WO2003103113A2 - Vertical rotor comprising guidable blades - Google Patents

Abstract

The invention relates to a rotor comprising a vertical axle for using energy of flowing media, such as the energy contained in wind, water courses and oceanic currents. The blades of said rotor can be displaceably arranged in such a way that they occupy a position which is self-guided according to the angle of rotation of the rotor in relation to the direction of the current, the angular position of the blades in relation to the current being directly determined from the acting forces created in the current by the rotation. According to the mechanical embodiment of the invention, guided connecting rods are connected to each blade, in such a way that they rotate at a distance from the rotational axis, and to a guiding body which is arranged in a freely displaceably manner in the centre of the rotor. The forces acting on each blade are transmitted, via the connecting rods, into rotating bearings which are arranged in such a way that they can be displaced on the guiding body along a circular path.

Description

Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügel BeschreibungVertical rotor with steerable blades Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor mit vertikaler Achse zur Nutzung der in strömenden Medien enthaltenen Energie, wie sie beispielsweise im Wind aber auch in Wasserläufen und Meeresströmungen enthalten ist, wobei die Flügel derart beweglich angeordnet sind, daß diese in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Rotors zur Strömungsrichtung eine selbstgelenkte Position einnehmen, indem die Winkelstellung der Flügel zur Strömung unmittelbar von den auf diese einwirkenden Kräfte infolge der Rotation im strömenden Medium bestimmt wird, um die optimale strömungsdynamische Wirkung zur Gewinnung von Energie zu erzielen.The present invention relates to a rotor with a vertical axis for utilizing the energy contained in flowing media, such as is contained, for example, in the wind, but also in watercourses and ocean currents, the vanes being arranged such that they are movable as a function of the angle of rotation of the rotor to the direction of flow take a self-directed position by the angular position of the wings to the flow is determined directly by the forces acting on them as a result of the rotation in the flowing medium, in order to achieve the optimal fluid dynamic effect for the production of energy.

Bei bekannten Anlagen zur beispielhaften Nutzung der Windenergie mit horizontaler Rotorachse, deren Vektor der Winkelgeschwindigkeit parallel der Windkraftrichtung liegt und die als sogenannte „Auftriebsläufer" klassifiziert werden, ist es Stand der Technik, mit der als „Pitch-Regelung" bekannten Methode, den Winkel zwischen der Rotorblattfläche und der Wirkrichtung des Windes mit Getrieben und Vorrichtungen, die über die Rotor-Narbe wirken, zu verstellen, um die wirksame Leitfläche den Windverhältnissen anzupassen und die Leistungsaufnahme zu drosseln, sobald bei Erreichen der sogenannten Nennwindgeschwindigkeit die Nennleistung des Windgenerators erreicht ist. Eine Drosselung der Leistungsaufnahme des Rotors bei bekannten Wmdkraftanlagen ist aus technischkonstruktiven Gründen notwendig, um die Betriebssicherheit derartiger Anlagen zu gewährleisten und beispielsweise bei Windgeschwindigkeiten über 25 m/sec bis 30 m/sec eine Sicherheitsabschaltung der Anlage vorzunehmen und Schäden an Rotoren, deren Lagerung, der zusätzlichen mechanisch wirkenden Rotorbremse, ggf. vorhandenen Getrieben, den Generatoren, sowie der Mast-Konstruktion zu vermeiden.In known systems for the exemplary use of wind energy with a horizontal rotor axis, the vector of the angular velocity of which lies parallel to the wind power direction and which are classified as so-called “lift rotors”, it is state of the art, using the method known as “pitch control”, to determine the angle between to adjust the rotor blade surface and the direction of action of the wind with gears and devices that act via the rotor scar in order to adapt the effective guide surface to the wind conditions and to reduce the power consumption as soon as the nominal power of the wind generator is reached when the so-called nominal wind speed is reached. Throttling the power consumption of the rotor in known wind turbines is necessary for technical construction reasons in order to ensure the operational safety of such systems and, for example, to carry out a safety shutdown of the system at wind speeds above 25 m / sec to 30 m / sec and damage to rotors, their storage, the to avoid additional mechanically acting rotor brakes, possibly existing gears, the generators, as well as the mast construction.

Bei diesen Windkraftanlagen nach Stand der Technik ist die konstruktive Gestaltung der Rotoren, und die aerodynamische Ausformung und Optimierung der Flügelprofile im wesentlichen entsprechend den Erkenntnissen der Flug- und Strömungsmechanik, wie sie beispielsweise aus der Gestaltung und Konstruktion von Propellern und Flugzeugtragflächen abgeleitet werden, sowie durch die Gegebenheiten der Rotationsdynamik und Festigkeitslehre bestimmt.In these wind turbines according to the prior art, the structural design of the rotors and the aerodynamic shaping and optimization of the wing profiles are essentially in accordance with the knowledge of flight and fluid mechanics, such as are derived from the design and construction of propellers and aircraft wings, and by determines the conditions of rotational dynamics and strength theory.

Die Winkelverstellung der Flügel mit der Methode der „Pitch-Regelung" ist demzufolge eine reine Drosselung der Leistungsaufnahme des Rotors, wobei die Rotorflächen aus der optimalen Wirkstellung, entsprechend den herrschenden Windgeschwindigkeiten und vorgegebener Nennleistung der Anlage, durch eine Verringerung der Aerodynamik bis zur Unwirksamkeit und Nullstellung bei zu hoher Windgeschwindigkeit verstellt werden. Vorteilhaft ist bei diesen bekannten Windkraftanlagen der hohe Wirkungsgrad, der bei derzeitiger Situation auf dem Energiemarkt einen wirtschaftlichen Betrieb dieser Anlagen zur direkten Stromerzeugung ermöglicht.The angular adjustment of the blades using the "pitch control" method is consequently a purely throttling of the power consumption of the rotor, with the rotor surfaces coming from the optimal effective position, according to the prevailing wind speeds and the specified nominal power of the system, can be adjusted by reducing the aerodynamics to ineffectiveness and zeroing if the wind speed is too high. The advantage of these known wind power plants is the high degree of efficiency, which, in the current situation on the energy market, enables these plants to be operated economically for direct power generation.

Eine direkte Abnahme von Arbeit, um beispielsweise Pumpen zu betreiben ist bei diesen hochentwickelten Windanlagen jedoch nicht sinnvoll, weil im Gegensatz zu Windanlagen die nach dem sogenannten Widerstandsprinzip arbeiten, wie beispielsweise die aus Literatur und Geschichte bekannten sogenannten Western-Mills, die Laufeigenschaften der Rotoren drehfrequenz- und geschwindigkeitsoptimiert sind und nicht drehmomentoptimiert, wie die während vieler Menschheitsgenerationen entwickelten Arbeitsmaschinen, die beispielsweise als Windmühlen bekannt sind.However, a direct acceptance of work, for example to operate pumps, does not make sense with these highly developed wind turbines, because in contrast to wind turbines that work according to the so-called resistance principle, such as the so-called Western Mills known from literature and history, the running properties of the rotors rotation frequency - and speed-optimized and not torque-optimized, like the work machines developed during many generations of mankind, which are known for example as windmills.

Nachteilig für eine globale Nutzung leistungsoptimierter Windanlagen, wie diese bisher als bekannt vorliegen, erweist sich der enorme technische Aufwand und Know-how, die in der Entwicklung, Konstruktion, Produktion und letztlich auch im Betrieb und in der Wartung erforderlich sind.A disadvantage for the global use of performance-optimized wind turbines, as has been known to date, is the enormous technical effort and know-how required in development, design, production and ultimately also in operation and maintenance.

