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Patent Searching and Data


Title:
WIND TURBINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/138144
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a wind turbine which can be set rotating in particular by air streams perpendicular to the axis of rotation thereof, having at least two aerofoils, wherein said wind turbine comprises means for increasing the moment of inertia thereof.

Inventors:
KAHNERT HOETGER SILVIA (DE)
ROSSMANN HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/055925
Publication Date:
November 10, 2011
Filing Date:
April 14, 2011
Export Citation:
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Assignee:
HOROFA GRUENE EN AG (DE)
KAHNERT HOETGER SILVIA (DE)
ROSSMANN HOLGER (DE)
International Classes:
F03D3/00; F03D3/06
Domestic Patent References:
WO2007017918A12007-02-15
Foreign References:
US20030175109A12003-09-18
US20080166228A12008-07-10
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
KLUIN, Jörg-Eden (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

Windrad (100, 200, 300, 400, 500), welches insbesondere durch Luftströmungen senkrecht zu seiner Drehachse (D) in Rotation versetzbar ist, mit mindestens zwei Luftschaufeln (1 ),

dadurch gekennzeichnet,

dass das Windrad (100, 200, 300, 400, 500) Mittel zur Erhöhung seines Trägheitsmoments umfasst.

Windrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel derart ausgestaltet sind, dass sie im Vergleich zu einem entsprechenden Windrad ohne diese Mittel zu einer Erhöhung des Trägheitsmoments von zumindest fünfzig Prozent führen.

Windrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens eine Schwungmasse (13) umfassen.

Windrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Luftschaufeln (1 ) jeweils mit Abstand zur Drehachse (D) mindestens eine Schwungmasse (13) angeordnet ist.

Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich senkrecht zur Drehachse erstreckende, seitliche Begrenzungsscheiben 5, 5' vorgesehen sind, zwischen denen die Luftschaufeln (1 ) angeordnet sind.

Windrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassen (13) die Begrenzungsscheiben (5, 5') verbinden.

Windrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassen (13) eine zylindrische oder etwa kugelförmige Außenkontur aufweisen.

8. Windrad nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassen (13) undrehbar mit den Begrenzungsscheiben (5, 5') verbunden sind.

9. Windrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Teil der Schwungmassen (13) Luftleiteinrichtungen (22) angeordnet sind.

10. Windrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel der Luftleiteinrichtungen (22) zu den Luftschaufeln (1 ) veränderbar ist.

1 1 . Windrad nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Schwungmassen (13) um ihre Längsachse (L) drehbar mit den Begrenzungsscheiben (5, 5') verbunden ist.

12. Windrad nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen, drehbaren Schwungmasse Mittel vorgesehen sind, die die Schwungmasse (13) insbesondere bei einer Luftströmung senkrecht zur Längsachse (L) in Rotation versetzen.

13. Windrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens eine Schwungmassenluftschaufel (25) umfassen.

14. Windrad nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschaufeln (1 ) radial über die seitlichen Begrenzungsscheiben (5, 5') überstehen.

15. Windrad nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die überstehenden Bereiche der Luftschaufeln 1 und 2 Biegelinien (B), die von den Rändern (16, 16') der Begrenzungsscheiben (5, 5') zur Mitte des distalen Randes (17) der jeweiligen Luftschaufel (1 ) verlaufen, zur Luftanströmseite hin umgebogen sind.

16. Windrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige distale Rand (17) der Luftschaufel (1 ) einen mittigen, zur Drehachse (D) senkrecht verlaufenden Schlitz (18) umfasst, dessen Ränder zu einem Knick (19) zusammengeführt sind.

17. Windrad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der distale Rand (17) zu einem vorzugsweise etwa bikonvexlinsenförmigen, auf der dem Knick (19) abgewandten Seite offenen Luftaustritt (20) gebogen ist.

18. Windrad nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die den offenen Bereich des Luftaustritts (20) begrenzenden Ecken (21 ) der Luftschaufeln (1 ) nach außen gebogen sind.

19. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen integrierten Generator (4, 4') umfassen.

20. Windrad nach Anspruch 5 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Generatoren (4, 4') vorgesehen sind, deren Statoren (7, 7') bezüglich der Drehachse (D) feststehend angeordnet und mit deren Rotoren (3, 3') jeweils eine der Begrenzungsscheiben (5, 5') verbunden ist.

