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Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage zum Betreiben eines Generators, mit einem Mast oder dergleichen Halterung, an der ein Rotor mittels einer Lagerung um eine horizontale Rotationsachse drehbar gelagert ist, wobei der Rotor in radialem Abstand von der Rotationsachse eine Reihe von Rotorschaufeln aufweist, die eine Innenhöhlung des Rotors umgrenzen, die am vorderen Axialende des Rotors eine Eintrittsöffnung zum axialen Einströmen von Luft aufweist und an ihrem hinteren Axialende durch eine Rückwand begrenzt ist, an der die in die Innenhöhlung eingeströmte Luft zu den Rotorschaufeln ablenkbar ist.
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Windkraftanlagen mit um horizontale Achsen drehbaren Rotoren – sogenannte horizontale Windräder – sind Windkraftanlagen mit um vertikale Achsen drehbaren Rotoren – sogenannte vertikale Windräder – in der Effizienz überlegen, weil die Windkraft am ganzen Umfang der Flügel zur Drehmoment-Erzeugung dient.
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Bei vertikalen Windrädern, die von einer Seite vom Wind angeströmt werden, ist nur die mit dem Wind mitlaufende Hälfte der Rotorschaufeln zum Antreiben des Windrads nutzbar, während die andere Hälfte der Rotorschaufeln dem Wind entgegen läuft und die Drehung des Rotors abbremst. Bei horizontalen Windrädern, bei denen die Flügel bzw. Rotorschaufeln im Wesentlichen radial zur Rotationsachse in einer normal zur Windrichtung ausgerichteten Ebene angeordnet sind, sind zwar alle Rotorschaufeln in den Wind ausgerichtet, jedoch haben diese nur eine relativ geringe Breite. Daher ergibt sich bei beiden Arten von Windrädern nur eine geringe effektive Flügelfläche, die zum Antreiben des Windrads genutzt wird.
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Ein daraus resultierendes Problem bei diesen Windkraftanlagen ist die hohe Startgeschwindigkeit, die über etwa 3 bis 4 m/s liegt. Bei kleineren Windstärken bewegt sich der Rotors nicht. Grund dafür ist die geringe Flügelfläche. Die nominale Effizienz wird hier erst ab ca. 11 bis 14 m/s erreicht.
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Nachteilig ist auch, dass aufwendige Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind, um bei Stark-Winden und Stürmen die Windkraftanlage vor Beschädigung zu schützen und die Sicherheit in der Umgebung zu gewährleisten. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es bereits bekannt, mechanische Bremsen am Rotor anzubringen oder elektrische Leistungswiderstände an einen vom Rotor angetriebenen Generators anzuschließen, um die kinetische Energie des Rotors in Wärmeenergie umzuwandeln. Wenn eine dieser Maßnahmen versagt, können die Rotorschaufeln so hohe Drehgeschwindigkeiten erreichen, dass der Rotor auseinander fällt und Schäden an der Windkraftanlage und/oder Umgebung verursacht.
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Horizontale Windräder haben zusätzliche Nachteile, welche die Umwelt nachhaltig belasten:
- – das Geräusch das durch schnell drehende Flügel erzeugt wird,
- – der Schattenwurf und
- – die Gefahr für Vögel, die in die Flügel geraten und umkommen können.
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Eine Windkraftanlage der eingangs genannten Art, die ein horizontales Windrad aufweist, ist aus der
US 2003/0223858 A1 bekannt. Sie ermöglicht einen relativ hohen Wirkungsgrad, weil der Rotor 30 Rotorschaufeln hat, die derart in radialem Abstand von der Rotationsachse angeordnet sind, dass die Rotorschaufeln eine Innenhöhlung des Rotors umgrenzen. Diese hat am vorderen Axialende des Rotors eine Eintrittsöffnung zum axialen Einströmen von Luft und ist und an ihrem hinteren Axialende durch eine Rückwand begrenzt, die bei der Drehbewegung des Rotors zusammen mit den Rotorschaufeln um die Rotationsachse rotiert. Die Rückwand ist etwa kegelförmig ausgestaltet und weist mit seiner Kegelspitze in die Richtung, aus welcher der Wind kommt, wenn der Rotor in den Wind ausgerichtet ist. An der Rückwand wird die durch die Eintrittsöffnung in die Innenhöhlung eingeströmte Luft seitlich nach außen zu den 30 Rotorschaufeln hin abgelenkt. Die aus der relativ großen Anzahl von Rotorschaufeln resultierende Flügelfläche ermöglicht zwar bei geringen Windstärken eine hohe Energieausbeute, hat aber den Nachteil, dass die Windkraftanlage durch starke Winde zerstört werden kann. Denn je größer die Fläche der Rückwand ist, an der die Rotorschaufeln angebracht sind, desto höher ist die Gefahr, dass die Windkraftanlage bei Unwetter mit Stürmen samt tragendem Mast zerstört wird.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Windkraftanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl eine hohe Energieausbeute im Niedrig-Windbereich garantiert, aber auch bei Stürmen zuverlässig vor mechanischer Zerstörung geschützt ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese sehen vor, dass in der Rückwand mindestens eine Bypassöffnung angeordnet ist, durch welche die durch die Eintrittsöffnung in Innenhöhlung eingeströmte Luft axial aus der Innenhöhlung austreten kann, und dass der mindestens einen Bypassöffnung wenigstens ein in eine Offen- und eine Schließstellung verstellbares Verschlussmittel zugeordnet ist.
