EP2800899A1

EP2800899A1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: EP2800899A1
Application number: EP13702326.3A
Authority: EP
Inventors: Stock JÜRGEN; Roland Mahler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2014-11-12
Also published as: DE102012000135A1; WO2013102620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor 26, der eine Welle (2) und eine Mehrzahl von Rotorblättern (8) umfasst und um eine Rotationsachse drehbar ist, wobei, jedes Rotorblatt (8) über wenigstens einen dem Rotorblatt (8) zugeordneten Rotorarm (4) an der Welle (2) befestigt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass an jedem Rotorblatt (8) wenigstens ein dem Rotorblatt (8) zugeordneter Steuerarm (14) befestigt ist und von jedem Rotorblatt (8) wenigstens ein Steuerarm (14) an ei-nem gemeinsamen Verbindungselement (16) befestigt ist, das in einer zu der Rotationsachse versetzten Steuerposition angeord-net ist, so dass sich ein Winkel zwischen jedem Rotorblatt (8) und dem ihm zugeordneten wenigstens einen Rotorarm (14) bei einem Umlauf des Rotors (26) um die Rotationsachse verändert.

Description

Windkraftanlage

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor, der eine Welle und eine Mehrzahl von Rotorblättern umfasst und um eine Rotationsachse drehbar ist, wobei jedes Rotorblatt über wenigstens einen dem Rotorblatt zugeordneten Rotorarm an der Welle befestigt ist.

Windkraftanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt und seit vielen Jahren im Einsatz. Bei herkömmlichen Windkraftanlagen verläuft die Rotationsachse des Rotors in horizontaler Richtung. Der Rotor selbst umfasst zumeist drei Rotorblätter, die sich in radialer Richtung von der sie tragenden Welle weg erstrecken und in einer im Wesentlichen senkrechten Ebene um die Rotationsachse rotieren. Dabei sind die einzelnen Rotorblätter mit einem Profil ausgestattet, das eine für diese Art der Windkraftanlagen in einem bestimmten Windgeschwindigkeitsbereich optimale Nutzung der Windenergie ermöglicht. Nachteilig ist jedoch, dass eine optimale Ausnutzung der Windenergie nur dann möglich ist, wenn die Rotationsachse parallel zur Windrichtung verläuft, so dass bei dieser Art von Windkraftanlagen das Maschinenhaus mit dem gesamten Rotor der Windrichtung nachgeführt werden muss, sollte sich diese ändern. Zudem sind derartige Rotoren nur in einem relativ kleinen Windgeschwindigkeitsbereich einsetzbar. Zu kleine Windgeschwindigkeiten sind nicht in der Lage, die großen Rotoren in ausreichender Drehzahl zu drehen, während zu große Windgeschwindigkeiten eine Gefahr für die Rotorblätter darstellen. Heutzutage werden Rotoren gebaut, die eine Flügellänge von mehr als 60 Metern aufweisen. Bei derartig großen Rotoren erreichen die Flügelspitzen selbst bei moderaten Windgeschwindigkeiten sehr hohe Geschwindigkeiten. Daher ist es ab einer gewissen Windstärke nicht mehr möglich, die Rotoren sicher und zerstörungsfrei zu betreiben.

Dieses Problem tritt bei so genannten Vertikalachsen- Windkraftanlagen (VAWT„ver- tical axes wind turbine") nicht auf. Anders als bei den üblichen Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse erstrecken sich bei einer Vertikalachsen- Windkraftanlage die Rotorblätter entlang der Rotationsachse. Auch diese Vertikalrotoren weisen jedoch ei-

BESTÄTIGUNGSKOPIE nen Nachteil auf. Die Rotorblätter bewegen sich auf einer Kreisbahn und laufen, wenn der Vertikalrotor auf seiner gesamten Breite vom Wind angeströmt wird, auf einer „Hin-Richtung" einmal mit dem Wind und auf einer„Rück-Richtung" gegen den Wind. Dabei rufen die Rotorblätter bei der Bewegung„Rück-Richtung" durch ihren Strömungswiderstand eine bremsende Wirkung hervor, was den Wirkungsgrad gegenüber einem Horizontalrotor entscheidend verringern kann.

