AT511955A4 - WIND TURBINE - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windturbine mit einem um eine zentrale, vertikal ausgerichtete Welle (1) verdrehbar gelagerten Rotor (2) und mit einer Anzahl von auf dem Rotor (2) rotierbar gelagerten und vom Rotor (2) nach oben abgehenden Flügel (3), wobei die Flügel (3) mit einer Winkelgeschwindigkeit rotierbar sind, die der Hälfte der Winkelgeschwindigkeit des Rotors (2) entspricht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rotationsachse (R) der jeweiligen Flügel (3) im Bezug auf die Achse (A) der zentralen Welle (1) nach Außen geneigt ist, wobei dieser Neigungswinkel (N) 15 bis 25°, vorzugsweise 18 bis 22°, beträgt.The present invention relates to a wind turbine with a rotor (2) rotatably mounted about a central, vertically oriented shaft (1) and with a number of blades (3) rotatably mounted on the rotor (2) and extending upwards from the rotor (2). in that the wings (3) are rotatable at an angular velocity which corresponds to half the angular velocity of the rotor (2). According to the invention, the axis of rotation (R) of the respective wings (3) is inclined outwards relative to the axis (A) of the central shaft (1), this angle of inclination (N) being 15 to 25 °, preferably 18 to 22 °, is.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Windturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a wind turbine according to the preamble of claim 1.

Ziel der Erfindung ist es, Windturbinen mit hohem Wirkungsgrad zu erstellen, die die bestehenden Windverhältnisse, die insbesondere abhängig von dem Bodenabstand der Flügel sind, bestmöglich ausnutzen zu können. Die erfindungsgemäße Windturbine soll eine optimale Anpassung an die jeweilige Windsituation ermöglichen. Diese Ziele werden bei einer Windturbine der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen erreicht. Demzufolge ist eine erfindungsgemäße Windturbine dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse der jeweiligen Flügel im Bezug auf die Achse der zentralen Weile nach Außen geneigt ist, wobei dieser Neigungswinkel 15 bis 25°, vorzugsweise 18 bis 22°, beträgt.The aim of the invention is to create wind turbines with high efficiency, which can best exploit the existing wind conditions, which are particularly dependent on the ground clearance of the wings. The wind turbine according to the invention should allow optimum adaptation to the respective wind situation. These objectives are achieved in a wind turbine of the type mentioned above with the features mentioned in the characterizing part of claim 1. Accordingly, a wind turbine according to the invention is characterized in that the axis of rotation of the respective wings with respect to the axis of the central axis is inclined outwards, said inclination angle 15 to 25 °, preferably 18 to 22 °.

Es ist möglich den Flügeln eine beträchtliche Länge zu verleihen, sodass diese ausgehend von dem am Erdboden oder einem Fundament, gegebenenfalls einem Turm, gelegenen Rotor eine beträchtliche Höhe über dem Erdboden erreichen, in dem die Windgeschwindigkeit nicht mehr stark von der Reibung der Luft an der Erdoberfläche beeinflusst wird. Desweiteren wird durch dem den Flügel erteilten Neigungswinkel nach außen in Bezug auf die zentrale Welle der Windturbine eine Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit mit der Höhe der Schaufeln über dem Boden bzw. der Basislagerung der zentralen Welle erreicht. Damit wird die erfindungsgemäße Windturbine an das Geschwindigkeitsprofil des Windes angepasst, gemäß dem die Windgeschwindigkeit im bodennahen Bereich mit einer geringen Grenzgeschwindigkeit beginnt, welche Geschwindigkeit nach oben zunimmt. Die Flügel bzw. deren Neigung kann derart angepasst werden, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Flügel etwa das 0,33-fache der zumeist vorherrschenden Windgeschwindigkeit beträgt, womit die Leistung der Windturbine optimiert werden kann.It is possible to give the wings a considerable length such that they reach a considerable height above the ground from the rotor located on the ground or a foundation, possibly a tower, in which the wind speed is no longer greatly affected by the friction of the air at the ground Earth's surface is affected. Furthermore, the outward tilt angle given to the wing with respect to the central shaft of the wind turbine increases the peripheral speed with the height of the blades above the ground or the base bearing of the central shaft. Thus, the wind turbine according to the invention is adapted to the speed profile of the wind, according to which the wind speed starts near the ground with a low limit speed, which increases speed upwards. The wings or their inclination can be adjusted so that the peripheral speed of the wings is about 0.33 times the prevailing wind speed, whereby the performance of the wind turbine can be optimized.

Die erfindungsgemäße Windturbine ist des weiteren konstruktiv einfach aufgebaut und aufgrund der sich vergrößernden Angriffsflächen der Flügel wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht.The wind turbine according to the invention is further structurally simple and due to the increasing attack surfaces of the wings, a high efficiency is achieved.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor für jeden Flügel ein Getriebe trägt. Das Getriebe umfasst ein Kegelzahnrad, das von einem mit der zentralen Welle drehfest verbundenen Kegelzahnrad angetrieben ist. Mit diesem Zahnrad ist ein Stirnzahnrad drehfest verbunden, das auf der gleichen Drehachse liegt und mit einem, mit dem jeweiligen Flügel verbundenen und diesen antreibenden Antriebszahnrad im Eingriff steht. Die Kegelräder bewirken eine auswärts Neigung der Zwischenwelle nach außen, sodass die Stirnzahnräder mit der gleichen Auswärtsneigung der Flügelachse kämmen können. Die doppelte Zahnzahl im Antriebszahnrad bewirkt die gewünschte Untersetzung gegenüber dem weiteren Zäfinraci. Dieser Antrieb ermöglicht, dass die mit dem Rotor mit rotierten Flügel gemeinsam angetrieben und mit gleicher Geschwindigkeit rotiert werden. Damit wird auch dafür Sorge getragen, dass die mit dem Rotor in Windrichtung bewegten Flügel auf ihrer dem Wind zugewandten Breitseite angeströmt werden und zwar während ihrer gesamten Bewegung mit der Windrichtung. Sobald die Flügel mit dem Rotor gegen die Windrichtung bewegt werden, werden die Flügel derart verstellt, dass die Längsrichtung des Querschnittsprofiles parallel oder unter einem spitzen Winkel zur Windrichtung steht, sodass der Winddruck auf die sich mit der Windrichtung bewegenden Flügel stärker ist.According to the invention it is provided that the rotor carries a gear for each wing. The transmission comprises a bevel gear which is driven by a bevel gear rotatably connected to the central shaft. With this gear, a spur gear is rotatably connected, which lies on the same axis of rotation and with a, connected to the respective wing and driving this drive gear is engaged. The bevel gears cause an outward inclination of the intermediate shaft to the outside, so that the spur gears can mesh with the same outward inclination of the wing axis. The double number of teeth in the drive gear causes the desired reduction compared to the other Zäfinraci. This drive allows the rotors with the rotor to be driven together and rotated at the same speed. This also ensures that the moving with the rotor in the wind direction wings are streamed on its facing the wind broadside and that during their entire movement with the wind direction. Once the blades are moved with the rotor against the wind direction, the wings are adjusted so that the longitudinal direction of the cross-sectional profile is parallel or at an acute angle to the wind direction, so that the wind pressure is stronger on the moving with the wind direction wings.

