströmen zu lassen, ist eine ausreichende Montagehöhe erforderlich. Diese liegt bei etwa 3 Metern. Leichte Vibrationen durch den Windgenerator werden also auf das Standrohr und die beiden Stützrohre übertragen und durch die Länge der Rohre verstärkt. Eine Übertragung auf den Schiffsrumpf muss auf jeden Fall verhindert werden. Sitzt man im Schiff, spürt man die Vibrationen, das Geschirr und Besteck klappert u. ä. Dies trifft nicht nur für Stahlschiffe zu, sondern auch für Kunststoffyachten.

So gibt es bisher nur einen Weg, eine "Federung" einzubauen: Es ist die in Abb. 3 dargestellte Variante. Hier werden durch drei Gummipuffer ohne direkte Metallverbindung an den Montagestellen auf dem Boot die Schwingungen des Gestells abgefangen.

Wie aus der Abbildung zu ersehen ist, steht das Rohr (1) auf einem Gummipuffer (2), der in das hohle Rohr hineinragt und dort verklebt ist. Unter dem Rohr ist der Gummipuffer breiter als das Rohr, sodass es selbst mit dem Deck nicht in Berührung kommt. Die stabile Montage erfolgt mittels der mittigen Gewindeschraube (3) und der Kombination Scheibe/Mutter unter Deck.

Der größte Nachteil dieser Konstruktion ist, dass durch die Unwucht im Windgenerator das gesamte lange Montagegestell mitschwingt. Wenn man also beispielsweise am Heck steht, und sich daran festhalten möchte, ist das sehr unangenehm. Auch können sich Schraubverbindungen von der Montage unbeabsichtigt lösen. Andererseits kann sich unter der größeren Gummiplatte Dreck, Rost o. ä. ansammeln. Besitzer eines Schiffes mit Teakholz-Deck werden das vermeiden wollen und müssen.

3. Das der Erfindung zugrundeliegende Problem

Wie bereits oben beschrieben, musste dringend eine neue Halterung für den Windgenerator entwickelt werden, die keine Schwingungen mehr auf das Montagegestell überträgt. Dann kann man sich am Gestell festhalten, ohne dass es unangenehm wird, und keine Schrauben lösen sich unbeabsichtigt. Hinzu kommt der Vorteil, dass die Montagefläche des Generatorgestells auf ein Minimum verringert wird und andere Befestigungsmöglichkeiten (Heckkorb o. ä.) verwendet werden können. Dadurch werden u. U. weniger Bohrungen auf dem Bootsdeck erforderlich, und unter Gummiplatten kann kein Teakdeck verrotten oder das Stahldeck unbemerkt rosten.

5. Gewerbliche Anwendung

Windgeneratoren finden immer mehr Verbreitung bei Yachtbesitzern. Im Laufe der Zeit sind ihre Leistungen verbessert worden, sodass sich diese alternative Energiegewinnung lohnt. Allerdings gibt es die unter den Punkten 2. und 3. beschriebenen Probleme. Die hier vorgestellte Lösung ermöglicht es, alle Probleme mit einem Mal zu lösen und ist derart überzeugend, dass sich diese elastische Windgeneratorhalterung auf dem Markt durchsetzen wird.

6. Vorteilhafte Wirkung

Die Vorteile der hier vorgestellten Windgeneratorhalterung liegen in folgenden Punkten:

• a) Unmittelbare Dämpfung der Schwingungen am Verursacher selbst. Dadurch werden keine Vibrationen auf das Montagegestell oder den Schiffsrumpf übertragen.
• b) Die innenliegende Kabelführung schützt die Kabel vor Beschädigungen und Witterungseinflüssen.
• c) Eine Beschädigung der Halterung oder des Standrohres durch die Windflügel ist ausgeschlossen, auch wenn sich deren Spitzen im Sturm nach leicht hinten biegen. Die elastische Halterung gleicht dies aus, indem sie sich auch entsprechend nach hinten ausweicht.
• d) Durch die Verwendung von Kunststoff für die Schutzhaube besteht keine Korrosionsgefahr, und die Federung ist vor UV-Strahlen und der Witterung geschützt.
• e) Durch die Eliminierung der Schwingungen relativ nah am Windgenerator kann diese Halterung auch für Geräteträger und die
• f) Mastmontage verwendet werden.