Im Stand der Technik ist versucht worden, diesen Effekt weitgehend zu minimieren, indem versucht wird, die Rotorblätter je nach der Richtung, in der sie sich bewegen, mit unterschiedlichen Strömungswiderständen auszustatten.

Bei einem Savonius-Rotor bestehen die einzelnen Rotorblätter aus im Querschnitt U- förmigen Elementen. Diese werden so angeordnet, dass der Wind, wenn sich das Rotorblatt in„Hin-Richtung" bewegt, in das U hineinströmt, während er wenn das Rotorblatt sich in„Rück-Richtung" bewegt, durch die Rundung und Wölbung des Us an dem Rotorblatt vorbei geleitet werden soll. Da sich jedoch lediglich das Profil, nicht aber die dem Wind entgegenstehende Fläche ändert, ist der Wirkungsgrad derartiger Rotorblätter und mit ihnen ausgestatteter Rotoren nicht optimal.

Bei einer anderen Alternative, dem so genannten Darrieus-Rotor, sind die Rotorblätter in Form von Tragflächenprofilen, wie man sie aus dem Flugzeugbau kennt, ausgestaltet. Diese Rotorblätter haben immer dann ein Drehmoment auf die Welle zur Folge, wenn sie nicht parallel oder antiparallel zur Windrichtung stehen. Dieses Drehmoment ist jedoch relativ klein, so dass auch der Wirkungsgrad dieser Rotoren nicht optimal ist.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage vorzuschlagen, die die Vorteile der Vertikalachsen- Windkraftanlagen nutzt und eine bessere Ausnutzung der Windenergie gewährleistet.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Windkraftanlage, die sich dadurch auszeichnet, dass an jedem Rotorblatt wenigstens ein dem Rotorblatt zugeordneter Steuerarm befestigt ist, und von jedem Rotorblatt wenigstens ein Steuerarm an einem gemeinsamen Verbindungselement befestigt ist, das in einer zu der Rota- tionsachse versetzten Steuerposition angeordnet ist, so dass sich ein Winkel zwischen dem Rotorblatt und dem ihm zugeordneten wenigstens einen Rotorarm bei einem Umlauf des Rotors um die Rotationsachse verändert. Die Rotorblätter führen also während eines Umlaufes um die Rotationsachse relativ zu dem ihnen zugeordneten Rotorarm eine Schwenkbewegung aus.

An dem gemeinsamen Verbindungselement ist wenigstens ein Steuerarm von jedem Rotorblatt angeordnet. Die Schwenkbewegungen der einzelnen Rotorblätter relativ zu den Rotorarmen sind also nur für alle Rotorblätter gemeinsam möglich.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die einzelnen Rotorarme, über die die Rotorblätter an der Welle befestigt sind, alle gleich lang ausgebildet werden. Dies bedeutet, dass die Verbindungspunkte, an denen die Rotorblätter an dem Rotorarmen befestigt sind, beim Umlaufen um die Rotationsachse alle auf der gleichen Kreisbahn umlaufen. Werden nun auch die Steuerarme, die an dem gemeinsamen Verbindungselement angeordnet sind, für jedes Rotorblatt gleich lang ausgebildet, bewegen sich auch die Punkte auf einer gemeinsamen Kreisbahn, an denen die Steuerarme an dem jeweiligen Rotorblatt angeordnet sind. Dadurch, dass zum einen jedoch die Steuerarme nicht genau so lang ausgebildet sein müssen wie die Rotorarme und zum anderen das gemeinsame Verbindungselement sich nicht in einer Verlängerung der Rotationsachse befindet, bewegen sich diese Anlenkpunkte auf einer anderen Kreisbahn als die Punkte, an denen das Rotorblatt an dem jeweils zugeordneten Rotorarm befestigt ist. Um wie viel und in welche Richtung diese beiden Kreisbahnen gegeneinander verschoben sind, hängt von der Steuerposition des gemeinsamen Verbindungselementes ab. Die Größenverhältnisse der beiden Kreisbahnen entsprechen dem Größenverhältnis der Länge des Rotorarms zu dem des Steuerarms eines jeden Rotorblattes.