Eine einfache Lagerung der Flügel ergibt sich, wenn die Flügel jeweils von einem Schaft getragen sind, der im Rotor in vorzugsweise zwei Lagerstellen gelagert ist, wobei vorzugsweise das Antriebszahnrad zwischen den beiden Lagerstellen am Schaft gelegen ist.A simple storage of the wings results when the wings are each supported by a shaft which is mounted in the rotor in preferably two bearings, wherein preferably the drive gear is located between the two bearing points on the shaft.

Eine hohe Effizienz bei gleichzeitiger stabiler Ausführungsweise wird erreicht, wenn dass die Dicke des Querschnittsprofils der Flügel mit zunehmendem Abstand vom Rotor abnimmt, wobei die Länge des Querschnittsprofils zunimmt.A high efficiency with a stable manner of execution is achieved if the thickness of the cross-sectional profile of the vanes decreases with increasing distance from the rotor, whereby the length of the cross-sectional profile increases.

Um die Windenergie noch besser ausnutzen zu können, kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl von Leitschaufeln außerhalb des von den Flügeln bei ihrer Rotation mit dem Rotor und um ihre Längsachse beanspruchten Raumes angeordnet ist, die zwischen ihren Strömungsprofilen Windleitkanäle erstellen, die auf die Flügel ausgerichtet sind, wobei die Hauptströmungsrichtung in den Windleitkanälen und die Richtung der Mittellinie des Querprofils der Flügel einen gemeinsamen bzw. gleichgerichteten Bewegungsanteil bzw. -vektor besitzen. Damit wird die Luftströmung auf den Drehkreis der Flügel in einer Weise gerichtet, dass mit dem Rotor gegen die Windrichtung bewegte Flügel nur sehr wenig angeströmt werden, jedoch Flügel, die bereits einen Anteil eines Richtungsvektors besitzen, der in Windrichtung zeigt, von der durch die Leitschaufeln gelenkten Strömung in größerem Ausmaß angetrieben werden.In order to make better use of the wind energy, it may be provided that a number of vanes are arranged outside the space occupied by the vanes as they rotate with the rotor and about their longitudinal axis, creating wind deflectors between their airfoils which are aligned with the vanes are, wherein the main flow direction in the Windleitkanälen and the direction of the center line of the transverse profile of the wings have a common motion component or vector. Thus, the air flow is directed to the turning circle of the wings in such a manner that the wings are moved very little against the wind direction with the rotor, but wings which already have a portion of a directional vector pointing in the wind direction from that through the guide vanes steered flow to be driven to a greater extent.

Erfindungsgemäß kann hierfür vorgesehen sein, dass eine Tangente an den den Flügeln zugewendeten Endpunkt der innenliegenden Querschnittsfläche der jeweiligen Leitschaufel mit der Mittellinie eines im Anström bereich der Leitschaufel gelegenen Flügels einen Winkel A zwischen 0 < A s 90° einschließt.According to the invention, it can be provided for this purpose that a tangent to the end face of the inner cross-sectional surface of the respective guide vane facing the wings forms an angle A between 0 < and the center line of a vane located in the inflow region of the vane. A s includes 90 °.

Um die Winkelposition der Leitschaufeln bezüglich der zentralen Achse und der herrschenden Windrichtung einsteflen zu können, ist vorgesehen, dass die Leitschaufeln auf einem Träger angeordnet und mit diesem Träger um die Achse der zentralen Welle als Mittelpunkt verdrehbar gelegen sind.In order to be able to set the angular position of the guide vanes with respect to the central axis and the prevailing wind direction, it is provided that the guide vanes are arranged on a carrier and are rotatable with this carrier about the axis of the central shaft as a center.

Ein stabiler Aufbau *cfer Wincfturbine ergibt sich, wenn die zentrale Welle (1) auf einem Bodenlager oder Fundament rotierbar und arretierbar gelagert ist und/oder wenn der Rotor in einem der zentralen Welle nahen Umfangsbereich mit einem bodenfesten Träger, gegebenenfalls über ein Rollenlager, abgestützt ist.A sturdy construction * cfer Wincfturbine results when the central shaft (1) is mounted rotatably and lockable on a bottom bearing or foundation and / or when the rotor in a circumferential region close to the central shaft with a bottomed support, possibly supported by a roller bearing is.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windturbine.Fig. 1 shows a schematic side view of a wind turbine according to the invention.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Windturbine.Fig. 2 shows a schematic plan view of a wind turbine according to the invention.

