DE10144954A1 - Energieerzeugungsanlage, insbesondere Windmühle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsanlage (100), vorzugsweise ein Windkraftwerk, mit Windkraft- und Rotormechanik mit Hebelkraft-Lagern, bei dem auf einer waagerechten Stange ein Rohr (11), das an einem Turm befestigt ist, und auf dem sich an Endpunkten Lager (12) befinden, auf denen das zweite Rohr (32) befestigt ist, auf dem die drehbaren Rotorblätter (14), die an Masten (15) befestigt sind, angeordnet sind, die mittels einer drehbaren Halterung (24) mit den Luvenden des zweiten Rohres (32) verbunden sind, mittels eines Drahtseiles (23). An jedem Rotor ist eine Umlenkstange (20) in Verbindung über ein Gelenk (22) mit einer Druckstange (21) angeordnet, die von der Druckscheibe (19) gedrückt wird. Die Druckscheibe (19) wird durch einen freiliegenden Motor (18) bewegt, der an der Druckscheibe (19) angeordnet und befestigt ist und der sich und die Mechanik durch ein Zahnrad (17) auf der Zahnleiste (16) bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Windmühle, bestehend aus einem Hauptmast, an dem quer zu dessen Längsachse ein Rohr zur Aufnahme von Masten mit daran angeordneten Rotorblättern angeordnet ist.

Energieerzeugungsanlagen, vorzugsweise in Form einer Windmühle, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die DE-OS 41 33 956 eine Windturbine mit segelartigen Vorrichtungen, und mit in der Segeltechnik bewährten Bauelementen, für das wirksame Betreiben von Windturbinen, bei der die Flügel langgestreckte zylindrische Räume mit begrenzten Gelenkflächen für längsaxiale Drehbewegungen bzw. für den Stellwinkel der Flügel besitzen, wobei die längsaxialen Gelenke der Holme bzw. der über dem Holm drehbaren Flügel sich vor allem medial und weit außen am Holm der Flügel angeordnet sind, bei der weiter Gleitringe vorne am Mast für die Stahlseile als Zug- und Spannvorrichtung vorhanden sind und dass eine Welle besonders auf medialen Teilen des Holms mitlaufende Rollen für die Zug- und Spannvorrichtung mit zugehörigen Motoren verbunden sind. Nachteilig ist hierbei, dass eine Verstellbarkeit der Flügel nur in einem sehr geringen Umfang möglich ist, so dass eine derart ausgebildete Windturbine bei zu schwachem Wind überhaupt nicht funktioniert und bei zu starkem Wind abgeschaltet werden muss, damit Teile dieser Anlage nicht beschädigt werden, da eine Anpassung der Flügelstellung an die entsprechende Windstärke mit dieser Anlage nicht möglich ist. Hierbei ist nur eine einfache Verstellbarkeit in Bezug auf die Windrichtung möglich.

Die DE-PS 42 21 783 beschreibt eine Vorrichtung zur Verstellung von Rotorblättern bei Energieerzeugungsanlagen, vorzugsweise bei Windmühlen, bei der als Verteilergetriebe je Rotorblatt ein Zahnriemen verwendet wird, der in räumlicher Anordnung ein Ritzel eines zentralen Verstellmotors über Umlenkrollen mit dem Rotorblatt verbindet, wobei gleichzeitig alle Ritzel mit einer Bremsscheibe verbunden sind, die mittels einer nicht mit der Rotornabe drehenden Bremszange festgebremst werden kann. Es handelt sich hierbei um einen Verstellantrieb, der sehr wartungsintensiv ist und der sich sehr schnell abnutzen kann, da insbesondere die hierbei verwendeten Zahnriemen sehr schnell verschleißen können, so dass diese in sehr kurzen Zeitabständen durch neue ersetzt werden müssen, was sehr kostenintensiv und zeitaufwendig ist, da in diesem Zeitraum die Energieerzeugungsanlagen still stehen müssen, also keinen Strom erzeugen. Hinzu kommt, dass derartige Energieerzeugungsanlagen schon bei mäßigen Windstärken aerodynamische Geräusche erzeugen, die von Nachbarn unter Umständen als störend empfunden werden können, was insbesondere dann der Fall ist, wenn mehrere Energieerzeugungsanlagen nebeneinander aufgestellt werden sollen.

