DE202009010729U1 - Wind direction dependent wind turbine - Google Patents

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Abstract

Windrichtungsabhängige Windkraftanlagen mit Vertikalachse, die mit einem elektrischen Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie in Wirkverbindung steht und an der Rotorblätter in mehreren horizontalen Etagen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalachsen (7, 8, 9) an der Vertikalachse (2) befestigt sind und deren Rotorblätter von einem Mechanismus (22, 23, 24) derart steuerbar sind, dass sie aus einer Arbeitsstellung, dabei eine Anströmfläche etwa senkrecht zum Luftstrom bildend in eine Ruhestellung schwenkbar sind, in der sie aus dem Luftstrom herausgeschwenkt, also in eine den Luftstrom keine oder nur unwesentliche Anströmfläche bildend schwenkbar sind.Wind direction-dependent wind turbines with vertical axis, which is in operative connection with an electric generator for generating electrical energy and are arranged on the rotor blades in several horizontal levels, characterized in that the horizontal axes (7, 8, 9) are fixed to the vertical axis (2) and the rotor blades of a mechanism (22, 23, 24) are controllable such that they are pivotable from a working position, while an inflow approximately perpendicular to the air flow forming in a rest position, in which they swung out of the air flow, ie in a the air flow no or only an insignificant inflow surface forming pivotable.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Neuerung betrifft eine Windkraftanlage mit Vertikalachse, die mit einem elektrischen Generator zwecks Energieerzeugung in Verbindung steht und an der in mehreren Etagen Rotorblätter angeordnet sind.The Innovation concerns a wind turbine with vertical axis, with an electric generator for the purpose of generating energy stands and arranged on the rotor blades in several floors are.

Eine derartige Windkraftanlage ist beispielsweise aus der DE 86 31 273 U1 vorbekannt. Bei dieser Anlage sind in mehreren Horizontalenebenen Rotorblätter angeordnet, die an einem drehbaren Drehgestellt gelagert sind. Dieses Drehgestell ist durch eine Windfahne windrichtungsabhängig steuerbar und seitliche Windleitflächen sorgen dafür, dass die Windenergie möglichst effizient auf die einzelnen Rotorblätter auftrifft. Der Nachteil dieser Anlage besteht darin, dass die Rotorblätter durch ihre starre Montageart auch in der Ruhestellung Wind vor sich hertreiben, was den Wirkungsgrad dieser Anlage erheblich verschlechtert.Such a wind turbine is for example from the DE 86 31 273 U1 previously known. In this system, rotor blades are arranged in several horizontal planes, which are mounted on a rotatable Drehgestellt. This bogie is controlled by a wind vane depending on the wind direction and lateral wind deflectors ensure that the wind energy hits the individual rotor blades as efficiently as possible. The disadvantage of this system is that the rotor blades drive through their rigid mounting even in the rest position wind in front of him, which significantly deteriorates the efficiency of this system.

Aus der DE 20 2008 006 980 U1 ist ein Windrad mit einer Vertikalachse bekannt, an der mehrere Horizontalschwenkflügelachsen befestig sind. Auf diesen Achsen sind Schwenkflügel angeordnet, die in eine Arbeits- und in eine Ruhestellung verschwenkt werden können. Dazu ist ein Kopplungsmechanismus vorgesehen, der zwei gegenüberliegende Schwenkflügel verbindet und zwar so, dass in dem Moment wo der eine Flügel in Arbeitsstellung steht der andere die Ruhestellung eingenommen hat.From the DE 20 2008 006 980 U1 is known a wind turbine with a vertical axis on which a plurality of horizontal pivot wing axes are fastened. On these axes swing vanes are arranged, which can be pivoted into a working and a rest position. For this purpose, a coupling mechanism is provided, which connects two opposite pivoting wing in such a way that at the moment where the one wing is in working position, the other has taken the rest position.