Strukturschwäche und unterentwickelte Länder, vielfach auch dünnbesiedelte Flächenstaaten, vermögen kaum, oder nur in punktuell konzentrierten „Hightech-Parks" leistungsoptimierte Windanlagen zu betreiben, geschweige denn selbst zu entwickeln oder zu bauen, um ihre Landesstruktur flächendeckend zu entwickeln. Der Bedarf an Primärenergie kann von diesen Ländern im wesentlichen nur durch fossile Brennstoffe oder nachwachsende Rohstoffe befriedigt werden, mit den daraus erwachsenden Umweltproblemen und sofern diese überhaupt vorhanden bzw. verfügbar sind.Structural weakness and underdeveloped countries, in many cases also sparsely populated states, are hardly able to operate, or only to operate performance-optimized wind turbines in selectively concentrated "high-tech parks", let alone to develop or build them themselves in order to develop their country structure nationwide. The need for primary energy can vary from these countries are essentially satisfied only with fossil fuels or renewable raw materials, with the resulting environmental problems and, if these exist or are available at all.

Nach dem Stande der Technik können Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorachse, die sogenannten Vertikalläufer, und von der Rotorwirkungsweise diesen zugehörige Konstruktionen mit horizontaler Drehachse, denen allen gemeinsam ist, dass der Vektor der Winkelgeschwindigkeit senkrecht zur Windkraftrichtung liegt, im wesentlichen als sogenannte Widerstandsläufer, die nach dem Prinzip der bekannten „Savonius-Rotoren" wirken, sowie als sogenannte Auftriebsläufer, wie beispielsweise die bekannten „Darrieus- Rotoren", klassifiziert werden. Auch sind nach dem Stand der Technik Kombinationen dieser beiden Prinzipien bekamit, bei denen eine „Savonius-Rotor"-Konstruktion als Anlauferreger bzw. zur verbesserten Leistungsaufnahme im Schwachwindbereich, in Verbindung mit einer nach dem „Darrieus"-Prinzip konstruierten Windkraftanlage fungiert. Bekannte Windkraftanlagen mit „H-Darrieus-Rotoren", haben gegenüber den „Darrieus- Rotoren" den Vorteil, dass diese bei entsprechenden Windgeschwindigkeiten selbstständig anlaufen . Auch bei diesen ist es Stand der Technik, die Winkelstellung der Rotorflächen, der zumeist mit drei Flügel ausgestatteten Rotoren, zu verstellen, um bei zu hohen Windgeschwindigkeiten die Leistungsaufnahme, durch Verringerung der aerodynamischen Auftriebswirkung an den Flügel, zu begrenzen.According to the prior art, wind turbines with a vertical rotor axis, the so-called vertical rotors, and constructions of the rotor mode of operation associated therewith with a horizontal axis of rotation, which all have in common that the vector of the angular velocity is perpendicular to the wind force direction, essentially as so-called resistance rotors, which according to the Principle of the known "Savonius rotors" act, and are classified as so-called lift rotor, such as the known "Darrieus rotors". Combinations of these two principles have also been obtained according to the prior art, in which a “Savonius rotor” construction is used as a starting exciter or for improved power consumption in the low wind range, works in conjunction with a wind power plant constructed according to the "Darrieus" principle. Known wind power plants with "H-Darrieus rotors" have the advantage over the "Darrieus rotors" that they operate at appropriate wind speeds Even with these, it is state of the art to adjust the angular position of the rotor surfaces, which are usually equipped with three blades, in order to limit the power consumption when the wind speeds are too high by reducing the aerodynamic lift effect on the blades.

In der DE 100 54 700 AI ist eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse und Tragflächenprofilen offenbart, die im wesentlichen auf dem Prinzip der „H-Darrieus-Rotoren" basiert, wobei ein Flügelanteil der vertikalen Flügel mechanisch, elektrisch oder hydraulisch verstellbar ist, mit dem Ziel, die Leistungsaufnahme bei zu hohen Windgeschwindigkeiten zu begrenzen.DE 100 54 700 AI discloses a wind turbine with a vertical axis and wing profiles, which is essentially based on the principle of the “H-Darrieus rotors”, with a wing portion of the vertical wings being mechanically, electrically or hydraulically adjustable, with the aim to limit the power consumption when the wind speed is too high.

Sämtliche bisher genannten Konstruktionen mit Rotorblattverstellung ist gemeinsam, dass diese nach dem sogenannten Auftriebsläufer-Prinzip wirken, wobei die Blattverstellung der Leistungsaufhahmebegrenzung dient und die Winkelverstellung der Rotorflächen über mess- und regelungstechnische Verfahren durch konstruktiv festzulegende Grenzwerte, beispielsweise in Programmsteuerungen, fremdgesteuert ist.All previously mentioned constructions with rotor blade adjustment have in common that they operate according to the so-called lift rotor principle, whereby the blade adjustment serves to limit the power consumption and the angular adjustment of the rotor surfaces is externally controlled via measurement and control technology processes by constructive limits, for example in program controls.

Es ist eine Windkraftanlage mit Vertikalrotoren in DE 199 50 103 AI offengelegt, bei der eine Verstellung der Flügel über Teleskop-Hebelkonstruktionen mit Ausgleichsgewichten durch Fliehkraftsteuerung vorgenommen wird, wobei die Rotorflächen um einen Drehpunkt an der unteren Rotor-Narbe vertikal in Ebene der Rotationsachse in einem vorgegeben Winkelbereich geschwenkt werden können, um die Leistungsaufnahme zu begrenzen, indem das Rotor-Drehmoment über eine Verkleinerung des oberen Rotordurchmessers verringert wird. Hierbei findet eine Winkelverstellung der wirksamen vertikalen Rotorflügel zur Windwirkrichtung nicht statt. In US 39 76 396 ist ein vertikaler Rotor offenbart, auf dessen eiförmigen und strömungsdynamisch geformten Achskörper vertikalverlaufend ein Reihe unabhängig von einander an der Schale des Achskörpers an Drehpunkten gelagerte Fahnen mit Mittelrippe angebracht sind, deren Form der Achskörperschale kongruent ausgeprägt ist und die in einem Winkelbereich von ca. 90° frei beweglich sind. Die luv-seitige Anströmung durch das Medium soll im ersten Sektor der Drehbewegung ,durch den an der gekrümmten Schalenfläche wirkenden Auftriebseffekt und Rotationskräfte , die Fahnen entgegen der Rotationsrichtung aufrichten, bis die Fahnenfläche durch ihren Widerstand vom Medium bis zum Anschlag der Mittelrippe an die Achskörperschale aufklappt und die Leistungsaufnahme aus dem strömenden Medium bewirkt. In den lee-seitigen Sektoren sollen durch denA wind power plant with vertical rotors is disclosed in DE 199 50 103 AI, in which the wings are adjusted by means of telescopic lever constructions with balancing weights by centrifugal force control, the rotor surfaces vertically around a pivot point on the lower rotor scar in the plane of the axis of rotation in one predetermined angle range can be pivoted in order to limit the power consumption by reducing the rotor torque by reducing the upper rotor diameter. In this case, there is no angular adjustment of the effective vertical rotor blades to the direction of the wind. In US 39 76 396 a vertical rotor is disclosed, on the egg-shaped and fluid dynamically shaped axle body, a row of vertically extending flags with center ribs are mounted independently of one another on the shell of the axle body, the shape of the axle body shell being congruent and in an angular range are freely movable by approx. 90 °. The luv-side inflow through the medium is intended to counter the flags in the first sector of the rotary movement, due to the buoyancy effect and rotational forces acting on the curved shell surface Set up the direction of rotation until the flag surface opens up due to its resistance from the medium up to the stop of the center rib on the axle body shell and causes power to be drawn from the flowing medium. In the lee-side sectors, the

105 Widerstand des umströmenden Mediums die Fahnen an der Achskörperschale anliegen. Vorteilhaft erscheint die Unabhängigkeit von der Wirkrichtung des strömenden Mediums. Bei dieser Konstruktion handelt es sich um einen sogenannten Widerstandsläufer, der gegenüber den bisher gewürdigten Rotorkonstruktionen den Nachteil besitzt, dass lediglich im ersten Sektor und allenfalls einem geringen Winkel des zweiten Sektors der Drehbewegung , die105 resistance of the flowing medium, the flags rest against the axle body shell. Independence from the direction of action of the flowing medium appears advantageous. This construction is a so-called resistance rotor, which has the disadvantage compared to the rotor constructions hitherto recognized that only in the first sector and at most a small angle of the second sector of the rotary movement

110 Antriebskräfte des strömenden Mediums genutzt werden, während im überwiegenden Teil des Rotors die Drehbewegung hemmende Widerstandskräfte resultieren, weil weder Auftriebskräfte, wie beim Darrieus-Prinzip noch Leitkräfte wie beim Savonius-Prinzip noch der bekannte Magnus-Effekt wirksam werden.110 driving forces of the flowing medium are used, while in the majority of the rotor the rotational movement results in resistance forces, because neither lifting forces like the Darrieus principle nor leading forces like the Savonius principle nor the well-known Magnus effect are effective.

