DE102009028946A1

DE102009028946A1 - Wind turbine for converting wind force into electricity or mechanical force, has rotor blades tiltable between two positions around drag axes, and coupling device provided for synchronous pivoting of rotor blades between positions

Info

Publication number: DE102009028946A1
Application number: DE102009028946A
Authority: DE
Inventors: Manfred Gortat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-03

Abstract

The wind turbine (1) has a rotary axle (21) arranged at 90 degrees to wind incidence. Rotor blades (5-12) are rotatably arranged around the rotary axle and arranged parallel and adjacent to each other. The rotor blades are tiltable between two positions around drag axes (13-18), and comprise a larger wind attack region in one of the positions than in the other position. A coupling device is provided for synchronous pivoting of the rotor blades between the positions. The coupling device is designed as a gear wheel system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse zum Umwandeln von Windkraft in Elektrizität oder in mechanische Kraft. Es sind im Wesentlichen zwei Typen von Windkraftanlagen bekannt. Zum einen Windkraftanlagen, bei denen der Windeinfall parallel zur Rotationsachse erfolgt (im Weiteren horizontale Windkraftanlagen) und zum anderen Windkraftanlagen, bei denen der Windeinfall um bis zu 90° versetzt auf die Rotationsachse erfolgt (im Weiteren vertikale Windkraftanlagen).The invention relates to a wind turbine with a vertical axis for converting wind power into electricity or mechanical power. There are essentially two types of wind turbines known. On the one hand, wind turbines in which the wind incidence occurs parallel to the axis of rotation (hereinafter horizontal wind turbines) and on the other wind turbines in which the wind is offset by up to 90 ° on the axis of rotation (hereinafter vertical wind turbines).

Der Vortrieb der Rotorblätter erfolgt bei horizontalen Windkraftanlagen nach dem Propellerprinzip, bei dem der Wind die rotierende Achse parallel anströmt. Bei vertikalen Windkraftanlagen erfolgt der Vortrieb durch im Wesentlichen senkrechtes Anströmen der Rotorblattfläche durch den Wind.The propulsion of the rotor blades takes place in horizontal wind turbines according to the propeller principle, in which the wind flows parallel to the rotating axis. In vertical wind turbines, the propulsion takes place by substantially perpendicular flow of the rotor blade surface through the wind.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Anlagentypen liegt in der Rotationsbewegung der Rotorblätter. Während bei den horizontalen Windkraftanlagen die Rotorblätter in jeder Position einen Vortrieb durch den Wind erfahren – es gibt ausschließlich eine positive Phase der Rotorblattbewegung – haben die Rotorblätter bei vertikalen Windkraftanlagen einen Bereich – die negative Phase – in ihrer Umdrehung um die rotierende Achse, in der sie gegen den Wind drehen.The main difference between the two plant types lies in the rotational movement of the rotor blades. While in horizontal wind turbines the rotor blades are propelled by the wind in every position - there is only one positive phase of the rotor blade movement - in vertical wind turbines the rotor blades have a range - the negative phase - in their rotation about the rotating axis in which they are turn against the wind.