Der Vorteil dieser Einrichtung ist durchaus soweit gegeben, als hier die Schwenkflügel während ihrer Ruhestellung keine oder nur eine unwesentliche Anströmfläche für den Luftstrom bilden.Of the Advantage of this device is quite as far as given here the swing wings during their rest position no or only an insignificant inflow surface for form the airflow.

Ähnlich konstruiert ist die Vorrichtung nach der DE 20 2008 014 126 U1 , bei der ebenfalls ein Windrad mit vertikaler Zentralwelle vorgesehen ist, die eine horizontale Tragkonstruktion trägt, an der Schwenkflügel befestigt sind. Auch diese lassen sich in eine Arbeits- und eine Ruhestellung schwenken, wobei allerdings keine Horizontal- sondern Vertikalverschwenkung vorgesehen ist.Similarly constructed is the device according to the DE 20 2008 014 126 U1 in which a wind turbine is also provided with a vertical central shaft, which carries a horizontal support structure, are attached to the swing vanes. These can also be pivoted into a working and a rest position, although no horizontal but Vertikalverschwenkung is provided.

Schließlich ist aus der DE 20 2008 010 395 U1 eine Strömungsenergieanlage mit einer Vertikalachse bekannt, an der mehrere Rotorblätter fest angeordnet sind. Diese Anlage weist Windleitflächen auf, die ein konzentriertes Einfließen des Luftstromes in den Drehbereich des Rotors erlaubt. Damit die aus der Arbeitsstellung zurücklaufenden Rotorblätter nicht zu sehr vom Luftstrom gewissermaßen in zur Arbeitsrichtung hin entgegengesetzter Richtung beeinflusst werden, ist hier ein Leitblech vorgesehen, dass eine gewisse Abschirmung dieses Luftstromes erlaubt.Finally, out of the DE 20 2008 010 395 U1 a flow energy plant with a vertical axis known to which a plurality of rotor blades are fixed. This system has wind deflectors, which allows a concentrated inflow of the air flow in the rotational range of the rotor. So that the rotor blades returning from the working position are not influenced to a great extent by the air flow in a direction opposite to the working direction, a guide plate is provided here, which allows a certain shielding of this air flow.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dahin zu sehen, eine windrichtungsabhängige Windkraftanlage derart auszubilden, dass sie mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.The Object of the present invention is to see a wind direction dependent Wind turbine to train so that they with high efficiency is working.

Dies erreicht die Erfindung mit den Maßnahmen, wie sie im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben sind.This achieved the invention with the measures as shown in the plate of claim 1 are given.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach Anspruch 1 sind in der Unteransprüchen wiedergegeben.advantageous Further developments of the arrangement according to claim 1 are in the subclaims played.

Anhand von verschiedenen Figuren soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden: Dabei zeigtBased of different figures, the invention is exemplified be: shows

die 1 eine Windkraftanlage schematisch in Seitenansicht,the 1 a wind turbine schematically in side view,

2 einen Schnitt durch diese Anlage 2 a section through this plant

3 schematisch einen Steuerungsmechanismus zum Verschwenken der Rotorblätter in Arbeits- und Ruhestellung. 3 schematically a control mechanism for pivoting the rotor blades in working and rest position.

In 1 bezeichnet die Position 1 eine bodenverankerte Basisplatte, auf der mittig eine Tragsäule 2 fest montiert ist. Unter zu Hilfenahme einer oben stützend angeordneten Kugel 3 sowie Rollenlagern 4, 5 ist mit der Tragsäule 2 ein vertikales, über die Tragsäule 2 gestülptes Rohr 6 angeordnet, an dem horizontale, seitlich abstehende Achsen 7, 8, 9 befestigt sind. Auf den Achsen 7 bis 9 sind Rotorblätter 10, 11, 12 drehbeweglich befestigt, wobei im rechten Teil der 1 die Rotorblätter in Arbeitsbestellung gezeigt sind, weil in dieser Stellung der in das Drehgestell eintretende Luftstrom gewissermaßen senkrecht auf die Rotorblätter auftrifft.In 1 indicates the position 1 a floor anchored base plate, on the center of a support column 2 is firmly mounted. With the help of a top supporting ball arranged 3 as well as roller bearings 4 . 5 is with the support column 2 a vertical, over the support column 2 slipped tube 6 arranged on the horizontal, laterally projecting axes 7 . 8th . 9 are attached. On the axes 7 to 9 are rotor blades 10 . 11 . 12 rotatably mounted, in the right part of the 1 the rotor blades are shown in work order, because in this position, the air stream entering the bogie impinges on a degree perpendicular to the rotor blades.