Aus der DE-PS 36 28 626 ist eine Windkraftmaschinen-Regelung bekannt, bei der die Flügel jeweils über eine Stange mit einem Reiter verbunden ist und dass in der Ruhestellung die Längsachsen der Flügel mit ihrer jeweiligen Verstellachse in Draufsicht einen spitzen Winkel bilden, derart, dass bei zunehmender Windgeschwindigkeit und dadurch eintretender Bewegung des Reiters entgegen der Federkraft eine Verstellung der Flügelanstellwinkel in Richtung Fahnenstellung erfolgt. Dem Reiter ist ein mit einem Anschlag und mindestens einer Feder ausgerüstetes Hebel-Feder-System zugeordnet, das dessen Verstellbarkeit je nach Windstärke bewirkt. Das hier verwendete System zur Verstellung der Flügel hat den Nachteil, dass es sich hierbei um ein System handelt, das sehr schnell kaputt gehen kann, da insbesondere Federn ziemlich schnell an Wirkung und an Federspannung verlieren können, so dass die Wirkung dieses Systems in kurzer Zeit erheblich nachlässt, so dass eine sehr häufige Auswechslung von bestimmten Bauteilen, insbesondere der Hebel und der Federn erfolgen muss. Auch ist dieses System sehr wartungsintensiv, was zudem sehr kosten- und zeitintensiv ist. Hinzu kommt, dass es sich hierbei um ein System handelt, das in der Regel nur für Kleinanlagen mit einem Rotordurchmesser bis zu 3 m verwendet werden kann, und nicht für Großenergieerzeugungsanlagen, um in großem Maßstab Energie zu gewinnen.

Aus der DE-OS 31 26 692 ist eine Windturbine bekannt, die mit einem mehrflügeligen Windrad versehen ist, das kelchartig geformt ist und das zur Windseite hin offen ist. Zur Regelung der Windenergieübertragung auf die Flügel werden diese aus einem elastisch biegsamen Material hergestellt, und mit ihren Endflächen an zwei Speichenrädern befestigt, wobei die Befestigung an dem windseitig angeordneten größeren Speichenrad über Zugelemente an den Speichen verschiebbar angeordnet ist. Hierdurch kann die wirksame Fläche der jeweiligen Windlage angepasst werden und insbesondere wird dadurch die Sturmlage der Windturbine erheblich verbessert. Auch dieses System zum Verstellen der Flügel des Windrades ist sehr wartungsintensiv, da einzelne Komponenten ziemlich schnell kaputt gehen können, so dass diese gegen neue ersetzt werden müssen. Hinzu kommt, dass mit diesem System keine Verstellbarkeit der Flügel in jede beliebige Richtung möglich ist.

Den nächstkommenden Stand der Technik beschreibt die DE-OS 30 45 499, aus der eine Stellvorrichtung bekannt ist, zum Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter einer Windenergieanlage, die aus einer Verspann-Antriebseinheit besteht, die außen an der Rotornabe auf einem in der Rotornabe ortsfest gelagerten Außenrohr angeordnet ist und durch Aussparungen im Außenrohr hindurch ein die Rotorblätter tragendes Innenrohr antreibt, das relativ zum Außenrohr verdrehbar ist. Die Verspann-Antriebseinheit treibt durch einen Ritzel einen Zahnkranz am Innenrohr an, um den Anstellwinkel des Rotorblattes durch Verdrehen um die Rotorachse einzustellen. Es handelt sich hierbei aber lediglich um ein Verstellsystem, das für Rotoren geeignet ist, die lediglich nach einem Einblatt-System arbeiten, und nicht für Energieerzeugungsanlagen, insbesondere für die, die mit mehreren Rotorblättern ausgestattet sind oder die mit einem Windrad bestehend aus mehreren einzelnen Segeln oder Rotorblättern versehen sind. Hinzu kommt, dass dieses Verstellsystem auch nur für Kleinstanlagen geeignet ist, die nicht zur industriemäßigen Erzeugung von Energie geeignet sind, sondern lediglich für die Energiegewinnung für Privathäuser bzw. Einzelverbraucher. Hinzu kommt, dass es sich um ein sehr wartungsintensives System handelt, was sehr kostspielig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verstellsystem für Energieerzeugungsanlagen, insbesondere für Windmühlen zu schaffen, das sowohl für Klein- als auch für Großanlagen geeignet ist und das dauerhaft haltbar ist und das unbegrenzt belastbar ist, so dass es störungsfrei und wartungsarm arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.

Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf einer waagerechten Stange oder einem Innenrohr, das an einem senkrecht stehenden rohrförmigen oder kastenförmigen Turm befestigt ist, ein zweites Rohr angeordnet ist, auf dem Masten angeordnet sind, die zum Halten der Rotorblätter dienen. Die Masten mit den daran angeordneten Rotorblättern sind in der Regel in bestimmten Abständen schneckenförmig versetzt auf dem Außenrohr angeordnet, wobei die Masten, an denen die Rotorblätter befestigt sind, mit mehreren Achsen, die gelenkig miteinander verbunden sind, mit einer Druckscheibe verbunden sind, die beweglich auf dem Außenrohr angeordnet ist und die wiederum mit dem Motor verbunden ist, der mit einer Achse versehen ist, an deren äußeren Ende ein Zahnrad angeordnet ist, das durch den Motor bewegbar ist und das in eine Zahnschiene eingreift, die auf der Oberfläche des Außenrohres angeordnet ist, wodurch die Druckscheibe bewegbar ist mit der Folge, dass über die Achsen, die durch ein Gelenk verbunden sind, auch die Masten, an denen die Rotorblätter befestigt sind, bewegt werden können, so dass die daran befestigten Rotorblätter je nach Bedarf verstellt werden können.