115 Die Nutzung von Wasserkraft wird in bekannter und tradierter Weise seit vielen Jahrhunderten durch Wasserkrafträder unterschiedlichster Ausgestaltung vorgenommen. Allen gemeinsam ist, daß bei diesen trogartige Behältnisse entlang eines Umfangskreises angebracht oder durch die Bauelemente gebildet werden, in welche das Wasser einströmt und über Strömungsdruck und Gefälle eine Drehbewegung antreibt. Auch sind Schaufelräder115 The use of hydropower has been carried out in a well-known and traditional manner for many centuries by means of hydropower bikes of various designs. Common to all is that these trough-like containers are attached along a circumferential circle or are formed by the components into which the water flows and drives a rotary movement via flow pressure and gradient. Also are paddle wheels

120 bekannt deren Schaufelradflächen durch den Strömungsdruck angetrieben werden. Nachteil dieser Konstruktionen ist es, daß nur ein relativ kleiner Sektor des Umfangs aufgrund der feststehenden trogartigen Behältnisse oder Schaufelradflächen zur Energieaufnahme aus dem strömenden bzw. fallenden Wassermassen gleichzeitig genutzt wird.120 known whose paddle wheel surfaces are driven by the flow pressure. The disadvantage of these constructions is that only a relatively small sector of the circumference is used at the same time due to the fixed trough-like containers or paddle wheel surfaces for energy absorption from the flowing or falling water masses.

125 Wasserturbinen nach Stand der Technik arbeiten mit Turbinenblättern deren Achsen in einem Winkel nicht parallel zur Drehachse der Turbine stehen und um diese Achsen zur Optimierung der Turbinenwirkung in einer Drehbewegung verstellbar sind. Diese bekannten Turbinen ist gemeinsam, daß die Verstellung der Turbinenblätter durch einen Mechanismus aktiv aufgezwungen und gehalten wird um bestimmte Laufeigenschaften125 water turbines according to the prior art work with turbine blades whose axes are not at an angle parallel to the axis of rotation of the turbine and can be rotated about these axes in order to optimize the turbine effect. A common feature of these known turbines is that the adjustment of the turbine blades is actively forced and held by a mechanism by certain running properties

130 zu justieren. Es findet aber keine aktive und gegenseitige Verstellung der Turbinenblätter infolge der wirkenden Kräfte am Turbinenblatt statt.130 to adjust. However, there is no active and mutual adjustment of the turbine blades as a result of the forces acting on the turbine blade.

Dieses ist bei bekannten Turbinen aufgrund der Einsatz- und Nutzungsbereiche in sehr schnellen Strömung mit sehr hohen Drehzahlen, wie sie beispielsweise bei Wasserkraftgefällen oder Heißgas- bzw. Plasmaströmen auftreten, auch nicht sinnvoll .In known turbines, this is also not meaningful due to the areas of application and use in very fast flow at very high speeds, such as occur, for example, in the case of hydropower gradients or hot gas or plasma flows.

135 Ziel dieser Erfindung ist es, eine Anlage zur Nutzung von Strömungsenergie mit vertikalem Rotor zu ermöglichen, die bei einfachem konstruktiven Aufbau nach bekannten Prinzipien der Strömungsmechanik die Nachteile der bisher gewürdigten Erfindungen und Konstruktionen vermeidet. Dahingegen, bei der Nutzung von Windernergie; die positiven Eigenschaften von135 The aim of this invention is to enable a system for the use of flow energy with a vertical rotor, which avoids the disadvantages of the previously honored inventions and constructions with a simple construction based on known principles of fluid mechanics. In contrast, when using wind energy; the positive properties of

140 Auftriebs- und Widerstandsläufern derart verbindet, dass durch entsprechende Auslegung einzelner Komponenten der Anlage ebenso schnelllaufende Auftriebsläufer zur Stromerzeugung wie auch langsamlaufende und drehmomentstarke Widerstandsläufer zur direkten Arbeitsabnahme, bei optimalem Wirkungsgrad und relativ einfachem Aufbau mit einer Grundkonstruktion möglich sind. Auch ist ein Hybrid von Widerstandsläufer und140 connects lift and resistance rotors in such a way that appropriate design of individual components of the system enables high-speed lift rotors for power generation as well as slow-running and high-torque resistance rotors for direct work acceptance, with optimum efficiency and a relatively simple construction with a basic construction. Also is a hybrid of resistance runners and

145 Auftriebsläufer bei entsprechender Auslegung der Flügelprofile darstellbar, mit dem Strom erzeugt werden kann und bei zu hohen Windgeschwindigkeiten eine kritische Drehfrequenz vermieden wird, indem über zuschaltbare Kupplungen bzw. Getriebe eine bremswirksame Lastabnahme die Bremsleistung beispielsweise auf Pumpen überträgt, um Medien zu fördern oder Energie zu speichern und Leistungsspitzen über Nennleistung zu nutzen. Bei niedrigen145 buoyancy runners can be represented with the appropriate design of the wing profiles, with which electricity can be generated and a critical rotational frequency is avoided when the wind speeds are too high, by means of connectable clutches or gearboxes, in which brake-effective load transfer transfers the braking power to pumps, for example, to convey media or increase energy save and use power peaks above nominal power. At low

150 Windgeschwindigkeiten kann statt einer Stromerzeugung unter Nennleistung wahlweise eine direkte Arbeitsabnahme erfolgen, weil der Rotor auch bei geringeren Rotorgeschwindigkeiten als drehmomentstarker Widerstandsläufer arbeitet.150 wind speeds can be used instead of generating electricity under nominal power, because the rotor works as a high-torque resistance rotor even at lower rotor speeds.

Eine Nutzung des vorgeschlagenen Rotors zur Energiegewinnung aus Wasserkraft in strömenden Gewässern, wie beispielsweise Bach- und Flußläufen, Meeresströmungen sowieA use of the proposed rotor for energy generation from hydropower in flowing waters, such as streams and rivers, ocean currents and

155 Gezeitenströmungen ist ebenso möglich. In diesen strömenden Medien, mit wesentlich größerer Dichte als Luft, kann daß Wirkprinzip der gegenseitigen Auslenkung, der, über einen zentralen Lenkkörper mittels linear verschieblichen Elementen, verbundenen Flügel, noch wirkungsvoller genutzt werden, wenn bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugt wird.155 tidal currents is also possible. In these flowing media, with a much greater density than air, the principle of mutual deflection, the wings connected via a central steering body by means of linearly displaceable elements, can be used even more effectively if a high torque is generated at low speeds.