Oben ist an dem Rohr 6 ein Generator 13 angeordnet, der in an sich bekannter Weise elektrische Energie erzeugt. Des weiteren befindet sich im oberen Teil eine Abdeckung 14, an der eine Windrichtungssteuereinrichtung 15 angeordnet ist, die der Windkraftanlage immer eine solche Ausrichtung zur Windrichtung gibt, dass der Luftstrom senkrecht in die beidseits der Eintrittsöffnung der Windkraftanlage angeordneten Windleiteinrichtungen 16 bzw. 17 auftrifft.Above is on the pipe 6 a generator 13 arranged, which generates electrical energy in a conventional manner. Furthermore, there is a cover in the upper part 14 to which a wind direction control device 15 is arranged, which always gives the wind turbine such an orientation to the wind direction, that the air flow vertically into the arranged on both sides of the inlet opening of the wind turbine wind deflectors 16 respectively. 17 incident.

Im linken Teil der 1 ist der Austrittsbereich der Rotorblätter gezeigt, die in der dort gezeigten Position eine horizontale Lage eingenommen haben, eine Lage also, die hier in der folgenden Terminologie als Ruhestellung bezeichnet wirdIn the left part of the 1 the exit region of the rotor blades is shown, which have assumed a horizontal position in the position shown there, a position so here in the following terminology as rest position

Im Austrittsbereich der Rotorblätter aus der Ruhestellung, ist eine Schürze 18 mit Schlitzen 19, 20 und 21 angeordnet, mit der verhindert werden soll, dass die eintretende Luftströmung einen wirksamen Einfluss auf die aus der Ruhestellung nunmehr in die Arbeitsstellung wechselnden Rotorblätter hat. Die Schlitze 19, 20 und 21, sind so bemessen, dass die sich in Ruhestellung befindlichen Rotorblätter nebst Achsen durch diese hindurch passen Mit dieser Maßnahme ist also eine Beeinflussung der einströmenden Luft auf die zurücklaufenden Rotorblätter ausgeschlossen.In the exit area of the rotor blades from the rest position, is an apron 18 with slits 19 . 20 and 21 arranged to prevent the incoming air flow is effective Influence on the from the rest position now in the working position changing rotor blades has. The slots 19 . 20 and 21 , Are dimensioned so that the rotor blades at rest and axles fit through them With this measure, therefore, influencing the incoming air is excluded on the returning rotor blades.

Die jeweilige Stellung der Rotorblätter wird gesteuert von einer Stange 22(3), die unten über ein Rollenlaufwerk mit einer an den Windleiteinrichtungen (16, 17) und damit am Gestell der Windkraftanlage befestigten Steuerungsschiene 24 in Verbindung steht.The respective position of the rotor blades is controlled by a rod 22 ( 3 below) via a roller drive with one at the Windleiteinrichtungen ( 16 . 17 ) and thus attached to the frame of the wind turbine control rail 24 communicates.

Die 2 zeigt die Windkraftanlage im Schnitt. Hier sind die Bezugszeichen für die jeweiligen Elemente aus der 1 gültig. Dabei erkennt man, dass die Rotorflügel auf der rechten Seite senkrecht stehen, also ihre Arbeitsstellung eingenommen haben, während sie auf der linken Seite in Ruhestellung gezeigt sind. In der Ruhestellung überlappen sich dabei die Rotorblätter teilweise, damit ein störungsfreier Bewegungsablauf gewährleistet ist. Unten und oben sind die Rotorblätter in ihren jeweiligen Änderungslagen gezeigt, wobei unten eine Stellungsänderung von Ruhestellung zur Arbeitsstellung und oben eine Stellungsänderung von Arbeitsstellung zur Ruhestellung zu sehen ist.The 2 shows the wind turbine on average. Here are the reference numerals for the respective elements of the 1 valid. It can be seen that the rotor blades are perpendicular to the right side, so have their working position, while they are shown on the left side in rest position. In the rest position, the rotor blades partially overlap, so that a smooth movement sequence is ensured. Below and above the rotor blades are shown in their respective change positions, below a position change from rest position to the working position and above a position change from working position to rest position can be seen.

