DE202011104180U1

DE202011104180U1 - Dachwindenergieanlage auf einem Dachfirst eines Gebäudes montiert

Info

Publication number: DE202011104180U1
Application number: DE202011104180U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-11-23
Anticipated expiration: 2021-08-10

Abstract

Dachwindenergieanlage mit: – Mitteln zum Montieren und/oder Integrieren der Dachwindenergieanlage einem Dachfirst eines Gebäudes; – Mindestens zwei aerodynamischen Stützen (10a und 11a), die geeignet sind, Luftflüsse in Richtung eines Rotors (14) der Dachwindenergieanlage zu konzentrieren.

Description

Erfindung
Beschreibung/Einführung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit Generator, die am Dach befestigt wird, um eine dezentrale Energieversorgung zu ermöglichen, unabhängig von anderen Kraftwerken egal welcher Natur.
Die Rotoren in vertikaler Drehachse, befinden sich inmitten der Anlage, die auf einem Hausdach befestigt werden.
Eine Höhe von ca. 10 Metern reicht vollkommen aus, der Anlage den maximalen Windstoß zu liefern.
Es existieren verschiedene Typen von Rotoren für Windenergieanlagen, zum Beispiel mit senkrechter oder horizontaler Drehachse. Größtenteils im Gebrauch sind Rotoren mit einer horizontalen Achse parallel zum Dachfirst, obwohl Rotoren mit senkrechter Drehachse einen optimalen Ertrag, unabhängig von der Windrichtung erzielen.
Dies ist bekannt von zahlreichen Vorrichtungen der Dachwindenergieanlage, wie zum Beispiel jenen, die in den Dokumenten DE_9314187 , DE_9115618 , DE_19644890 und FR_2947305 beschrieben werden.
Die Wirksamkeit einer Windmühle hängt insbesondere von ihrem Aufstellungsort ab. In der Tat steigt die gelieferte Kraft mit dem Ausgang der Geschwindigkeit des Windes. Standorte werden deshalb aufgrund der Geschwindigkeit und von der Häufigkeit der auftretenden Winde gewählt. Ein Standort mit Winden von ungefähr 30 km/h Durchschnitt wird ungefähr achtmal produktiver sein als ein anderer Standort mit Winden von durchschnittlich 15 km/h. Eine Windenergieanlage funktioniert umso effektiver, wenn die Winde regelmäßig und häufig vorkommen.
Zur Erinnerung, der VENTURI Effekt:
Wenn die Luft sich zwischen zwei Hindernissen wie zwei Bergen oder zwei große Gebäuden verschlingt, wird sie durch die Venturi-Wirkung beschleunigt. Ebenso, wenn sie auf einen Hügel trifft, wird die Luft beim Gipfel beschleunigt. Diese Orte sind für die Windenergieanlage optimal. Sie sind jedoch meistens von unterschiedlicher Oberfläche und können so Turbulenzen unterliegen, wenn die Form der Hindernisse unregelmäßig ist.
Ein „anabatic” Wind, vom altem griechischen Wort anabatos, ist ein aufsteigender Wind, dessen Luftmasse sich entlang eines geographischen Reliefs bewegt, und auf die Erwärmung von zurückzuführen ist. Verschiedene Wetterbedingungen können einen anabatic Wind hervorrufen, aber es handelt sich immer um die Bildung eines Temperaturunterschieds zwischen den Luftmassen über den Tälern und jenen, die auf ihren Abhängen aufgewärmt werden, der einen Luftauftrieb verursacht. Es wird auch Abhang-Wind genannt.
Die Windlast gehört zu den klimatisch bedingten veränderlichen Einwirkungen auf Bauwerke oder Bauteile. Sie ergibt sich aus der Druckverteilung um ein Bauwerk, welches einer Windströmung ausgesetzt ist.
Sie wirkt im Allgemeinen als Flächenlast senkrecht zur Angriffsfläche und setzt sich vor allem aus Druck- und Sogwirkungen zusammen. So entsteht bei einem Bauwerk an den frontal angeströmten Flächen durch die Strömungsverlangsamung ein Überdruck. im Bereich der Dach- und Seitenflächen löst sich die Luftströmung an den Gebäudekanten auf und bewirkt dort einen Unterdruck (Sog). Durch die Nachlaufwirbel wird an der Gebäuderückseite ebenfalls ein Unterdruck erzeugt.
Weitere wichtige Einflussfaktoren ergeben sich aus der Geometrie des Bauwerkes oder Bauteils. So ist die Windgeschwindigkeit an der Erdoberfläche praktisch Null und nimmt mit zunehmendem Abstand von der Erdoberfläche, also mit der Gebäudehöhe, zu. Für einfache Fälle ist in der Tabelle 2 der DIN 1055-4 der Geschwindigkeitsdruck q für Bauwerkshöhen bis 25 Meter zusammengestellt. Neben der Gebäudehöhe beeinflusst die geometrische Form die Größenordnung der Druck- und Sogkräfte, was mit aerodynamischen Beiwerten berücksichtigt wird.
Die Erfindung wird am Dachfirst aufgesetzt wird, dadurch besteht der Vorteil den vollen Wind aufzunehmen und in Energie umzuwandeln.
Bei bereits erfundenen Windanlagen ist eine Anpassung des Daches notwendig, um die Anlage anbringen zu können, was wiederum mit hohen Kosten und Zeitaufwand verbunden ist.
Die Erfindung kann beliebig auf jedes individuelle Dach aufgesetzt werden und erspart Umbauarbeiten sowie zusätzliche Kosten.
Die Schräge des Daches bewirkt eine Beschleunigung und ein Reflektieren des Windes. Die daraus resultierenden Vorteile sind, volle Windaufnahme und direkte 100% Energie Umwandlung.
Die Dachwindenergieanlage hat mindestens zwei oder mehrere drehbar gelagerte Rottorflossen, die gerade oder gebogen ausgerichtet sind, vorzugsweise in der Formgebung eines Savoniusrotors ausgebildet sind, vorzugsweise für die Ausrichtung der Luftflüsse zu konzentrieren dienen.
Die Rotorflossen sind geformt, vorzugsweise in der Formgebung einer freien Kurve ausgebildet. Die oberen und unteren Enden der Rotorflossen sind durch eine obere und eine untere Rotorstruktur verbunden.
Die aerodynamischen Stützen können aus Kunststoff, Aluminium, Magnesium, Holz oder anderen Materialen herstellbat sein.
Die Dachwindenergieanlage ist mit einem Steuerelektronikgerät verbindbar. Auch eine Batterie oder andere Akkumulatoren, beziehungsweise Stromspeicher sind mit der Windenergieanlage als Speicher integrierbar.
Die Dachwindenergieanlage kann auf jede beliebige Dachverkleidung und Dachstruktur befestigbar beziehungsweise integrierbar sein und weist Schnee und Regen ab.
Ein Schaltmittel ist in der Dachwindenergieanlage vorgesehen, zusätzlich einen Gleit-, Um- und/oder Wechselrichter aufweist.
Die Windenergieanlage kann auf die Struktur vom Dachstuhl montiert werden (1), oder kann über die Dachziegel mit Dachhaken befestigt beziehungsweise integriert werden (2).
Die Windenergieanlage kann mit jeder beliebigen Dachverkleidung beziehungsweise Verkleidung verwendet beziehungsweise integriert werden.
Die Vorteile.