21 . Windrad nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Generatoren (4, 4') um Generatoreinheiten handelt, deren Permanentmagnetanordnungen gegenüber den Wicklungsanordnungen drehbar gelagert sind, und dass die Begrenzungsscheiben (5, 5') mit den Permanentmagnetanordnungen verbunden sind.

22. Windrad nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoren (4, 4') permanentmagneterregte Synchrongeneratoren sind.

23. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Begrenzungsscheiben (5, 5') als Antriebseinrichtung für ein flexibles Zugmittel, insbesondere als Riemenscheibe ausgebildet ist.

24. Windrad nach einem der Ansprüche 5 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in den Begrenzungsscheiben (5, 5') Luftdurchlässe und Luftleiteinrichtungen (27) vorgesehen sind, die eine Rotation des Windrades aufgrund einer etwa parallel zur Drehachse (D) gerichteten Luftströmung bewirken.

25. Windrad nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Tragkonstruktion umfasst, die eine beliebige Ausrichtung der Drehachse des Windrades ermöglicht.

Verfahren zur Nutzung von künstlich erzeugten Luftströmungen zur Energiegewinnung, insbesondere von aus Gebäudeöffnungen ausströmender Fortluft, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftströmung zum Antrieb eines Windrades, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 25, genutzt wird.

Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad in unmittelbarer Nähe einer Luftaustrittsöffnung in die Umwelt angeordnet wird.

Description:
Windrad

Die Erfindung betrifft ein Windrad, welches insbesondere durch Luftströmungen senkrecht zu seiner Drehachse in Rotation versetzbar ist, mit mindestens zwei Luftschaufeln. Derartige Windräder sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Werden sie - wie bei vielfachen Anwendungen - zur Nutzung von natürlichem Wind zur Erzeugung von Rotationsenergie und aus dieser meist von elektrischem Strom mit Hilfe von Generatoren verwendet, so ist ihre Drehachse regelmäßig senkrecht angeordnet. Die Windräder müssen dann nicht auf die jeweilige Windrichtung ausgerichtet werden, wodurch sie windrichtungsunabhängig auch bei geringen Windstärken zu rotieren beginnen. Derartige Windräder sind daher insbesondere für den Einsatz in Wohngebieten geeignet, in welchen aufgrund von Abschattungen meist unregelmäßige Winde aus unterschiedlichen Richtungen wehen. Nachteilig ist bei diesen Windrädern, die häufig zum Einsatz auf Gebäudedächern vorgesehen sind und gegenüber den auf Freiflächen oder Offshore-Anlagen positionierten Windrädern einen nur geringen Durchmesser von bis unter 1 m aufweisen, dass sich ihre Drehzahl bei Windveränderungen und/oder Belastungswechseln leicht ändert, was beispielsweise die Konstanthaltung der Parameter wie Spannung oder Frequenz des erzeugten elektrischen Stromes erschwert und sie zum Antrieb von Verbrauchern, die kurzzeitige Lastspitzen erzeugen, weniger geeignet macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Windrad der eingangs ge- nannten Art, insbesondere eines solchen, welches einen Durchmesser von etwa 0,5 m bis maximal 2 m aufweist, hinsichtlich dieser Nachteile zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Windrad gelöst. Erfindungsgemäß weist dieses Windrad Mittel zur Erhöhung seines Trägheitsmoments auf. Kurzfristige Änderungen der Stärke der Luftströmung oder Belastungsspitzen führen aufgrund des zusätzlichen Trägheitsmoments im Vergleich zu herkömmlichen Windrädern entsprechender Größe nur zu einer geringeren Änderung der Drehgeschwindigkeit des Windrades.