In 3 ist sehr schematisch ein Beispiel einer Verstellmechanik der Rotorblätter gezeigt. Hier ist der Bewegungsablauf während einer gesamten Umdrehung wiedergegeben. Diese beginnt bei 0 Grad und endet bei 360 Grad. Bei 0 Grad, also einer Stellung, die linksseitig in 2 gezeigt ist befindet sich die Steuerstange 22 mit ihrer Steuerrolle 23 in einer abgesenkten Position der Steuerungsnut 24. Dabei sind die Rotorblätter unter zu Hilfenahme von Schwenkhebeln 25 in ihre horizontale Lage verschwenkt, während sie in dem Bereich bei 180 Grad der Drehung, dies entspricht etwa der rechten Position gem. 2 in ihre Arbeitsstellung verschwenkt sind. Dies ist dadurch geschehen, dass die Steuerstange 22 nach oben gedrückt wurde, und dabei die Rotorblätter um 90 Grad in die Vertikalstellung verschwenkt hat. Ermöglicht wird dies unter anderem über Drehgelenke 26, die an der Steuerstange befestigt sind sowie weitere Drehgelenke 27, die jeweils an den Rotorblättern befestigt sind.In 3 is very schematically shown an example of an adjustment mechanism of the rotor blades. Here is the sequence of movements played during an entire revolution. This starts at 0 degrees and ends at 360 degrees. At 0 degrees, so a position, the left side in 2 is shown is the control rod 22 with her tax role 23 in a lowered position of the control groove 24 , The rotor blades are under the help of pivoting levers 25 pivoted into its horizontal position, while in the range at 180 degrees of rotation, this corresponds approximately to the right position. 2 are pivoted into their working position. This is done by the control rod 22 was pushed upward, while the rotor blades has pivoted by 90 degrees in the vertical position. This is possible, among other things, via swivel joints 26 , which are attached to the control rod and other hinges 27 , which are each attached to the rotor blades.

Die Wirkungsweise ist etwa folgende:
Die durch Windleiteinrichtungen 16, 17 geführte Luft tritt in den Eintrittsbereich der Windkraftanlage ein, wie hier durch Pfeile gekennzeichnet, trifft auf die in Vertikalposition befindlichen Rotorblätter auf und bringt somit die Windkraftanlage in Rotation. Beim Verlassen der im hinteren Bereich befindlichen Position der Rotorblätter werden diese in eine Horizontalstellung, also Ruhestellung verschwenkt, in der sie während der weiteren Drehung des Vertikalrotors verbleiben, bis sie aus den Schlitzen 19 bis 21 der Schürze 18 austreten um dann erneut in eine Vertikalposition, zur Arbeitsstellung verschwenkt zu werden. Dazu dient der 3 schematisch angedeutete Mechanismus.The effect is about the following:
The through wind deflectors 16 . 17 Guided air enters the entry area of the wind turbine, as indicated by arrows, impinges on the rotor blades in vertical position, thus bringing the wind turbine into rotation. When leaving the rear of the position of the rotor blades they are pivoted to a horizontal position, ie rest position in which they remain during the further rotation of the vertical rotor until they come out of the slots 19 to 21 the apron 18 emerge to then again in a vertical position, to be pivoted to the working position. This serves the 3 schematically indicated mechanism.