• Zwei oder mehrere aerodynamische Träger, die die obere Platte und den Hauptrotor tragen, haben eine Tragfläche-Form ähnlich einer Flugmaschine/Luftfahrzeug.
• Diese Träger sind mit einem 90° Grad Winkel zum Rotor ausgerichtet, so dass sie den Wind von allen Richtungen jederzeit auffangen können, d. h. 360° werden umfasst ausgenutzt.
• Diese Träger können aus Kunststoff oder Aluminium oder sogar aus Magnesium oder anderen Materialien hergestellt werden. Die Träger könnten auch aus zwei oder mehreren Komponenten bestehen.
• Allein durch die Dachschräge wird der Wind beschleunigt und gelangt mit voller Kraft in die Windanlage. Durch die vorhandenen aerodynamischen Träger mit der Flugzeug-Tragfläche-Form wird der Wind erneut um ein Mehrfaches beschleunigt.
• Der aufgenommene Wind wird durch immer kleinere Rotorgänge gepresst, womit er an Geschwindigkeit, Kraft und Drehmoment gewinnt.
• Die Erfindung kann beliebig auf jedes individuelle Dach aufgesetzt werden und erspart Umbauarbeiten sowie zusätzliche Kosten.
• Die Dachwindenergieanlage beansprucht wenig Platz, und wandelt sehr geräuscharm Windenergie in nutzbare Energie um.
• Die Schräge des Daches bewirkt eine Beschleunigung und ein Reflektieren des Windes. Die daraus resultierenden Vorteile sind, volle Windaufnahme und direkte 100% Energie Umwandlung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Standes der Technik, die auf dem Dachstuhl montiert wird.
2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Standes der Technik, auf dem Dach über den Ziegeln mit speziellen Dachhaken (wie Solarbefestigung) montiert werden.
3 eine alternative Explosionsbild der Darstellungsform des Standes der Technik.
4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion entsprechend einer normalen Ansicht von der Dachschräge.
5 eine alternative Darstellung der Verhältnisse die in der 4 gezeigt wird.
1 zeigt einen Teil des Rahmens der Vorrichtung der Dachwindenergieanlage gemäß der Erfindung. Diese umfasst:

• Die Firstpfette 1 ist ein meist waagerechter Träger in einer Dachkonstruktion.
• Die Dachlatten 3, die an den Dachsparren 2 senkrecht befestigt sind.
• Die ersten Tragelemente 4 der Windenergievorrichtung auf den Dachsparren 2.

Die Zwei Trägerelemente 4, die unter der Gesamtheit angebracht sind und die den Rotor 14 mit vertikaler Drehachse tragen sollen.
In 1. sieht man ein Dach und einen Teil des Dachstuhls, der eine Vorrichtung der Dachwindenergieanlage nach der Erfindung erhalten soll. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, dass neben einer Dachwindenergieanlage auf einem Dach weitere Dachwindenergieanlage auf dem gleichen Dach installiert wird. Dies geschieht in der Weise, dass der Wind zwischen den Vorrichtungen aufgefangen und kanalisiert wird, um ihn zu konzentrieren und zu nutzen.
2 zeigt die Möglichkeit der Befestigung mit Dachhaken 22 direkt über den Dachziegeln 23. Diese Dachhaken 22 werden erfolgreich beim Einsatz für Solarbefestigungen eingesetzt. Diese gibt es in verschiedenen Varianten, die spezifisch für die jeweilige Ziegelart hergestellt werden. Prinzipiell sind alle Arten von Dächern für die Montage einer Windenergieanlage geeignet.
3 zeigt den Zusammenbau und die Einzelteile von unserer erfundenen Dachwindenergieanlage. Zuerst sind die zwei Tragelemente 4, die direkt auf der Dachsparren 2 befestigt werden.
Der Hauptträger 5 vom Rotor 14 ist ein Zusammenbau von zwei Aluminium- oder Edelstahlprofilen 6 mit drei Querträgern, zwei unteren Querträgern 7, auf jede Seite von der Dachwindenergieanlage. Sie haben die Funktion die untere Verbindung von den zwei Profilen 6 zu halten. Der mittlere Querträger 8 hat eine Verbindungsfunktion und dessen die Hauptaufgabe es ist, die Rotor 14 zu unterstützen
Dieser Hauptträger 5 wird mit den zwei Tragelement 4 fest verbunden.
Auf diesen Hauptträger 5 wird die untere Abdeckung 9 gestellt. Darauf werden die vier aerodynamischen Stützen 10a und 11a positioniert und verbunden/geschraubt. Die Stütze 10a und 11a haben am unteren Bereich einen anderen Winkelschnitt. Die Abdeckung 9 wird zwischen die vier aerodynamischen Stützen 10a und 11a und den Hauptträger zusammen geschraubt/verbunden.
Optional: die vier aerodynamischen Träger 10a und 11a könnten durch zusätzliche aerodynamisch verlängerte Teile, – auch Luftleitteil genannt –, 10b und 11b den Wind vom Dach aufnehmen.
In der Mitte wird die Drehachse 12 vom Rotor 14 mit den zwei Kugellager 13 positioniert und in der Z-Lage mit dem Hauptträger 5 fest verbunden. Darauf wird der Rotor 14 in dem Kugellager 13 zentriert. Darauf kommt das obere Kugellager 13 in den oberen Flansch des Rotors 17. Dieser Rotor 14 kann aus verschiedenen Architekturen, ohne Einschränkung bestehen, zum Beispiel, könnte dies der Savonius-Typ oder eine Gruppe von mehreren Flossen 15 sein. Der Rotor 14 ist ein Zusammenbau mit einer unteren Rotorstruktur 16, einer oberen Rotorstruktur 17 und mehreren Rotorflossen 15, die zusammen montiert und geschraubt werden.
Die obere Abdeckung 18 wird durch die vertikale Drehachse 12 zentriert und mit den vier aerodynamischen Stützen 10a und 11a verschraubt. Diese Abdeckung 18 ist auch der untere Teil des gesamten Daches 21 von der Windenergieanlage.
Auf der Rotorachse 12 wird der Generator 19 zentriert und an der oberen Abdeckung 18 angeschraubt. Im Generator 19 wird der Rotor 14 im Inneren des Generators gegenüber dem feststehenden Stator-Gehäuse gedreht. Durch das vom Rotor 14 mit einem Dauermagnet oder einem Elektromagnet erzeugte, umlaufende magnetische Gleichfeld wird in den Leitern oder Leiterwicklungen des Stators durch die Lorentzkraft elektrische Spannung induziert.
Auf die obere Abdeckung 18 kommt die gesamte Dachstruktur 20 für das kleine Dach 21 von der Windenergieanlage.
4 zeigt die gesamten Ansicht orthogonal zum First, mit der Windenergieanlage auf dem Dachstuhl sowie die Zusammensetzung der Befestigung Möglichkeiten am Dach.
Der Hauptträger 5 ist mit dem Tragelement 4 befestigt und/oder geschraubt, dieser Zusammenbau wird direkt auf das Dachstuhl, d. h. auf die Dachsparren 2 und auf die Dachlatten 3, gebunden.
Auf diesen Hauptträger 5 wird die untere Abdeckung 9 gestellt. Darauf werden die vier aerodynamischen Stützen 10a und 11a positioniert und verbunden/geschraubt. Zwischen diese aerodynamischen Stützen 10a und 11a wird der Rotor montiert.
Darauf wird die gesamte Dachwindenergieanlage gesetzt und befestigt.
5 zeigt den Schnitt A-A in Verbindung zu der Ansicht von 4.
Diese Figur verdeutlicht noch einmal im Querschnitt die Arbeitsweise der in 4 ausreichend beschriebenen Anordnung.
Optional: die vier aerodynamischen Träger 10a und 11a könnten durch zusätzliche aerodynamische verlängerte Teile 10b und 11b, auch Luftleitteil genannt, den Wind vom Dach aufnehmen.
Bezugszeichenliste