160 Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Flügel im Winkel α frei drehbar zwischen zwei Tragscheiben-Konstruktionen in bekannter Weise gelagert sind, die über eine zentrisch verbundene Drehachse die Energie nach Stand der Technik zur Umwandlung in Arbeitsleistung oder elektrische Leistung bereitstellen. Erfindungsgemäß - in mechanischer Ausgestaltung, werden dabei die Drehbewegungen, die160 This object is achieved in that vanes are freely rotatable at an angle α between two supporting disk constructions, which provide the energy according to the prior art for conversion into work power or electrical power via a centrally connected axis of rotation. According to the invention - in a mechanical embodiment, the rotary movements

165 die aus Druck- bzw. Sogkräften resultierenden Kräfte an jedem Rotorblatt um dessen Drehachse bewirken, mittels einer Umsetzung mit Hebeln oder Getrieben in, zur Drehachse des Rotors, radialsymetrische lineare Bewegungen überführt, die beispielsweise über geführte Schubstangen in gelenkige Lagerungen geleitet werden, welche entlang einer ebenen Kreisbahn verschieblich auf einem zentralen Lenkkörper geführt werden, der die Drehachse 170 des Rotors umfassend, frei verschieblich angeordnet ist.165 bring about the forces resulting from pressure or suction forces on each rotor blade around its axis of rotation, by means of a conversion with levers or gears into radial symmetrical linear movements, which are guided, for example, via guided push rods in articulated bearings which run along one level Circular path can be slidably guided on a central steering body, which is arranged to freely rotate around the axis of rotation 170 of the rotor.

In einfachster mechanischer Ausführungen werden dabei Schubstangen, die mit einem Gelenk geteilt sind , frei drehbar in einem Abstand zur Drehachse an jeder Rotorleitfläche und einem frei verschieblich im Zentrum des Rotors befindlichen Lenkkörper angeschlossen, wobei dieIn the simplest mechanical designs, connecting rods, which are divided with a joint, can be freely rotated at a distance from the axis of rotation on each rotor guide surface and a freely displaceable steering body located in the center of the rotor, the

175 an jeder Rotorleitfläche wirkenden Kräfte über die Schubstangen, die in einem Teil linear geführt sind in drehbare Lagerungen geleitet werden, die auf dem Lenkkörper entlang einer Kreisbahn verschieblich angeordnet sind. Hierdurch wird in neuartiger Weise erreicht, dass die auf die gegenüberliegenden Flügel wirkenden Kräfte eine entsprechende Verschiebung des Lenkkörpers bewirken, wobei dieser in Richtung der resultierenden Kraft, mit den175 forces acting on each rotor guide surface are guided via the push rods, which are linearly guided in part in rotatable bearings which are arranged on the steering body so as to be displaceable along a circular path. This achieves in a new way that the forces acting on the opposite wing cause a corresponding displacement of the steering body, this in the direction of the resulting force with the

180 Schubstangen eine Winkeleinstellung der angeschlossenen Flügel zur Strömung bewirkt, die ' entlang der Rotorbahn eine optimale Vortriebswirkung in Drehrichtung des Rotors erzielt180 push rods causes an angle adjustment of the connected blades to the flow, which 'achieves an optimal propulsion effect in the direction of rotation of the rotor along the rotor track

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des vorgeschlagenen vertikalen Rotors sieht vor, die Übertragung, der an den Flügeln wirkenden Zug- und Druckkräfte in den zentralenAnother expedient embodiment of the proposed vertical rotor provides for the transmission of the tensile and compressive forces acting on the vanes in the central ones

185 Lenkkörper, mittels Zahnrädern und Zahnstangen bzw. Zahnschnecken oder auch mit Zahnkettentrieben nach Stand der Technik vorzunehmen.185 steering body, by means of gears and racks or worm gears or with toothed chain drives according to the prior art.

Hierbei kann beispielsweise wenigstens ein Zahnrad, das mit der Drehachse eines Flügels koaxial verbunden ist, eine Zahnstange antreiben und die Schwenkbewegung des Flügels in eine zur Drehachse des Rotors radialsymetrische und lineare Schub- bzw. ZugbewegungIn this case, for example, at least one gearwheel, which is connected coaxially to the axis of rotation of a wing, can drive a toothed rack and the pivoting movement of the wing into a linear pushing or pulling movement that is radial symmetry with the axis of rotation of the rotor

190 überführen, die auf die, in der Kreisbahn des zentralen Lenkkörpers, beweglich geführten Lagerungen eingeleitet wird.190 transfer, which is initiated on the, in the circular path of the central steering body, movably guided bearings.

Werden mindestens zwei oder mehrere Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl genutzt, die nach Stand der Technik ein Getriebe bilden, kann in bekannter Weise eine Untersetzung bzw. Übersetzung der wirksamen Kräfte und Wegverhältnisse zwischen derIf at least two or more gears with different numbers of teeth are used, which form a gear according to the prior art, a reduction or translation of the effective forces and path relationships between the

195 Flügelschwenkung und der über die Zahnstange in den zentralen Lenkkörper eingeleiteten linearen Verschiebung erfolgen. Diese Lösung ist insbesondere bei der Anpassung und Auslegung der Laufeigenschaften der Rotoren im Hinblick auf den Rotordurchmesser, die Anzahl der Flügel und deren wirksamer Profilfläche vorteilhaft, um einerseits den Schwenkwinkel α der Flügel bzw. die Verschiebung des zentralen Lenkkörpers begrenzen zu195 wing pivoting and the linear displacement introduced via the rack into the central steering body. This solution is particularly advantageous when adapting and designing the running properties of the rotors with regard to the rotor diameter, the number of vanes and their effective profile area, on the one hand to limit the swivel angle α of the vanes or the displacement of the central steering body

200 können und andererseits durch entsprechende Übersetzungsverhältnisse optimale Kräfteverhältnisse zur Flügellenkung zu erhalten. Vorteilhaft wirkt sich diese Ausgestaltung der Erfindung auch darin aus, daß die Schubstangen nicht gelenkig geteilt sein müssen, da diese bei der Schubbewegung nicht ausschwenken, sondern eine rein radialsymetrische lineare Bewegung ausführen. Hierdurch 205 wird es ermöglicht, Teile des Getriebes, die Schubstange und deren Führung innerhalb der Tragarme der Flügel zu positionieren, und eine bessere Kapselung der beweglichen Teile gegen äußere Einflüße wie z. B. die Witterung zu erzielen.200 and on the other hand to obtain optimal power ratios for wing steering by means of corresponding transmission ratios. This embodiment of the invention also has an advantageous effect in that the push rods do not have to be articulated, since they do not swing out during the push movement, but instead perform a purely radial-symmetrical linear movement. This makes it possible to position parts of the transmission, the push rod and their guide within the support arms of the wings, and better encapsulation of the moving parts against external influences such as. B. to achieve the weather.

Die Übertragung der Schwenkbewegung des Flügels in eine zur Drehachse des Rotors 210 radialsymetrische lineare Verschiebung ist in weiteren Ausführungen ebenso mit Kettenradtrieben, Zahnriementrieben oder auch Reibradtrieben möglich.The transmission of the swiveling movement of the wing into a linear displacement that is radially symmetrical with respect to the axis of rotation of the rotor 210 is also possible in further embodiments with chain wheel drives, toothed belt drives or also friction wheel drives.

FigurenübersichtLIST OF FIGURES

215 Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen schematisch das Prinzip des Rotors mit selbstlenkender215 Figures 1, 2 and 3 show schematically the principle of the rotor with self-steering

Winkelverstellung in drei Phasen.Angle adjustment in three phases.

Figur 4 zeigt einen Horizontal-Schnitt durch eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung.Figure 4 shows a horizontal section through an exemplary embodiment of the invention.

Figur 5 zeigt einen Vertikal-Schnitt der beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.Figure 5 shows a vertical section of the exemplary embodiment of the invention.