Im Gegensatz zu Windkraftanlagen, die über einen Rotor mit horizontal verlaufender Rotationsachse verfügen und die deshalb einer sich drehenden Windrichtung nachgeführt werden müssen, ist dies bei herkömmlichen Vertikalachsen- Windkraftanlagen unnötig. Die Anströmung der Windkraftanlage durch den Wind ist bei diesen Anlagen in der Regel unabhängig von der Windrichtung, da die Rotationsachse im Optimalfall senkrecht zur Windrichtung, nämlich vertikal, steht. Erfindungsgemäß soll jedoch durch die Schwenkbewegung der Rotorblätter bei einer Umdrehung um die Rotationsachse erreicht werden, dass während der„Rückrichtung", also der Bewegung entgegen der Windrichtung, ein möglichst großes Drehmoment auf die Welle übertragen wird, denn hier addiert sich die Windgeschwindigkeit mit der Rotorblattgeschwindigkeit. Es entsteht der gleiche physikalische Effekt wie bei einem Segelboot mit Schratsegel, das sich auf Amwindkurs, also entgegen der Windrichtung, befindet. Haben das Rotorblatt und der Wind die gleiche Geschwindigkeit jedoch in entgegengesetzten Richtungen, ergibt sich nach den Gesetzen der Physik durch die Verdopplung der Relativgeschwindigkeit der auf das Rotorblatt auftreffenden Luftmasse eine achtfache Leistung, die das Rotorblatt an die Welle abgeben kann. Daher erreichen Segelboote und insbesondere Eissegler Geschwindigkeiten, die bis weit über der zehnfachen Windgeschwindigkeit liegen können.

Es hat sich daher als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Steuerposition durch einen auf die Windkraftanlage auftretenden Wind einstellbar ist. Auf diese Weise ist eine komplizierte gegebenenfalls elektronische Steuerung, die die Steuerposition des gemeinsamen Verbindungselementes steuert und gegebenenfalls einer sich drehenden Windrichtung nachregelt, unnötig.

Trifft der Wind auf eine entsprechend ausgestattete Windkraftanlage, deren Rotorblätter sich in einer beliebigen Position befinden, übt er eine Kraft auf alle Rotorblätter der Windkraftanlage aus, die über die Steuerarme auf das gemeinsame Verbindungselement übertragen werden. Dadurch wird das gemeinsame Verbindungselement in eine durch den Wind eingestellte Position gebracht.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Verbindungselement auf einer geschlossenen Bahn, beispielsweise einer Kreisbahn, um die Rotationsachse des Rotors herum bewegbar angeordnet ist. Ein auf die Windkraftanlage auftreffender Wind verschiebt das gemeinsame Verbindungselement durch die auf die Rotorblätter aufgebrachte Kraft, die über die Steuerarme übertragen wird, in die Position auf der geschlossenen Bahn, die in Windrichtung hinter der Rotationsachse des Rotors liegt. In dieser Position verbleibt das gemeinsame Verbindungselement auch während der Rotation des Rotors, bis die Windrichtung sich ändert und es durch den nun aus einer ande- ren Richtung wehenden Wind in eine andere Steuerposition gebracht wird. Die während eines Umlaufes um die Rotationsachse von den einzelnen Rotorblättern relativ zu dem ihnen jeweils zugeordneten Rotorarm ausgeführten Schwenkbewegungen können unterschiedlich stark ausgebildet sein. Dies ist beispielsweise durch die Länge der Steuerstangen, sowie den Abstand der Steuerposition von der Verlängerung der Rotationsachse sowie dem Abstand der Punkte einstellbar, an denen an einem Rotorblatt ein Rotorarm und ein Steuerarm angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Rotorarme und die Steuerarme derart dimensioniert und an den Rotorblättern befestigt, dass die Rotorblätter bei einer durch den Wind eingestellten Steuerposition senkrecht auf dem ihnen zugeordneten Rotorarm stehen, wenn sie sich auf einem Umlauf um die Rotationsachse entgegen einer Windrichtung des Windes bewegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei einer durch den Wind eingestellten Steuerposition die Rotorblätter den minimalen Strömungswiderstand und höchstmöglichen Leistungsbeiwert haben, wenn sie sich entgegen der Windrichtung, also in der„Rück-Richtung" bewegen.