Grundsätzlich führt schon jede Erhöhung des Trägheitsmoments des Windrades zur Verbesserung seiner Gleichlaufeigenschaften. Versuche haben gezeigt, dass eine signifikante und sich in der Praxis besonders vorteilhaft erweisende Verbesserung erzielt wird, wenn die Mittel derart ausgestaltet sind, dass sie im Vergleich zu einem entsprechenden Windrand ohne derartige Mittel zu einer Erhöhung von dessen Trägheitsmoment von zumindest fünfzig Prozent führen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Mittel zur Erhöhung des Trägheitsmoments mindestens eine Schwungmasse umfassen, da sie dann auf einfache Weise her- stellbar sind. Die mindestens eine Schwungmasse kann zwischen den Luftschaufeln jeweils mit Abstand zur Drehachse angeordnet sein. Die örtliche Anordnung und Ausprägung der Schwungmasse kann an die jeweiligen Anwendungsanforderungen angepasst und anwendungstechnisch im Sinne einer individuellen Optimierung ermittelt werden.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windrades sind zwei sich senkrecht zur Drehachse erstreckende, seitliche Begrenzungsscheiben vorgesehen, zwischen denen die Luftschaufeln angeordnet sind. Diese seitlichen Begrenzungsscheiben dienen einerseits der Stabilisierung der Luftschaufeln und vereinfachen ihre verwindungsarme Befestigung, andererseits wirken die seitlichen Begrenzungsscheiben auch strömungsverbessernd, da sie der seitlichen Abströmung von Luft, die den Wirkungsgrad reduzieren würde, entgegenwirken.

Die seitlichen Begrenzungsscheiben, die eine Kreisscheibenform konzentrisch zur Drehachse aufweisen können, sind vorzugsweise über die Schwungmassen miteinander verbunden. Aufgrund dieser Maßnahme übernehmen die Schwungmassen gleichzeitig eine die mechanische Stabilität des Windrades verbessernde Funktion.

Einfach herstellbar und unabhängig von der jeweiligen Windrichtung strömungstechnisch günstig sind die Schwungmassen dann, wenn sie - wie bevorzugt - eine zylindrische oder kugelförmige Außenkontur aufweisen. Die Schwungmassen können beispielsweise aus massiven Rohrabschnitten aus einem metallischen Werkstoff bestehen.

Bei einer ersten, bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Windrades sind diese undrehbar mit den Begrenzungsscheiben verbunden. An zumindest einem Teil der Schwungmassen können dann Luftleiteinrichtungen, beispielsweise in Form von Luftleitblechen angeordnet sein, welche derart ausgestaltet sind, dass sie anströmende Luft in den Wirkungsgrad des Windrades erhöhenden Weise den Luftschaufeln zuleiten. Versuche haben gezeigt, dass der optimale Anstellwinkel der Luftleiteinrichtungen zu den Luftschaufeln abhängig von der Anströmgeschwindigkeit der das Windrad antreibenden Luftströmung ist. Insbesondere dann, wenn das Windrad nicht zur Ausnutzung natürlichen Windes zu dessen Drehantrieb vorgesehen ist, sondern künstlich erzeugte Luftströmungen einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, wie diese beispielsweise als Fortluft aus industriellen Kühlaggregaten, Gebäudebelüftungsanlagen etc. zur Verfügung steht, angetrieben wird, ist es von Vorteil, den Anstellwinkel optimal an die jeweils herrschende Luftströmgeschwindigkeit anzupassen. Dies kann bei einer bevorzugten konstruktiven Variante beispielsweise dadurch geschehen, dass die im Betriebszustand undrehbar mit den Be- grenzungsscheiben verbundenen Schwungmassen, an denen die Luftleiteinrichtungen angeordnet sind, lösbar und im Sinne der Veränderungen des Anstellwinkels der Luftleiteinrichtungen bewegbar und anschließend wieder festlegbar ausgestaltet sind.

Bei einer weiteren, alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windrades ist zumindest eine, sind vorzugsweise sämtliche Schwungmassen um ihre Längsachse drehbar mit den Begrenzungsscheiben verbunden. Sind dann - wie besonders bevorzugt - an der mindestens einen, vorzugsweise an sämtlichen drehbaren Schwungmassen Mittel vorgesehen, die die Schwungmassen insbesondere bei einer Luftströmung senkrecht zur Längsachse in eine Eigenrotation versetzen, so erhöht sich der Gesamtdrehimpuls des Windrades, was sich wiederum positiv auf dessen Gleichlauf auch bei sich ändernden Luftströmungen und insbesondere plötzlichen Änderungen der Leistungsaufnahme eines Generators oder einer anderen mit Hilfe des Windrades angetriebenen Einrichtung auswirkt.