Fig. 3 zeigt eine schematische Teilansicht, teilweise im Schnitt Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Windturbine.Fig. 3 shows a schematic partial view, partly in section Fig. 4 shows a plan view of a wind turbine.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiell möglichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Windturbine. Eine zentrale Welle 1 mit einer Achse A ist mit einem Fundament oder Grundlager 47 um die Achse A verdrehbar gelagert; des Weiteren ist die Welle 1 feststellbar. Auf dieser Welle 1 und um diese Achse A ist ein vom Wind oder durch einen Motor 24 angetriebener Rotor 2 rotierbar gelagert. Der Rotor 2 trägt für jeden Flügel 3 zwei Lager 12, in denen der Schaft 11 des Flügels 3 rotierbar gelagert ist. Der Schaft 11 trägt einen Flügel 3, der sich nach oben erstreckt, wobei die zentrale Achse R des Querschnittsprofils des Flügels 3 nach außen bezüglich der Achse A der Welle 1 unter einem Winkel N geneigt verläuft. Es ist vorgesehen, dass der Neigungswinkel N 15 bis 25°, vorzugsweise 18 bis 22D, beträgt.Fig. 1 shows a possible structure of a wind turbine according to the invention. A central shaft 1 with an axis A is rotatably mounted with a foundation or base 47 about the axis A; Furthermore, the shaft 1 can be detected. On this shaft 1 and about this axis A is driven by the wind or by a motor 24 rotor 2 rotatably mounted. The rotor 2 carries for each wing 3 two bearings 12 in which the shaft 11 of the blade 3 is rotatably mounted. The shaft 11 carries a wing 3 which extends upwardly, the central axis R of the cross-sectional profile of the wing 3 being inclined outwards at an angle N with respect to the axis A of the shaft 1. It is envisaged that the inclination angle N is 15 to 25 °, preferably 18 to 22D.

Der Rotor 2 ist des weiteren mit einem die zentrale Welle 1 umgebenden, bodenfesten Träger 21, gegebenenfalls über Rollenlager 40 abgestützt, um die zentrale Welle 1 zu entlasten. Für die Rotation der Schäfte 11 und der Flügel 3 bei einer Rotation des Rotors 2 um die zentrale Welle 1 ist auf der zentralen Welle 1 ein auf dieser drehfest angebrachtes Zahnrad 7, insbesondere ein Kegelzahnrad vorgesehen, das mit einem Zahnrad 6, insbesondere einem Kegelzahnrad, kämmt, welches Zahnrad 6 mit einer Welle 9 auf dem Rotor 2 gelagert und drehfest mit einem weiteren Zahnrad 8 verbunden ist, wobei die Zahnräder 6 und 8 auf derselben Welle 9 koaxial angeordnet sind. Das weitere Zahnrad 8 kämmt mit einem Zahnrad 10, das doppelt so viele Zähne besitzt wie das Zahnrad 8. Das Zahnrad 10 ist mit dem Schaft 11 eines Flügels 3 drehfest verbunden. Damit wird erreicht, dass bei einer Umdrehung des Rotors 2 um die zentrale Welle 1 die Flügel 3 nur eine halbe Umdrehung vollführen.The rotor 2 is further supported with a base-fixed carrier 21 surrounding the central shaft 1, optionally via roller bearings 40, in order to relieve the central shaft 1. For the rotation of the shafts 11 and the blades 3 in a rotation of the rotor 2 about the central shaft 1 is provided on the central shaft 1 on this rotatably mounted gear 7, in particular a bevel gear provided with a gear 6, in particular a bevel gear, meshes, which gear 6 is mounted with a shaft 9 on the rotor 2 and rotatably connected to another gear 8, wherein the gears 6 and 8 are arranged coaxially on the same shaft 9. The further gear 8 meshes with a gear 10, which has twice as many teeth as the gear 8. The gear 10 is rotatably connected to the shaft 11 of a blade 3. This ensures that perform at a revolution of the rotor 2 about the central shaft 1, the wings 3 only half a turn.

Der Rotor 2 und die Welle 1 können in einem Gehäuse 25 angeordnet sein, das vorteilhafterweise ein eigenständiger feststehender Fundamentteil ist. Der Rotor 2 trägt an einer beliebig wählbaren Stelle, vorzugsweise in einem unteren außenliegenden Bereich einen Zahnkranz 22 der mit'SineVri Zähnracl 23 kämmt, über das ein Generator oder ein Getriebe 24 antreibbar ist, um die Windleistung aufzunehmen bzw. weiterzuleiten.The rotor 2 and the shaft 1 can be arranged in a housing 25, which is advantageously an independent fixed foundation part. The rotor 2 carries at a randomly selectable location, preferably in a lower outer region, a ring gear 22 which meshes with the pinion gear 23 via which a generator or gear 24 can be driven in order to receive or forward the wind power.

Die zentrale Welle 1 kann von einer Tragkonstruktion 14 umgeben sein, welche auch den Rotor 2 umgibt, wobei der Rotor 2 mit seinem Umfangsbereich 13 auf dieser Tragkonstruktion 14 abgestützt sein kann, wozu beispielsweise am Rotor 2 oder an der Tragkonstruktion 14 entsprechende Lagerteile und Stützlager 13 vorgesehen sein können. Diese Elemente dienen zur Aufnahme der Seitenkräfte des Windes auf die Flügel 3.The central shaft 1 may be surrounded by a support structure 14, which also surrounds the rotor 2, the rotor 2 may be supported with its peripheral portion 13 on this support structure 14, including for example on the rotor 2 or on the support structure 14 corresponding bearing parts and support bearings 13th can be provided. These elements are used to absorb the lateral forces of the wind on the wings. 3

Die Flügel 3 besitzen ein symmetrisches Querschnittsprofil, so wie dieses in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist. Es ist vorgesehen, dass die Dicke D des Querschnittprofils der Flügel 3 mit zunehmendem Abstand vom Rotor 2 abnimmt, wobei die Länge L desThe wings 3 have a symmetrical cross-sectional profile, as this is shown in Fig. 2 in section. It is envisaged that the thickness D of the cross-sectional profile of the wings 3 decreases with increasing distance from the rotor 2, wherein the length L of the