Das Gebrauchsmuster DE 000009317364 U1 offenbart eine Bauform für eine vertikale Windkraftanlage mit vertikal zum Windeinfall stehender rotierender Achse. Bei dieser Windkraftanlage wird in der positiven Phase die Rotorblattfläche durch Aufklappen zusätzlicher Windangriffsflächen vergrößert.The utility model DE 000009317364 U1 discloses a design for a vertical wind turbine with vertically standing to the wind incidence rotating axis. In this wind turbine in the positive phase, the rotor blade surface is increased by opening additional windage surfaces.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Gebrauchsmusters DE 000009317364 U1 wird die Windangriffsfläche des Rotorblatts in der positiven Phase nicht vergrößert, sondern durch Drehen des Rotorblattes die Windangriffsfläche in der negativen Phase verkleinert. Der Dreh- bzw. Klappmechanismus in dem oben angeführten Gebrauchsmuster erfolgt durch an den Rotorblättern angeordnete Gegengewichte. Um die Klapp- bzw. Drehbewegung zu dämpfen, sind die Rotorblätter mit zusätzlichen Stoßdämpfern ausgestattet.In a preferred embodiment of the utility model DE 000009317364 U1 the wind attack surface of the rotor blade is not increased in the positive phase, but reduced by rotating the rotor blade, the windage surface in the negative phase. The turning or folding mechanism in the above-mentioned utility model is carried out by arranged on the rotor blades counterweights. To dampen the folding or rotating movement, the rotor blades are equipped with additional shock absorbers.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach zu konstruierende Windkraftanlage mit einer zum Windeinfall im Wesentlichen um 90° versetzt stehender rotierender Achse vorzuschlagen, die effizient betrieben werden kann.It is an object of the invention to provide an easy to construct wind turbine with a windfall substantially offset by 90 ° standing rotating axis, which can be operated efficiently.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Windkraftanlage gemäß Anspruch 1 und/oder Anspruch 2. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The object is achieved by a wind power plant according to claim 1 and / or claim 2. Dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist eine rotierende Achse auf, die im Wesentlichen 90° zum Windeinfall angeordnet ist. Die Windkraftanlage besteht aus mindestens zwei Rotorblättern, die um die rotierende Achse drehbar angeordnet sind und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rotorblätter jeweils zwischen einer ersten und einer zweiten Position um eine Schwenkachse schwenkbar sind. Die erste Position ist die Position, bei der die Rotorblätter eine größere Windangriffsfläche haben als in der zweiten Position.The wind turbine according to the invention has a rotating axis, which is arranged substantially at 90 ° to the wind. The wind turbine consists of at least two rotor blades which are arranged rotatably about the rotating axis and characterized in that the rotor blades are each pivotable about a pivot axis between a first and a second position. The first position is the position where the rotor blades have a larger windage area than in the second position.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung (Anspruch 1) sind die Rotorblätter zueinander parallel nebeneinander angeordnet und es ist eine Kopplung der beiden Rotorblätter vorgesehen, die die Rotorblätter synchron zwischen der ersten und der zweiten Position schwenkt.According to a first aspect of the invention (claim 1), the rotor blades are arranged parallel to each other in parallel and there is provided a coupling of the two rotor blades, which rotates the rotor blades synchronously between the first and the second position.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung (Anspruch 2) sind die Rotorblätter diametral an der Achse angeordnet und es ist eine Kopplung vorgesehen, die die Rotorblätter synchron gegenläufig zwischen der ersten und der zweiten Position schwenkt.According to a second aspect of the invention (claim 2), the rotor blades are arranged diametrically on the axis and there is provided a coupling which rotates the rotor blades synchronously in opposite directions between the first and the second position.

Erfindungsgemäß wird bei beiden Aspekten der geringere Einfluss des Windes in der negativen Phase der Rotorblattumdrehung durch ein Schwenken der Rotorblätter erreicht.According to the invention, the lower influence of the wind in the negative phase of the rotor blade rotation is achieved by pivoting the rotor blades in both aspects.

Das Rotorblatt kann unabhängig von der Art der Schwenkachse über die erste und zweite Position hinaus gedreht werden. Bevorzugt nehmen die Rotorblätter im Betrieb die erste und zweite Position bzw. alle dazwischen liegenden Positionen ein.The rotor blade can be rotated beyond the first and second positions regardless of the type of pivot axis. During operation, the rotor blades preferably assume the first and second positions or all positions therebetween.

Der allgemeine Vorteil des schwenkbaren Rotorblattes ist die Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Windangriffsfläche. Durch das Schwenken bietet das Rotorblatt dem Wind im Bereich der positiven Phase eine große Angriffsfläche, es strömt mehr Wind gegen das Rotorblatt und das Rotorblatt wird angetrieben. In der negativen Phase schwenkt das Rotorblatt in eine Position mit möglichst geringer Anströmfläche, so dass der Rotationsbewegung um die rotierende Achse wenig Windkraft entgegen steht. Durch den Schwenkmechanismus und die Kopplung ist der erfindungsgemäße effiziente Betrieb der vertikalen Windkraftanlage möglich.The general advantage of the pivotable rotor blade is the enlargement or reduction of the windage surface. By pivoting the rotor blade provides the wind in the positive phase area a large attack surface, it flows more wind against the rotor blade and the rotor blade is driven. In the negative phase, the rotor blade pivots into a position with the smallest possible inflow surface, so that the rotational movement about the rotating axis is opposed to little wind power. By the pivot mechanism and the coupling of the inventive efficient operation of the vertical wind turbine is possible.

Bei beiden erfindungsgemäßen Aspekten übertragen die Rotorblätter die auf sie wirkende Kraft auf eine rotierende Achse. Die rotierende Achse ist bevorzugt im Wesentlichem rechtwinklig (d. h. bspw. 90° ± 20°) oder im Wesentlichen parallel zu der Drehachse der Rotorblätter ausgerichtet. Die Aufgabe der rotierenden Achse ist bei beiden Aspekten die Aufnahme der auf die Rotorblätter wirkenden Kraft und die Übertragung der aufgenommenen Kraft durch eine Rotationsbewegung auf beispielsweise einen Generator.In both aspects of the invention, the rotor blades transmit the force acting on them to a rotating axis. The rotating axis is preferably substantially orthogonal (ie, for example, 90 ° ± 20 °) or substantially parallel to the axis of rotation of the rotor blades. The task of the rotating axis is in both aspects Recording the force acting on the rotor blades and the transmission of the absorbed force by a rotational movement, for example, a generator.