Da eine Stellung oder ein Ausfall eines Verstellsystems nach den einschlägigen Sicherheitsbestimmungen für Windkraftanlagen oder Energieerzeugungsanlagen nicht zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Anlage führen dürfen, muss jede Anlage mit einem Sicherheitssystem ausgestattet sein, das Zugriff auf wenigstens zwei vollständig voneinander unabhängige Bremssysteme hat, wobei das zweite Sicherheitssystem im vorliegenden Fall aus einem Drahtseil besteht, das sowohl mit dem Luvende des Rohres verbunden ist als auch mit dem Masten, an dem die Rotorblätter befestigt sind, wozu an diesen eine entsprechende Befestigungsvorrichtung in Form einer drehbaren Halterung bestehend aus einer Öse oder einem Ring vorgesehen ist. Die Verstellbarkeit erfolgt durch die Längenveränderung des Drahtseiles, das in eine am Außenrohr befestigte Aufwickelrolle einführbar ist, die durch einen Motor angetrieben wird, so dass auch hierüber eine beliebige Verstellbarkeit der Flügel vorgenommen werden kann. Zum Schutz vor jeglichen Witterungseinflüssen sind die Aufwickelrolle und der Motor mit einer Abdeckung versehen, die wetterfest und vor allem wasserdicht ist.

Das Lager, das zwischen dem Innen- und dem Außenrohr angeordnet ist, kann durchgehend ausgebildet sein oder es kann auch nur aus zwei einzelnen, in Form von Ringen ausgebildeten Lagern bestehen, wobei es in diesem Fall dann als Lagerring in Form eines Kugellagers ausgebildet ist. Daneben kann das Lager auch als Hochleistungslager in Form eines Wälzlagers, das aus zwei Laufbandträgern, Ringen bzw. Scheiben, den Wälzkörpern und dem Käfig besteht, bei dem es sich um ein genormtes Schutzelement handelt, ausgebildet sein. Als Wälzkörper werden in der Regel Kugeln und Rollen, z. B. Zylinder-, Tonnen-, Kegelrollen und Nadeln verwendet. Der Käfig hat die Aufgabe, die Wälzkörper zueinander in gleichem Abstand zu halten. Grundsätzlich unterscheidet man nach der Form der Wälzkörper zwischen Kugel- und Rollenlagern und je nach Belastung (radial oder axial) zwischen Radial- und Axiallagern. Als Radiallager können radial drehende Radialrillen-Kugellager, Schrägkugellager, Pendelkugellager, Rollenlager, Nadellager, Pendelrollenlager, Kegelrollenlager und Tonnenlager verwendet werden und als Axialrillenkugellager können Axialschwenkkugellager, Axialpendelrollenlager, Axialzylinderrollenlager, Axiallager und Axialkegelrollenlager verwendet werden. Daneben existiert noch ein Drahtwälzlager, das häufig verwendet wird, das als Kugel- und als Rollenlager gebaut wird und bei dem die Wälzkörper auf gehärteten Federstahldrähten abrollen, die in Stützringe eingebettet sind.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist anstelle des Zahnrades und der Zahnleiste ein Kette oder ein Riemen angeordnet, durch das die Rotorblätter, die am Masten befestigt sind, verstellt werden können. Hierzu ist anstelle des Lagers, das am äußeren Ende der Antriebsachse angeordnet ist, die mit dem Motor verbunden ist, ein Rad angeordnet, auf das eine Kette oder ein Riemen gespannt ist, der durch einen Schlitz, der im äußeren Rohr anstelle der Zahnleiste angeordnet ist, hindurchgreift und mit einem weiteren Rad in Verbindung steht, das auf einer Achse angeordnet ist, die auf oder in dem inneren Rohr angeordnet ist. In dem Lager, das zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr angeordnet ist, ist ein entsprechender Schlitz angeordnet. Es handelt sich hierbei um ein Ketten- oder Riemengetriebe, bei dem die Kraftübertragung zwischen Kettenrad und Kette formschlüssig und mit überlagertem Reibschluss oder nur reibschlüssig erfolgt, wobei die Übersetzung abhängig vom Durchmesser- und Zählerverhältnis der Kettenräder ist. Die Kette kann hierbei als Antriebs-, Buchsen-, Rollen-, Zahn-, kraftschlüssige Rollen-, Rundstahl-, Gall- oder als Last- oder Förderkette ausgebildet sein.