Die Mittel weisen vorzugsweise mindestens eine Schwungmassenluftschaufel auf, die beispielsweise ähnlich wie die Luftschaufeln des Windrades oder in einer beliebigen anderen, zu einer Rotation der Schwungmassen führenden Weise ausge- bildet sein können.

Die Luftschaufeln ragen bei allen vorbeschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Windrades vorzugsweise radial über die seitlichen Begrenzungsscheiben hinaus.

Es hat sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Windrades sich in überraschend hohem Maße steigern lässt, wenn die überstehenden Bereiche der Luftschaufeln um zwei Biegelinien, die von den Rändern der Begrenzungsscheiben zur Mitte des distalen Randes der jeweiligen Luftschaufel verlau- fen, zur Luftströmseite hin umgebogen sind. Es ergibt sich so eine Art Löffelform mit einer etwa radial nach außen gerichteten Luftaustrittsöffnung.

Besonders bevorzugt ist es, an dem distalen Rand der jeweiligen Luftschaufel einen mittigen, zur Drehachse senkrecht verlaufenden Schlitz vorzusehen, dessen Ränder zu einem Knick zusammengeführt sind. Diese Maßnahme führt dazu, dass die Luftschaufel auf der der Luftanströmung abgewandten Seite eine etwa „schiffsbugartige" Form aufweist, die den der Rotation entgegenwirkenden Luftwiderstand reduziert. Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang, dass die gute Aerodynamik der Luftschaufeln ohne maschinentechnisch aufwendige Formgebungsmaßnahmen erzielt wird, wodurch dieses Windrad kostengünstig herstellbar ist.

Die distalen Ränder der Luftschaufeln sind vorzugsweise zu einem etwa ovalen, auf der dem Knick abgewandten Seite offenen Luftaustritt umgebogen. Zwecks weiterer Verbesserung der Aerodynamik der Luftschaufeln sind die den offenen Bereich des Luftaustritts begrenzenden Ecken der Luftschaufeln nach außen gebogen. Dies führt zu einer Reduzierung der an diesen Kanten der Luftaustrittsöffnung entstehenden Verwirbelungen.

Das erfindungsgemäße Windrad kann beispielsweise dem Rotationsantrieb eines Generators zur Erzeugung von elektrischem Strom dienen. Besonders bevorzugt ist es in diesem Falle, wenn es hierzu mindestens einen integrierten Generator umfasst.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn zwei Generatoren vorgesehen sind, deren Statoren bezüglich der Drehachse feststehend angeordnet und mit deren Rotoren jeweils eine der Begrenzungsscheiben verbunden ist. Das Windrad und die Generatoren stellen dann eine Einheit dar, in welcher die Rotoren der Generatoren auch statische Funktionen für das Windrad erfüllen können. Beispielsweise können sie einen Teil der Begrenzungsscheiben und auch Flächen zur Befestigung der Luftschaufeln bereitstellen.

Bei den Generatoren handelt es sich dann - besonders bevorzugt - um Generatoreinheiten, deren Permanentmagnetanordnungen gegenüber den Wicklungsanordnungen drehbar gelagert sind, wobei die Begrenzungsscheiben mit den Permanentmagnetanordnungen verbunden sind. Aufgrund dieser Maßnahme übernehmen die Generatoren sogleich die Drehlagerung des gesamten Windrades, wodurch sich einerseits der bauliche Aufwand für das erfindungsgemäße Windrad verringert, andererseits überflüssige Lagerreibungsverluste vermieden werden.

Versuche haben gezeigt, dass als Generatoren insbesondere permanentmagnet- erregte Synchrongeneratoren geeignet sind.

Alternativ zu den Generatoren, oder auch zusätzlich, kann zumindest eine der Begrenzungsscheiben als Antriebseinrichtung für ein flexibles Zugmittel, insbesondere als Riemenscheibe ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Windrad eignet sich dann auch zur direkten mechanischen Ankopplung an drehangetriebene Geräte, beispielsweise Kompressoren oder ähnliches.