1: Firstpfette
2: Dachsparren
3: Dachlatten
4: Tragelemente
5: Hauptträger
6: Profile
7: Untere Querträger
8: Mittlere Querträger
9: Untere Abdeckung
10: a) Aerodynamische Stütze links b) Luftleitteil links (Optional)
11: a) Aerodynamische Stütze rechts b) Luftleitteil rechts (Optional)
12: Vertikale Rotor-Drehachse
13: Kugellager
14: Rotor
15: Rotorflossen
16: Untere Rotorstruktur
17: Obere Rotorstruktur
18: Obere Abdeckung
19: Generator
20: Dachstruktur
21: Windenenergieanlage-Dach
22: Dachhaken
23: Dachziegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 9314187 [0005]
DE 9115618 [0005]
DE 19644890 [0005]
FR 2947305 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1055-4 [0011]

Claims

Dachwindenergieanlage mit: – Mitteln zum Montieren und/oder Integrieren der Dachwindenergieanlage einem Dachfirst eines Gebäudes; – Mindestens zwei aerodynamischen Stützen (10a und 11a), die geeignet sind, Luftflüsse in Richtung eines Rotors (14) der Dachwindenergieanlage zu konzentrieren.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei aerodynamischen Stützen (10a und 11a) ein Windenergieanlagen-Dach (21) abstützen.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Windenergieanlagen-Dach (21) einen Generator (19) zur Stromerzeugung aufweist, wobei der Generator (19) durch das Windenergieanlagen-Dach (21) und eine obere Abdeckung (18) umschlossen ist.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Abdeckung (18) ein Kugellager (13) des Rotors (14) zentriert und mit den mindestens zwei aerodynamischen Stützen (10a und 11a) verbunden ist.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflossen (15) gerade ausgerichtet sind.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorflossen (15) gebogen sind, vorzugsweise in der Formgebung eines Savoniusrotors ausgebildet sind.
Dachwindenergieanlage nach den Ansprüchen 4, und 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Enden der Rotorflossen (15) durch eine obere (17) und eine untere Rotorstruktur (16) verbunden sind.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage über die Dachziegel (23) mit Dachhaken (22) befestigbar beziehungsweise integrierbar ist. (2)
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Drehachse (12) mit einer oberen und unteren Kugellagerung (13) positioniert ist, so dass keine Vibration und/oder Geräusch entstehen.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Drehachse (12) in vertikaler Lage einen axialen Drehpunkt so positioniert ist, dass keine Vibration und/oder Geräusch entstehen.
Dachwindenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Verlängerung, genannt Luftleitteil (10b und 11b), auf die aerodynamischen Stützen (10a und 11a) angebracht ist, dass die Luftströme so kanalisiert werden, dass mehrere Luftflüsse in Richtung des Rotors (14) konzentriert werden. (5)