DE102011077917A1 - Device for the use of flow energy - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit Anströmflächen aufweisenden Elementen (102), die umlaufend auf einer geschlossenen Bahn (103) um eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rotationsachse bewegbar und im Abstand zueinander geführt sind, und mit einer Einrichtung (105) zur Übertragung der mit den Elementen (102) aufgenommenen Strömungsenergie auf einen Generator. Erfindungsgemäß umfasst die Übertragungseinrichtung zumindest einen Ring (105), der mit den Elementen (102) bewegbar und verbindbar ist. Zweckmäßigerweise ist der Ring (105) parallel zu der Bahn bewegbar geführt ist oder/und selbst zur Lagerung der Elemente (102) eingerichtet ist. Vorzugsweise sind die Elemente (102) an einer Halteeinrichtung (101), die die Elemente (102) von einer Innenseite (104) und/oder von einer Außenseite (114) der Bahn (103) aus hält, auf der Bahn (103) umlaufend bewegbar gelagert.The invention relates to a device for the use of flow energy, in particular wind energy, with elements (102) having inflow surfaces, which are circumferentially movable on a closed path (103) about an axis of rotation arranged transversely to the flow direction and at a distance from one another, and with a device ( 105) for transferring the flow energy absorbed by the elements (102) to a generator. According to the invention, the transmission device comprises at least one ring (105) which can be moved and connected to the elements (102). The ring (105) is expediently guided so as to be movable parallel to the web or / and is itself set up for mounting the elements (102). The elements (102) on a holding device (101), which holds the elements (102) from an inside (104) and / or from an outside (114) of the web (103), are preferably circumferential on the web (103) movably mounted.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit Anströmflächen aufweisenden Elementen, die umlaufend auf einer geschlossenen Bahn um eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rotationsachse bewegbar und im Abstand zueinander geführt sind, und mit einer Einrichtung zur Übertragung der mit den Elementen aufgenommenen Strömungsenergie auf einen Generator.The invention relates to a device for the use of flow energy, in particular wind energy, with elements having inflow surfaces, which are circumferentially movable on a closed path about a rotational axis arranged transversely to the flow direction and spaced from each other, and with a device for transmitting the recorded with the elements Flow energy to a generator.
Eine solche Vorrichtung ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Kräfte, die durch eine Strömung auf die Elemente ausgeübt werden, besser an den Generator übertragen kann.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, the forces that are exerted by a flow on the elements, better transmitted to the generator.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Übertragungseinrichtung zumindest einen Ring umfasst, der mit den Elementen bewegbar und verbindbar ist.The object is achieved in that the transmission device comprises at least one ring which is movable and connectable with the elements.
Durch den erfindungsgemäßen, vorzugsweise kreisförmigen, Ring wird es möglich, durch die Strömung verursachte und auf die Elemente wirkende Kräfte von dem Generator zu entkoppeln. Die Vorrichtung kann im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen auch bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten betrieben werden.The ring according to the invention, preferably circular, makes it possible to decouple forces caused by the flow and acting on the elements from the generator. The device can also be operated at higher flow speeds in comparison to known devices.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring parallel zu der Bahn, entlang der die Elemente bewegt werden, geführt und die durch die Elemente aufgenommene Strömungsenergie wird über den Ring auf den Generator überfragen.In one embodiment of the invention, the ring is guided parallel to the path along which the elements are moved, and the flow energy absorbed by the elements is transmitted to the generator via the ring.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist konzentrisch zu dem Ring der Übertragungseinrichtung ein weiterer, der Lagerung der Elemente dienender Lagerungsring vorgesehen. Alternativ können die Elemente auch an die beiden Ringe verbindenden Lagerungsabschnitten angeordnet sein.In a preferred embodiment of the invention, a further, the storage of the elements serving storage ring is provided concentrically to the ring of the transmission device. Alternatively, the elements can also be arranged on the two rings connecting storage sections.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ring eine im Wesentlichen flache Form auf und ist an seinem inneren und/oder an seinem äußeren Rand, vorzugsweise an seiner Unter- und an seiner Oberseite, an Rollen gelagert. Er ist zweckmäßigerweise modular aus mehreren Teilen gebildet, die sich miteinander verbinden lassen. Er kann ferner zur Einsparung von Gewicht und Material mit Aussparungen versehen sein, die vorzugsweise in radialer Richtung gesehen in der Mitte des Rings vorgesehen sind.In a further embodiment of the invention, the ring has a substantially flat shape and is mounted on rollers at its inner and / or outer edge, preferably at its lower and upper sides. It is expediently modularly formed from several parts that can be connected together. He may also be provided to save weight and material with recesses, which are preferably provided in the radial direction in the center of the ring.