Querschnittsprofils zunimmt.Cross-sectional profile increases.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass bei einer vorgegebenen Windrichtung, die mit den Pfeilen 16 dargestellt ist, die mit dem Rotor 2 in Rotationsrichtung 41 bewegten Flügel 3 sich gegen die Windrichtung im linken Teil der Windturbine bewegen und in diesem Bereich mit der Windrichtung 16 einen spitzen Winkel einschließen, wogegen die im rechten Teil der Windturbine mit dem Rotor 2 mit der Windrichtung 16 bewegten Flügel weitgehend quer zur Strömungsrichtung 16 des Windes ausgerichtet sind. Diese Bewegung wird durch entsprechende Einjustierung der zentralen Welle 1 in Bezug auf die Windrichtung 16 bzw. Einstellung des Rotors 2 bzw. der Zahnräder 10 in Bezug auf die zentrale Welle 1 erreicht.From Fig. 2 it can be seen that at a predetermined wind direction, which is shown by the arrows 16, the moving with the rotor 2 in the direction of rotation 41 wings 3 move against the wind direction in the left part of the wind turbine and in this area with the wind direction sixteenth include an acute angle, whereas in the right part of the wind turbine with the rotor 2 with the wind direction 16 moving blades are aligned substantially transverse to the flow direction 16 of the wind. This movement is achieved by appropriate adjustment of the central shaft 1 with respect to the wind direction 16 or adjustment of the rotor 2 and the gears 10 with respect to the central shaft 1.

Fig. 1 und 2 ist des weiteren zu entnehmen, dass außerhalb des von den Flügeln 3 für ihre Rotationsbewegung benötigten Raumes Leitschaufeln 15 angeordnet sein können, welche die Luftströmung derart kanalisieren, dass der in Fig. 1 im rechten Bereich befindliche, quer zur Windrichtung 16 verstellte Flügel 3 voll angeströmt wird. Im linken Teil der in Fig. 2 dargestellten Bewegung bzw. Ausrichtung der Flügel 3 erfolgt durch die linksliegende Leitschaufel 15, eine Kanalisierung der Luftströmung derart, dass diese möglichst auf die Querfläche des Flügels 3 trifft und diesem einen Antriebsimpuls in Richtung der Rotationsrichtung 41 des Rotors 2 verleiht. Es ist somit eine Anzahl von Leitschaufeln 15 außerhalb des von den Flügeln 3 bei ihrer Rotation mit dem Rotor 3 und um ihre Längsachse R beanspruchten Raumes angeordnet ist, die zwischen ihren Strömungsprofilen Windleitkanäle 16 erstellen, die auf die Flügel 3 ausrichtbar sind, wobei die Hauptströmungsrichtung W in den Windleitkanälen 16 und die Richtung der Mittellinie 17 des Querprofils der Flügel 3 einen gemeinsamen bzw. gleichgerichteten Bewegungsanteil bzw. -vektor besitzen.1 and 2 it can be seen further that outside of the space required by the wings 3 for their rotational movement vanes 15 can be arranged, which channel the air flow such that the in Fig. 1 located in the right area, transverse to the wind direction 16th displaced wings 3 is fully inflated. In the left part of the movement or orientation of the vanes 3 shown in FIG. 2, a channeling of the air flow takes place through the leftmost vane 15 so that it impinges on the transverse surface of the vane 3 as much as possible and this drive impulse in the direction of rotation 41 of the rotor 2 lends. Thus, a number of vanes 15 are disposed outside of the space occupied by vanes 3 in their rotation with rotor 3 and about their longitudinal axis R, creating between their airfoils wind deflectors 16 which are alignable with vanes 3, the main flow direction W in the Windleitkanälen 16 and the direction of the center line 17 of the transverse profile of the wings 3 have a common or rectified movement component or vector.

Im linken Bereich der Fig. 2 wird zwar nur eine Seitenanströmung der Flügel 3 erreicht, jedoch wird diesen Flügeln über einen gewissen Umfangsbereich des Rotors 2 durch die Krümmung der**Leitschaufeln 15 eine gewisse Antriebskomponente in Rotationsrichtung 41 erteilt. Die beiden rechtsliegenden Leitschaufeln 15 ermöglichen in diesem Bereich eine Breitseitenanströmung der Flügel 3 über nahezu 130° des Bewegungskreises der Flügel.In the left-hand area of FIG. 2, although only one side flow of the vanes 3 is achieved, these vanes are given a certain drive component in the direction of rotation 41 over a certain circumferential area of the rotor 2 by the curvature of the guide vanes 15. The two right-hand vanes 15 allow in this area a Breitseitenanströmung the wing 3 over almost 130 ° of the circle of motion of the wings.

Die linksliegende Leitschaufel, die der Luftströmung eine Strömungsrichtung verleiht, die nahezu senkrecht zu Bewegungskreis der Flügel 3 steht, verhindert weitgehend, dass die sich gegen die Windrichtung 16 bewegenden Flügel 3 vom Wind angeströmt werden, da der Wind in Richtung auf die zentrale Welle 1 abgelenkt wird.The left-hand vane, which gives the air flow a flow direction which is almost perpendicular to the movement circle of the blades 3, largely prevents the moving against the wind direction 16 wings 3 are flowed by the wind, as the wind deflected in the direction of the central shaft 1 becomes.

Es ist vorgesehen, dass die Flügel 3 bezüglich der Längsachse des Querschnittes eine symmetrische Gestaltung aufweisen, da jeder Flügel 3 bei jedem zweiten Umlauf auf seiner jeweils anderen Fläche angeströmt wird.It is envisaged that the wings 3 with respect to the longitudinal axis of the cross-section have a symmetrical design, since each wing 3 is flown in every other revolution on its respective other surface.