Über eine Kopplung sind bei beiden erfindungsgemäßen Aspekten mindestens zwei Schwenkachsen miteinander verbunden. Die Kopplung sorgt dafür, dass sich die mit den Schwenkachsen verbundenen Rotorblätter synchron bewegen. Die synchrone Bewegung findet gleichzeitig statt, muss aber nicht gleichgerichtet sein, sondern die Drehrichtung um die Schwenkachsen kann bei beiden erfindungsgemäßen Aspekten in die gleiche Drehrichtung oder in verschiedene Drehrichtungen erfolgen. Entscheidend ist, dass, unabhängig von der Drehrichtung, die Kopplungen die Rotorblätter von einer Position mit größerem, bevorzugt maximalem Windwiderstand (die ersten Position) in eine Position mit kleinerem, bevorzugt minimalem Windwiderstand (die zweite Position) und zurück schwenken.Via a coupling at least two pivot axes are connected to each other in both aspects of the invention. The coupling ensures that the rotor blades connected to the pivot axes move synchronously. The synchronous movement takes place simultaneously, but need not be rectified, but the direction of rotation about the pivot axes can be done in both aspects of the invention in the same direction or in different directions of rotation. It is crucial that, regardless of the direction of rotation, the couplings pivot the rotor blades from a position with greater, preferably maximum wind resistance (the first position) to a position with a smaller, preferably minimal wind resistance (the second position) and back.

Die Schwenkbewegungen erfolgen durch die Kopplungen automatisch dadurch, dass jede Bewegung eines Rotorblattes Bewegung der mit ihm gekoppelten Rotorblatter verursacht und die Kopplung so wirkt, dass sich die Rotorblätter zum richtigen Zeitpunkt in einer widerstandsminimalen (zweiten) oder eine widerstandsmaximalen (ersten) Position befinden.The pivotal movements are made by the couplings automatically in that each movement of a rotor blade causes movement of the rotor blades coupled to it and the coupling acts so that the rotor blades are in a minimum resistance (second) or maximum resistance (first) position at the right time.

Die Kopplung des ersten Aspektes stellt eine Verbindung zwischen den Schwenkachsen von parallel nebeneinander stehenden Rotorblättern her. Bei dem ersten Aspekt sind die Rotorblätter so gekoppelt, dass sie sich beide gleichzeitig entweder in der ersten oder in der zweiten Position befinden (synchron)The coupling of the first aspect provides a connection between the pivot axes of parallel juxtaposed rotor blades. In the first aspect, the rotor blades are coupled so that they are both in either the first or the second position simultaneously (synchronous)

Somit gewährleistet die synchrone Kopplung, dass die über sie verbundenen Rotorblätter immer zur gleichen Zeit zwischen der ersten Position und der zweiten Position hin- und hergeschwenkt werden.Thus, the synchronous coupling ensures that the rotor blades connected via them are always reciprocated at the same time between the first position and the second position.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der die Schwenkachsen an einer äußeren Kante des Rotorblatts positioniert sind und die Schwenkachsen von zwei Rotorblättern direkt parallel nebeneinander angeordnet sind, werden die beiden Rotorblätter durch die Schwenkbewegung zusammen- und/oder auseinandergeklappt.In a particularly preferred embodiment, in which the pivot axes are positioned on an outer edge of the rotor blade and the pivot axes of two rotor blades are arranged directly parallel to each other, the two rotor blades are folded together and / or unfolded by the pivoting movement.

Die Kopplung führt bei dieser bevorzugten Ausführungsform dazu, dass die mechanische Kraft zur Aufwärtsbewegung des unteren Rotorblattes teilweise von dem oberen sich senkenden Rotorblatt aufgebracht wird. Umgekehrt wird beim Öffnen der Rotorblätter die notwendige mechanische Kraft für das Hochklappen des oberen Rotorblattes teilweise durch das sich senkende, untere Rotorblatt aufgebracht. Es findet durch die Kopplung die bereits erwähnte Drehkraftübertragung statt.The coupling results in this preferred embodiment in that the mechanical force for upward movement of the lower rotor blade is partially applied by the upper lowering rotor blade. Conversely, when opening the rotor blades, the necessary mechanical force for folding up the upper rotor blade is partially applied by the lower, lower rotor blade. It takes place through the coupling, the already mentioned torque transmission.

Die Kopplung der parallel nebeneinander stehenden Schwenkachsen ist durch bekannten Systeme, wie beispielsweise Getriebe, Zahnräder, Gestänge oder Seilsysteme ausführbar.The coupling of parallel juxtaposed pivot axes can be performed by known systems, such as gears, gears, linkages or cable systems.

Bei dem zweiten Aspekt der erfindungsgemäßen Windkraftanlage sind die Schwenkachsen von mindestens zwei Rotorblättern diametral zueinander angeordnet und über eine Kopplung miteinander verbunden. Die Kopplung ist für ein synchron gegenläufiges Schwenken der Rotorblätter zwischen der ersten und zweiten Position ausgelegt. Das gegenläufige Schwenken bezieht sich auf die versetzten Positionen der diametral zueinander stehenden Rotorblätter und nicht auf den Drehsinn der Rotorblätter.In the second aspect of the wind turbine according to the invention, the pivot axes of at least two rotor blades are arranged diametrically opposite one another and connected to one another via a coupling. The coupling is designed for synchronously counter-rotating the rotor blades between the first and second position. The opposite pivoting refers to the offset positions of the diametrically opposed rotor blades and not to the sense of rotation of the rotor blades.