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elemente und die Übertragungseinrichtung getrennt voneinander gelagert, wobei die Übertragungseinrichtung vorzugsweise parallel versetzt zu der Bahn gelagert ist.In one embodiment of the invention, the elements and the transmission device are mounted separately from one another, wherein the transmission device is preferably mounted offset parallel to the web.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Elementen und dem Ring eine Verbindung vorgesehen, mittels derer in Richtung tangential zu der Bahn wirkende Kräfte übertragbar und zumindest in den anderen horizontalen Richtungen, ggf. auch in den weiteren anderen Richtungen, wirkende Kräfte abgeschwächt, ggf. z. B. durch eine Feder gedämpft, sind. Die Verbindung kann ferner derart gestaltet sein, dass zwischen den Elementen und dem Ring in den genannten, nicht zu der Bahn tangentialen Richtungen keine Kräfte übertragen werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, a connection is provided between the elements and the ring, by means of which forces acting tangentially to the web transferable forces and weakened, at least in the other horizontal directions, possibly also in the other other directions, acting forces, if necessary z. B. damped by a spring are. The connection can also be designed such that no forces are transmitted between the elements and the ring in the said tangential directions, which are not tangent to the track.
Gewichtskräfte der Elemente und durch die Strömung verursachte horizontale Kräfte werden von der Übertragungseinrichtung entkoppelt und ggf. auftretende Schwingungen in nur geringem Maße auf den Ring übertragen. Die Vorrichtung kann im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen auch bei noch höheren Strömungsgeschwindigkeiten betrieben werden.Weight forces of the elements and horizontal forces caused by the flow are decoupled from the transmission device and possibly transmitted vibrations are transmitted to the ring in only a small amount. The device can be operated at even higher flow rates compared to the known devices.
Da über die Einrichtung auf den Generator lediglich die in elektrische Energie umzuwandelnden Kräfte übertragen werden, muss dieser nicht für Belastungen durch andere Kraftkomponenten ausgelegt werden.Since only the energy to be converted into electrical energy to be transmitted via the device to the generator, this does not have to be designed for loads from other force components.
Zweckmäßigerweise kann der Ring ferner eine mechanische Verbindung der Elemente untereinander bilden. Befindet sich eines der Elemente in einer Position, in der es nicht durch die Strömung angetrieben wird, wird es einerseits mittels der Übertragungseinrichtung von den anderen Elementen mitgezogen, andererseits werden die Elemente durch den Ring voneinander in Abstand gehalten.Conveniently, the ring may further form a mechanical connection of the elements with each other. If one of the elements is in a position in which it is not driven by the flow, it is entrained on the one hand by means of the transmission device from the other elements, on the other hand, the elements are held by the ring from each other at a distance.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung der Elemente zu dem Ring lösbar, sodass sich der Ring bei seiner Montage oder einer Reparatur vollständig von den Elementen entkoppeln und wieder an ihn ankoppeln lässt.In one embodiment of the invention, the connection of the elements to the ring is detachable, so that the ring can be completely decoupled from the elements during its installation or a repair and can be coupled to him again.
Der Ring oder die Elemente ist bzw. sind dazu zweckmäßigerweise mit einem Kopplungselement versehen, das einen Sitz für ein an einer Lagerung der Elemente angeordnetes, die Verbindung bildendes und vorzugsweise klappbares Glied aufweist. In Richtungen, die horizontal und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elemente sind, kann das Glied in dem Sitz gleiten.The ring or the elements is or are expediently provided with a coupling element which has a seat for a arranged on a bearing of the elements, the compound forming and preferably hinged member. In directions that are horizontal and perpendicular to the direction of movement of the elements, the link can slide in the seat.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring zum Zusammenwirken mit einem auf ihm abrollenden, mit dem Generator verbundenen Rad oder Zahnrad und/oder einer Zahnstange mit Zähnen vorgesehen. Ferner kann ein um zumindest ein Rad geführtes geschlossenes Kontaktband vorgesehen sein, das aufgrund von Reibungskräften mit dem Ring mitbewegt und die Bewegung auf das zumindest ein Rad überträgt. Alternativ kann das Kontaktband auch mit Zähnen versehen sein, die mit dem Zahnrad zusammenwirken.In a further embodiment of the invention, the ring is provided for cooperation with a rolling on it, connected to the generator wheel or gear and / or a rack with teeth. Furthermore, a guided around at least one wheel closed contact band may be provided, which moves due to frictional forces with the ring and transmits the movement to the at least one wheel. Alternatively, the contact band may also be provided with teeth which interact with the gear.