7. Ein Weg zur Ausführung der Erfindung a) Bestandteile

Diese Liste der Bestandteile ist gleichzeitig die Auflistung der Bezugspunkte. Dadurch wird die Übersicht vereinfacht. 1 Edelstahlrohr 60 × 2 mm, Länge mind. 2500 mm
2 Gummipuffer
3 Gewindeschraube
4 Mutter
5 Unterlegscheibe 30 × 2 mm
6 Bootsdeck
7 Gummischeibe 60 × 10 mm
8 Edelstahlscheibe 60 × 3 mm
9 Edelstahlscheibe 60 × 10 mm
10 Mutter M 10 mm
11 Gewindeschraube M 10 × 40 mm
12 Abdeckhaube, Kunststoff, nach Maß
13 Kunststoffdrehteil 60 (48) × 50 mm
14 Edelstahlrohr 30 × 2 × 50 mm
15 Edelstahlscheibe 60 × 10 mm, Bohrung 26 mm
16 Kabeldurchlass 12 mm
17 Oberes Edelstahlrohr, 150 × 60 × 2 mm
18 Windgenerator, hier AIRMARINE 403

b) Praktische Herstellung

Wie in der Abb. 1 zu sehen ist, steht der Windgenerator am Heck einer Segelyacht auf einem senkrechten Standrohr. Gegen Umfallen wird es durch zwei Stützen geschützt. Die eine Stütze führt nach vorne und stützt gegen die Bewegungen, die das Schiff in der Querachse ausführt. Nicht abgebildet ist das andere Stützrohr, das Standrohr gegen Bewegungen in der Längsachse stützt. Es führt quer zur Schiffslängsachse zur anderen Seite des Hecks. Die Herstellung dieser "Basis" stellt handwerklich keinen hohen Anspruch dar und muss sauber ausgeführt und an das jeweilige Schiff angepasst werden. Es handelt sich um eine Tätigkeit aus dem normalen Arbeitsalltag eines handwerklichen Betriebes und wird deshalb hier nicht näher beschrieben.

Die praktische Herstellung der eigentlichen Erfindung, d. h. der elastischen Windgeneratorhalterung, erfolgt folgendermaßen (siehe Abb. 5):
Das untere Standrohr (1) wird oben waagerecht abgeschnitten. Darauf wird die erste Scheibe (9) aufgeschweißt, nachdem in diese mittig ein Loch mit dem Durchmesser 11 mm gebohrt wurde und unten eine Mutter M 10 mittig unter das Loch angeschweißt wurde. Jetzt ist die Aufnahme fertig, sodass mit der elastischen Halterung begonnen werden kann.

An die nächste Edelstahlscheibe (9) wird mittig eine Gewindestande (11) angeschweißt. Mit Industriekontaktkleber werden jetzt die nächsten 3 Gummipuffer (7) mit den 2 dünnen Edelstahlscheiben (8) verklebt. Auf die obere Edelstahlscheibe (9) wird mittig eine Gewindestande (11) verschweißt und oben auf den letzten dritten Gummipuffer verklebt. Während der Kleber anzieht, kann man das obere Rohr bearbeiten. Es ist 150 mm lang und bekommt unten eine Edelstahlscheibe (9) angeschweißt, die wiederum vorher mittig gebohrt und mit einer passenden Mutter (10) innen verschweißt wurde.

Nach dem Aushärten des Klebers wird das Mittelteil (B) auf das Unterteil (C) geschraubt. Nun kann die Kabelbohrung (16) vorgenommen werden. Außen am Rohr muss nun die Position des Loches markiert werden. Dann kann das Oberteil (A) auf das Mittelteil (B) geschraubt werden. Nun wird die Markierung auf das Oberteil übertragen und gleichfalls das Loch für die Stromkabel gebohrt.

Ein Zulieferbetrieb stellt die Abdeckhaube (12) her. Wie die Abb. 5 zeigt, kann nun die Abdeckhaube über die Gewindeschraube (11) gesteckt werden. Es wird soweit heruntergezogen, bis die gesamte elastische Verbindung verdeckt ist.

Das Oberteil des Rohres wird nun weiterbearbeitet. Die Edelstahlscheibe (15), die vorher gebohrt wurde, wird nun auf die obere Rohröffnung geschweißt. Danach wird das kleine Montagerohr (14) genau mittig auf die Scheibe bzw. über das mittige Loch geschweißt. Dieses dient zur Kabeldurchführung.