Die Kopplung bei dem zweiten Aspekt der erfindungsgemäßen Windkraftanlage stellt eine Verbindung zwischen den Schwenkachsen von zwei diametral zueinander stehenden Rotorblättern her, bei der die dadurch gekoppelten Rotorblätter immer gleichzeitig geschwenkt werden, sich aber in gegenläufigen (zueinander versetzten) Positionen befinden. Das bedeutet, dass wenn mindestens ein Rotorblatt in der ersten Position ist bzw., sich auf dem Weg in die erste Position befindet, sich synchron mindestens ein diametral zu ihm gekoppeltes Rotorblatt in der zweiten Position bzw. sich auf dem Weg in die zweite Position befindet.The coupling in the second aspect of the wind turbine according to the invention establishes a connection between the pivot axes of two rotor blades arranged diametrically opposite one another, in which the rotor blades coupled thereby are always pivoted simultaneously, but in opposite (mutually offset) positions. This means that when at least one rotor blade is in the first position or is on the way to the first position, synchronously at least one rotor blade coupled to it is in the second position or on the way to the second position ,

Die Kopplung gewährleistet somit auch hier, dass die über sie verbundenen Rotorblätter immer synchron das bedeutet zur gleichen Zeit zwischen der ersten Position und der zweiten Position hin- und hergeschwenkt werden. Im Gegensatz zum ersten Aspekt, bei dem die gekoppelten Rotorblätter die gleiche Position einnehmen, bewegen sich die diametral zueinander stehenden Rotorblätter beim zweiten Aspekt zwischen den Positionen gegenläufig.The coupling thus also ensures here that the rotor blades connected via them always synchronously that means at the same time between the first position and the second position and are pivoted back and forth. In contrast to the first aspect, in which the coupled rotor blades occupy the same position, the diametrically opposed rotor blades move in opposite directions in the second aspect between the positions.

Die Kopplung der diametral zueinander stehenden Schwenkachsen ist bspw. durch eine feste Verbindung oder eine Verbindung mit einer Manschette ausführbar. Alternativ kann die Kopplung auch bspw. durch ein geeignetes Getriebe bewirkt werden.The coupling of the diametrically opposed pivot axes is, for example, executable by a fixed connection or a connection with a collar. Alternatively, the coupling can also be effected, for example, by a suitable gear.

Der Vorteil der Kopplung liegt wie beim ersten Aspekt der erfindungsgemäßen Windkraftanlage in der simultanen Bewegung der gekoppelten Rotorblätter, der Übertragung der notwendigen Drehkräfte zwischen den Rotorblättern und dem oben beschriebenen automatisierten Bewegungsablauf der Rotorblätter.The advantage of the coupling is as in the first aspect of the wind turbine according to the invention in the simultaneous movement of the coupled rotor blades, the transmission of the necessary rotational forces between the rotor blades and the above-described automated movement of the rotor blades.

Bei der zweiten Ausprägung ist die Kopplung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch eine gemeinsame Schwenkachse, auf der die Rotorblätter versetzt zueinander montiert sind, herzustellen. Der Versatz kann bevorzugt im Wesentlichen (d. h. bspw. mit Abweichung von nicht mehr als 20°) 90° betragen.In the second embodiment, the coupling is in a particularly preferred Embodiment by a common pivot axis on which the rotor blades are mounted offset from each other to produce. The offset may preferably be substantially (ie, for example, with a deviation of not more than 20 °) 90 °.

Der Vorteil der Kopplungen ist bei beiden Aspekten die automatische, synchrone, gleichzeitige Bewegung der verbundenen Rotorblätter mit der damit verbundenen. Drehkraftübertragung zwischen den gekoppelten Rotorblättern.The advantage of the couplings in both aspects is the automatic, synchronous, simultaneous movement of the connected rotor blades with the associated rotor blades. Torque transmission between the coupled rotor blades.

Die Schwenkachsen können als eigenständige Achsen mit den Rotorblättern verbunden oder als Drehachse, um mindestens einen Befestigungspunkt, im Rotorblatt ausgebildet sein. Die Schwenkachsen können am Rotorblatt von einer Außenkante bis zu einer Mittelachse positioniert sein, bevorzugt wird sie an einer Außenkante oder in der Mittelachse des Rotorblatts angeordnet.The pivot axes can be connected as independent axes with the rotor blades or as a rotation axis, to at least one attachment point, be formed in the rotor blade. The pivot axes can be positioned on the rotor blade from an outer edge to a central axis, preferably it is arranged on an outer edge or in the central axis of the rotor blade.