Die Einrichtung kann ferner mit in Abstand zueinander angeordneten Blöcken aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Eisen, versehen sein, die mit einem bspw. aus der
Der Ring ist zweckmäßigerweise an bezogen auf ihre Länge an der Mitte der Elemente mit den Elementen verbunden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Verbindung aber auch an anderen Stellen der Elemente vorgesehen sein.The ring is suitably connected to the elements with respect to their length at the center of the elements. Alternatively or additionally, however, the connection can also be provided at other locations of the elements.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Elemente an einer Halteeinrichtung, die auf einer Außenseite und/oder einer Innenseite der Bahn angeordnet ist, gelagert. Die Halteeinrichtung, die in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine gerüstartige Form aufweist, hält die Elemente von einer Innenseite und/oder von einer Außenseite der Bahn aus. Sie kann aufgrund dieser Maßnahme insgesamt stabiler gestaltet werden. Die Vorrichtung ist somit zur Aufnahme noch größerer Strömungsenergien geeignet.In one development of the invention, the elements are mounted on a holding device which is arranged on an outer side and / or an inner side of the web. The holding device, which has a framework-like shape in a preferred embodiment of the invention, keeps the elements from an inside and / or outside of the web. It can be made more stable overall due to this measure. The device is thus suitable for receiving even larger flow energies.
Zweckmäßigerweise ist auch der Ring und vorzugsweise der Generator an der Halteeinrichtung angeordnet.Conveniently, the ring and preferably the generator is arranged on the holding device.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Halteeinrichtung zumindest eine Schiene, an der die Elemente verschiebbar gehalten sind, vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind die Elemente dann mit auf der Schiene laufenden Rädern versehenen. Alternativ oder ergänzend dazu können an der Halteeinrichtung Rollen angeordnet sein, über die ein mit zumindest einem Element verbundener Lagerkörper bewegbar ist.In one embodiment of the invention, at least one rail, on which the elements are held displaceably, is provided on the holding device. Conveniently, the elements are then provided with running on the rail wheels. Alternatively or additionally, rollers may be arranged on the holding device, via which a bearing body connected to at least one element can be moved.
Die Elemente und/oder der Ring könnten alternativ auch auf Wasser gelagert sein.The elements and / or the ring could alternatively be stored on water.
Die Halteeinrichtung weist zweckmäßigerweise eine kreisartige Form auf und ist zu ihrer Stabilisierung bezogen auf die Kreisform radial angeordneten und auf einer Innenseite der Halteeinrichtung angreifenden Halteelementen, beispielsweise Drahtseilen oder Stangen, versehen. Während es vorstellbar wäre, die Halteelemente in einem die Vorrichtung tragenden Untergrund zu verankern, sind sie zweckmäßigerweise im Zentrum oder nahe des Zentrums der Vorrichtung direkt miteinander verbunden. Vorteilhaft lassen sich auf diese Weise mehrere übereinander angeordnete Vorrichtungen stabilisieren.The holding device expediently has a circular shape and is provided for stabilizing it with respect to the circular shape radially arranged and engaging on an inner side of the holding device holding elements, such as wire ropes or rods. While it would be conceivable to anchor the retaining elements in a substrate supporting the device, they are conveniently connected directly to each other in the center or near the center of the device. Advantageously can be stabilized in this way a plurality of superposed devices.
Um eine weiter verbesserte Stabilisierung der Halteeinrichtung zu erreichen, können die Halteelemente auch an der Außenseite der Halteeinrichtung vorgesehen sein, Diese sind zweckmäßigerweise in dem Untergrund verankert.In order to achieve a further improved stabilization of the holding device, the holding elements can also be provided on the outside of the holding device, these are expediently anchored in the ground.