Anstelle einer Kette kann auch ein Riemen angeordnet sein, mit einer Riemenscheibe und einem Riemenring, wobei der Riemenring im oberen Bereich und die Riemenscheibe im unteren Bereich angeordnet ist. Das Riemengetriebe ist für kleine und mittlere Leistungen von Drehmomenten und Drehzahlen geeignet und dient zur Überbrückung von großen, grob tolerierten Achsabständen und dient zur Überlastsicherung durch Rutschen und sorgt für einen extrem ruhigen und geräuscharmen Betrieb, wohingegen ein Kettengetriebe für mittlere Leistung und mittelgroße grob tolerierte Achsabstände geeignet ist, und ein kostengünstige, gut zugängliches und robustes System darstellt. Bei der Verwendung einer Zahnkette ist dann anstelle der herkömmlichen Zahnräder auf der Achse ein Kettenzahnrad angeordnet, das mit langen Zähnen versehen ist, die teilweise oder ganz mit kleinen Häkchen versehen sein können, dergestalt, dass das obere Ende der Zähne ganz leicht umgebogen ist. Der Riemen kann entweder als einlagiger Textilriemen, mehrlagiger Textilriemen, Polyestercordriemen oder als Bandriemen mit breiten Zugbändern ausgebildet sein, wobei sich der Riemen aus einer oberen Schicht, auch Deckschicht, einer Mittelschicht, der Zugschicht und aus einer unteren Schicht, der Laufschicht zusammensetzt. Die Zugschicht kann entweder einlagig oder auch mehrlagig ausgebildet sein, wobei in der Regel zwei, drei oder auch mehr Lagen vorgesehen sein können, die jeweils eine unterschiedliche Struktur aufweisen können. Sie bestehen in der Regel aus Polyamid, Polyamid in Kombination mit Baumwolle, Polyester oder aus einer Kombination aus Baumwolle, Polyamid und Polyester. Diese Schichten weisen in der Regel eine stäbchenförmige Struktur auf, wobei aber auch eine Waben- oder Stegstruktur denkbar ist. Die Laufschichten bestehen in der Regel aus einem Elastomer, Polyurethan, Balata oder Chromleder.

Daneben können auch Synchronriemen oder Zahnriemen verwendet werden, deren Riemenkörper aus Neopren oder Polyurethan mit Zugsträngen aus hochfesten Glasfasern oder Stahl-, Kevlar- oder Polyestercord bestehen, die bei den meist endlos in Normlängen hergestellten Riemen schraubenförmig gewickelt sind. Die Riemen können einfach oder doppelt verzahnt sein, wobei die Zähne quadratisch, rechteckig, halbkreisförmig, trapezförmig, dreieckig oder vieleckig ausgebildet sein können.

Anstelle eines Zahnradgetriebes kann als Antriebsmechanik auch ein hydraulischer Antrieb verwendet werden.

Bei einer dritten Ausführungsform besteht die Energieerzeugungsanlage aus einem Turm, an dem eine Stange befestigt ist, auf der ein erstes Rohr gelagert ist, auf dem ein zweites kurzes Rohr mit einem größeren Durchmesser als das erste Rohr gelagert ist, wobei sowohl zwischen der Stange und dem ersten Rohr als auch zwischen dem ersten und zweiten Rohr ein Lager angeordnet ist, das entweder ein Wälz- oder ein Kugellager sein kann und das entweder über die Vollänge oder nur abschnittsweise als Endlager ausgebildet sein können, angeordnet. Die Masten zum Befestigen der Flügel oder Rotorblätter bestehen hierbei in der Regel aus einem ersten und aus einem zweiten Mast, wobei der erste Mast auf dem Innenrohr angeordnet ist und der zweite Mast in einem gewissen Abstand zum ersten Mast auf dem Außenrohr. Der erste Mast, der in der Mitte des Innenrohres angeordnet ist, weist in Leerichtung mehrere Laufschienen auf, in die Luvseite die Segel eingeführt werden können. Der zweite Mast dagegen, der auf dem kurzen Außenrohr angeordnet ist, besteht aus einer Hülle und aus einem Mastkern, der sich zum Mastende hin verdickt und der auf dem kurzen Außenrohr drehbar angeordnet ist. Hierzu befindet sich auf dem Außenrohr ein Schlitz, unter dem auf dem Innenrohr eine Zahnleiste angeordnet ist, in die ein Zahnrad, das mittels einer Achse mit einem Motor verbunden ist, eingreift, so dass das äußere Rohr wellenförmig um das innere Rohr bewegt werden kann, wobei weiter ein zweiter Motor parallel zum zweiten Mast angeordnet ist, der mit einer Achse verbunden ist, die durch eine Durchbrechung, die in der Masthülle angeordnet ist, durchgreift und an deren äußerem Ende ein Zahnrad angeordnet ist, das in einen Zahnkranz eingreift, der am Mast angeordnet ist, so dass der Mastkern durch Drehen beliebig um seine eigene Achse geschwenkt werden kann.

Am Fuße des ersten Mastes ist jeweils eine Umlenkrolle für das Hinaufziehen des Seiles und des daran befestigten Segels angeordnet, wobei das Segel um das Seil geschlagen und mit diesem vernäht werden kann, so dass eine Schlaufe gebildet werden kann, entweder durchgehend ausgebildet sein kann oder in gewissen Abständen. Das Seil weist einen Haken zum Anbringen des Segels auf, der aus einem Loch besteht, das in Luvrichtung angeordnet ist, einer Metallöse zum Hindurchziehen und Halten des Seiles und aus einer Wickeltrommel besteht. Am Mastende sind Drahtseilverbindungen zum Luvende des Rohres vorgesehen, die für eine zusätzliche Stabilität sorgen sollen.