Bei der Ausbildung der Schwenkachse als eigenständige Achse, die mit dem Rotorblatt verbunden ist, sind bei beiden erfindungsgemäßen Aspekten alle als Achsen verwendbare Materialien und geometrischen Querschnittsformen, vorzugsweise dem Rotorblatt angepasst, wie beispielsweise rechteckig, ovale oder runde Achsen einsetzbar.In the formation of the pivot axis as an independent axis, which is connected to the rotor blade, in all aspects of the invention all usable as axes materials and geometric cross-sectional shapes, preferably adapted to the rotor blade, such as rectangular, oval or round axes used.

Die Schwenkachsen und die Rotorblätter sind um mindestens einen Befestigungspunkt stufenlos von einer ersten Position in eine zweite Position oder in eine Position zwischen der ersten und zweiten Position zu drehen.The pivot axes and the rotor blades are to be continuously rotated about at least one attachment point from a first position to a second position or to a position between the first and second positions.

Als Rotorblatt können für beide erfindungsgemäßen Aspekte bekannte Rotorblätter für vertikale Windkraftanlagen verwendet werden. Die Querschnittsform des Rotorblatts kann beispielsweise konvex, konkav, rechteckig oder bevorzugt im Bereich der Schwenkachse verdickt sein.As a rotor blade known rotor blades for vertical wind turbines can be used for both aspects of the invention. The cross-sectional shape of the rotor blade may, for example, be convex, concave, rectangular or preferably thickened in the region of the pivot axis.

Der Querschnitt über die Längsachse des Rotorblattes kann unterschiedlich ausgeformt sein, beispielsweise rechtwinklig, oval, verdickt oder auf eine äußere Kante zulaufend dünner werdend. Als geometrische Form des Rotorblattes sind beispielsweise rechteckig, ovale oder runde Formen ausführbar.The cross section over the longitudinal axis of the rotor blade may be formed differently, for example, rectangular, oval, thickened or thinning tapering to an outer edge. As a geometric shape of the rotor blade, for example, rectangular, oval or round shapes are executable.

Als Materialien für die Rotorblätter sind für beide erfindungsgemäßen Aspekte übliche Materialien wie zum Beispiel Leichtmetall, Metall, glasfaser- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff einsetzbar.As materials for the rotor blades common materials such as light metal, metal, glass fiber or carbon fiber reinforced plastic can be used for both aspects of the invention.

Bevorzugt wird ein Rotorblatt aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit konvex-konkaver Bauform und innen liegender Schwenkachse verwendet. Diese Bauform bietet dem Wind eine besonders gute Angriffsfläche in der Vortriebsphase (positive Phase) und hat einen niedrigen Strömungswiderstand in der negativen Phase. Glasfaserkunststoff ist außerdem witterungsbeständig und hat ein geringes Gewicht, aufgrund dessen die Schwenk- und Drehbewegungen der Windkraftanlage leichter und materialschonender ausgeführt werden.Preferably, a rotor blade made of glass fiber reinforced plastic with convex-concave design and internal pivot axis is used. This design offers the wind a particularly good attack surface in the propulsion phase (positive phase) and has a low flow resistance in the negative phase. Glass fiber plastic is also weather-resistant and has a low weight, due to which the swiveling and rotating movements of the wind turbine are made lighter and gentler on the material.

Besonders effizient wird die erfindungsgemäße Windkraftanlage bei einer Kombination der beiden Aspekte, d. h. sowohl mit parallel nebeneinander stehenden Rotorblättern als auch mit diametral dazu angeordneten Rotorblättern. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht somit aus mindestens vier Rotorblättern, wobei auf jeder der diametral zueinander stehenden Seiten der rotierenden Achse jeweils zwei Rotorblätter parallel nebeneinander angeordnet sind.The wind turbine according to the invention is particularly efficient in a combination of the two aspects, ie. H. both with parallel juxtaposed rotor blades and with diametrically arranged rotor blades. A particularly preferred embodiment thus consists of at least four rotor blades, wherein in each case two rotor blades are arranged parallel to each other on each of the diametrically opposite sides of the rotating axis.

Besonders bevorzugt wird bei dieser Ausführungsform die Kopplung der parallel nebeneinander stehenden Rotorblätter und zumindest einer diametralen Kopplung zwischen zwei Rotorblättern. Dabei sind alle Rotorblätter untereinander gekoppelt: zum einen über eine parallele Kopplung und zum anderen entweder über eine direkte diametrale Kopplung oder eine indirekt diametrale Kopplung die über die parallele Kopplung mit den direkt diametral gekoppelten Rotorblätter besteht.Particularly preferred in this embodiment is the coupling of the parallel juxtaposed rotor blades and at least one diametrical coupling between two rotor blades. All rotor blades are coupled with each other: on the one hand via a parallel coupling and on the other hand either via a direct diametrical coupling or an indirect diametrical coupling which consists of the parallel coupling with the directly diametrically coupled rotor blades.