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In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, beim Auftreten von Starkwinden oder Stürmen, die Bypassöffnung zu öffnen, so dass der Wind, der durch die Eintrittsöffnung in die Innenhöhlung eintritt, an dem der Eintrittsöffnung gegenüberliegenden Ende der Innenhöhlung aus dieser austreten kann, ohne an der Rückwand in Richtung der Rotorschaufeln abgelenkt zu werden. Das heißt, der Wind wird einfach gerade durch den Rotor hindurchgeleitet, ohne nennenswert abgebremst und/oder abgelenkt zu werden. Somit kann die effektive Fläche der Rotorschaufeln bei Auftreten von Stürmen auf einfache Weise reduziert werden, um die Windkraftanlage vor mechanischer Beschädigung zu schützen.
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Bei geringen Windstärken kann die Bypassöffnung mit Hilfe des Verschlussmittels verschlossen werden, so dass dann der gesamte durch die Eintrittsöffnung in Innenhöhlung eintretende Wind zu den Rotorschaufeln abgelenkt wird. Dies ermöglicht bei geringen Windstärken hohe Energieausbeute.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Lagerung ein mit dem Rotor verbundenes erstes Lagerteil und ein mit der Halterung verbundenes, relativ zum ersten Lagerteil um die Rotationsache verdrehbares zweites Lagerteil auf, wobei die Rückwand drehfest mit dem zweiten Lagerteil verbunden ist. Die Rückwand dreht sich also nicht mit dem Rotor um die Rotationsachse. Dies ermöglicht einen einfachen und robusten Aufbau der Windkraftanlage.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das mindestens eine Verschlussmittel als Klappe ausgestaltet, die mittels einer Lagerung zwischen der Offen- und der Schließstellung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Dies ermöglicht neben einer einfache und kostengünstigen Ausgestaltung des Verschlussmittels auch ein schnelles öffnen und Schießen desselben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens einen Klappe wenigstens ein Haftmagnet zugeordnet, mittels dem die Klappe in der Schließstellung arretierbar ist, wobei der Haftmagnet derart an der Klappe angeordnet und die Klappe derart gelagert ist, dass eine beim Auftreten von Wind auf die Klappe einwirkende Windkraft der Magnetkraft des Haftmagnets derart entgegen gerichtet ist, dass die in Schließstellung befindliche Klappe beim Überschreiten einer vorbestimmten Windstärke öffnet. Die Klappe ist dann bei geringen Windstärken vollständig geschlossen, so dass der gesamte, durch die Eintrittsöffnung in Innenhöhlung eingeströmte Wind zu den Rotorschaufeln geleitet wird. Erst beim Überschreiten der vorbestimmten Windstärke öffnet die Klappe, um zumindest einen Teil des Winds an den Rotorschaufeln vorbei zu leiten und dadurch den Rotor vor mechanischer Überlastung zu schützen.
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Vorteilhaft ist, wenn der Haftmagnet ein Elektromagnet ist. Der Elektromagnet kann bei Bedarf stromlos geschaltet werden, beispielsweise um den Rotor beim Auftreten von starken Windböen abzuschalten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Klappe entgegen einer Rückstellkraft aus der Schließstellung in die Offenstellung verschwenkbar, wobei die Klappe derart gelagert ist, dass eine beim Auftreten von Wind auf die Klappe einwirkende Windkraft der Rückstellkraft entgegen gerichtet ist und der Öffnungswinkel der Klappe bei zunehmender Windstärke kontinuierlich zunimmt. Dabei kann die Rückstellkraft durch eine Feder erzeugt werden. Bevorzugt wird die Rückstellkraft jedoch durch eine Gewichtskraft erzeugt. Dies ermöglicht einen sehr einfache, robuste und zuverlässige Steuerung der Klappe(n).