Der Mastkern des zweiten Mastes weist eine Laufschiene auf, die zum Fuße hin in einen Kanal übergeht, durch den ein weiteres Seil gezogen werden kann, mit dem die Leekante des Segels hochgezogen werden kann, wobei am Ende des Kanals eine Öse zum Befestigen des Seilendes angeordnet ist, wobei hier ebenfalls zusätzlich eine Öffnung für das Hochziehen des Seiles durch die Mastumhüllung zu einer Umlenkrolle und einer Wickeltrommel, die an der Außenkante des zweiten oder äußeren Rohres angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, dass zwischen dem ersten und zweiten Mast Segel aufgestellt werden können, die bei Bedarf eingerollt werden können oder unter eine beliebige Spannung gesetzt werden können, je nach Windstärke, so dass diese an jede beliebige Windstärke angepasst werden können. Die Endpunkte der ersten Masten sind in Verbindung mit jeweils einer Rolle, die innerhalb eines fächerförmigen Bereiches angeordnet ist, versehen, die Stahlseile, die noch auf eine vor der Aufhängetrommel angeordneten Umlenkrolle umgelenkt werden, aufgespult werden können, wodurch die Segel gesetzt und gespannt werden können. Die Trommel wird hierzu von einem Elektromotor angetrieben, der auch per Computer gesteuert werden kann. Die Trommel kann von einer pneumatischen Trommelbremse oder einer andersartig ausgerichteten Bremse automatisch gestoppt werden, wenn die gewünschte Segelstellung erreicht ist. Dadurch ist es möglich, dass eine Segelstellung abhängig von der jeweiligen herrschenden Windstärke und Windgeschwindigkeit gewählt werden kann, so dass eine optimale Energieerzeugung ermöglicht wird.

Alternativ kann auch eine Scheibenbremse für die Trommel zum Aufwickeln des Seiles verwendet werden. Die Windmühle weist Schoten in Luvrichtung (hinten) und Starks in Leerichtung (vorne) auf.

Die Flügel können alternativ am vorderen Ende spitz zulaufend ausgebildet sein oder können auch jede andere erdenkliche besonders stromliniengünstige Form aufweisen. So können die Segel u. a. eine dreieckige, trapezförmige, oder eine andere vieleckige Form aufweisen.

Bei einer vierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Turm, an dem die Stange zur Aufnahme der beiden Rohre, an denen die Rotorblätter befestigt sind, befestigt ist, auf einem Ponton befestigt ist, der auf dem Wasser schwimmt, und der in der Regel aus einer quadratischen, rechteckigen oder runden oder anderen vieleckigen Form besteht und mit einer oder mehreren Schwimmkammern versehen ist, so dass die Windmühle auf Meeren als Offshore-Energieerzeugungsanlage betrieben werden kann. Der Ponton ist mittels eines Ankers oder einer ähnlichen Vorrichtung am Meeresboden verankerbar.

Bei einer fünften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Energieerzeugungsanlage als Strömungskraftanlage ausgebildet ist, so dass diese über die Strömung des Wassers angetrieben werden kann und als Wasserkraftwerk Verwendung findet, wobei die Energieerzeugungsanlage in diesem Fall aus einem Ponton besteht, an dessen Unterseite ein röhrenförmiger Hauptmast angeordnet ist, der nach unten gerichtet ist und an dem in jeder Richtung ein oder mehrere Masten angeordnet sind, die aus einem inneren Stab bestehen, auf dem ein erstes längeres Rohr angeordnet ist, auf das ein zweites kurzes äußeres Rohr gelagert ist und bei dem der Mast, an dem die Rohre angeordnet sind, aus zwei Teilmasten besteht, wobei der eine Mast etwa mittig auf dem Innenrohr angeordnet ist und der zweite Mast etwa mittig auf dem auf dem Innenrohr gelagerten Außenrohr angeordnet ist, so dass zwischen beiden Masten Schaufelblätter angeordnet sind, die von den Masten gehalten werden, die wahlweise aus gehärtetem Kunststoff oder aus Metall bestehen können. Die Schaufelblätter sind stromlinienförmig ausgebildet und können durch wendelförmiges Bewegen des kürzeren Außenrohres auf dem Innenrohr beliebig verstellt werden, damit deren Stellung an die optimale jeweils herrschende Meeresströmung angepasst werden kann. Alternativ kann ein sogenannter Verstellpropeller verwendet werden, bei dem die Flügel getrennt auf einer Nabe angeordnet sind, die mit den beiden Masten verbunden ist, so dass die einzelnen Flügel getrennt voneinander verstellt werden können. Alternativ kann eine sogenannte Tunnelschraube verwendet werden, ein sogenannter ummantelter Propeller, der in der Regel ein gewöhnlicher oder verstellbarer Propeller ist, der in einem Düsenrohr angeordnet ist, wobei die Düse durch die Tragflügelform die Beschleunigung der Wasserströmung antreibt, so dass mehr Energie erzeugt werden kann. Bei einer weiteren Ausführung ist das System mit gegenläufigen Schrauben ausgestattet, bei dem zwei herkömmliche Propeller hintereinander liegen, aber in entgegengesetzter Richtung laufen, bei dem die Belastung für die einzelne Schraube vermindert und zugleich mit der zweiten Schraube ein Teil der an der ersten Schraube entstandenen Umdrehungsverluste wieder hereingeholt werden kann. Hierbei ist dann neben dem ersten kurzen Außenrohr ein zweites kurzes Außenrohr vorgesehen, was mit dem ersten kurzen Außenrohr in Verbindung stehen kann, so dass beide Schrauben durch eine einzige Bewegung gleichzeitig verstellt werden können.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Windmühle, mit Flügeln, die als Rotorblätter ausgebildet sein.