Der Vorteile der Kombination der beiden erfindungsgemäßen Aspekte liegt im deutlich besseren automatischen Bewegungsablauf, in der stärker wirkenden Windkraft auf die Rotorblätter und in der deutlich besseren Drehkraftübertragung zwischen den Rotorblättern, da jedes Rotorblatt mit mindestens drei weiteren Rotorblättern, direkt oder indirekt, gekoppelt ist.The advantages of the combination of the two aspects of the invention lies in the significantly better automatic movement, in the more powerful wind power on the rotor blades and in the much better torque transmission between the rotor blades, since each rotor blade with at least three other rotor blades, directly or indirectly coupled.

Durch den weitestgehend symmetrischen Aufbau dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windkraftanlage müssen nur wenige unterschiedliche Einzelteile verwendet werden, wodurch neben der einfachen Herstellung auch Wartungs- und Reparaturarbeiten einfach und kostengünstig durchgeführt werden können.Due to the largely symmetrical structure of this embodiment of the wind turbine according to the invention only a few different items must be used, which in addition to the ease of manufacture and maintenance and repair work can be performed easily and inexpensively.

In beiden Aspekte der erfindungsgemäßen Windkraftanlage bilden bezogen auf die rotierende Achse die diametral zueinander und/oder zueinander parallel nebeneinander angeordneten Rotorblätter eine axiale Ebene von Rotorblättern an der rotierenden Achse. Um die Kräfte, die auf die rotierende Achse übertragenden werden, weiter zu erhöhen, sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der beiden Aspekte der erfindungsgemäßen Windkraftanlage mehrere axial beabstandete Ebenen von Rotorblättern an der rotierenden Achse angeordnet.In both aspects of the wind power plant according to the invention, relative to the rotating axis, the rotor blades, which are diametrically opposed to each other and / or parallel to one another, form an axial plane of rotor blades on the rotating axle. In order to further increase the forces that are transmitted to the rotating axis, in a particularly preferred embodiment of the two aspects of the wind turbine according to the invention a plurality of axially spaced planes of rotor blades are arranged on the rotating axis.

Die Querschnittsform der Rotorblätter beeinflusst die Einwirkung des Windes auf die Rotorblätter. Durch vorteilhaft geformte Rotorblätter kann der Einfluss der negativen Phase der Rotorblattumdrehung verringert und die Kraftübertragung des Windes auf die Rotorblätter verbessert werden.The cross-sectional shape of the rotor blades influences the action of the wind on the rotor blades. By advantageously shaped rotor blades of the Reduced influence of the negative phase of the rotor blade rotation and the power transmission of the wind to the rotor blades can be improved.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der beiden alternativen Aspekte der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ist mindestens ein Rotorblatt mit einer konkaven oder/und einer konvexen Seite ausgeformt.In a particularly preferred embodiment of the two alternative aspects of the wind turbine according to the invention, at least one rotor blade is formed with a concave or / and a convex side.

Bevorzugt wird bei beiden Aspekten der erfindungsgemäßen Windkraftanlage eine Ausführungsform, bei der in der ersten Position die konkave Seite des Rotorblattes dem Windeinfall zugewandt ist.In both aspects of the wind power plant according to the invention, an embodiment in which the concave side of the rotor blade faces the wind incidence in the first position is preferred.

Eine Dämpfung der Rotorblattbewegung führt zu einem leiseren Bewegungsablauf der Rotorblattbewegung und durch die Dämpfung werden die Bestandteile und das Material der erfindungsgemäßen Windkraftanlage geschont, so dass Wartung und/oder Reparatur seltener notwenig sind.A damping of the rotor blade movement leads to a quieter movement of the rotor blade movement and the damping of the components and the material of the wind turbine according to the invention are spared, so that maintenance and / or repair are less necessary.

Um bei beiden Aspekten der erfindungsgemäßen Windkraftanlage eine möglichst leise und für die Windkraftanlage schonende Drehbewegung der Rotorblätter durchzuführen, ist bei beiden Aspekten in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Dämpfung der Rotorblattbewegung um die Schwenkachse vorgesehen. Zur Dämpfung können beispielsweise Kolben-Zylindersysteme, mechanische Federdämpfung oder Puffer eingesetzt werden.In order to carry out a rotational movement of the rotor blades that is as quiet as possible and gentle to the wind power plant in both aspects of the wind power plant according to the invention, damping of the rotor blade movement about the pivot axis is provided in both aspects in a particularly preferred embodiment. For damping, for example, piston-cylinder systems, mechanical spring damping or buffer can be used.