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Verschlussmittel mittels eines Stellantriebs zwischen der Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar, wobei der Stellantrieb mit mindestens einem außerhalb des Rotors angeordneten Windstärkesensor in Steuerverbindung steht. Der Windstärkesensor kann beispielsweise am Mast der Windkraftanlage angebracht sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Windstärkesensor in der Nähe der Windkraftanlage angeordnet ist, beispielsweise in einer separaten Wetterstation. Der Stellantrieb kann ein Elektroantrieb sein, der beispielsweise von einem vom Rotor angetriebenen elektrischen Generator mit Strom versorgt werden kann.
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Es ist aber auch möglich, dass das mindestens eine Verschlussmittel mittels eines Stellantriebs zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verstellbar ist, und dass der Stellantrieb mit einem Druckdifferenzsensor in Steuerverbindung steht, mittels dem die Differenz zwischen dem Druck in der Innenhöhlung des Rotors und dem Umgebungsdruck des Rotors messbar ist. Dabei ist es sogar möglich, das Verschlussmittel derart zu steuern, dass der Differenzdruck bei unterschiedlichen Windstärken im Wesentlichen konstant bleibt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind an der Bypassöffnung mehrere streifenförmige Klappen parallel zueinander angeordnet, die zu einer Jalousie miteinander verbunden sind. Dadurch kann praktisch die gesamte Rückwand als Bypass genutzt werden, so der Rotor bei Sturm dem Wind nur eine sehr kleine Angriffsfläche bietet.
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Zweckmäßigerweise ist der Rotor im Wesentlichen walzenförmig ausgestaltet und weist mindestens einen zur Rotationsachse konzentrischen Tragring auf, an dem die denen Rotorschaufeln quer zu der vom Tragring aufgespannten Ebene angeordnet sind. Dabei ist es sogar möglich, dass der Rotor zwei zur Rotationsachse konzentrische und in Richtung der Rotationsachse zueinander beabstandete Tragringe aufweist, zwischen denen Rotorschaufeln angeordnet sind. Dies ermöglich eine in Axialrichtung relativ lange Bauform des Rotors mit einem kleinen Rotordurchmesser, so dass der Rotor für hohe Drehzahlen geeignet ist. Alternativ kann die axiale Abmessung des Rotors auch kleiner sein als der Rotordurchmesser. In diesem Fall kann eine relativ große Anzahl von Rotorschaufeln am Rotor vorgesehen sein, was geringe Drehzahlen und ein hohes Drehmoment ermöglicht. Selbstverständlich können die Rotorschaufeln auch ohne einen Tragring direkt an der Drehachse des Rotors befestigt sein.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der Rotor eine Verstelleinrichtung auf, mittels welcher der Anstellwinkel der Rotorschaufeln verstellbar ist, vorzugsweise um parallel zur Rotationsachse verlaufende Achsen. Der Anstellwinkel kann dann in Abhängigkeit von der Windstärke und der Drehzahl des Rotors jeweils so eingestellt werden, dass sich ein möglichst hoher Wirkungsgrad bzw. ein hohes Drehmoment des Rotors ergibt und der Rotor nicht überlastet wird.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Vertikalschnitt durch eine Windkraftanlage, die einen Mast mit einem daran angeordneten Rotor aufweist, wobei die Rotationsachse des Rotors in der Schnittebene liegt und wobei der Mast nur teilweise dargestellt ist,
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2 eine perspektivische Ansicht, die den Rotor und eine daran angeordnete Rückwand zeigt, wobei der Rotor und die Rückwand aus Gründen der Übersichtlichkeit gegenüber ihrer Montagestellung axial voneinander beabstandet dargestellt sind,
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3 eine perspektivische Ansicht auf den Rotor und eine an dessen Rückseite angeordnete Rückwand, wobei in der Rückwand vorgesehene Bypassöffnungen mit Klappen verschlossen sind,
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4 einen Vertikalschnitt durch den Rotor und die Rückwand, wobei die Klappen geschlossen sind und wobei die Rotationsachse des Rotors in der Schnittebene liegt,
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5 eine Darstellung ähnlich 3, wobei jedoch die Klappen geöffnet sind,
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6 eine Darstellung ähnlich 4, wobei jedoch die Klappen geöffnet sind,
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7 einen Querschnitt durch einen Rotor, bei dem der Anstellwinkel der Rotorschaufeln verstellbar ist, wobei der Anstellwinkel für schwachen Wind eingestellt ist und wobei die Querschnittsebene normal zur Rotationsachse des Rotors angeordnet ist,
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8 eine Darstellung ähnlich 7, wobei der Anstellwinkel jedoch für starken Wind eingestellt ist,
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9 eine Teilseitenansicht einer Windkraftanlage, deren Rotor für hohe Drehzahlen ausgelegt ist und
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10 eine Teilseitenansicht einer Windkraftanlage, deren Rotor für niedrige Drehzahlen dimensioniert ist.