Neben einem Einsatz als Windrad im engeren Sinne, bei welchem das Windrad lediglich durch eine Luftströmung aufgrund natürlichen Windes angetrieben wird, ist das erfindungsgemäße Windrad insbesondere auch für den Einsatz auf Fahrzeugen wie LKWs oder Schiffen vorgesehen, wo die Luftströmung insbesondere durch den Fahrtwind erzeugt wird. In diesem Falle kann das Windrad auch derart angeordnet sein, dass seine Drehachse etwa in horizontaler Richtung verläuft, da die das Windrad antreibende Luftströmung zumindest im Wesentlichen durch die Fahrtrichtung bestimmt wird. Eine entsprechende Anordnung des Windrades kommt auch in Betracht, wenn es stationär eingesetzt wird und zu dessen Antrieb künstlich erzeugte Luftströmungen, beispielsweise zur Kühlung von Aggregaten oder Gerätschaften, oder von Belüftungseinrichtungen an Gebäuden vor oder beim Austritt in die Umgebung, zum Antrieb vorzugsweise eines erfindungsgemä- ßen Windrades verwendet werden, da auch diese gerichtet sind. Wenn jedoch gleichwohl der Einsatz außerhalb eines Gebäudes stattfindet, beispielsweise vor Austrittsöffnungen von Fortluft an Gebäuden, wo neben der künstlichen Luftströmung beispielsweise durch natürlichen Wind erzeugte Querströmungen herrschen, können die Begrenzungsscheiben Luftdurchlässe und Luftleiteinrichtungen umfassen, die eine Rotation des Windrades aufgrund einer etwa parallel zu dessen Drehachse gerichteten Luftströmung bewirken. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn das Windrad an einer Tragkonstruktion gelagert ist, welche eine beliebige Ausrichtung der Drehachse des Windrades ermöglicht. Zu- sätzliche Installationskosten, die durch separate„Winkelanpassungsbauteile" anfallen würden, werden hierdurch verhindert.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, mit denen verschie- dene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Windrades - teilweise schematisch und ausschnittsweise - dargestellt sind, weiter erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht - ausschnittsweise - eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Windrades;

Fig. 2 - ausschnittsweise - dasselbe Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entlang der Drehachse;

Fig. 3 eine Einzelteildarstellung eines Generators des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine weitere Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 , jedoch mit zusätzlichen Riemenscheiben, teilweise geschnitten; Fig. 4a einem flachen Zuschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Luftschaufel;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Windrades in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung; Fig. 5a - ausschnittsweise und schematisch - eine Einzelteildarstellung einer

Schwungmasse mit daran angebrachter Luftleiteinrichtung;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Windrades in einer Fig. 5 entsprechenden Darstellung;

Fig. 6a eine Schwungmasse der Ausführungsform gemäß Fig. 6 mit daran angebrachten Schwungmassenluftschaufeln; Fig. 7 eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Windrades, welches die Luftdurchlässe in den Begrenzungsscheiben und Luftleiteinrichtungen zur Nutzung von einer Luftströmung etwa in Richtung der Drehachse des Windrades aufweist, sowie

Fig. 8 einen Schnitt durch eine einen Kompressor umfassenden Einrichtung, welche durch mechanische Ankopplung an das Windrad antreibbar ist.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel 100 des erfindungsgemä- ßen Windrades umfasst vier Luftschaufeln 1 , die in den Fig. 1 und 2 lediglich teilweise dargestellt sind. Wie insbesondere in Fig. 2 erkennbar ist, sind die Luftschaufeln an einer hülsenförmigen Welle 2, die die Drehachse D des Windrades 100 definiert, an den Rotoren 3, 3' von zwei Generatoren 4, 4', die als Permanentmagnet erregte Synchrongeneratoren ausgebildet sind, sowie an mit den Ro- toren 3, 3' verbundenen seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' befestigt. Die Rotoren 3, 3' der Generatoren, von denen in Fig. 3 lediglich der in Fig. 2 rechte Generator 4' dargestellt ist, umfassen zwei Rotorhälften 6, 6', die mit Permanentmagneten besetzt sind und sich um den spulenbesetzten, zwischen den Rotorhälften 6, 6' angeordneten, in Fig. 3 nicht dargestellten Stator 7' (vgl . Fig. 2) um die Dreh- achse D drehen.