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Windmühle, mit einem Windrad bestehend aus Segeln,

Fig. 3 eine Ansicht des aus Segeln bestehenden Flügelrades der Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Windmühle,

Fig. 4 den schematischen Aufbau der Verstellvorrichtung einer Energie­ erzeugungsanlage, insbesondere einer Windmühle, zum Verstellen der Flügel,

Fig. 5 eine Schnittzeichnung des Verstellmechanismus, und

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Aufstellmechanismus an dem ersten Masten zum Aufwickeln der Segel.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Energieerzeugungsanlage 100, vorzugsweise einer Windmühle, die aus einem nicht dargestellten Turm besteht, an dem ein waagerechtes Innenrohr 11 mit einem geringen bzw. kleinen Durchmesser befestigt ist, auf den ein Außenrohr 13 befestigt ist, wobei zwischen dem Innenrohr 11 und dem Außenrohr 13 ein Lager 12 angeordnet ist, das entweder punktuell an den Enden angeordnet ist oder als durchgehendes Lager ausgebildet sein kann. Auf dem Außenrohr 13 sind strahlförmig bewegliche Masten 15 angeordnet, an denen wahlweise ein oder auch mehrere Rotorblätter 14 befestigt sind. Die Rotorblätter 14 sind mittels einer drehbaren Halterung 24 mit den Luvenden des Außenrohres 13 mittels einer Öse 25 verbunden, durch die ein Drahtseil 23 gezogen werden kann, das als Halterung fungiert. Im unteren Bereich des Mastes 15 ist eine Umlenkstange 20 befestigt, die über ein Gelenk 22 mit einer Druckstange 21, die an der Druckscheibe 19 befestigt ist, verbunden ist, so dass die Druckstange 21 von der Druckscheibe 19 bewegt werden kann. Die Druckscheibe 19 wird bewegt durch einen freiliegenden Motor 18, der an der Druckscheibe 19 befestigt ist und an dem eine Achse angeordnet ist, an deren äußerem Ende ein Zahnrad 17 befestigt ist, das in einer auf dem Außenrohr angeordnete Zahnleiste 6 eingreift, so dass der Mast 15 bewegt werden kann, was zur Folge hat, dass die daran befestigten Rotorblätter 14 beliebig verstellt werden können. Eine derartige Mechanik bestehend aus Zahnleiste, Motor mit Zahnrad, Druckscheibe und Achsen befindet sich an jedem einzelnen Rotor, der auf dem Außenrohr 13 angeordnet ist. Es können hierbei auch mehrere Rotoren auf mehreren Zahnleisten mit Zahnrädern laufen bzw. angeordnet sein, was dann von Vorteil ist, wenn mal eine Mechanik aufgrund eines Defektes ausfallen sollte.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Energieerzeugungsanlage 100, insbesondere einer Windmühle, die aus einem Hauptmast bzw. Turm 66 besteht, an dessen oberem Ende quer zum Hauptmast 66 eine Stange 30 angeordnet ist, auf der ein erstes Rohr 31 befestigt ist und auf dem wiederum ein zweites kurzes Rohr 32 beweglich befestigt ist, wobei auf dem ersten Rohr 31 ein erster Mast 34 und auf dem zweiten Rohr 32 ein zweiter Mast 36 befestigt ist, die jeweils mit Drahtseilen 39, 39a mit dem ersten Rohr 31 bzw. dem zweiten Rohr 32 verbunden sind, wodurch eine höhere Stabilität erzeugt wird. Zwischen dem schmalen ersten Mast 34 und dem breiten dicken Mast 36, die mit nicht dargestellten Laufschienen versehen sind, können dann Segel aufgespannt werden, die in diesem Fall als Flügel fungieren.

