DE19807451A1

DE19807451A1 - Stabilisiertes kostengünstiges Windrad zur optimierten Nutzung der Windenergie

Info

Publication number: DE19807451A1
Application number: DE19807451A
Authority: DE
Inventors: Juergen Spieler; Dieter Muennich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-21
Filing date: 1998-02-21
Publication date: 1999-11-04

Abstract

Die heute bekannten technischen Lösungen von Windrädern weisen entscheidende Nachteile auf. So werden die begrenzten Standorte für Windenergieanlagen nicht optimal genutzt. Der Grund liegt zum einen im relativ geringen Wirkungsgrad und zum anderen an der durch die Labilität der Flügel begrenzte Größe der zur Windenergie herangezogenen Fläche. Hinzu kommt die aufwendige und teure Flügelherstellung, die die Wirtschaftlichkeit der Windenergienutzung negativ beeinflußt. Der induzierte Widerstand an den Flügelspitzen verringert den Wirkungsgrad um 20-30% und verursacht einen wesentlichen Teil der Geräuschemissionen. Diese Geräuschemissionen sind neben der landschaftlichen Veränderung der Hauptgrund für die ablehnende Haltung der Windenergiegegner. DOLLAR A Die wesentliche Neuerung des neuen Windradaufbaus besteht darin, daß durch einen umlaufenden, strömungsgünstig gestalteten Ring sichere wesentlich leistungsfähigere Windräder gebaut werden können, wobei der speziell gestaltete windabweisende Ring den leistungsmindernden induzierten Widerstand und die Geräuschemissionen wesentlich reduziert. Die Windradflügel selbst sind aus kostengünstig herzustellenden Rippenelementen aufgebaut, die als Massenprodukt als Spritzgußteile aus Kunststoff oder als Stanzteile aus Wellpappe hergestellt werden können. DOLLAR A Die erwarteten Einsparungen bzw. Verbesserungen gegenüber den bekannten Windrädern sind: DOLLAR A - Wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades der bisher bekannten Windräder - erreichbar 55% - ...

Description

Die bekannten Windräder zeichnen sich aus

- durch einen Wirkungsgrad von maximal 43%,
- begrenzte Leistungsfähigkeit durch schwere in der Herstellung teure Flügelräder, die stabilitätsbedingt nur mit einer begrenzten Längenabmessungen eingesetzt werden können,
- hohe Geräuschemissionen an den Flügelenden.

Diese bekannten technischen Lösungen weisen damit entscheidende Nachteile auf. So werden die begrenzten Standorte für Windenergieanlagen nicht optimal genutzt. Der Grund liegt zum einen im relativ geringen Wirkungsgrad und zum anderen an der durch die Labilität der Flügel begrenzte Größe der zur Windenergie herangezogenen Fläche. Hinzu kommt die aufwendige und teure Flügelherstellung, die die Wirtschaftlichkeit der Windenergienutzung negativ beeinflußt. Der induzierte Widerstand an den Flügelspitzen verringert den Wirkungsgrad um 20-30% und verursacht einen wesentlichen Teil der Geräuschemissionen. Diese Geräuschemissionen sind neben der landschaftlichen Veränderung der Hauptgrund für die ablehnende Haltung der Windenergiegegner.

Die Aufgabe der Erfindung besteht, unter Vermeidung dieser Nachteile ein neugestaltetes Windrad mit höherer Leistungsfähigkeit, höherem Wirkungsgrad und kostengünstigerer Herstellung zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des vorliegenden Patentanspruches gelöst. Die wesentliche Neuerung besteht darin, daß durch ein strömungsgünstig gestalteter mitlaufender gespannter Ring sichere wesentlich leistungsfähigere Windräder gebaut werden können, wobei der speziell gestaltete windabweisende Ring den leistungsmindernden induzierten Widerstand und die Geräuschemissionen an den Flügelenden wesentlich reduziert. Die Windradflügel selbst sind aus kostengünstig herzustellenden Rippenelementen aufgebaut.

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuaufgebautes verspanntes Flügelrad mit einem strömungsgünstig gestalteten ebenfalls gespannten Außenring.

An den Flügelenden wird der Wirkungsgrad des Windrades bei einem freifliegenden Flügel ohne Außenring durch induzierten Widerstand, der durch Luftwirbel verursacht wird, um 20-30% reduziert. Diese Luftwirbel werden erfindungsgemäß durch den mit den Flügeln festverbundenen und damit mitlaufenden stromlinienförmig ausgebildeten Außenring weitgehend beseitigt. Außerdem werden die Flügel als ganzes je nach herrschenden Windverhältnissen in oder aus der Windrichtung gedreht.