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Eine in 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie hat einen vertikalen Mast 2, an dessen oberem Ende ein Rotor 3 mittels einer Lagerung 4a, 4b um eine gedachte horizontale Rotationsachse 5 in Richtung des Pfeils 6 drehbar gelagert ist. Zu besseren Lesbarkeit ist in 1 nur der obere Teilbereich des Masts 2 dargestellt, an dem der Rotor 3 und ein elektrischer Generator 7 angeordnet sind, der mit dem Rotor 3 in Antriebsverbindung steht. Das untere Ende des Masts 2 ist in an sich bekannter Weise fest an einem Fundament und/oder im Erdboden verankert. Der Generator 7 ist über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte elektrische Leitung mit einem elektrischen Verbraucher verbunden.
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Wie in 2 und 3 besonders gut erkennbar ist, weist der Rotor zwei zur Rotationsachse 5 konzentrische und in Richtung der Rotationsachse 5 zueinander beabstandete Tragringe 8, 9 auf, zwischen denen eine Reihe von Rotorschaufeln 10 angeordnet sind. Bei den in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen haben die Tragringe 8, 9 radial zur Rotationsachse 5 den gleichen Durchmesser. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar, bei denen die Durchmesser der Tragringe 8, 9 unterschiedlich sein können. Insbesondere kann der an der Vorderseite des Rotors 3 angeordnete Tragring 8 einen größeren Durchmesser haben als der an der Rückseite des Rotors 3 befindliche Tragring 9.
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Jeder Tragring 8, 9 ist jeweils mittels einer Lagerung 4a, 4b um die Rotationsachse 5 drehbar am Mast 2 angeordnet. Die Lagerungen 4a, 4b weisen jeweils ein mit dem betreffenden Tragring 8, 9 verbundenes erstes Lagerteil und ein mit dem Mast 2 verbundenes zweites Lagerteil auf, welches Lagerteile um die Rotationsache relativ zueinander verdrehbar sind.
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Wie in 2 erkennbar ist, sind die Rotorschaufeln 10 in radialem Abstand zu der Rotationsachse 5 angeordnet und in Umfangsrichtung des Rotors 3 in einem Winkelabstand bezüglich der Rotationsachse 5 zueinander versetzt. Die Rotorschaufeln 10 sind mit ihren Längserstreckungsrichtungen etwa parallel zur Rotationsachse 5 angeordnet. Die Rotorschaufeln können aber auch in anderer Weise an den Tragringen 8, 9 angeordnet sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Rotorschaufeln 10 mit ihren Längsachsen in der Mantelfläche eines zur Rotationsachse 5 konzentrischen Kegels liegen. Bei dem Ausführungsbespiel gemäß 2 sind insgesamt 12 Rotorschaufeln 10 vorhanden, die geleichmäßig über den Umfang des Rotors 3 verteilt sind, d. h. der Winkelversatz zueinander benachbarter Rotorschaufeln 10 beträgt 30°. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen denkbar.
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In 2 ist erkennbar, dass die Rotorschaufeln 10 eine Innenhöhlung 11 des Rotors 3 umgrenzen, die am vorderen Axialende des Rotors 3 eine Eintrittsöffnung 12 zum axialen Einströmen von Wind aufweist und an ihrem hinteren Axialende durch eine Rückwand 13 begrenzt ist. Die Rückwand 13 dreht sich nicht mit dem Rotor 3 mit sondern ist ortsfest in Bezug zu den zweiten Lagerteilen der Lagerung 4a, 4b des Rotors 3 angeordnet.