Die Lager 12 können entweder als Gleitlager oder Rollenlager oder Kugellager ausgeführt sein. Der Schaft 11 des Flügels 3 kann als Rohrteil ausgebildet sein, um die erforderliche Steifigkeit und gleichzeitig geringes Gewicht zu erreichen. Die Querschnittsform bzw. Profilform der Flügel 3 ist im schaftnahen Bereich aus Festigkeitsgründen relativ dick, wobei die Dicke nach oben zu bzw. im schaftfemen Bereich immer geringer wird, wobei jedoch die Länge L des Profilquerschnittes zunimmt.The bearings 12 can be designed either as plain bearings or roller bearings or ball bearings. The shaft 11 of the wing 3 may be formed as a tubular part in order to achieve the required rigidity and low weight. The cross-sectional shape or profile shape of the wings 3 is relatively thick in the vicinity of the shaft for reasons of strength, with the thickness becoming increasingly smaller towards the top or in the shaft-shaped region, but the length L of the profile cross-section increases.

Von Vorteil ist es, wenn der Rotor 2 mit Lagern auf der zentralen Welle 1 gelagert ist und zusätzlich noch mit einem Stützlager 21 abgestützt ist, um das beträchtliche Gewicht des Getriebes für die einzelnen Flügel 3 bzw. das Gewicht der Flügel 3 aufnehmen zu können. Im unteren Bereich der zentralen Welle 1 kann ein Antrieb 46, beispielsweise ein Schneckenrad vorgesehen sein, um die zentrale Welle 1 bezüglich der vorherrschenden Windrichtung ausrichten zu können. Die Flügelrotation wird derart eingestellt, dass im Gegenlauf, das heißt bei einer Bewegung der Flügel 3 durch den Rotor 2 gegen die Windrichtung 16, die Mittelachse des Profils der Flügel 3 im Wesentlichen tangential zum Bewegungskreis 43 der Flügel bzw. des Rotors 2 steht, um bei dieser Bewegung gegen den Wind eine möglichst geringe Angriffsfläche zu bieten,It is advantageous if the rotor 2 is mounted with bearings on the central shaft 1 and is additionally supported by a support bearing 21 in order to accommodate the considerable weight of the transmission for the individual wings 3 and the weight of the wings 3. In the lower region of the central shaft 1, a drive 46, for example a worm wheel, can be provided in order to be able to align the central shaft 1 with respect to the prevailing wind direction. The wing rotation is adjusted such that in the opposite direction, that is, when the blades 3 are moved by the rotor 2 against the wind direction 16, the central axis of the profile of the blades 3 is substantially tangential to the motion circle 43 of the blades or the rotor 2 to offer the least possible attack surface in this movement against the wind,

Die Leitschaufeln 15 können auf einem Träger 26 angeordnet sein, der über ein nicht dargestelltes Fundament abgestützt sein kann. Der Träger 26 umgibt die zentrale Welle 1 und ermöglicht eine Rotation der Leitschaufeln bzw. eine Einstellung der Leitschaufeln 15 um die zentrale Welle 1 herum, um diese den herrschenden Windrichtungen anpassen zu können.The vanes 15 may be disposed on a support 26 which may be supported by a foundation, not shown. The carrier 26 surrounds the central shaft 1 and allows a rotation of the guide vanes or an adjustment of the guide vanes 15 about the central shaft 1 in order to adapt to the prevailing wind directions can.

Das in Fig. 1 gezeigte Getriebe zum Antrieb der Flügel ist genauer auch in Vergrößerung in Fig, 3 dargestellt. Da die Flügel nach außen geneigt sind, ist es vorteilhaft im Getriebe ein Kegelzahnrad 6 für jeden Flügel anzuordnen sein, das mit dem auf der Welle 1 angeordneten Kegelzahnrad 7 kämmt. Die Welle 1 steht bei konstanterThe transmission shown in Fig. 1 for driving the wings is shown in greater detail in Fig. 3. Since the wings are inclined outwards, it is advantageous in the gear be a bevel gear 6 to be arranged for each wing, which meshes with the arranged on the shaft 1 bevel gear 7. The shaft 1 is at a constant

Windrichtung still und ist prä£ise*tn dem afs Rotor 2 fungierenden Getriebegehäuse mit Lagern eingepasst, sodass durch die Drehbewegung des Rotors - die Drehbewegung über die Welle 9 und das Stirnzahnrad 8 über das damit kämmende Stirnzahnrad 10 an den Schaft 11 des jeweiligen Flügels 3 weitergegeben wird. Die Welle 1 ist mit dem Schneckengetriebe 46 rotierbar oder drehfest gehalten, sodass bei festgehaltener Welle 1 die Drehung des Rotors 2 über die Zahnräder 6, 8, 10 die Drehbewegung aller Flügel 3 bewirkt. Bei Änderung der Windrichtung wird mit dem elektrischen Antrieb 46 über das Schneckenrad 20 eine neue Position entsprechend der Windrichtung für die Welle 1 und alle Flügel 3 eingestellt. Diese Position verbleibt in dieser Einstellung solange die neue Windrichtung anhält. Ein derartiges Schneckenrad ist mit starken Lagern versehen und kann auch eine Bremseinheit aufweisen. Wenn Leitschaufeln 15 vorhanden sind, so werden die durch Drehen des ihnen gemeinsamen Lagerringes 26, auf dem sie aufgebaut sind, in die passende Lage zur neuen Windrichtung gedreht. Es ist möglich und sinnvoll eine gemeinsame abgestimmte Drehbewegung für diese beiden Komponten durch elektrischen Antrieb der jeweiligen Drehbewegungen zu erzeugen.The wind direction is silent and is fitted with bearings for the gearbox housing functioning as afs rotor 2, so that the rotational movement via the shaft 9 and the spur gear 8 via the meshing spur gear 10 to the shaft 11 of the respective blade 3 is achieved by the rotational movement of the rotor is passed on. The shaft 1 is rotatable or rotatably held with the worm gear 46, so that when the shaft 1 is held, the rotation of the rotor 2 via the gears 6, 8, 10, the rotational movement of all wings 3 causes. When changing the wind direction, a new position corresponding to the wind direction for the shaft 1 and all wings 3 is set with the electric drive 46 via the worm wheel 20. This position remains in this setting as long as the new wind direction stops. Such a worm wheel is provided with strong bearings and may also have a brake unit. If vanes 15 are present, they are rotated by turning them common bearing ring 26 on which they are built in the appropriate position to the new wind direction. It is possible and useful to create a common tuned rotary motion for these two components by electrical drive of the respective rotational movements.