Figur 6 zeigt einen Vertikal-Schnitt einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit 220 Zahnradgetriebe und Zahnstange.Figure 6 shows a vertical section of an advantageous embodiment of the invention with 220 gear and rack.

Die Figur 1 zeigt eine Phasendarstellung des Rotors, die praktisch der optimalen Justierung und Abstimmung des Rotors bezüglich Rotordurchmesser und Bahngeschwindigkeit entspricht, wobei in Abhängigkeit von der Flügelanzahl sowie Profilform der Flügel eine 225 entsprechend andere Grundeinstellung möglich ist. Beim stationären Betrieb mit entsprechender Drehfrequenz stellt sich, wie die Beobachtungen am Modell zeigten, eine fast koaxiale Lage des Lenkkörpers ein, so dass die Lenkbewegungen der Flügel minimal werden und in eine gleichmäßige strömungsdynamische Lage entlang der Rotorbahn gelenkt sind.FIG. 1 shows a phase representation of the rotor, which corresponds practically to the optimal adjustment and tuning of the rotor with respect to the rotor diameter and path speed, a different basic setting being possible depending on the number of blades and profile shape of the blades. In stationary operation with a corresponding rotational frequency, as the observations on the model showed, the steering body is in an almost coaxial position, so that the steering movements of the wings are minimal and are steered into a uniform flow-dynamic position along the rotor path.

230 In Figur 2 ist ein Rotor im instationären Betrieb dargestellt. Während der Anlaufphase und beim Herunterfahren der Rotordrehfrequenz, sowie bei unkontinuierlichen Strömungsverhältnissen, bei Druck- und Richtungsänderungen und vor allem bei niedriger Rotor- Winkelgeschwindigkeit, zufolge geringen Winddrucks bzw. eines großen Rotordurchmessers, stellt sich der zentrale Lenkkörper in eine zur Rotorachse exzentrische230 A rotor is shown in transient operation in FIG. During the start-up phase and when the rotor rotational frequency is reduced, as well as in the event of non-continuous flow conditions, changes in pressure and direction, and especially at low rotor angular velocity, due to low wind pressure or a large rotor diameter, the central steering body is positioned eccentrically to the rotor axis

235 Lage und verharrt dort, gleichsam wie das Zahnrad eines Planetengetriebes, während der Rotor dreht . Im Bereich geringen Widerstands - lee-seitig - werden die Flügel über die gelenkigen Schubstangen entsprechend aus der radialen Rotorbahn ausgelenkt, im Bereich hohen Druckes, luv-seitig werden die Flügel entsprechend in die radiale Rotorbahn eingelenkt. In den Bereichen der Rotorbahn, in denen sich die Flügel beim Umlauf in235 position and remains there, as it were like the gear of a planetary gear, during the Rotor turns. In the area of low resistance - on the leeward side - the wings are deflected from the radial rotor path via the articulated push rods, in the area of high pressure, on the windward side, the wings are steered accordingly into the radial rotor path. In the areas of the rotor track in which the blades rotate when moving in

240 Richtung bzw. gegen die Richtung der Strömung bewegen, liegen die Flügel in neutraler Stellung strömungsdynamisch günstig nahe der Rotor-Kreisbahn an. Die Führung auf der Kreisbahn des zentralen Lenkkörper in Verbindung mit Wälzlagern bzw. Laufwagen erlaubt sowohl eine Verschiebung als auch Verdrehung des Lenkkörpers, so dass Querkräfte auf die Linearbewegung der Schubstangen und Reibung minimiert wird.240 direction move or against the direction of the flow, the wings are in a neutral position dynamically flow near the rotor orbit. The guidance on the circular path of the central steering body in connection with roller bearings or carriages permits both displacement and rotation of the steering body, so that lateral forces on the linear movement of the push rods and friction are minimized.

245245

In Figur 3 ist eine mögliche Extremlage der Flügel- Winkelstellung skizziert, wie diese bei einem Anlauf aus dem Stillstand möglich ist, vor allem, wenn bei Rotoren mit großem Durchmesser ein höheres Drehmoment erforderlich ist, bzw. wenn eine Lastabnahme durch Arbeitsmaschinen beim Anlauf bzw. bei geringer Umlaufgeschwindigkeit des Rotors anliegt.FIG. 3 outlines a possible extreme position of the wing angular position, as is possible when starting from a standstill, especially if a higher torque is required for rotors with a large diameter, or if a load is reduced by machines when starting or at a low rotational speed of the rotor.

250 In dieser schematischen Phasendarstellung ist deutlich zu erkennen, welche Lage zueinander die als schwarze Vollkreise skizzierten Lagerungen der Schubstangen auf der Kreisbahn des zentralen Lenkkörpers einnehmen können. In Verbindung mit der exzentrischen Lage des Lenkkörpers werden hierdurch optimale Winkelstellungen der Flügel zur Strömung ermöglicht, wobei die Winkel der gegenüberliegenden Flügel voneinander verschiedene250 This schematic phase representation clearly shows which position the bearings of the push rods, sketched as black full circles, can be in relation to each other on the circular path of the central steering body. In conjunction with the eccentric position of the steering body, this enables optimal angular positions of the vanes relative to the flow, the angles of the opposite vanes differing from one another

255 Beträge annehmen können.Can accept 255 amounts.

In beispielhafter Ausführung in Figur 4 bzw. in Figur 5, bei einem Rotor mit 12 Flügel (1), besteht der zentrale Lenkkörper (2) im Zentrum des Rotors aus zwei kreisringförmigen Rahmen (3, 4), die miteinander verbunden sein können und zwischen denen paarigIn an exemplary embodiment in FIG. 4 or in FIG. 5, for a rotor with 12 blades (1), the central steering body (2) in the center of the rotor consists of two annular frames (3, 4) which can be connected to one another and between those paired

260 angeordnete Wälzlager (5) oder auch entsprechende Laufwagen-Konstruktionen in einer ebenen Kreisbahn geführt werden. Von diesen führt jeweils eine gelenkig angeschlossene Schubstange (6) zu einem gelenkigen Anschluss (9) an einer Leitfläche. Dabei ist die Schubstange im ersten Teil (11), zwischen dem zentralen Lenkkörper (2) und ihrem Teilungs- Gelenk (7), radialsymmetrisch zur Rotor-Drehachse (13) in einer Linearführung (8) gelagert260 arranged roller bearings (5) or corresponding carriage designs are guided in a flat circular path. Of these, an articulated connecting rod (6) leads to an articulated connection (9) on a guide surface. The push rod is mounted in a linear guide (8) in the first part (11), between the central steering body (2) and its dividing joint (7), radially symmetrically to the rotor axis of rotation (13)

265 und mit ihrem zweiten Teil (12) exzentrisch zur Drehachse (10) der Leitfläche mit dieser gelenkig verbunden. Derart wird bei Lastbeaufschlagung der Flügel deren Drehung über deren Hebelwirkung und die Pendel-Schubbewegung des ungeführten Schubstangenteils (12) in eine radial-lineare Verschiebung des geführten Schubstangenteils (11) überführt, die Zug- und Druckkräfte über die Wälzlager (5) bzw. Laufwagen in den zentralen Lenkkörper (2) 270 leitet. Im Bestreben die einzelnen linearwirkenden Kräfte auszugleichen resultiert eine Verschiebung des zentralen Lenkkörpers in Richtung des geringsten Widerstandes, wobei die Schubstangenlager der radialsymetrisch gegenüberliegenden Flügelpaare, je nach Drehwinkel zu Luv- und Lee-Seite in der Rotorumlaufbahn, in der Kreisbahn des Lenkkörpers zwischen minimalem Abstand einer Kreissehne und maximalem Abstand des Kreisdurchmessers des265 and with its second part (12) eccentrically to the axis of rotation (10) of the guide surface with this articulated. In this way, when the wings are loaded, their rotation via their lever action and the pendulum thrust movement of the unguided push rod part (12) are converted into a radial-linear displacement of the guided push rod part (11), the tensile and compressive forces via the roller bearings (5) or carriages in the central steering body (2) 270 directs. The effort to balance the individual linearly acting forces results in a shift of the central steering body in the direction of the least resistance, whereby the push rod bearings of the radially symmetrically opposite wing pairs, depending on the angle of rotation on the windward and leeward side in the rotor orbit, in the circular path of the steering body between a minimum distance of one Circular chord and maximum distance of the circle diameter of the

