Unger-Rotor

Der Unger-Rotor beschreibt eine spezielle Rotorform von Windkraftanlagen. Er wurde von dem deutschen Unternehmer Fritz Unger um 2008 erfunden. Der Rotor dient der Umwandlung der Windenergie in Drehmoment zum Antrieb eines elektrischen Generators einer Windkraftanlage.

Inhaltsverzeichnis

1 Beschreibung
2 Entwicklung
3 Vorteile
4 Nachteile
5 Anwendungen
6 Quellen
7 Andere Lexika

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1 Beschreibung

Dieser Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einem einfachen Blech produziert werden kann. Er besitzt eine sehr hohe Festigkeit und Lebensdauer bei ähnlichen Wirkungsgraden und Eigenschaften wie herkömmliche Rotoren mit Vollprofilen. Das aerodynamische Profil wird dabei nicht wie bei herkömmlichen Windkraftanlagen (WKA) durch ein Vollprofil aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) o. Ä. abgebildet, sondern durch gezielt gesetzte Knicke in einem Formblech erzeugt. Hauptmaterialien sind derzeit vor allem Aluminium und Stahl. So lassen sich mit dem Unger-Rotor auch gängige Profile mit hohen Schnelllaufzahlen abbilden. Die Wirkungsweise des Rotors beruht dabei auf dem gängigen Prinzip eines horizontal Rotors. Die Wirkungsgrade stehen den normalen WKA-Rotoren dabei nicht nach und können bei höheren Schnelllaufzahlen bis über 45 % betragen. Bei der Planung eines Unger-Rotors können durch Formung des Rohblechs, Anzahl und Winkel der Blechknicke und Wahl der Blechanphasung sowohl Drehrichtung wie auch Drehmoment, Schnelllaufzahl, Wirkungsgrad sowie weitere Eigenschaften realisiert werden.

Die Blattzahl des Rotors ist dabei beliebig und liegt im Normalfall zwischen 1 und 5. Der Unger-Rotor kann sowohl als Lee, wie auch als Luv-Läufer konzipiert werden. Gängige aerodynamische Verbesserungen wie Winglets und Turbulatoren können dabei ebenfalls zur Leistungssteigerung eingesetzt werden. Der typische Rotordurchmesser eines Unger-Rotors bewegt sich aufgrund der hier überwiegenden Vorteile zwischen 0,5 m und 10 m. Es sind jedoch auch größere bzw. kleinere Durchmesser möglich. Unger-Rotoren arbeiten üblicherweise ohne Blattverstellung und werden daher bereits bei ihrer Auslegung hinsichtlich Anlauf-, Arbeits- und Maximalwindgeschwindigkeit optimiert. Eine Abschaltung ist bei kleineren Anlagen durch die hohe Festigkeit des Materials in der Regel nicht notwendig.

Nicht zu verwechseln ist der Unger-Rotor mit gebogenen Metallblechprofilen oder Vollprofilen aus Metall.

2 Entwicklung

Nach ersten Versuchen mit geknickten Blechen und der Untersuchung der damit erreichten Eigenschaften entwickelte Fritz Unger 2006 erste Prototypen von Knickprofilen aus Metall
Gegen Mitte 2008 begannen Untersuchungen und Studien zu verschiedenen Möglichkeiten des Verfahrens
Gegen Ende 2008 wurde das Verfahren auf den Rotor einer Mikrowindkraftanlage adaptiert und erstmals erprobt
Gegen Anfang 2009 wurden die ersten Prototypen eines seriefertigungsbereiten Kraftwerks gefertigt und untersucht
Seit Mitte 2009 befinden sich diverse Exemplare des Unger-Rotors in teilweise dokumentierten Tests und im Einsatz an den BreezeBreaker Turbinen. Die Rotoren sind mit Zusatzflächen die zur Leistungssteigerung dienen sollen und Winglets versehen.
Der Unger-Rotor unterliegt seit Ende des Jahres 2010 verschiedenen Schutzrechten des Erfinders