Die Stabilität der erfindungsgemäßen Windturbine wird erhöht, wenn der Rotor 2 im Bereich seines, insbesondere oberen, Außenumfanges von einer den Rotor 2 umgebenden Stütz- bzw. Tragkonstruktion 14 abgestützt bzw. auf dieser gelagert ist. Das Rollenlager 13 ist in einer Lagerführung der Stützkonstruktion 14 gelagert, die auch nach oben zu geschlossen ausgebildet ist, sodass auch große Windbiegungen nicht im Stande sind, den Rotor 2 aus dem Lager 13 auszukippen.The stability of the wind turbine according to the invention is increased when the rotor 2 is supported in the region of its, in particular upper, outer circumference by a support or support structure 14 surrounding the rotor 2 or mounted thereon. The roller bearing 13 is mounted in a bearing guide of the support structure 14, which is also formed up to closed, so that even large wind bends are not able to dump the rotor 2 from the bearing 13.

Zur Anpassung der Windturbine an unterschiedliche Windrichtungen ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die zentrale Welle 1 um ihre Achse A mit einem Antrieb 46 verdrehbar gelagert und in einer vorgegebenen Winkelposition feststellbar ist. Damit kann die gesamte Windturbine, das heißt die zentrale Welle 1 sowie der um diese rotierende Rotor 2 mit den auf dem Rotor 2 rotierbar gelagerten Flügeln 3 an die herrschende Windrichtung in einfacher Weise angepasst und festgelegt werden. Dies geschieht durch das oben erwähnte Schneckengetriebe mit Elektoantrieb und Bremse.To adapt the wind turbine to different wind directions is advantageously provided that the central shaft 1 rotatably supported about its axis A with a drive 46 and is detectable in a predetermined angular position. Thus, the entire wind turbine, that is, the central shaft 1 and the rotating about this rotor 2 with the rotatably mounted on the rotor 2 wings 3 adapted to the prevailing wind direction in a simple manner and set. This is done by the above-mentioned worm gear with electric drive and brake.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass sich das Querschnittsprofil der Flügel 3 nach oben zu länger ausgebildet ist. Aufgrund des Neigungswinkels N wird damit die Umfangsgeschwindigkeit der Länge L des Profils vergrößert, sodass eine Verbesserung des Verhältnisses von Wind: Staudruck erreicht wird. In Fig. 4 ist die Änderung des Profils, das heißt die Längenzunahme mit zunehmender Höhe ersichtlich. Man erkennt auch die Profilierung der Leitschaufeln 15.From Fig. 1 it can be seen that the cross-sectional profile of the wings 3 is formed upwards to longer. Due to the inclination angle N, the circumferential speed of the length L of the profile is thereby increased, so that an improvement in the ratio of wind: back pressure is achieved. In Fig. 4, the change in the profile, that is, the increase in length with increasing height can be seen. It also recognizes the profiling of the vanes 15th

Die optimale Einstellung auf die Windrichtung erfolgt bei den Leitschaufeln 15 durch Rotation des Trägers 26, auf dem alle Leitschaufeln 15 gemeinsam gelagert bzw. bezüglich ihrer Längsachse drehfest angeordnet sind. Die Einstellung der Flügel 3 erfolgt • · 7 * « « Φ • · durch die Verdrehung der Wfelle Vmifclemkegelrad 7 durch das Schneckengetriebe 20, 46, sodass gleichzeitig der mittlere Flügel 3 quer zur Windrichtung 16 gestellt wird.The optimum adjustment to the wind direction takes place in the guide vanes 15 by rotation of the carrier 26, on which all the guide vanes 15 are mounted together or arranged rotationally fixed with respect to their longitudinal axis. The adjustment of the vanes 3 is effected by the rotation of the drum Vmifclemkegelrad 7 by the worm gear 20, 46, so that at the same time the middle vane 3 is placed transversely to the wind direction 16.

Fig. 4 zeigt die Querschnitte der Flügel 3 und der Leitschaufeln 15 im unteren Bereich, im mittleren Bereich und nahe des oberen Endes. Eine Sicherung gegen hohe Windstärken wird dadurch erreicht, dass die Leitschaufeln 15 mit ihrem Träger 26 um die zentrale Welle 1 in eine Position gebracht werden können, dass der Wind auf die Außenseite der Leitschaufeln 15 auftrifft und damit die Leitschaufeln 15 die innen liegenden Flügel 3 abdecken. Des weiteren ist es möglich, in Sturmsituationen die Antriebsverbindung zwischen den Zahnrädern 8 und 10 bzw. 6 und 7 zu unterbrechen beispielsweise durch Außereingriffbringen dieser Zahnräder und die Flügel 3 derart einzujustieren, dass diese sich mit der Längserstreckung ihres Profils parallel zur Windrichtung 16 einstellen. Dazu kann der Antriebsmotor für den Rotor 2 verwendet werden, der allenfalls eine Bremseinrichtung für den Rotor 2 und/oder für die einzelnen Flügel 3 umfasst.Fig. 4 shows the cross sections of the wings 3 and the guide vanes 15 in the lower region, in the central region and near the upper end. A protection against high wind forces is achieved in that the guide vanes 15 can be brought with its carrier 26 to the central shaft 1 in a position that the wind impinges on the outside of the guide vanes 15 and thus the vanes 15 cover the inner wings 3 , Furthermore, it is possible to interrupt the drive connection between the gears 8 and 10 or 6 and 7 in storm situations, for example by disengagement of these gears and the wings 3 einzujustieren such that they adjust with the longitudinal extent of their profile parallel to the wind direction 16. For this purpose, the drive motor for the rotor 2 can be used, which at best comprises a braking device for the rotor 2 and / or for the individual wings 3.