275 Bewegungskreises differieren. Hierdurch und durch die Verschiebung des Lenkkörpers in eine exentrische Lage zur Rotor-Drehachse (13) erfolgt eine aktive gegenseitige Winkelverstellung der Flügel in Abhängigkeit der Wirkkräfte, wobei die Winkel (ß, γ) der gegenüberliegenden Flügel voneinander verschiedene Beträge annehmen können. Die Flügel sind nach Stand der Technik um eine vertikale Drehachse (13) auf einem275 range of motion differ. This and the displacement of the steering body into an eccentric position relative to the rotor axis of rotation (13) result in active mutual angular adjustment of the vanes as a function of the active forces, the angles (β, γ) of the opposing vanes being able to assume different amounts. According to the prior art, the wings are on a vertical axis of rotation (13)

280 Umfangskreis drehbar gelagert und gleichmäßig verteilt. Die Lagerung der Flügeldrehachsen (10) kann zwischen zwei sternartigen Tragscheiben mit auskragenden Tragarmen (14), ebenso zwischen Kreisscheiben oder auch zwischen Kreisringen mit Speichen und Narbenkonstrulction erfolgen, wobei die Flügelträger (14) , die Rotorhöhe begrenzend im Drehzentrum (13) des Rotors gelagert sind. Die Lagerung des Rotors ist, in Abhängigkeit von280 circumferential circles rotatably supported and evenly distributed. The wing axis of rotation (10) can be mounted between two star-like support disks with projecting support arms (14), also between circular disks or also between circular rings with spokes and scar structure, the wing supports (14) being mounted in the center of rotation (13) of the rotor, limiting the rotor height are. The bearing of the rotor is dependent on

285 seiner Größe und den Gesetzen der Festigkeitslehre und Rotationsdynamik, nach Stand der Technik auf verschiedene Weise denkbar.285 its size and the laws of strength and rotational dynamics, conceivable in various ways according to the state of the art.

In beispielhafter Ausführung in Figur 6, wird die Schwenkbewegung (α) des Flügels (1) mittels einem koaxial mit der Drehachse (10) des Flügels verbundenen Zahnrades ZI (15) aufIn an exemplary embodiment in FIG. 6, the pivoting movement (α) of the wing (1) is achieved by means of a gearwheel ZI (15) connected coaxially to the axis of rotation (10) of the wing

290 ein Zahnrad Z2 (16) übertragen. Mit diesem koaxial verbunden, überträgt ein Zahnrad Z3 (17) im Eingriff mit einer Zahnstange (18) das aus der Flügeldrehung übertragene Drehmoment und in eine lineare Schubbewegung, die beispielsweise über eine verbundene Schubstange (6) mit Linearführung (19) die Zug- und Druckkräfte über die Wälzlager (5) bzw. Laufwagen in den zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2) leitet und in einer Verschiebung des290 a gear Z2 (16) transmitted. Connected to this coaxially, a gearwheel Z3 (17), in engagement with a toothed rack (18), transmits the torque transmitted from the wing rotation and into a linear thrust movement, which, for example, via a connected push rod (6) with linear guide (19), the pull and Compressed forces on the roller bearings (5) or carriage in the central steering body with a flat circular path (2) and in a displacement of the

295 zentralen Lenkkörpers in Betrag und Richtung der resultierenden Kraft umgesetzt wird, wobei die angeschlossenen Flügel (1) eine entsprechende Winkelstellung einnehmen.295 central steering body in amount and direction of the resulting force is implemented, the connected wing (1) assume a corresponding angular position.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Winkelverstellung der Flügel hydraulisch vorzunehmen. Anstelle der Schubstangen werden beispielsweise Ein-Weg- 300 Druckzylinder gelenkig an jede Leitfläche und der' Rotorkörperkonstruktion gelagert und mittels Druckleitung an den zentralen Lenkkörper, der in diesem Falle ein Druckgefäß ist, angeschlossen. Völlig entlüftet und gefüllt mit einem inkompressiblen Medium, beispielsweise Bremsflüssigkeit, stellt sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung der Flügel über die Zylinderstangen ein Druckausgleich, der in der bekannten Art der 305 kommunizierenden Röhren ein, über den eine Winkelverstellung der Flügel bewirkt wird. Auch ist es denkbar, über Drucksensoren eine Messspannung abzugreifen, mit der elektrische Stellmotoren die Flügel-Winkelstellung über ein zentrales Steuerungsprogramm einstellen.Another embodiment of the invention provides that the angular adjustment of the wings is carried out hydraulically. Instead of the push rods, for example, one-way 300 pressure cylinders are articulated to each guide surface and the rotor body construction and connected by means of a pressure line to the central steering body, which in this case is a pressure vessel. Completely vented and filled with an incompressible medium, such as brake fluid, depends on the respective load Wing over the cylinder rods a pressure equalization, which in the known type of 305 communicating tubes, through which an angular adjustment of the wings is effected. It is also conceivable to tap a measurement voltage via pressure sensors with which electric servomotors adjust the wing angle position via a central control program.

Vorteilhaft bei dieser erfindungsgemäß vorgeschlagenen Winkelverstellung der Flügel ist, 310 dass im Prinzip beliebig viele Flügel auf dem Rotorkörper angeordnet werden können, wobei jede Leitfläche , vornehmlich in den instationären Phasen, d. h. vom Anlauf bis zum erreichen der Nennleistung und umgekehrt, beispielsweise bei Verringerung der Windstärke, in jeder Drehwinkelstellung des Rotors eine entsprechende Stellung zu den auf sie einwirkenden Kräften einnehmen kann, die aus dem Widerstand der Windströmung, an profilierten Flügel 315 wirkenden Auftriebskräften, Änderungen der Strömungsrichtung , Über- und Unterdruck in Luv und Lee, Turbulenzen sowie den Windwiderstandskräften und Fliehkräften resultieren.An advantage of this proposed angle adjustment of the vanes according to the invention is that, in principle, any number of vanes can be arranged on the rotor body, with each guide surface, primarily in the unsteady phases, ie. H. From start-up to reaching the nominal power and vice versa, for example when the wind strength is reduced, in each rotational angle position of the rotor it can assume a corresponding position to the forces acting on it, which arise from the resistance of the wind flow, buoyancy forces acting on profiled vanes 315, changes in the flow direction , Overpressure and underpressure in windward and lee, turbulence as well as wind resistance and centrifugal forces result.

Vorteilhaft bei dieser erfindungsgemäß vorgeschlagenen Winkelverstellung der Flügel ist weiterhin, dass insbesondere beim Anfahren und bei schwacher Strömung auch dieAnother advantage of this proposed angle adjustment of the wings according to the invention is that especially when starting and when the flow is weak

320 Durchströmung des Rotors, die luv-seitig nicht von den Flügel erfasst wird, lee-seitig auf die optimal in den Wind gestellten Flügel wirkt und für Vortrieb sorgt, während die Flügel an den Sektorgrenzen zwischen Luv und Lee bei der Drehbewegung in Strömungsrichtung stehen und praktisch kaum bremsenden Windwiderstand bewirken. Hierdurch wird es ermöglicht eine Vielzahl von Flügel oder Flügel mit großer Profilbreite bzw. großer vertikaler320 Flow through the rotor, which is not detected by the wings on the windward side, acts on the leeward side on the wings that are optimally placed in the wind and provides propulsion, while the wings stand at the sector boundaries between windward and downward during the rotational movement in the direction of flow and cause hardly any braking drag. This makes it possible to have a large number of wings or wings with a large profile width or large vertical

325 Erstreckung zu verwenden und eine große antriebswirksame Gesamtfläche zu erreichen, die bei starkem Drehmoment, dennoch einen geringen Verlust der Leistung durch Windwiderstand haben.325 extension to use and to achieve a large drive-effective total area, which with strong torque, yet have a small loss of power due to wind resistance.