Die Rotorblätter weisen vorteilhafterweise entlang einer Längsrichtung ihre größte Ausdehnung auf, wobei sich die Längsrichtung entlang der Welle erstreckt. Dies ist beispielsweise bei Vertikalachsen- Windkraftanlagen der Fall. Dadurch, dass die unterschiedlichen Strömungswiderstände, die Rotorblätter während der Bewegung in„Hin- Richtung" und„Rück-Richtung" aufweisen, nicht mehr durch das Profil der Rotorblätter, sondern durch den sich ändernden Anstellwinkel hervorgerufen werden, ist es möglich, die Rotorblätter völlig ohne Profil, also beispielsweise in Form von ebenen Flächen, beispielsweise Platten oder Brettern, auszugestalten. Dadurch wird nicht nur die Berechnung komplizierter strömungsmechanischer Vorgänge überflüssig, sondern auch die Fertigung und Herstellung derartiger Rotorblätter wird deutlich vereinfacht und kostengünstiger.

Dadurch, dass sich die Rotorblätter entlang der Welle des Rotors erstrecken, kommt es nicht zu den extremen Geschwindigkeitsunterschieden an unterschiedlichen Punkten eines Rotorblattes, wie sie bei herkömmlichen Windkraftanlagen mit horizontal verlaufenden Rotationsachsen auftreten. Daher sind zumindest dadurch der Größe und Länge der Rotorblätter keine Grenzen gesetzt. Es ist somit möglich, auch eine hier beschrie- bene Windkraftanlage mit Rotorblättern auszustatten, die beispielsweise länger als 50 Meter, bevorzugt länger als 75 Meter, besonders bevorzugt länger als 100 Meter sind. Bei derartig großen Windkraftanlagen weisen die einzelnen Bauteile, also beispielsweise ein Mast, an dem die Windkraftanlage befestigt ist, sowie der Rotor mit den Rotorblättern ein immenses Eigengewicht auf. Bei der hier beschriebenen Windkraftanlage besteht jedoch der Vorteil, dass die Rotationsachse im Optimalfall senkrecht zur Windrichtung, also beispielsweise vertikal, verläuft. Dadurch lässt sich das immense Eigengewicht einer großen Windkraftanlage besonders einfach und verlässlich ableiten und abfangen. Bei derartig großen Windkraftanlagen kann der Effekt auftreten, dass die Windgeschwindigkeit im unteren Bereich der Rotorblätter eine andere ist, als im oberen Bereich. Insbesondere werden im oberen Bereich der Rotorblätter höhere Windgeschwindigkeiten zu erwarten sein, als diese im unteren Bereich der Rotorblätter, also in Bodennähe, auftreten. Für diesen Fall kann es vorteilhaft sein, wenn die Rotorblätter entlang der Längsrichtung einen Winkel mit der Welle einschließen, der ungleich Null Grad ist. Insbesondere sollte der Abstand zwischen den Rotorblättern und der Welle des Rotors nach oben hin zunehmen, so dass die Rotorblätter im oberen Bereich bei einem Umlauf um die Rotationsachse einen längeren Weg zurücklegen müssen, als im unteren Bereich. Dadurch müssen sie eine etwas höhere Geschwindigkeit als die unteren Bereiche der Rotorblätter aufweisen, so dass die in diesem Bereich auftretenden größeren Windgeschwindigkeiten deutlich besser genutzt werden können. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Windkraftanlage eine Einstelleinrich- tung umfasst, mit der dieser Winkel einstellbar ist. Auf diese Weise kann unterschiedlichen Wetterlagen mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeitsprofilen Rechnung getragen werden.