Die Windkraftanlage ist windrichtungsabhängig, d. h. das gesamte Gestell wird über die Windrichtungssteuerungseinrichtung 15 immer so verstellt, dass Wind optimal in den Eingangsbereich eintritt. Die Steuerungseinheit, bestehend u. a. aus Steuerungsschiene 24 sowie Steuerungsstange 22 werden dabei mitgedreht, sodass diese immer eine feste Position zu den anderen Elementen der Windkraftanlage einnehmen.The wind turbine is dependent on the wind direction, ie the entire frame is controlled by the wind direction control device 15 always adjusted so that wind enters optimally in the entrance area. The control unit, consisting among other things of control rail 24 as well as control rod 22 They are also rotated, so that they always occupy a fixed position to the other elements of the wind turbine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - DE 202008006980 U1 [0003] - DE 202008006980 U1 [0003]
  • - DE 202008014126 U1 [0005] - DE 202008014126 U1 [0005]
  • - DE 202008010395 U1 [0006] - DE 202008010395 U1 [0006]

Claims (4)

Windrichtungsabhängige Windkraftanlagen mit Vertikalachse, die mit einem elektrischen Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie in Wirkverbindung steht und an der Rotorblätter in mehreren horizontalen Etagen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Horizontalachsen (7, 8, 9) an der Vertikalachse (2) befestigt sind und deren Rotorblätter von einem Mechanismus (22, 23, 24) derart steuerbar sind, dass sie aus einer Arbeitsstellung, dabei eine Anströmfläche etwa senkrecht zum Luftstrom bildend in eine Ruhestellung schwenkbar sind, in der sie aus dem Luftstrom herausgeschwenkt, also in eine den Luftstrom keine oder nur unwesentliche Anströmfläche bildend schwenkbar sind.Wind direction-dependent wind power plants with vertical axis, which is in operative connection with an electric generator for generating electrical energy and are arranged on the rotor blades in a plurality of horizontal levels, characterized in that the horizontal axes ( 7 . 8th . 9 ) on the vertical axis ( 2 ) and their rotor blades are supported by a mechanism ( 22 . 23 . 24 ) are controllable such that they are pivotable from a working position, forming an inflow surface approximately perpendicular to the air flow in a rest position, in which they swung out of the air flow, that are pivotable in an air flow or no insignificant inflow surface forming. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit der mehretagigen Rotorblätter von einer Windleiteinrichtung (16, 17) umgeben ist, die an der Seite in dem der Übergang von Ruhestellung zur Arbeitsstellung der Rotorblätter eine Schürze (18) mit Schlitzen (19, 20, 21) entsprechend der Anzahl der Horizontalachsen ausgebildet ist.Wind power plant according to claim 1, characterized in that the unit of multi-layered rotor blades of a wind deflector ( 16 . 17 ) is surrounded on the side in which the transition from rest position to the working position of the rotor blades an apron ( 18 ) with slots ( 19 . 20 . 21 ) is formed according to the number of horizontal axes. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mechanik zum Verschwenken der Rotorblätter von einer Steuerungsstange (22) mit angelenkten Kipphebeln (symbolisch nur einer gezeigt, 25) gebildet ist, die ihrerseits in einer rundumlaufenden Steuerungsnut (24) geführt ist, die ihrerseits fest mit dem Gestell der Windkraftanlage verbunden ist.Wind power plant according to claim 1, characterized in that the mechanism for pivoting the rotor blades of a control rod ( 22 ) with hinged rocker arms (symbolically shown only one, 25 ) formed in turn in a circumferential control groove ( 24 ) is guided, which in turn is firmly connected to the frame of the wind turbine. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung der Rotorblätter in die Arbeitsstellung allein durch den Winddruck bewirkt wird und welche bei fehlendem Winddruck durch die Schwerkraft oder zusätzliche Federelemente in die Ruhrstellung zurückschwenkbar sind.Wind turbine according to claim 1, characterized in that that the pivoting movement of the rotor blades in the working position is caused solely by the wind pressure and which in the absence of wind pressure by gravity or additional spring elements in The Ruhr position are zurückschwenkbar.
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