Diese vorgeschlagene, im Verbund selbstlenkende Winkelverstellung der Flügel ermöglicht auch eine Speicherung der kinetischen Energie in Schwungmassen, da auch beim AnfahrenThis proposed, in combination self-steering angle adjustment of the wing also enables the kinetic energy to be stored in flywheel masses, since also when starting

330 aus dem Stillstand schon bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten zunächst die Flügel in eine optimale Wirkstellung gelenkt werden, um maximale Antriebsleistung aufzunehmen. Der Rotor setzt sich wie eine Windmühle zunächst langsam aber mit maximalem Drehmoment in Bewegung und nimmt kontinuierlich an Geschwindigkeit zu, wobei sich die Flügelstellung strömungsdynamisch anpasst, um im stationären Betrieb die Nennleistung zu erreichen.330 from a standstill, even at low flow speeds, the blades are first steered into an optimal active position in order to absorb maximum drive power. Like a windmill, the rotor starts moving slowly but with maximum torque and increases continuously in speed, with the wing position adapting to the flow dynamics in order to achieve the nominal power in stationary operation.

335335

In weiterer Ausgestaltung ist bei Anlagen mit geringem Durchmesser eine Lagerung auf stehender, fliegender Welle denkbar, die in einer Stuhlung oder einem Fundament auf einer Seite des Rotors gelagert wird. Bei Anlagen mit großem Durchmessers bzw. großer Rotorhöhe ist es Vorteilhaft den Rotor in einem Käfig zu lagern, wobei der Rotor mit einerIn a further embodiment, a bearing on a standing, flying shaft is conceivable in systems with a small diameter, which are in a frame or a foundation on a Side of the rotor is stored. In systems with a large diameter or large rotor height, it is advantageous to store the rotor in a cage, the rotor with a

340 durchgehenden Welle oder Rohrwelle, ebenso wie mit geteilter Welle bzw. Rohrwelle an wenigsten zwei Punkten drehbar gelagert ist. Der Käfig ist zweckmäßig aus Metallträgern oder Rohren in biegesteifer Rahmenkonstruktion sowie auch als Raumfachwerk zu erstellen , wobei Tragwerks-Module entstehen, in deren Decken und Bodenkonstruktion die Lagerung der Rotorachse erfolgt.340 through shaft or tubular shaft, as well as rotatably with at least two points with a divided shaft or tubular shaft. The cage is expedient to create from metal beams or pipes in a rigid frame construction and also as a space framework, whereby supporting structure modules are created, in the ceiling and floor construction of which the rotor axis is supported.

345 Dem Anwendungsfall und der Rotorgröße entsprechend, sind Module mit dreieckigem, quadratischen, auch polygonem und kreisförmigen Grundriß möglich, wobei insbesondere die aufrechten Rahmenstützen aerodynamisch ausgeformt sein können, um Windschatten und Verwirbelungsphänomene zu minimieren bzw. um Windleitfunktionen zu übernehmen. Die Rotorkäfig-Konstruktion in Modulbauweise erfolgt unter dem Gesichtpunkt, der Stapelbarkeit345 Depending on the application and the rotor size, modules with a triangular, square, also polygonal and circular layout are possible, whereby in particular the upright frame supports can be aerodynamically shaped in order to minimize slipstream and turbulence phenomena or to take over wind control functions. The modular design of the rotor cage is based on stackability

350 in Art aus der Literatur bekannter, sogenannter Windtürme und unterstützt auch eine einfache Aufstellung und Montage auf bestehenden Gebäuden sowie unerschlossenem Gelände, wie beispielsweise Bergen, Schluchten, Steilküsten, Wüstengebieten. 350 in the manner known from the literature, so-called wind towers and also supports simple installation and assembly on existing buildings and untapped terrain, such as mountains, gorges, cliffs, desert areas.

Claims

Patentansprüche claims

355 1. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) zur Nutzung von Energie aus strömenden Medien, wie beispielsweise Luft oder Wasser, mit einer Drehachse (13) und um diese kreisende Flügel, die auf einem zur Drehachse koaxialen Teilkreis mit Drehachsen (10) zwischen zwei Flügelträgern (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwenkbewegung der Flügel (1) um eine Drehachse (10), mittels wenigstens eines an einen355 1. Vertical rotor with steerable blades (1) for the use of energy from flowing media, such as air or water, with an axis of rotation (13) and blades orbiting around this, on a partial circle coaxial with the axis of rotation with axes of rotation (10) between Two wing carriers (14) are arranged, characterized in that a pivoting movement of the wings (1) about an axis of rotation (10) by means of at least one on one

360 Flügel angeschlossenen Elementes (6, 15), das Momente überträgt, in zur Drehachse (13) des Rotors, radialsymetrische lineare Verschiebungen überführt werden, wodurch die an den Flügeln (1) infolge der Rotation im umströmenden Medium verursachten Krafteinwirkungen als Zug- und Druckkräfte in gelenkige Lagerungen (5) übertragen werden, die in einem zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2), auf der Kreisbahn beweglich geführt werden360 vanes connected element (6, 15), which transmits moments, are transferred to the rotational axis (13) of the rotor, radial symmetrical linear displacements, as a result of which the vanes (1) as a result of the rotation caused by the rotation in the flowing medium act as tensile and compressive forces are transferred into articulated bearings (5), which are movably guided on the circular path in a central steering body with a flat circular path (2)

365 und den zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2) infolge der resultierenden Kräfte verschieben, womit eine gegenseitige, selbsttätige und voneinander abhängige Lenkung der angeschlossenen Flügel (1) in eine optimale Stellung zur Strömung erreicht wird.365 and move the central steering body with a flat circular path (2) as a result of the resulting forces, whereby mutual, automatic and interdependent steering of the connected wings (1) is achieved in an optimal position to the flow.

2. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 370 daß das momentenübertragende Element (6) eine Schubstange ist, die durch eine gelenkige2. Vertical rotor with steerable wings (1) according to claim 1, characterized in 370 that the torque-transmitting element (6) is a push rod which is articulated by an articulated

Verbindung (7) in einen schwenkbaren Teil (12), der in einem Gelenk (9) mit dem Flügel (1) in einem Abstand zur Drehachse (10) verbunden ist und einem linear geführten Teil (11) besteht, mit dem die Schwenkbewegungen der Flügel um die Drehachsen in eine zur Drehachse (13) des Rotors radialsymetrische lineare Verschiebung überführt wird, die über 375 gelenkige Lagerungen (5) in den zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2), eingeleitet werden.Connection (7) in a pivotable part (12) which is connected in a joint (9) to the wing (1) at a distance from the axis of rotation (10) and a linearly guided part (11) with which the pivoting movements of the Wing about the axes of rotation in a radial displacement symmetrical to the axis of rotation (13) of the rotor is transferred, which are introduced via 375 articulated bearings (5) in the central steering body with a flat circular path (2).

3. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das momentenübertragende Element (15) ein mit der Drehachse (10) des Flügels 380 verbundenes Zalinrad ist, das in eine Zahnstange (18) oder Zahnschnecke eingreift und mit diesen die Schwenkbewegung der Flügel (1) in zur Drehachse (13) des Rotors radialsymetrische lineare Verschiebungen überführt werden, die über gelenkige Lagerungen (5) in den zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2), eingeleitet werden .3. Vertical rotor with steerable vanes (1) according to claim 1, characterized in that the torque-transmitting element (15) is a with the axis of rotation (10) of the wing 380 connected Zalinrad, which engages in a rack (18) or worm gear and with the pivoting movement of the blades (1) is converted into linear displacements that are radial-symmetrical to the axis of rotation (13) of the rotor and are introduced into the central steering body with a flat circular path (2) via articulated bearings (5).

385 385

4. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das momentenübertragende Element (15) ein mit der Drehachse (10) des Flügels verbundenes Zahnrad ist, das mit mindestens einem weiteren Zahnrad (16) im4. Vertical rotor with steerable vanes (1) according to one of claims 1 and 3, characterized in that the torque-transmitting element (15) is a with the axis of rotation (10) of the wing connected gear, which with at least one further gear (16) in the

390 Eingriff ist, wobei über mindestens dieses Zahnrad (16) oder mehreren - mit diesem ein Getriebe (16, 17) bildende, Zahnräder mindestens ein Zahnrad (17) in eine Zahnstange (18) bzw. Zahnschnecke eingreift und antreibt, wobei die Schwenkbewegungen der Flügel (1) in zur Drehachse (13) des Rotors radialsymetrische lineare Verschiebungen überführt werden, die über gelenkige Lagerungen (5) in den zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2),390 is engaged, with at least this gear (16) or more - with this forming a gear (16, 17), gears engaging and driving at least one gear (17) in a rack (18) or worm gear, the pivoting movements of the Wings (1) are transferred into linear displacements that are radial-symmetrical to the axis of rotation (13) of the rotor, which displacements via articulated bearings (5) into the central steering body with a flat circular path (2),

395 eingeleitet werden395 can be initiated

5. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (15, 16, 17) und Zahnstangen bzw. Zahnschnecken Verzahnungen beliebiger Art nach Stand der Technik aufweisen können, um die5. Vertical rotor with steerable vanes (1) according to one of claims 3 and 4, characterized in that the gears (15, 16, 17) and toothed racks or toothed worms can have toothings of any kind according to the prior art in order to

400 Schwenkbewegung der Flügel (1) in eine zur Drehachse (13) des Rotors radialsymetrische lineare Verschiebung zu überführen.400 pivot movement of the wing (1) in a radial symmetry to the axis of rotation (13) of the rotor linear transfer.

6. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Flügel (1) mit einem, mit der Drehachse (10) des Flügels bzw.6. Vertical rotor with steerable wings (1) according to claim 1, characterized in that the pivoting movement of the wings (1) with one, with the axis of rotation (10) of the wing or

405 dem Flügel (1) verbundenen, Rotationskörpers (15) über Reibkräfte, oder eine formschlüssige Kontur an seinen Begrenzungsflächen mittels einer kraftübertragenden Berührung Drehmoment auf mindestens einen zweiten - oder mehrere drehbar gelagerte Rotationskörper (16, 17) mit entsprechender Kontur an den Begrenzungsflächen überträgt und von wenigstens einem der Rotationskörper (15,16,17) über Reibkräfte oder mittels einer formschlüssigen405 the rotary body (15) connected to the wing (1) via frictional forces, or a positive contour on its boundary surfaces by means of a force-transmitting contact transmits torque to at least one second - or more rotatably mounted rotational body (16, 17) with a corresponding contour on the boundary surfaces and of at least one of the rotating bodies (15, 16, 17) via frictional forces or by means of a positive fit

410 Kontur das Drehmoment von einem linear gefülirten Element (18) in eine Translation übertragen wird, mittels dem eine zur Drehachse (13) des Rotors radialsymetrische lineare Verschiebung in eine gelenkige Lagerung (5) übertragen wird, die in einem zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2), der die Drehachse des Rotors umfasst, auf der Kreisbahn beweglich geführt werden und den zentralen Lenkkörper verschieben können.410 contour, the torque is transmitted from a linearly filled element (18) into a translation, by means of which a linear displacement, which is radially symmetrical to the axis of rotation (13) of the rotor, is transmitted into an articulated bearing (5) which is in a central steering body with a flat circular path ( 2), which encompasses the axis of rotation of the rotor, can be guided on the circular path and can move the central steering body.

415415

7. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das die Kraftübertragung zwischen wenigstens zwei Rotationskörpern (15, 16) über Reibkräfte mittels Bändern, Riemen, Seilen oder dergleichen bzw. mittels formschlüssiger Konturen an den Begrenzungsflächen von wenigstens zwei Rotationskörpern (15, 16) eine7. Vertical rotor with steerable blades (1) according to claim 6, characterized in that the power transmission between at least two rotating bodies (15, 16) via frictional forces by means of bands, belts, ropes or the like or by means of positive contours on the boundary surfaces of at least two Rotational bodies (15, 16) one

420 Kraftübertragung durch Ketten, Zahnriemen oder dergleichen erfolgt. 420 Power transmission through chains, timing belts or the like.

8. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das momentenübertragende Element aus einem hydraulischen oder pneumatischem Zwei- Wege-Druckzylinder besteht, dessen Zylinderstange an einem Gelenk (9) mit dem Flügel (1) in einem Abstand zur Drehachse (10) verbunden ist und gegenseitig auf dem Flügelträger (14)8. Vertical rotor with steerable wings (1) according to claim 1, characterized in that the torque-transmitting element consists of a hydraulic or pneumatic two-way pressure cylinder, the cylinder rod at a joint (9) with the wing (1) at a distance is connected to the axis of rotation (10) and mutually on the wing support (14)

425 gelenkig befestigt ist, und von dem die aus der Schwenkbewegung der Flügel (1) resultierende Zug- bzw. Druckkraft mittels jeweiliger Druckleitungen in einen zweiten auf dem Flügelträger (14) derart befestigten Zwei- Wege-Druckzylinder leitet, daß durch dessen Zylinderstange in einer radialsymetrischen linearen Bewegungung die Kräfte über die gelenkigen Lagerungen (5) in den zentralen Lenkkörper mit ebener Kreisbahn (2) eingeleitet425 is articulated, and from which the tensile or compressive force resulting from the pivoting movement of the wings (1) by means of respective pressure lines leads into a second two-way pressure cylinder fastened on the wing support (14) in such a way that through its cylinder rod in one radial symmetrical linear movement the forces on the articulated bearings (5) in the central steering body with a flat circular path (2)

430 werden430

9. Vertikaler Rotor mit lenkbaren Flügeln (1) nach einem der Ansprüche 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das momentenübertragende Element aus einem hydraulischen oder pneumatischem Ein- Weg-Druckzylinder besteht dessen Zylinderstange an einem Gelenk (9)9. Vertical rotor with steerable vanes (1) according to one of claims 1 and 8, characterized in that the torque-transmitting element consists of a hydraulic or pneumatic one-way pressure cylinder whose cylinder rod on a joint (9)

435 mit dem Flügel (1) in einem Abstand zur Drehachse (10) verbunden ist und gegenseitig auf dem Flügelträger (14) gelenkig befestigt ist, und von dem die aus der Schwenkbewegung der Flügel (1) resultierende Zug- bzw. Druckkraft mittels einer Druckleitung in einen zentralen Druckbehälter eingeleitet wird, an dem in bekannter Art der kommunizierenden Röhren weitere Flügel (1) in derselben Weise angeschlossen sind. 435 is connected to the wing (1) at a distance from the axis of rotation (10) and is articulated to one another on the wing support (14), and from which the tensile or compressive force resulting from the pivoting movement of the wings (1) is by means of a pressure line is introduced into a central pressure vessel, to which further wings (1) are connected in the same way in the known manner of the communicating tubes.