Insbesondere bei derartig großen Rotorblättern ist es von Vorteil, wenn jedem Rotorblatt wenigstens zwei Rotorarme und/oder wenigstens zwei Steuerarme zugeordnet sind, die entlang der Längsrichtung der Rotorblätter versetzt angeordnet sind. So ist es beispielsweise denkbar, besonders lange Rotorblätter nicht nur an einer Stelle mit der Welle zu verbinden, sondern zwei Verbindungselemente, also zwei Rotorarme, vorzusehen, mit denen jedes Rotorblatt an der Welle befestigt ist. Diese werden dabei vorteilhafterweise entlang der Welle versetzt angeordnet. Gleiches gilt für mehrere Steuerarme. Auch hier kann es von Vorteil sein, mehr als einen Steuerarm für jedes Rotor- blatt vorzusehen, was eine erhöhte Stabilität der Windkraftanlage zur Folge hat. Da durch die Steuerarme die Schwenkbewegung der Rotorblätter bei jedem Umlauf um die Rotationsachse übertragen wird, sollten ab einer bestimmten Länge mehrere über die Längsrichtung der Rotorblätter verteilte Steuerarme für jedes Rotorblatt vorgesehen werden.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Windkraftanlage auch über zwei Rotoren verfügen, die zueinander entgegen gesetzte Rotationsrichtungen aufweisen. Diese können beispielsweise entlang der Rotationsrichtung nebeneinander, also bei einer aufgestellten Windkraftanlage beispielsweise übereinander, angeordnet werden. Dadurch, dass die beiden Rotoren unterschiedliche Rotationsrichtungen aufweisen, können zum einen die auftretenden Drehmomente gegenseitig kompensiert werden, und zum anderen die Relativgeschwindigkeiten unterschiedlicher Bauteile eines in der Windkraftanlage angeordneten Generators zueinander verdoppelt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Windkraftanlage mit einem Schwimmkörper ausgestattet, der derart geformt und dimensioniert ist, dass sich der Rotor vollständig oberhalb einer Wasseroberfläche befindet, wenn die Windkraftanlage mit dem Schwimmkörper im Wasser schwimmt. Insbesondere bei einer vertikalen Ausrichtung der Rotationsachse und des Rotors entstehen durch die möglichen hohen Rotationsgeschwindigkeiten Kreiselkräfte, die selbst bei starken Winden ein Verkippen oder sogar Umkippen der Windkraftanlage verhindern. Eine derartige Windkraftanlage müsste folglich bei der Verwendung auf See als Offshore- Windkraftanlage nicht an einer Gründung am Meeresboden fixiert werden. Es reicht aus, beispielsweise über einen Anker oder eine ähnliche Vorrichtung, zu verhindern, dass die Windkraftanlage mit ihrem Schwimmkörper schwimmend ihre Position verlässt. Dies hat viele Vorteile. Das Anwendungsgebiet von Offshore-Windkraftanlagen ist zum einen durch die maximale Meerestiefe begrenzt, in der Fundamente gelegt werden können. Mit der hier beschriebenen Ausgestaltung einer Windkraftanlage würde diese Beschränkung überwunden, da keine Fundamente mehr gelegt werden müssten. Zudem sind insbesondere auf See teilweise sehr große Windgeschwindigkeiten vorzufinden, in denen herkömmliche Windkraftanlagen mit einer horizontal verlaufenden Rotationsachse aufgrund der beschriebenen Problematik nicht einsetzbar sind. Die hier beschriebenen Windkraftanlagen sind bis zu deutlich höheren Windgeschwindigkeiten effektiv und effizient einsetzbar, so dass die Energieausbeute von Offshore- Windkraftanlagen durch die hier beschriebene Ausgestaltung deutlich verbessert werden kann. Stellt sich nach der Positionierung einer Windkraftanlage heraus, dass der gewählte Ort nicht optimal war, kann eine mit einem Schwimmkörper versehene Windkraftanlage einfach an einen anderen Ort geschleppt, oder sofern sie selbst mit Motorkraft ausgestattet ist, selbständig an diesen anderen Ort fahren. Dies ist genau wie der Rückbau einer entsprechenden Windkraftanlage ohne die umweltbelastende Rückstände und ohne einen großen Konstruktions- und Rückbauaufwand möglich.