Während es vorstellbare wäre, die Elemente der Länge nach lediglich an und/oder nahe ihrer Mitte zu lagern, sind sie in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ggf. zusätzlich zu der Lagerung an oder nahe ihrer Mitte an und/oder nahe ihrem unteren Ende und ggf. an und/oder nahe ihrem oberen Ende gelagert. Ergänzend oder alternativ können die Elemente auch an anderen Stellen gelagert sein.While it would be conceivable to store the elements lengthwise only at and / or near their center, they are in a preferred embodiment of the invention, optionally in addition to the storage at or near its center and / or near its lower end and possibly stored at and / or near its upper end. Additionally or alternatively, the elements can also be stored at other locations.
Als besonders Vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Elemente sowohl in der Mitte als auch im Abstand von 1/6 oder sowohl in der Mitte als auch im Abstand von 1/10 und im Abstand von 3/10 der Länge der Elemente von ihren jeweiligen Enden zu lagern. Damit wird über die gesamte Länge der Elemente betrachtet eine verbesserte Verteilung von an den Elementen anliegenden Biegekräften erreicht.It has proven particularly advantageous to position the elements both in the middle and at a distance of 1/6 or both in the middle and at a distance of 1/10 and at a distance of 3/10 of the length of the elements from their respective ends to store. As a result, an improved distribution of bending forces applied to the elements is achieved over the entire length of the elements.
Zweckmäßigerweise wird das Gewicht der Elemente dabei hauptsächlich durch die an Mitte angreifende Lagerung aufgenommen. Eine weitere Lagerung bzw. weitere Lagerungen dienen vorzugsweise hauptsächlich zur Führung und zur Aufnahme von Drehmomenten, die bei Wind an den Elementen anliegen.Conveniently, the weight of the elements is absorbed mainly by the attacking at the center of storage. A further storage or further bearings are preferably mainly used to guide and to absorb torques that abut the elements in wind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist für jedes der Elemente ein Lagerkörper vorgesehen, in dem das Element starr oder beweglich gehalten ist.In a further embodiment of the invention, a bearing body is provided for each of the elements, in which the element is held rigidly or movably.
Die Elemente sind vorzugsweise an dem Lagerkörper um ihre Längsachse drehbar gelagert, wobei vorzugsweise ist eine Verstelleinrichtung zur Einstellung der Ausrichtung der Elemente zum Wind vorgesehen, mit der sich die Ausrichtung ggf. kontinuierlich beim Betrieb einstellen lässt.The elements are preferably rotatably mounted on the bearing body about its longitudinal axis, wherein preferably is an adjusting device for adjusting the orientation of the elements to the wind The alignment can be adjusted continuously during operation.
Ferner kann zur Verringerung von Schwingungen eine federnde Halterung vorgesehen sein.Furthermore, it can be provided to reduce vibrations, a resilient support.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst jeder der Lagerkörper ein auf der Schiene geführtes Fahrgestell, das zweckmäßigerweise zumindest teilweise das Gewicht des jeweiligen Elements trägt. Vorteilhaft lässt sich der Lagerkörper dadurch klein und gewichtssparend herstellen.In a further embodiment of the invention, each of the bearing body comprises a run on the rail chassis, which expediently at least partially carries the weight of the respective element. Advantageously, the bearing body can thereby produce small and weight-saving.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Lagerkörper untereinander elastisch verbunden. Die Übertragung von Schwingungen zwischen den Lagerkörpern und entsprechend auch zwischen den Elementen wird verringert.In one embodiment of the invention, the bearing bodies are elastically connected to one another. The transmission of vibrations between the bearing bodies and, accordingly, between the elements is reduced.
Zweckmäßigerweise sind die Elemente, die Halteeinrichtung und/oder die Übertragungseinrichtung modular aufgebaut. Da die Halteeinrichtung und die Elemente länger als 15 m sein können und der Kreisbogen des Rings eine Länge > 100 m aufweisen kann, vereinfacht sich der Transport von Einzelteilen, insbesondere der Elemente cm den Ort, an dem die Vorrichtung zu installieren ist, da keine Sondertransporte für Großteile mehr nötig sind. Auch große Anlagen können mit verhältnismäßig geringem Aufwand an nahezu jeden mit herkömmlichen Fahrzeugen erreichbaren Ort transportiert werden.Conveniently, the elements, the holding device and / or the transmission device are modular. Since the holding device and the elements can be longer than 15 m and the circular arc of the ring can have a length> 100 m, the transport of individual parts, in particular of the elements cm simplifies the place where the device is to be installed, since no special transports for larger parts are needed more. Even large systems can be transported with relatively little effort to almost any location achievable with conventional vehicles.