Die rotierende Achse nimmt bei beiden alternativen Aspekten der erfindungsgemäßen Windkraftanlage die an den Rotorblättern erzeugte Kraft auf. Die von der rotierenden Achse aufgenommenen Kräfte werden über eine Kopplung auf einen Generator übertragen. Beispiele hierfür sind Generatoren zur Erzeugung von Elektrizität oder Druckluft.In both alternative aspects of the wind turbine according to the invention, the rotating axle absorbs the force generated at the rotor blades. The forces absorbed by the rotating axis are transmitted via a coupling to a generator. Examples include generators for generating electricity or compressed air.

Die Kopplung der rotierenden Achse mit dem Generator erfolgt beispielsweise über eine feste Verbindung der rotierenden Achse mit dem Generator oder einem Getriebe, das zwischen rotierender Achse und Generator angeordnet ist.The coupling of the rotating axis with the generator takes place for example via a fixed connection of the rotating axis with the generator or a transmission which is arranged between the rotating axis and the generator.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der beiden Aspekte ist die rotierende Achse durch ein Getriebe mit einem Generator zur Umwandlung der mechanischen Kraft zur Erzeugung von Elektrizität gekoppelt.In a particularly preferred embodiment of the two aspects, the rotating axle is coupled by a transmission to a generator for converting the mechanical force to generate electricity.

Um die Windkraft effizient und mit einem hohen Wirkungsgrad auszunutzen, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der beiden Aspekte ein Generator eingesetzt, der in unterschiedlichen Drehbereichen unterschiedlich effizient ist und bei dem das Getriebe so ausgebildet ist, dass es auf den effizientesten Drehbereich des eingesetzten Generators abgestimmt ist.In order to utilize wind power efficiently and with high efficiency, in a particularly preferred embodiment of the two aspects, a generator is used which has different efficiency in different rotational ranges and in which the transmission is designed to match the most efficient rotational range of the generator used is.

Zur Kopplung der parallel nebeneinander angeordneten Rotorblätter des ersten Aspekts der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Zahnradsystem vorgesehen. Als Zahnradsystem können bekannte Zahnradsysteme, die die für die auftretenden Kräfte notwendige Robustheit und Anwendbarkeit aufweisen, eingesetzt werden. Bei einer Kopplung über Zahnräder ist meistens keine weitere verbindende Mechanik wie bspw. ein Ketten- oder Seilsystem notwendig. Der Vorteil von Zahnrädern ist ihr einfacher Aufbau, ihre einfache und wartungsfreie Arbeitsweise und ihre Unanfälligkeit für Reparaturen.For coupling the parallel juxtaposed rotor blades of the first aspect of the wind turbine according to the invention, a gear system is provided in a preferred embodiment. As a gear system, known gear systems, which have the necessary for the forces occurring robustness and applicability can be used. In a coupling via gears is usually no further connecting mechanism such as. A chain or rope system necessary. The advantage of gears is their simple construction, their simple and maintenance-free operation and their immunity to repairs.

Besonders bevorzugt wird bei dem zweiten Aspekt der erfindungsgemäßen Windkraftanlage eine Ausführungsform, bei der die Schwenkachse im Wesentlichem um 90° zu der rotierenden Achse ausgerichtet ist und für die Kopplung der diametral zueinander stehenden Rotorblätter eine gemeinsame durchgehende Schwenkachse, d. h. eine Schwenkachse, die sich von der rotierenden Achse aus in zwei diametrale Richtungen erstreckt und auf beiden Seiten der rotierenden Achse mit einem Rotorblatt verbunden ist, verwendet wird.Particularly preferred in the second aspect of the wind turbine according to the invention is an embodiment in which the pivot axis is aligned substantially at 90 ° to the rotating axis and for the coupling of the diametrically opposed rotor blades, a common continuous pivot axis, d. H. a pivot axis extending from the rotating axis in two diametrical directions and connected to a rotor blade on both sides of the rotating axis is used.

Auf dieser gemeinsamen Schwenkachse werden beispielsweise zwei diametral zueinander stehende Rotorblätter befestigt. Ein Rotorblatt wird auf der ersten Position, das diametral dazu stehende auf der zweiten Position angeordnet. Durch die gemeinsame Achse ist die diametrale Kopplung gegeben und durch die versetzte Anbringung der Rotorblätter gewährleistet die Schwenkbewegung eine effiziente Ausnutzung des anströmenden Windes während des Umlaufs um die rotierende Achse.On this common pivot axis, for example, two diametrically opposed rotor blades are attached. A rotor blade is placed in the first position diametrically opposed to the second position. Due to the common axis, the diametrical coupling is given and by the offset attachment of the rotor blades ensures the pivoting movement efficient use of the oncoming wind during the rotation about the rotating axis.

Bei der Schwenkbewegung dieser Ausführungsform ist ein Rotorblatt immer im Wesentlichem um 90° zum diametral stehenden Rotorblatt versetzt. Es findet daher, wie bereits oben erläutert, eine synchron gegenläufige Schwenkbewegung der Rotorblätter zwischen ihrer ersten Position und ihrer zweiten Position statt.In the pivoting movement of this embodiment, a rotor blade is always substantially offset by 90 ° to the diametrically opposed rotor blade. It therefore finds, as already explained above, a synchronous counter-rotating pivotal movement of the rotor blades between their first position and their second position.