3 Vorteile

Unger-Rotoren sind in Bezug auf Kosten und Lebensdauer Vollprofilen überlegen. Die einfache und günstige Fertigung, sowie die weitgehend erforschten und günstig zu verarbeitenden Metalle sorgen für absehbare Vorteile und geringe Kosten.
Vorteilhaft sind weiterhin vor allem das geringe Gewicht der Rotoren und die große Stabilität und Splitterfestigkeit des Rotors.
Dadurch, dass der Rotor nur aus einem dünnen Blech aufgebaut wird, dessen Knicke für hohe Stabilität sorgen, kann ein geringes Rotorgewicht erreicht werden.
Die Rotoren sind leicht elastisch, durch die Knicke jedoch vor einem Bruch o.Ä. geschützt, da erhebliche Kräfte benötigt würden um gegen den Hauptknick zu biegen. Diese Kräfte können bei passender Auslegung so groß dimensioniert werden, dass sie von der Luft nicht aufgebracht werden können.
Der Metallrotor kann aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit bei direkter Verbindung mit der Welle auch als Kühlelement verwendet werden.
Bei kleinen Rotoren kann der Rotor aus einem Stück gefertigt werden, wodurch sich Vorteile bei Aufbau, Betrieb (Unwuchtrisikominimierung), Sicherheit und Wartung ergeben.
Das geringe Rotorgewicht sowie die hohe Festigkeit können für geringe Vibrationsemissionen genutzt werden, da die Schwungmasse gering bleibt.
Bekannte Eigenschaften gängiger Faserverbund-bzw. Plastikblätter wie das Flattern der Rotorspitzen können komplett ausgeschaltet werden.
Der Unger-Rotor verträgt böige Windverhältnisse gut, da die Rotoren keine oder kaum Schwingungen oder Biegelastmomente aufnehmen.

4 Nachteile

Bei der Entwicklung des geknickten Profils ist ein vergrößerter Entwicklungsbedarf gegeben um die Leistungen eines Vollprofils zu erreichen.
Als Nachteil kann bei bestimmten Auslegungen der Rotoren vor allem ein langsameres Anlaufen aufgrund fehlender Blattverstellung des Rotors registriert werden.
Bei langsamen Drehzahlen und vor allem im Anlaufprozess kann die Turbine ihre volle Leistung in turbulenten Windströmungen aufgrund des sich erst etablierenden Strömungsfeldes des Rotorblattes nicht entfalten
Bei größeren Rotoren ist eine aufwendigere Entwicklung nötig um die Vorteile bei Gewicht und Statik nutzen zu können.
Die Leistungsregelung durch Rotorflattern oder aerolastische Verdrehung können nur sehr bedingt zum Einsatz gebracht werden.
Die Abschaltung der WKA durch Blattverstellung oder Dreh-Wingtips ist nur bei größerem Produktions- und Entwicklungsaufwand möglich. Es empfiehlt sich die Bremsung an der Welle oder bei kleineren Geräten die Wirbelstrombremse durch Kurzschluss des Generators.
Die Strömung kann bei bestimmten seltenen Gegebenheiten durch die Knicke spezifische Verläufe, Abrisse nehmen. Dies kann jedoch bei der Planung zum Beispiel als Leistungsbegrenzung angewandt werden.

5 Anwendungen

Die „BreezeBreaker“-Turbine des Unternehmens FuSystems setzt das Prinzip des Unger-Rotors derzeit als einzige Mikrowindkraftanlage ein. Der Unger-Rotor wird abgesehen von der BreezeBreaker-Turbine aufgrund des Rechtsschutzes derzeit nur in einigen Prototypen eingesetzt.

6 Quellen

Bildbeispiel eines Rotorblattes: http://fusystems.de/images/fusystems/img_4737.jpg
Hannoversche Allgemeine Zeitung (HAZ), Ausgabe vom 27.01.2011; "Drehen sich bald Windräder"
Langenhagener Echo, Ausgabe vom 29.01.2011; "Eine Windkraftanlage fürs Dach, Fritz Ungers Entwicklung steht kurz vor der Serienreife"
Neue Hannoversche Zeitung, Ausgabe vom 12.11.2010; "Abiturient wirbelt Wirtschaft auf"
Rotary Magazin, Ausgabe 3/2011; S.28
Clean Energy Project, Artikel vom 06.02.2011; "Windkraft: Die Mikrowindkraftanlage BreezeBreaker": http://www.cleanenergy-project.de/14566/
Technology Review - Heise Verlag, Artikel vom 20.12.2010; "Junge Windenergie": http://www.heise.de/tr/artikel/Junge-Windenergie-1153953.html
Website des Unternehmens FuSystems Windkraft GmbH, Stand 08.04.2011; Bereich Technologie: http://fusystems.de/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=54