Die Flügel 3 können ohne weiteres eine Länge von bis zu 50m erreichen und bei entsprechenden Windgeschwindigkeiten sind hohe Leistungen im Megawattbereich erreichbar.The wings 3 can easily reach a length of up to 50m and at corresponding wind speeds high power in the megawatt range can be achieved.

Von Vorteil ist es, wenn die Leitschaufeln 15 etwas höher ausgebildet sind, als die Höhe der Flügel 3, um die Flügel 3 einerseits bei Sturmwind abdecken zu können und andererseits die Windströmung optimal auf die um die zentrale Welle 1 rotierten Flügel 3 lenken zu können. Deshalb können die einzelnen Leitschaufeln 15 jeweils auf eigenen um die zentrale Welle 1 rotierbaren Trägern angeordnet sein, um die Umlenkung des Windes in Richtung auf die Flügel 3 an die jeweiligen Windverhältnisse anpassen zu können.It is advantageous if the guide vanes 15 are formed slightly higher than the height of the wings 3 in order to cover the wings 3 on the one hand in a storm wind and on the other hand to be able to optimally direct the wind flow to the wing 3 rotated about the central shaft 1. Therefore, the individual guide vanes 15 can each be arranged on their own rotatable about the central shaft 1 carriers to adjust the deflection of the wind in the direction of the wings 3 to the respective wind conditions.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, dass die sich nach oben verbreiternden und mit immer größerer Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Schaufelblätter optimal an die nach oben immer höher werdende Windgeschwindigkeit angepasst werden können und daher eine optimale Leistungsgewinnung ermöglichen. Dies erfolgt deshalb, weil die Windgeschwindigkeiten am Boden in Folge der Reibung in der Grenzschicht relativ niedrig sind, nach oben zu jedoch in beträchlich höhere Geschwindigkeiten übergehen. In größerem Bodenabstand besitzen die Flügel der erfindungsgemäßen Windturbine eine höhere Umlaufgeschwindigkeit und eine breiter werdende Profilfläche, sodass eine Leistungserhöhung und eine optimale Anpassung an die tatsächlichen Windsituationen ermöglicht wird.A significant advantage of the invention is that the upwardly widening and rotating at ever greater angular velocity blades can be optimally adapted to the upward ever increasing wind speed and therefore allow optimal power. This is because the wind speeds on the ground are relatively low due to the friction in the boundary layer, but go up to much higher speeds. At greater ground clearance, the blades of the wind turbine according to the invention have a higher rotational speed and a widening profile surface, so that an increase in performance and an optimal adaptation to the actual wind situations is made possible.

Die erzeugte Leistung wird vorteilhaftenweise über einen Zahnkranz 22 und ein Ritzel 23 an Elektrogeneratoren 24 übertragen, welche die mechanische Energie der Windturbine in elektrische Energie umsetzen. Diese Energie kann direkt an Verbraucher weitergegeben werden oder durch Wasserspaltung mittels Elektrolysatoren in H2 und 02 8 • * ; ; ; ; ..... und nachfolgende Lagerung*oer*GaSe in Vlodhdrucktanks ausgewertet werden. Dieses Speicherkonzept erlaubt auch die Nutzung von kürzeren Windspitzen.The power generated is advantageously transmitted via a ring gear 22 and a pinion 23 to electric generators 24, which convert the mechanical energy of the wind turbine into electrical energy. This energy can be passed on directly to consumers or through water splitting by means of electrolyzers in H2 and 02 8 • *; ; ; ; ..... and subsequent storage * or * GaSe in Vlodhdrucktanks be evaluated. This storage concept also allows the use of shorter wind tips.

Der Generator 24 kann auch bei entsprechender Stromversorgung als Drehantrieb für den Rotor 2 den Rotor 2 in eine gewünschte Lage verdrehen.The generator 24 can rotate the rotor 2 in a desired position even with a corresponding power supply as a rotary drive for the rotor 2.

Claims (13)