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Wenn die Windkraftanlage 1 zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird, wird der durch die Eintrittsöffnung 12 im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 in die Innenhöhlung 11 strömende Wind an der Rückwand 13 von der Rotationsachse 5 weg zu den Rotorschaufeln 10 abgelenkt. In 4 ist das durch Pfeile 14, welche die Luftströmung bzw. den Wind repräsentieren schematisch dargestellt.
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Ein oberer Abschnitt 2A des Masts 2 ist zusammen mit dem daran angeordneten Rotor 3 und der Rückwand 13 mittels eines Drehlagers 24 um eine Vertikalachse 25 verdrehbar mit einem unteren, am Fundament oder im Erdboden verankerten Abschnitt 2B des Masts 2 verbunden. Dadurch kann der Rotor 3 jeweils so ausgerichtet werden, dass seine Eintrittsöffnung 12 in die Richtung weist, aus welcher der Wind kommt. Zum Ausrichten des Rotors 3 in den Wind kann mit dem oberen Ende des Masts 2 mindestens eine starre, flächige Windfahne drehfest verbunden sein. Die Windfahne ist in der Zeichnung nicht näher dargestellt und erstreckt sich in einer Vertikalebene, welche die Vertikalachse enthält, um die der Rotor 3 drehbar ist, oder parallel zu dieser Vertikalachse verläuft.
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Wie in 5 und 6 besonders gut erkennbar ist, sind in der Rückwand 13 mehrere Bypassöffnungen 15 vorgesehen, durch welche der durch die Eintrittsöffnung 12 in Innenhöhlung 11 eingeströmte Wind axial aus der Innenhöhlung 11 austreten kann. An jeder Bypassöffnung 15 ist jeweils als Verschlussmittel eine in eine Offen- und eine Schließstellung bringbare Klappe 16 angeordnet, die an ihrem oberen Randbereich mittels einer Lagerung um eine horizontale Schwenkachse verschwenkbar ist. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar, bei denen Schwenkachse quer zur Horizontalen ausgerichtet sind, insbesondere in vertikale Richtung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Rückholeinrichtung, wie z. B. eine Zug-Feder oder ein Stellantrieb, den Öffnungswinkel der Klappe bestimmt. Eine solche Rückholeinrichtung kann auch bei einer Windkraftanlage vorgesehen sein, die nur eine einzige um eine beispielsweise vertikale Achse verschwenkbare Klappe zum Verschließen der Bypassöffnung hat. Die Klappen 16 sind im Wesentlichen als streifenförmige Plättchen ausgestaltet. In 2 bis 5 ist erkennbar, dass die Klappen parallel zueinander angeordnet sind und eine Jalousie bilden.
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Bei geringen Windstärken sind die Klappen 16 geschlossen, so dass dann der gesamte durch die Eintrittsöffnung 12 in Innenhöhlung 11 eintretende Wind zu den Rotorschaufeln 3 hin abgelenkt wird (1, 3 und 4). Bei Starkwind sind die Klappen 16 geöffnet, so dass zumindest ein Teil des durch die Eintrittsöffnung 12 in Innenhöhlung 11 eintretenden Wind über die Bypassöffnungen 15 an den Rotorschaufeln 3 vorbei ins Freie geleitet wird (5 und 6). Dadurch wird die Windkraftanlage 1 vor Beschädigung bzw. Überlastung geschützt. Die Klappen 16 sind über einen Gelenkmechanismus derart mechanisch miteinander verbunden, dass sie sowohl in der Schließstellung also auch in der Offenstellung mit ihren Erstreckungsebenen jeweils etwa parallel zueinander angeordnet sind.
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An jeder Klappe 16 ist jeweils mindestens ein als Permanentmagnet ausgebildeter Haftmagnet 17, der gegebenenfalls auch ein Elektromagnet oder ein anderes, beispielsweise mechanisches Festhalteelement sein kann, mit Abstand zur horizontalen Schwenkachse der Klappe 16 angeordnet, mittels dem die betreffende Klappe 16 in der Schließstellung durch eine Magnetkraft arretierbar ist. In der Schließstellung werden die Klappen 16 durch die Magnetkraft jeweils an einer von der horizontalen Schwenkachse beabstandeten Stelle der Klappe 16 an einen fest mit dem oberen Ende des Masts 2 verbundenen Teilbereich der Rückwand 13 angedrückt. Da die Klappen 16 an ihrem oberen Randbereich außermittig gelagert sind, übt der durch die Eintrittsöffnung 12 in die Innenhöhlung 11 des Rotors 3 eintretende Wind ein Drehmoment auf die Klappen 16 aus, welches der Magnetkraft entgegenwirkt. Die Magnetkraft ist derart gewählt, dass die Klappen 16 öffnen, wenn der in die Eintrittsöffnung 12 einströmende Wind eine vorbestimmte Windstärke überschreitet.