Die Statoren 7, 7' sind drehfest mit Achszapfen 8, 8' verbunden. Die Achszapfen 8, 8' dienen der Drehlagerung der Rotorhälften 6, 6' über Rollenlager 9. Die bezogen auf das Windrad 100 inneren Rotorhälften 6 umfassen einen mit Gewindeblindbohrungen 10 versehenen Flansch 1 1 , an welchen mit Hilfe von in die Gewindeblindbohrungen 10 eingedrehten Schrauben die Hohlwelle 2 mit Hilfe an dieser angeformte Flansche 12 befestigt ist. Die Rollenlager 9 der Generatoren 4, 4' dienen somit sogleich der Drehlagerung des Windrades 100. Die Achszapfen 8, 8' sind bei einem für den Betrieb vorgesehenen Windrad in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Traggestell drehfest aufgenommen, welches an den jeweiligen Einsatzzweck des Windrades 100 angepasst ist. Wie insbesondere in Fig. 1 und 4 erkennbar ist, ist jeweils zwischen zwei benachbarten Luftschaufeln 1 eine Schwungmasse 1 3 mit gleichem Abstand zur Drehachse D angeordnet. Jede Schwungmasse umfasst einen zylindrischen Massivkörper, der sich zwischen den beiden seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' er- streckt und mit diesen fest, beispielsweise durch eine Verschraubung verbunden ist. Die Schwungmassen 13 erhöhen somit einerseits das Trägheitsmoment des Windrades 100, andererseits führen sie zu einer Stabilisierung der beiden seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' zueinander und erhöhen die Verwindungssteifig- keit des Windrades.

Jede Luftschaufel besteht aus einem gebogenen und gekanteten Flachmaterial, beispielsweise aus Edelstahlblech. Der Bereich 14 jeder Luftschaufel 1 , der sich zwischen den seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' erstreckt, ist im Wesentlichen eben ausgebildet. Der sich radial von dem Rand der seitlichen Begrenzungsschei- ben 5, 5' erstreckende Bereich 15 jeder Luftschaufel 1 ist um jeweils zwei Biegelinien B, B', die von den Rändern 16, 16' der Begrenzungsscheiben 5, 5' zur Mitte hin des distalen Randes 17 der Luftschaufel 1 verlaufen, zur Luftanströmseite (die in Fig. 4 oben dem Betrachter zugewandte Seite) hin umgebogen. Dabei weist der jeweilige distale Rand der Luftschaufel einen mittigen, zur Drehachse D senkrecht verlaufenden Schlitz 18 auf, dessen Ränder zu einem Knick zusammengeführt sind, so dass der geschlitzte Bereich auf der der Anströmung abgewandten Seite eine„schiffbugartige" Form erhält.

Ein Zuschnitt eines für ein Ausführungsbeispiel einer Luftschaufel 1 vorgesehenen Flachmaterials ist schematisch in Fig. 4a dargestellt. Dieser Zuschnitt wird zunächst um einen Krümmungsradius R beispielsweise aus der Zeichenebene nach oben gebogen. Anschließend werden die etwa die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisenden Flächestücke F entlang der Biegelinien B ebenfalls gemäß der Zeichenebene nach oben abgewinkelt und die distalen Ränder 17 zu dem Knick 19 und dem Luftaustritt 20 geformt.

Von dem Knick 19 zur Anströmseite weist die Luftschaufel einen im Querschnitt etwa konvexlinsenförmigen Luftaustritt 20 auf, der zur Luftanströmseite hin offen ist. Die hier den Luftaustritt begrenzenden Ecken 21 , 21 ' sind geringfügig nach außen gebogen um während der Rotation des Windrades 1 00 entstehende Ver- wirbelungen zu reduzieren.

Im Unterschied zu dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind bei dem in Fig. 4 dargestellten, ansonsten baugleichen Ausführungsbeispiel die seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' als Riemenscheiben ausgebildet, so dass dieses Ausführungsbeispiel 200 des erfindungsgemäßen Windrades auch zum mechanischen Drehantrieb von Gerätschaften wie Kompressoren oder ähnlichem eingesetzt werden kann.