Während es vorstellbar wäre, die Elemente einstückig zu bilden, sind sie in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus zumindest zwei der Länge nach übereinander angeordneten Elemententeilen gebildet. Zwischen den Elemententeilen ist zweckmäßgerweise eine Verbindung derart vorgesehen, dass die Elemententeile zum Ausgleich von baulichen Toleranzen oder Wärmeausdehnungen sowohl der Elemententeile als auch der Vorrichtung insgesamt bezogen auf ihre Längsachse gegeneinander verkippbar sind. Vorzugsweise sind die Elemententeile durch Scharniere miteinander verbunden, die eine Bewegung um eine zur Rotationsrichtung parallele Achse ermöglichen.While it would be conceivable to form the elements in one piece, they are formed in a further embodiment of the invention from at least two longitudinally superimposed element parts. A connection is expediently provided between the element parts in such a way that the element parts can be tilted relative to one another relative to their longitudinal axis in order to compensate structural tolerances or thermal expansions of both the element parts and the device as a whole. Preferably, the element parts are interconnected by hinges which allow movement about an axis parallel to the direction of rotation.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments and the accompanying drawings relating to these exemplary embodiments. Show it
Die
Auf der Innenseite des Traggerüsts
Die Elemente
An der unteren Seite des Traggerüsts
Wie
Der untere Elemententeil
Eine andere, nachfolgend näher erläuterte Ausführungsform des Fahrgestells nach
Eine weitere, nachfolgend näher erläuterte Ausführungsform des Fahrgestells nach
Wie insbesondere aus den
Der Lagerzylinder
Eine weitere Ausführungsform zur Lagerung der Elemente an ihrer Mitte und zur Übertragung der Bewegungsenergie zeigen
Das Lagerteil
Auch der Übertragungsring
Die Lagerung des Lagerrings
Auf dem Übertragungsring
Alternativ könnte die Bewegung des Übertragungsrings
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung
Wird die Vorrichtung
Das Gewicht der Elemente
Die Räder
Im Folgenden sind alternative Ausführungsformen der Lagerung der Elemente an der Halteeinrichtung beschrieben.In the following, alternative embodiments of the mounting of the elements on the holding device are described.
An Gelenken
Der Übertragungsring
Das in
Die in
Wie insbesondere aus
In
Mit dem anderen Zylinder ist der Riemen
Bei Betrieb der Vorrichtung wird der Motor
Es wird nun auf die
In dem in
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Es wird nun auf die
Bei dem in
Mittels in einer in
Wie insbesondere aus
Bei Betrieb der Vorrichtung werden die Elemente
Die Ausrichtung der Elemente
Nachfolgend wird die Funktionsweise der anhand der
Bei ihrer Bewegung entlang der Schienen
Die Bewegung des Übertragungsringes
Es ist vorstellbar, mehrere der in
Ferner kann für die Vorrichtung eine Überdachung und ggf. eine Windführung vorgesehen sein. Ferner kann eine Abdeckung vorgesehen sein, mit der sich einzelne Gruppen der Elemente vollständig nach außen hin gegen die Strömung schließen lassen. Dazu können beispielsweise jalousienartige Abdeckungen vorgesehen sein, mit denen verhindert werden kann, dass die Strömung zu den Elementen gelangt.Furthermore, a roofing and possibly a wind guide can be provided for the device. Furthermore, a cover can be provided with which individual groups of the elements can be completely closed towards the outside against the flow. For this example, blind-like covers can be provided with which can be prevented that the flow reaches the elements.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung anhand der
Wie auch für das Ausführungsbeispiel nach
Die Stahlseile
Das Fahrgestell
Die Fahrgestelle
Wie insbesondere
Im Unterschied zu dem in
Ferner ist das Fahrgestell
Wie insbesondere den
Zur Verbindung des Übertragungsrings
Wie insbesondere
Wie den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2007/118462 A1 [0002] WO 2007/118462 A1 [0002]
- DE 102009025289 A1 [0017] DE 102009025289 A1 [0017]
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Legal Events
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ITEA ECOTECH GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: KELAIDITIS, KONSTANTIN, DR.-ING., 66386 ST. INGBERT, DE Effective date: 20121212 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE DR.-ING. W. BERNHARDT DR. R. BE, DE Effective date: 20121212 |
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R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |
Effective date: 20130802 |