Besonders einfach ist die Ausgestaltung einer Windkraftanlage, wenn der Schwimmkörper ein ring- oder kreisförmiger Ponton ist, der gleichzeitig als Mast zur Stützung der Rotorachse und des Rotors dient.

Wird insbesondere bei großen Windgeschwindigkeiten die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors selbst für den hier beschriebenen Ausgestaltung einer Windkraftanlage zu groß, kann die Energie beispielsweise in Gewichten zwischengespeichert werden, die in Rotation versetzt werden. Lässt die Windgeschwindigkeit später nach, kann diese Rotation der Gewichte wieder in eine Rotation des Rotors der Windkraftanlage umgewandelt werden, wodurch eine Vergleichmäßigung der Rotordrehzahl der Windkraftanlage erreicht wird.

Prinzipiell sind hier beschriebene Windkraftanlagen mit jeder Anzahl an Flügeln ausstattbar. Bevorzugt weisen sie allerdings, zwischen 3 und 8, insbesondere 4 Rotorblätter auf.

Mit Hilfe einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 - eine schematische Draufsicht auf eine Windkraftanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden, und

Figur 2 - eine schematische Seitenansicht einer Windkraftanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt die schematische Draufsicht auf eine Windkraftanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang einer Rotationsachse. Zentral befindet sich eine Welle 2 eines Rotors, an der vier Rotorarme 4 angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rotorarme 4 um 90° versetzt angeordnet. Am jeweils radial äußeren Ende der Rotorarme 4 befindet sich ein erster Anlenk- punkt 6, an dem jeweils ein Rotorblatt 8 angeordnet ist. Die Rotorblätter 8 sind an dem ihnen zugeordneten Rotorarm 4 in dem ersten Anlenkpunkt 6 schwenkbar gelagert.

Die ersten Anlenkpunkte 6 eines jeden Rotorblattes 8 bewegen sich auf einer durch eine gestrichelte Linie dargestellten Rotorkreislinie 10, deren Radius gerade der Länge des Rotorarms 4 entspricht.