Der Flügel selbst ist aus Kunststoffrippen, die im Spritzgußverfahren oder Aufschäumverfahren aus Kunststoff oder aus gestanzten Wellpapierteilen hergestellt werden können, aufgebaut. Die Einzelelemente werden zur Stabilisierung und Glättung mit Deckschichten, z. B. mit Colgat und glasfaserverstärktem Kunststoff, überzogen und in einer hochpräzisen Form verschränkt verklebt. Damit gelingt es auch Flügel in einer Größenordnung von 50 m und mehr kostengünstig in Leichtbauweise herzustellen.

Stabilität gewinnt der Flügel durch die konstruktive Anbringung der Flügel zwischen Nabe und Außenring mittels Zuganker aus hochfestem Material, der sowohl an der Nabe wie auch im Außenring innerhalb des Flügelkörpers verlaufend verankert ist. Die Zuganker werden durch die tangential verstellbar aufgebauten Bogensegmente des Außenrings mittels Spannelementen arretiert und verspannt. Mit diesen Elementen wird auch der Rundlauf des Windrades optimiert.

Konstruktionsbedingt kommen bei der vorliegenden Erfindung mehr als die heute üblichen 3 Flügel zum Einsatz. Dadurch ist es möglich, mit einem geringeren Einstellwinkel den Propeller zu fahren. Weil damit das Flügelprofil nicht im Bereich des größten Auftriebs, sondern im Bereich des geringsten Widerstandes CW betrieben werden kann, verringert sich der Gesamtwiderstand. Der Effekt ist eine weitere Lärmminderung, eine erhöhte Leistung und eine geringere Blattbeanspruchung.

Die durch Außenring erreichte Stabilisierung der Flügel und die Herstellung der Flügel aus leichten Rippenelementen erlaubt es, wesentlich größere Flügel in Leichtbauweise zum Einsatz zu bringen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden.

Es stellen dar:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Windradflügels und des Nabenkörpers

Fig. 2 Aufbau der Flügel.

Fig. 1:
Die in der Zeichnung dargestellten Windradflügel (3) werden verstellbar auf eine Flügelgrundplatte (4) montiert. Die Flügelgrundplatte wird mit Zugankern A (5) mit der Nabe (7) verbunden. Die Flügelgrundplatte ist mit dem daran befestigten Flügel (3) durch den Blattverstellmechanismus (8) verstellbar gestaltet. Der mit den Flügeln über den Zuganker B (2) fest verbundene Windabweiser (1) bewirkt, daß der induzierte Widerstand wesentlich reduziert wird. Der Strömungskörper (6) umschließt den mechanischen Teil des Windrades.

Fig. 2:
Der Windradeinzelflügel wird aus Rippenelementen (12) aufgebaut. Dabei können die Rippenelemente z. B. im Spritzgußverfähren aus Kunststoff oder als Stanzteile aus Wellpappier so hergestellt werden, daß durch Hohlraumgestaltung ein leichtes stabiles Rippenelement entsteht. Diese Einzelteile werden in einer Form mit einem Faseraufbau (11) und einer Deckschicht (10) verpreßt.

Die erwarteten Einsparungen bzw. Verbesserungen gegenüber den bekannten Windrädern sind:
Wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades der heute bekannten Windräder - erreichbar 55% - durch weitgehende Vermeidung des leistungsmindernden induzierten Widerstandes an den Flügelspitzen durch strömungsgünstig gestalteten windabweisenden Außenring.

Aufbau leistungsfähigerer Anlagen mit großen Flügellängen von 50 m und mehr, erreichbar durch den leichten Flügelautbau und der stabilisierenden Wirkung der mittels Zuganker zwischen Nabe und Außenring verspannten leichten Flügels.

Wesentliche Reduzierung der Geräuschemission.

Kostengünstige Herstellung großer Flügel durch Verwendung von Rippenteilen, siehe Fig. 2, die verschränkt und überzogen in einer hochpräzisen Form gepreßt werden.

Claims

Stabilisiertes kostengünstiges Windrad zur optimierten Nutzung der Windenergie mit folgenden Merkmalen:
- Strömungsgünstig gestalteter windabweisender und gespannter Außenring zur Stabilisierung der Rotorbläffer und zur Reduzierung des induzierten Widerstandes an den Flügelspitzen,
- Zuganker, der im Flügel verlaufend den Flügel zwischen Nabe und Außenring stabilisiert,
- Kostengünstig herstellbarer Leichtflügel, aufgebaut aus Rippenelementen, die verschränkt zusammengesetzt und mit Überzügen stabilisiert und geglättet werden.