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Die Klappen 16 sind außerdem mit einer Rückstelleinrichtung 18 verbunden, die jeweils eine mit zunehmendem Öffnungswinkel der Klappen 16 größer werdendes Rückstellmoment auf die Klappen 16 ausübt, welches diese in die Schließstellung vorspannt. Das Rückstellmoment kann durch ein Gewicht 19 und/oder eine mechanische Feder 20 erzeugt werden, dessen bzw. deren Kraft mit Abstand von den Schwenkachsen der Klappen 16 an diesen angreift. Dies ist in 1 bis 6 schematisch dargestellt ist.
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Wenn die Klappen 16 geöffnet sind, wirkt das von dem durch die Eintrittsöffnung 12 in die Innenhöhlung 11 des Rotors 3 eintretenden Wind auf die Klappen 16 ausgeübte Drehmoment, welches mit der Windstärke zunimmt, dem von der Rückstelleinrichtung 18 erzeugten Rückstellmoment entgegen. Dadurch nimmt der Öffnungswinkel der Klappen 16 kontinuierlich mit der Windstärke zu, wenn die Windstärke die vorbestimmte Windstärke, auf welche die Haftmagnete 17 abgestimmt sind, überschreitet.
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Bei dem in 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Rotor eine *Verstelleinrichtung, mittels welcher der Anstellwinkel der Rotorschaufeln 10 verstellbar und an unterschiedliche Windstärken anpassbar ist. Die Rotorschaufeln 10 sind zu diesem Zweck um parallel zur Rotationsachse 5 des Rotors 3 verlaufende Achsen 21 verschwenkbar mit den Tragringen 8, 9 verbunden. Mit Abstand zu den Achsen 21 sind die Rotorschaufeln 10 jeweils verschwenkbar mit einem Stellhebel 22 verbunden, der an seinem von der betreffenden Rotorschaufel 10 entfernten Ende jeweils an einer von der gedachten Rotationsachse 5 radial beabstandeten Stelle verschwenkbar mit einem Stellrad 23 verbunden ist, das um die Rotationsachse 5 relativ zu den Tragringen 8, 9 verdrehbar ist. Durch Verändern des Drehwinkels zwischen dem Stellrad 23 einerseits und den Tragringen 8, 9 andererseits, können die Rotorschaufeln 10 um die ihnen jeweils zugeordnete Achse 21 relativ zu den Tragringen 8, 9 verschwenkt werden. Der Drehwinkel kann mittels eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stellantriebs, beispielsweise einem Servomotor, in Abhängigkeit von der Windstärke eingestellt werden.
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Bei einer geringen Windstärke wird der Anstellwinkel derart gewählt, dass die zwischen den Rotorschaufeln 10 gebildeten Luftdurchtrittsöffnungen einen kleinen Querschnitt haben. Zwischen zueinander benachbarten Rotorschaufeln 10 ist dann ein schmaler Spalt gebildet, dessen Spaltweite in 7 mit a bezeichnet ist.
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Bei größerer Windstärke wird der Anstellwinkel so eingestellt, dass sich der Querschnitt der Luftdurchtrittsöffnungen vergrößert. Der Spalt zwischen den Rotorschaufeln 10 vergrößert sich dann entsprechend. Die vergrößerte Spaltweite ist in 8 mit b bezeichnet.
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Erwähnt werden soll noch, dass die axiale Breite des Rotors 3 entsprechend der gewünschten Solldrehzahl des Rotors 3 gewählt werden kann. Für eine hohe Solldrehzahl und eine hohe Generatorspannung wird ein Rotor 3 bevorzugt, dessen Breite größer ist als der Rotordurchmesser (9). Für eine niedrige Solldrehzahl und einen hohen Generatorstrom wird ein Rotor 3 bevorzugt, dessen Breite kleiner ist als der Rotordurchmesser (10).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0223858 A1 [0007]
