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<p>Das technische Problem Die auf die Ebene eines Rotors frontal einströmende Windenergie kann nach der von A. Betz aufgezeigten Gesetzmäßigkeit (Lit. 1, S. 14) nur mit einem Wirkungsgrad von maximal 16/27 (rd. 60%) in Bewegungsenergie des Rotors umgesetzt werden. Bei konventioneller Bauweise mit scheibenförmig um die Rotorachse angebrachten Flügeln ist es aus geometrischen Gründen konstruktiv unmöglich, in jedem Segment der kreisförmigen Scheibenfläche diesen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Bestenfalls sind 40% möglich, meist auch weniger (Lit. 2, S. 24 ff. und 54 ff.). Dieser prinzipielle Nachteil trifft besonders die Ergiebigkeit kleiner Windräder mit definitionsgemäß kleinem Rotordurchmesser bis 4 m, weil sie nicht auf längere Flügel ausweichen und auf einen in Nabennähe ohnehin geringen Wirkungsgrad angewiesen bleiben. Mit der neuartigen in die Tiefe führenden Bauweise des Rotors soll dieser prinzipielle Nachteil -ohne nennenswerten materiellen und sonstigen Mehraufwand- vermieden werden, sodass für die gesamte Rotationsebene ein Wirkungsgrad von 60% auch effektiv möglich wird. Lösung des Problems Dazu wird die horizontale Rotorachse verlängert (im Beispiel der 2 auf die Länge der Seite c). Seitwärts werden auf der gesamten Länge dieser Achse gleich tiefe Windfangprofile angebracht, und zwar 4 Stück in gleichen Radialabständen (A, B, C und D in 1). Zur Ebene der Rotorachse sind diese Profile angewinkelt, sodass sich für den frontal (luvseitig) anströmenden Wind ein durchgehend optimales Verhältnis zwischen direkt nutzbarer Radialkraft (ca. 83%) und zunächst nicht nutzbarer Axialkraft ergibt. Am leeseitigen Ende des Rotors wird zwischen der Ebene der Rotorachse und der Ebene des jeweiligen Windfangprofils ein Abstand von ca. 40% der luvseitigen Eintrittsöffnung zum freien Windaustrirr belassen (2). Die durch diese Konstruktion erreichte Vergrößerung der unter günstigstem Winkel angeströmten geamten Windauffangfläche begründet den höheren Wirkungsgrad des Rotors. Aus der in die Tiefe vergrößerten Fläche der Windauffangprofile ergeben sich spezielle Anforderungen an deren Materialbeschaffenheit. Bei schwerem Blechmaterial wäre wegen hoher Zentrifugalkräfte zusätzlicher Stabilisierungsaufwand erforderlich. Deshalb wird vorzugsweise leichter (segeltuchartiger) Stoff verwendet mit dem zusätzlichen Effekt, dass bei gefederter Aufhängung eine Ausbuchtung des Profils bei Sturm erfolgt, sodass aufgrund des nun größeren Anströmwinkels weniger radiale Energie an den Generator abgegeben und eine Überlast vermieden wird. Anwendungsbereich Einsatzgebiet dieser Rotorbauweise ist prinzipiell der gesamte Bereich konventioneller Windenergiekonverter; vorrangig aber von Kleinwindrädern, weil hier wegen der begrenzten Länge der radialen Flügel bei scheibenförmiger Anordnung das größte Wirkungsgraddefizit besteht.</p> |