Fig. 3 zeigt eine Frontansicht des Rotorblattes 68 einer Energieerzeugungsanlage, vorzugsweise einer Windmühle, die aus einem Hauptmast 66 besteht, an dem eine Stange 30 befestigt ist, auf der ein erstes Rohr 31 auf dem ein zweites Rohr 32 angeordnet ist, an denen jeweils ein erster Mast 34 und ein zweiter Mast 36 angeordnet ist, zwischen denen Segel 67, 67a gespannt werden können, wobei die Spannstärke je nach Windstärke und Windgeschwindigkeit wahlweise eingestellt werden kann.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Vorrichtung zum Verstellen der Flügel. An einem Hauptmast 66 oder Turm ist im oberen Bereich eine Stange 30 drehbar befestigt, auf der ein erstes Rohr 31 angeordnet ist, an dem ein erster Mast befestigt ist, der mit einer Laufschiene 35 versehen ist, wobei zwischen der Stange 30 und dem ersten Rohr 31 ein Lager 37 angeordnet ist, das als Kugel- oder als Walzenlager ausgebildet sein kann. Auf dem ersten Rohr 31 ist ein zweites kurzes Rohr 32 angeordnet, an dem ein zweiter Mast 36 angeordnet ist, der ebenfalls eine Laufschiene 38 aufweist. Zwischen dem ersten Rohr 31 und dem zweiten Rohr 32 ist ebenfalls ein Lager 37 angeordnet, das ebenfalls als Kugel oder als Walzenlager ausgebildet sein kann.

Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht der Aufhängevorrichtung für das Segel, das die Flügel bildet und der Verstellvorrichtung zum Verstellen der Flügel. Auf einer Stange 30 und einem Rohr befindet sich ein erstes Rohr 31. Dieses läuft auf Lagern, die an den Enden angebracht sind um die Stange oder das Rohr oder die durchgängig ausgebildet sein können als Walzenlager. Etwa in der Mitte des inneren Rohres 31 sind radial erste Masten 34 angebracht, die in Leerichtung Laufschienen 35 über die gesamte Länge aufweisen, in die Luvseite der nicht dargestellten Segel eingeführt werden kann. Am Fuße des ersten Mastes 34 ist jeweils eine Umlenkrolle 55 für das Hinaufziehen des Seiles und des daran befestigten Segels, das um dieses Seil geschlagen und vernäht ist, angeordnet. Das Seil hat hierzu einen Vorlauf zum Anbringen des Segels auf der Baustelle. Weiterhin befindet sich dort eine Durchbrechung 56 in Luvrichtung, eine Metallöse 54 zum Befestigen des Seiles über einen Haken und eine Wickeltrommel 53 zum Heraufziehen des Seiles. Am Mastende und dazwischen gibt es Drahtseilverbindungen 39, 39a zum Luvendpunkt des ersten Rohres 31 hin. Auf einem zweiten Rohr 32, das um die Stange 30 und das erste Rohr 31 angebracht ist, wobei zwischen dem zweiten Rohr 32 und dem ersten Rohr 31 ein Lager 37 angeordnet ist, so dass das zweite Rohr 32 mittels eines Motors 40 wendelförmig um das zunächst innere Rohr 31 bewegt werden kann und auf dem ein zweiter Mast 36 angeordnet ist, der aus einer Masthülle 45 und einem Mastkern 44 besteht, die sich zu den Mastenden verdicken und die auf dem Außenrohr bzw. dem zweiten Rohr 32 drehbar befestigt sind. Sie können von einer Hülle 36 ganz oder teilweise in der Gesamtlänge umgeben sein, die zusätzliche Stabilität schafft. Dieser Mastkern 44 hat eine Laufschiene 46, die zum Fuße hin in einem Kanal (47) übergeht, durch den das Seil gezogen wird, das die Leekante des Segels hochziehen lässt. Am Ende des Kanals 47 ist eine Öse 48 zum Befestigen des Seilendes angeordnet. Es gibt eine Öffnung 49 für das Hochziehen des Seiles durch die Mastumhüllung 45 zu einer Umlenkrolle 50 und zu einer Wickeltrommel 51, auf der das Seil aufgewickelt wird. An den Enden zur Mitte hin befinden sich auf dem Mastkern 44 Zahnkränze 52. Diese übertragen die Kraft, die vom Elektromotor 59 erzeugt wird, der an dem zweiten Rohr 32 befestigt ist und der mit einer Achse 57 versehen ist, die durch eine Ausnehmung 60, die in der Masthülle 45 angeordnet ist, hindurchgreift und an deren äußerem Ende ein Zahnrad 58 angeordnet ist, das in den Zahnkranz 52 eingreift, der am Mastkern 44 angeordnet ist, so dass die Kraft über die waagerechte Achse 57 mit Zahnrad 58 auf den Zahnkranz 52 übertragen wird, wodurch für das Aufwickeln des Segeltuches gesorgt wird. Auf dem Außen- bzw. dem zweiten Rohr 32 befindet sich ein Schlitz 41. Unter ihm, auf dem Innenrohr 31 gibt es eine Zahnschiene 42, in die ein am Motor 40 mittels einer Achse befestigtes Zahnrad 41 eingreift, so dass bei Drehung des außenliegenden Motors 40 das außenliegende bzw. zweite Rohr 32 wendelförmig um das Innenrohr 31 gelegt wird, so dass die Flügel durch Bildung des äußeren Rohres 32 um das innere Rohr 31 verstellt werden können.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Aufwickelmechanismus der jeweils an den Endpunkten der ersten Masten 34 angeordnet ist. An den Endpunkten der Lee- oder ersten Masten 34 sind jeweils Trichter 62 angeordnet, an deren äußerem Ende eine Umlenkrolle 63 angeordnet ist, über die das Seil geführt wird, das auf die Trommel 61, die auf dem Rohrabschnitt innerhalb des Trichters 62 angeordnet ist, aufgewickelt werden kann und an der ein Motor 64 zum Bewegen der Trommel 61 angeordnet ist, wobei zusätzlich eine pneumatische Trommelbremse 65 zum Bremsen der Trommel angeordnet ist, wenn der Auf- oder Abwickelvorgang beendet werden soll.