Das weitere, in Fig. 5 dargestellte und mit 300 bezeichnete Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Windrades unterscheidet sich von demjenigen in Fig . 2 dargestellten, auf dessen Beschreibung zwecks Vermeidung von Wiederholungen verwiesen werden soll, lediglich darin, dass an den Schwungmassen 13 Luftleit- einrichtungen 22 in Form von Luftleitbleche 23 angeordnet sind, deren seitliche Ränder etwa in einem Winkel von 60° zur Drehachse D des Windrades 300 nach außen abgewinkelt sind . Die Schwungmassen 1 3 können mit den seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' derart verschraubt sein, dass sie zwecks Veränderung des Anstellwinkels der Luftleitbleche 23 gegenüber den Luftschaufeln 1 lösbar und in verschiedenen Winkelstellungen festschraubbar sind. Die Ausgestaltung der Luftleitbleche 23 ist insbesondere auch der Fig. 5a entnehmbar.

Bei der weiteren, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform 400 des erfindungsgemäßen Windrades sind die Schwungmassen 13 über Wälzlager 24 um deren Längsachse L drehbar zwischen den seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' gelagert. Wie insbesondere Fig. 6a entnehmbar ist, sind an den Schwungmassen 13 Schwungmassenluftschaufeln 25 befestigt, welche über ihre Länge in dem Sinn gekrümmt sind, dass sie durch die Anstromung der Luft senkrecht zur Drehachse D in eine Rotation versetzt werden, deren Drehsinn der Rotation des Windrades 400 entspricht.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten, weiteren Ausführungsbeispiel 500 des erfindungsgemäßen Windrades sind in den seitlichen Begrenzungsscheiben Durchbrüche vorgesehen, so dass Fortluft 26, die wie in Fig. 7 symbolisiert von unten auf das Windrad 500 trifft, dieses in Richtung der Drehachse D durchströmen kann. An den Durchbrüchen der in Fig. 7 oben dargestellten Begrenzungsscheibe sind Luftleiteinrichtungen 27 vorgesehen, die bei einer gemäß Fig. 7 von unten nach oben gerichteten Durchströmung von der Luft so angeströmt werden, dass die durch eine Luftströmung senkrecht zur Drehachse D bewirkte Rotation unterstützt wird. Die Drehung des Windrades durch eine Luftströmung parallel zur Drehachse kann abermals unterstützt werden, wenn die zylindrischen Schwungmassen 13 hohl ausgeführt sind, in Richtung der Anströmung durch Luft senkrecht zur Drehachse gerichtete Ausströmöffnungen 30 aufweisen und auf der der Anströmung durch die parallel zur Drehachse strömenden Luft abgewandten Seite, d.h. gemäß Fig. 7 oben geschlossen sowie auf der gegenüberliegenden, d.h. der Anströmung zugewandten Seite offen sind. Die gemäß Fig. 7 von unten anströmende Luft wird dann innerhalb der hohlen Schwingmassen 13 umgelenkt und strömt aus den Ausströmöffnungen 30 hinaus.

In Fig. 8 ist eine Anordnung 28 mit einem Kompressor 29 dargestellt, in welchem ein erfindungsgemäßes Windrad 200 integriert ist. Das Windrad 200 ist für den Rotationsantrieb des Kompressors 29 mit Hilfe von zwei in der Zeichnung nicht dargestellten Keilriemen vorgesehen, die über die beiden als Riemenscheiben ausgebildeten seitlichen Begrenzungsscheiben 5, 5' geführt sind. Eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Windrades sind denkbar. Sein Einsatz ist nicht auf eine vertikale oder horizontale Anordnung seiner Drehachse beschränkt. Vielmehr sind auch schräge Zwischenanordnungen denkbar, sofern der jeweilige Einsatzzweck diese sinnvoll erscheinen lässt.

Bezugszeichenliste:

100, 200, 300, 400, 500 Windrad

1 Luftschaufeln

2 Welle

3, 3' Rotoren

4, 4' Generatoren

5, 5' seitliche Begrenzungsscheiben

6, 6' Rotorhälften

7, T Stator

8, 8' Achszapfen

9 Rollenlager

10 Gewindeblindbohrungen

1 1 Flansch

12 Flansch

13 Schwungmasse

14 Bereich

15 Bereich

16, 16' Ränder

17 distaler Rand

18 Schlitz

19 Knick

20 Luftaustritt

21 , 21 ' Enden

22 Luftleiteinrichtungen

23 Luftleitbleche

24 Wälzlager

25 Schwungmassenluftschaufeln

26 Fortluft

27 Luftleiteinrichtungen

28 Anordnung

29 Kompressor

30 Ausströmöffnungen

B Biegelinien

D Drehachse

L Längsachse

R Radius