An jeweils einem Ende des Rotorblattes 8 befindet sich im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein zweiter Anlenkpunkt 12. An diesem ist jeweils ein Steuerarm 14 mit dem Rotorblatt 8 verbunden, dessen dem Rotorblatt 8 abgewandtes Ende an einem gemeinsamen Verbindungselement 16 angeordnet ist. Dieses ist auf einer schematisch dargestellten Kreisbahn 18 beweglich und befindet sich im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Steuerposition. Die zweiten Anlenkpunkte 12 eines jeden Rotorblattes 8 bewegen sich auf einer mit Strichpunkten dargestellten Steuerkreislinie 20, deren Radius gerade der Länge der Steuerarme 14 entspricht. Im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Länge der Steuerarme 14 gleich der Länge der Rotorarme 4, so dass auch die Steuerkreislinie 20 genau so groß ist wie die Rotorkreislinie 10. Sie sind lediglich um den Radius der Kreisbahn 18 gegeneinander versetzt. Die in Figur 1 gezeigte Situation entsteht, wenn Wind aus der durch den Pfeil 22 gekennzeichneten Richtung auf die Windkraftanlage trifft. Man erkennt, dass die Steuerposition, in der sich das gemeinsame Verbindungselement 16 befindet, in der durch die Pfeile 22 dargestellten Windrichtung gegenüber der Welle 2 verschoben ist. Dies entsteht dadurch, dass der Wind eine Kraft auf die vier Rotorblätter 8 ausübt, die zur Verschiebung des gemeinsamen Verbindungselementes 16 entlang der Kreisbahn 18 führt. Die Rotationsrichtung der in Figur 1 dargestellten Windkraftanlage ist gegen den Uhrzeigersinn. Man erkennt, dass lediglich das in Figur 1 rechts dargestellte Rotorblatt 8 parallel zur durch die Pfeile 22 dargestellten Windrichtung ausgerichtet ist. Es bewegt sich bei einer Rotationsrichtung gegen den Uhrzeigersinn nach oben und somit in der so genannten„Rück-Richtung". In dieser Position wird durch die besondere Ausgestaltung der in Figur 1 gezeigten Windkraftanlage erreicht, dass das Rotorblatt in der Position gehalten wird, in der es einen minimalen Strömungswiderstand aufweist.

Die Größe der Schwenkbewegung, die ein Rotorblatt 8 bei einer Umdrehung um die Welle 2 ausführt, wird durch mehrere Größen bestimmt. Dazu zählen der Radius der Kreisbahn 18, die Länge der Steuerarme 14 sowie der Abstand zwischen den ersten Anlenkpunkten 6 und den zweiten Anlenkpunkten 12. Eine Vergrößerung des Abstan- des zwischen den ersten Anlenkpunkten 6 und den zweiten Anlenkpunkten 12 hat ebenso wie eine Vergrößerung des Radius der Kreisbahn 18 und eine Verkürzung der Länge der Steuerarme 14 eine Vergrößerung des Winkelausschlages bei der Schwenkbewegung der Rotorblätter 8 zur Folge.

In Figur 1 ist deutlich zu erkennen, dass die drei übrigen Rotorblätter 8 durch den entlang der Pfeile 22 auftretenden Wind ein Drehmoment auf die Welle 2 ausüben, dass für alle drei Rotorblätter 8 in die gleiche Richtung gerichtet ist. Somit sorgen alle Rotorblätter 8 bis auf das Rotorblatt 8, das sich in der„Rück-Richtung" bewegt, für die Übertragung von Drehmoment und damit für das Antreiben eines Generators.

Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Windkraftanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Sie umfasst einen Mast 24, an dem zwei Rotoren 26 angeordnet sind, die jeweils über Rotorblätter 8, Rotorarme 4 sowie Steuerarme 14 verfügen. Dabei sind die Steuerarme 14 mit dem gemeinsamen Verbindungselement 16 verbunden. Zwischen den beiden Rotoren 26 ist an dem Mast 24, in dem gleichzeitig die Welle 2 sowie die Rotationsachse der Rotoren 26 verläuft, ein Generator 28 angeordnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die beiden Rotoren 26 unterschiedliche Drehrichtungen aufweisen, so dass der Generator 28 mit doppelter Drehzahl angetrieben wird. Zudem werden in diesem Fall die Drehmomente, die durch die Rotoren 26 hervorgerufen werden, ausgeglichen.