Im hier vorgestellten Fall muss der Windgenerator (siehe Abb. 4) auf ein Rohr von 48 mm Durchmesser geschraubt werden. Dies erreicht man durch Verwendung eines gedrehten, passenden Kunststoffteils (13), das um das Rohr (14) herum aufgesteckt und verklebt wird.

Die verschiedenen Durchmesser sind noch einmal in der Abb. 8 zu sehen.

Vor der Verschraubung des Windgenerators müssen die 3 Kabel durch das untere Standrohr und durch die Bohrung in der "Elastischen Halterung" hindurchgeführt werden. Jetzt können sie mittels einer Lüsterklemme o. ä. an die aus dem Windgenerator herausragenden Kabel angeschlossen werden.

Die Abb. 4 zeigt die fertige Montage des Windgenerators auf dem Standrohr.

8. Funktionsweise

Die Funktionsweise der hier vorgestellten Erfindung ist denkbar einfach: Die Abb. 4 zeigt die fertige Montage der gesamten Einheit in der Seitenansicht. Der von links kommende Wind treibt den Generator mit Hilfe der 3 Windflügel an. Diese sind an den Spitzen schmal und biegen sich im Sturm nach hinten. Selbst ohne "Elastische Halterung" werden sie dabei nicht das Standrohr berühren, denn diese Halterung ist so neu, dass darauf bisher nicht eingegangen werden konnte. Die vom Windgenerator ausgehenden Vibrationen werden durch die dreifache Gummifederung (siehe Abb. 5) aufgenommen. Die Abdeckhaube aus Kunststoff schützt diese Gummifederung vor schädlichen UV-Strahlen und Witterungseinflüssen. Die konische Form garantiert, dass Regen o. ä. gut abtropft und die "Elastische Halterung" dem Winddruck nachgeben kann. Zu keiner Zeit gerät der untere Rand der Abdeckhaube an das untere Standrohr, sodass hier keine Vibrationen übertragen werden können.

Der Schutz der Gummifederung und die solide Verarbeitung der gesamten Anlage garantieren eine lange Lebensdauer.

Hinzu kommt die federnde Wirkung an der Aufnahme des Windgenerators (siehe Abb. 7). Das gedrehte Teil aus Kunststoff ist elastischer, als es Metall wäre; hinzu kommt, dass die Metallschelle des Windgenerators selbst zusätzlich mit Gummi innen ausgekleidet ist.

9. Quellen, Zeichnungen a) Quellen

Abb. 4 Benutzerhandbuch der Fa. Southwest WINDPOWER, INC., USA, Seite 6

Abb. 3 Verkaufsprospekt der gleichen Firma zum Windgenerator AIR MARINE 403

b) Zeichnungen

Abb. 1 Stand der Technik: Seitenansicht einer Segelyacht mit Windgenerator,

Abb. 2 Stand der Technik: Drehrichtung des dreiflügligen Windgenerators,

Abb. 3 Stand der Technik: übliche, elastische Lagerung eines Standrohres für Windgeneratoren,

Abb. 4 Seitenansicht der fertigen, montierten Einheit,

Abb. 5 Querschnitt der hier angemeldeten Erfindung,

Abb. 6 Seitenansicht bzw. Querschnitt durch die Halterung,

Abb. 7 Querschnitt durch die obere Aufnahme des Windgenerators,

Abb. 8 Aufsicht auf die in Abb. 7 gezeigte Aufnahme,

Abb. 9 Seitenansicht des Standrohres mit der aufgesetzten Abdeckhaube.

Claims (1)

1. Bei der hier vorgestellten Erfindung handelt es sich um eine Gesamtkonstruktion aus Edelstahl und Kunststoff, die sich auszeichnet durch:

   • a) eine rohrähnliche Aufnahme des Windgenerators durch eine Kunststoffhülse, die um ein fest verschweißtes Metallrohr führt, und
   • b) ein Standrohr angemessener Länge, das nahe dem Windgenerator unterbrochen wird durch eine elastische Halterung aus miteinander fest verbundenem, elastischem, relativ festem und dabei bewegungsabsorbierendem Material und dazwischenliegenden Metallscheiben, die selbst mit dem Standrohr fest verbunden sind, und
   • c) innenliegender Kabelführung und
   • d) geschützt durch eine äußere Hülle konischer Form aus Kunststoff.