Die Endpunkte der Leemasten oder der ersten Masten 34 sind in Verbindung mit jeweils einer Rolle auf einem Trichterrand und Stahlseile werden dort umgelenkt auf eine Trommel 61, die hinten auf dem äußersten Rohr 32 läuft, von dem Motor 64 angetrieben wird und von einer pneumatischen Trommelbremse 65 gestoppt werden kann.

Bezugszeichenliste

11

Innenrohr

12

Lager

13

Außenrohr

14

Rotorblatt

15

Mast

16

Zahnleiste

17

Zahnrad

18

Motor

19

Druckscheibe

20

Umlenkstange

21

Druckstange

22

Gelenk

23

Drahtseil

24

Halterung

25

Öse

30

Stange

31

erstes Rohr

32

zweites Rohr

33

Lager

34

erster Mast

35

Laufschiene

36

zweiter Mast

37

Lager

38

Laufschiene

39

Drahtseil

39

a Drahtseil

40

Motor

41

Schlitz

42

Zahnschiene

43

Zahnrad

44

Mastkern

45

Masthülle

46

Laufschiene

47

Kanal

48

Öse

49

Öffnung

50

Umlenkrolle

51

Wickeltrommel

52

Zahnkranz

53

Wickeltrommel

54

Metallöse

55

Umlenkrolle

56

Durchbrechung

57

Achse

58

Zahnrad

59

Motor

60

Ausnehmung

61

Trommel

62

Trichter

63

Umlenkrolle

64

Motor

65

pneumatische Trommelbremse

66

Hauptmast

67

Segel

67

a Segel

68

Rotorblatt

100

Energieerzeugungsanlage

Claims (12)

1. Energieerzeugungsanlage (100), vorzugsweise eine Windmühle, bestehend aus einem Hauptmast (66) mit einem quer zum Hauptmast (66) daran befestigten Rohr (11, 31), zur Aufnahme von Rotorblättern (14), dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Rohr (11, 31) ein zweites Rohr (13, 32) verschiebbar angeordnet ist, auf dem mehrere Masten (15, 34) mit mehreren Rotorblättern (14, 68) angeordnet sind, die beliebig verstellbar sind.

2. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Außenrohr (13, 32) eine Zahnleiste (16, 42) angeordnet ist, in die ein Zahnrad (17, 43) eingreift, das über eine Achse mit einem Motor (18, 40) verbunden ist, der über mehrere Achsen mit dem Mast (15, 34), an dem die Rotorblätter (14, 68) befestigt sind, so dass die Rotorblätter (14, 68) mit Hilfe des Motors (18, 40) verstellbar sind.

3. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere eine Windmühle, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (14, 68) Segel (67, 67a) sind, die an einem ersten Mast (34), der auf dem ersten Rohr (31) befestigt ist und die an einem zweiten Mast (36), der auf dem zweiten Rohr (32) befestigt ist, befestigbar sind.

4. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere eine Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Endpunkten der ersten Masten (34) ein Trichter (62) angeordnet ist, in dem auf den Mast (34) eine Trommel (61) angeordnet ist, die von einem Motor (64) antreibbar ist und die von einer pneumatischen Trommelbremse (65) stoppbar ist, mit der die Stahlseile zum Spannen des Segels (67, 67a) aufwickelbar sind.

5. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mast (36) aus einem Mastkern (44) ist, der mit einer Lauf­ schiene (46) versehen ist und der von einer Masthülle (45) umgeben ist.

6. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenrohr (11) und dem Außenrohr (13) mindestens ein Lager (12) angeordnet ist.

7. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (12) aus Ringlager ausgebildet ist.

8. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl zwischen der Stange (30) und dem ersten Rohr (31) als auch zwischen dem ersten Rohr (31) und dem zweiten Rohr (32) jeweils ein Lager (30, 37) angeordnet ist.

9. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (12, 33, 37) Kugellager sind.

10. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (12, 33, 37) Wälzenlager sind.

11. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Ende des zweiten Rohres (32) trichterförmig aufge­ weitet ist.

12. Energieerzeugungsanlage (100), insbesondere Windmühle, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungsanlage (100) eine Strömungskraftanlage ist.