Im in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist deutlich zu erkennen, dass die Rotorblätter 8 mit dem Mast 24 beziehungsweise der Welle 2 einen Winkel einschließen, der ungleich Null Grad ist. So ist insbesondere ein oberes Ende 30 der Rotorblätter 8 des oberen Rotors 26 deutlich weiter von der Welle 2 entfernt, als ein unteres Ende 32 der Rotorblätter 8 des unteren Rotors 26. Auf diese Weise kann unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten, die in unterschiedlichen Höhen vorherrschen können, Rechnung getragen werden. Man beachte, dass insbesondere die Längsausdehnung der Rotorblätter 8 in Figur 2 deutlich verkürzt dargestellt ist. Die Rotorblätter 8 der beiden Rotoren 26 sind vorteilhafterweise wenigstens 20, besonders vorteilhafter wenigstens 50 oder gar wenigstens 100 Meter lang.

Im unteren Bereich des Mastes ist schematisch eine EinStelleinrichtung 34 angedeutet, durch die der Winkel zwischen den Rotorblättern 8 und dem Mast 24 beziehungsweise der Welle 2 einstellbar ist.

Bezugszeichenliste

2 Welle

4 Rotorarm

6 Erster Anlenkpunkt

8 Rotorblatt

10 Rotorkreislinie

12 Zweiter Anlenkpunkt

14 Steuerarm

16 Gemeinsames Verbindungselement

18 Kreisbahn

20 Steuerkreislinie

22 Pfeil

24 Mast

26 Rotor

28 Generator

30 Oberes Ende

32 Unteres Ende

34 Einstelleinrichtung

Claims

Patentansprüche:

1. Windkraftanlage mit

einem Rotor 26, der

eine Welle (2) und

eine Mehrzahl von Rotorblättern (8) umfasst und

um eine Rotationsachse drehbar ist,

wobei, jedes Rotorblatt (8) über wenigstens einen dem Rotorblatt (8) zugeordneten Rotorarm (4) an der Welle (2) befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

an jedem Rotorblatt (8) wenigstens ein dem Rotorblatt (8) zugeordneter Steuerarm (14) befestigt ist und

von jedem Rotorblatt (8) wenigstens ein Steuerarm (14) an einem gemeinsamen Verbindungselement (16) befestigt ist, das in einer zu der Rotationsachse versetzten Steuerposition angeordnet ist, so dass sich ein Winkel zwischen jedem Rotorblatt (8) und dem ihm zugeordneten wenigstens einen Rotorarm (4) bei einem Umlauf des Rotors (26) um die Rotationsachse verändert.

2. Windkraftanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerposition durch einen auf die Windkraftanlage auftreffenden Wind einstellbar ist.

3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Verbindungselement (16) auf einer geschlossenen Bahn (18) um die Rotationsachse herum bewegbar angeordnet ist.

4. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorarme (4) und die Steuerarme (14) derart dimensioniert und an den Rotorblättern (8) befestigt sind, dass die Rotorblätter (8) bei einer durch den Wind eingestellten Steuerposition senkrecht auf dem Ihnen zugeordneten Rotorarm (14) steht, wenn sie sich auf einem Umlauf um die Rotationsachse entgegen einer Windrichtung des Windes bewegt.

5. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (8) eine größte Ausdehnung in einer Längsrichtung aufweisen, die sich entlang der Welle (2) erstreckt.

6. Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (8) entlang der Längsrichtung einen Winkel mit der Welle (2) einschließen, der ungleich Null Grad ist.

7. Windkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage eine EinStelleinrichtung (34) umfasst, mit der der Winkel einstellbar ist.

8. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Rotorblatt (8) wenigstens zwei Rotorarme (4) und/oder wenigstens zwei Steuerarme (14) zugeordnet sind, die entlang der Längsrichtung der Rotorblätter (8) versetzt angeordnet sind.

9. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage über zwei Rotoren (26) verfügt, die zueinander entgegen gesetzte Rotationsrichtungen aufweisen.

10. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage mit einem Schwimmkörper ausgestattet ist, der derart geformt und dimensioniert ist, dass sich der Rotor (26) vollständig oberhalb einer Wasseroberfläche befindet, wenn die Windkraftanlage im Wasser schwimmt.