Patentansprüche 1. Windturbine mit einem um eine zentrale, vertikal ausgerichtete Welle (1) verdrehbar gelagerten Rotor (2) und mit einer Anzahl von auf dem Rotor (2) rotierbar gelagerten und vom Rotor (2) nach oben abgehenden Flügel (3), wobei die Flügel (3) mit einer Winkelgeschwindigkeit rotierbar sind, die der Hälfte der Winkelgeschwindigkeit des Rotors (2) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (R) der jeweiligen Flügel (3) im Bezug auf die Achse (A) der zentralen Welle (1) nach Außen geneigt ist, wobei dieser Neigungswinkel (N) 15 bis 25°, vorzugsweise 18 bis 22°, beträgt.1. Wind turbine with a about a central, vertically oriented shaft (1) rotatably mounted rotor (2) and with a number of rotatably mounted on the rotor (2) and from the rotor (2) upwardly projecting wings (3), wherein the wings (3) are rotatable at an angular velocity which corresponds to half the angular velocity of the rotor (2), characterized in that the axis of rotation (R) of the respective wings (3) with respect to the axis (A) of the central shaft ( 1) is inclined to the outside, said angle of inclination (N) 15 to 25 °, preferably 18 to 22 °. 2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) für jeden Flügel (3) ein Getriebe (5) trägt, das ein Zahnrad (6), vorzugsweise Kegelzahnrad, aufweist, das mit einem mit der zentralen Welle (1) drehfest verbundenen Zahnrad (7), vorzugsweise Kegelzahnrad, kämmt bzw. von diesem angetrieben ist, wobei das Zahnrad (6) mit einem weiteren Zahnrad (8), vorzugsweise Stirnzahnrad (8), drehtest verbunden ist und auf der selben Zwischenwelle (9) liegt, und wobei dieses weitere Zahnrad (8) mit einem mit dem jeweiligen Flügel (3) verbundenen und diesen antreibenden Antriebszahnrad (10), vorzugsweise Stirnzahnrad, im Eingriff steht.2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotor (2) for each wing (3) carries a gear (5) having a toothed wheel (6), preferably bevel gear, having with the central shaft (1 rotatably connected gear (7), preferably bevel gear, meshes or is driven by this, wherein the gear (6) with another gear (8), preferably spur gear (8), rotatably connected and on the same intermediate shaft (9) is located, and wherein this further gear (8) with a respective wing (3) connected to this and driving the drive gear (10), preferably spur gear, is engaged. 3. Windturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zähne des Zahnrades (8) die Hälfte der Anzahl der Zähne des Antriebszahnrades (10) beträgt.3. Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the number of teeth of the gear (8) is half the number of teeth of the drive gear (10). 4. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (3) jeweils von einem Schaft (11) getragen sind, der im Rotor (2) in vorzugsweise zwei Lagerstellen (12) gelagert ist, wobei das Antriebszahnrad (10) vorzugsweise zwischen den beiden Lagersteilen (12) am Schaft (11) gelegen ist.4. Wind turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wings (3) are each supported by a shaft (11) which is mounted in the rotor (2) in preferably two bearing points (12), wherein the drive gear ( 10) is preferably located between the two bearing parts (12) on the shaft (11). 5. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) im Bereich seines, insbesondere oberen, Außenumfanges (13) von einer den Rotor (2) umgebenden bodenfesten Trag- bzw. Stützkonstruktion (14) abgestützt bzw. auf dieser gelagert ist, welche die Seitenkräfte des Windes aufnimmt.5. Wind turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor (2) in the region of its, in particular upper, outer circumference (13) by a rotor (2) surrounding bottom-fixed support or support structure (14) supported or is stored on this, which receives the lateral forces of the wind. 6. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Welle (1) um ihre Achse (A) mit einem Antrieb (46) verdrehbar gelagert und in einer vorgegebenen Winkelposition, vorzugsweise mit einer Bremseinheit, feststellbar ist.6. Wind turbine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the central shaft (1) rotatably mounted about its axis (A) with a drive (46) and in a predetermined angular position, preferably with a brake unit, can be determined. 7. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D) des Querschnittsprofils der Flügel (3) mit zunehmendem Abstand vom Rotor (2) abnimmt und die Länge (L) des Querschnittsprofiis zunimmt.7. Wind turbine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thickness (D) of the cross-sectional profile of the wings (3) decreases with increasing distance from the rotor (2) and the length (L) of the Querschnittsprofiis increases. 8. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Leitschaufeln (15) außerhalb des von den Flügeln (3) bei ihrer Rotation mit dem Rotor (3) und um ihre Längsachse (R) beanspruchten Raumes angeordnet ist, die zwischen ihren Strömungsprofilen Windleitkanäle (16) erstellen, die auf die Flügel (3) ausrichtbar sind, wobei die Hauptströmungsrichtung (W) in den Windleitkanälen (16) und die Richtung der Mittellinie (17) des Querprofils der Flügel (3) einen gemeinsamen bzw. gleichgerichteten Bewegungsanteil bzw. -vektor besitzen.8. Wind turbine according to one of claims 1 to 7, characterized in that a number of guide vanes (15) outside of the wings (3) in its rotation with the rotor (3) and about its longitudinal axis (R) claimed space is arranged , which create between their airfoils Windleitkanäle (16) which are aligned on the wings (3), wherein the main flow direction (W) in the Windleitkanälen (16) and the direction of the center line (17) of the transverse profile of the wings (3) a common or rectified movement component or vector. 9. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente an den den Flügeln (3) zugewendeten Endpunkt der innenliegenden Querschnittsfläche der jeweiligen Leitschaufel (15) mit der Mittellinie (17) eines im An ström bereich der Leitschaufel gelegenen Flügels (3) einen Winkel A zwischen 0 < A < 90° einschließt.9. Wind turbine according to one of claims 1 to 8, characterized in that a tangent to the wings (3) facing the end point of the inner cross-sectional area of the respective vane (15) with the center line (17) of a current in the region of the vane wing located (3) an angle A between 0 < A < Includes 90 °. 10. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (15) auf einem Träger (26) angeordnet und mit diesem Träger (26) um die Achse A der zentralen Welle (1) als Mittelpunkt verdrehbar gelegen sind.10. Wind turbine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the guide vanes (15) arranged on a support (26) and with this support (26) about the axis A of the central shaft (1) are arranged as a center rotatable. 11. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Welle (1) auf einem Bodenlager oder Fundament rotierbar und arretierbar gelagert ist.11. Wind turbine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the central shaft (1) is mounted rotatably and lockable on a bottom bearing or foundation. 12. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) in einem der zentralen Welle (1) nahen Umfangsbereich mit einem bodenfesten Träger (21), gegebenenfalls über ein Rollenlager (40), abgestützt ist.12. Wind turbine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the rotor (2) in one of the central shaft (1) near the peripheral region with a bottomed support (21), optionally via a roller bearing (40) is supported. 13. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass zur gemeinsamen Verdrehung der Welle (1) mittels des Schneckentriebes (46) und des die Leitschaufeln (15) tragenden Ringträgers (26) elektronisch gesteuerte Elektromotoren vorgesehen sind.13. Wind turbine according to one of claims 1 to 12, characterized in that for common rotation of the shaft (1) by means of the worm gear (46) and the guide vanes (15) carrying ring carrier (26) electronically controlled electric motors are provided.