Der Vorteil dieser besonders bevorzugten Ausführungsform, mit im Wesentlichen um 90° zueinander versetzten Rotorblättern, ist die einfach durchzuführende und effiziente Kopplung.The advantage of this particularly preferred embodiment, with rotor blades offset substantially by 90 °, is the easy and efficient coupling.

Die Schwenkachsen sind bei beiden Aspekten in einer bevorzugten Ausführungsform um im Wesentlichen um 90° zur rotierenden Achse angeordnet. Die Verbindung zwischen den Schwenkachsen und der rotierenden Achse erfolgt bei beiden Aspekten besonders bevorzugt über eine an der rotierenden Achse angeordneten Nabe. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Nabe sind die Rotorblätter mit ihren Schwenkachsen an der Nabe befestigt und die Kopplung der parallel nebeneinander und/oder der diametral zueinander stehenden Rotorblätter ist in der Nabe angeordnet.The pivot axes are arranged in both aspects in a preferred embodiment by substantially 90 ° to the rotating axis. The connection between the pivot axes and the rotating axis takes place in both aspects particularly preferably via a hub arranged on the rotating axis. At a preferred embodiment of the hub, the rotor blades are attached with their pivot axes on the hub and the coupling of the parallel side by side and / or the diametrically opposed rotor blades is arranged in the hub.

Bei einer alternativen Ausführungsform beider Aspekte sind die Schwenkachsen im Wesentlichen parallel zur rotierenden Achse angeordnet. Darunter wird verstanden, dass die Enden der Schwenkachse und die Enden der rotierenden Achse in die gleichen Richtungen weisen.In an alternative embodiment of both aspects, the pivot axes are arranged substantially parallel to the rotating axis. By this is meant that the ends of the pivot axis and the ends of the rotating axis point in the same directions.

Um in dieser Ausführungsform die Kraft des auf das Rotorblatt einwirkenden Windes auf die rotierende Achse zu übertragen, ist bevorzugt ein Rahmen an der rotierenden Achse vorgesehen, an dem mindestens ein Rotorblatt mit seiner Schwenkachse befestigt ist und an dem die Kopplung von parallel nebeneinander und/oder von diametral zueinander stehenden Rotorblättern angeordnet ist.In order to transmit in this embodiment, the force of the wind acting on the rotor blade on the rotating axis, a frame is preferably provided on the rotating axis to which at least one rotor blade is fixed with its pivot axis and at which the coupling of parallel side by side and / or is arranged by diametrically opposed rotor blades.

Der Rahmen ist mit der rotierenden Achse bevorzugt am oberen und unteren Ende der rotierenden Achse fest verbunden. Als Rahmen können bekannten Materialien und geometrische Formen genutzt werden. Beispiele hierfür sind Rahmen mit ovaler oder rechteckiger Form aus beispielsweise Metall, Leichtmetall oder Glasfaser- und/oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen. Der Rahmen ist bspw. auch als oberer und unterer Träger ausführbar. Als Rahmen sind z. B. alle Träger verwendbar, die die Schwenkachsen in ihrer vorgegebenen Position halten und eine Kraftübertragung auf die rotierende Achse gewährleisten.The frame is preferably fixedly connected to the rotating axle at the upper and lower ends of the rotating axle. As a framework, known materials and geometric shapes can be used. Examples of this are frames with an oval or rectangular shape of, for example, metal, light metal or glass fiber and / or carbon fiber reinforced plastics. The frame is, for example, executable as upper and lower carrier. As a framework z. B. all carriers used, which hold the pivot axes in their predetermined position and ensure power transmission to the rotating axis.

Vorteile dieser alternativen Ausführungsform sind die gute Stabilisierung der Rotorblätter durch Lagerung in zwei Drehpunkten und die Möglichkeit eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in länglicher, schlanker Bauform zu konstruieren, die einfach zu konstruieren ist und effizient betrieben werden kann.Advantages of this alternative embodiment are the good stabilization of the rotor blades by mounting in two pivot points and the ability to construct a wind turbine according to the invention in an elongated, slim design, which is easy to design and can be operated efficiently.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it

1 eine erste Ausführungsform der Windkraftanlage mit einem perspektivisch dargestellten Rotor und mit schematisch dargestellter rotierender Achse, Getriebe und Generator, 1 a first embodiment of the wind turbine with a rotor shown in perspective and with a schematically illustrated rotating axis, gear and generator,

2 einen schematischen Schnitt durch die Nabe der Ausführungsform von 1, 2 a schematic section through the hub of the embodiment of 1 .

3 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform der Rotorblätter, 3 a schematic section through an embodiment of the rotor blades,

4 eine schematische seitliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Windkraftanlage mit, bezogen auf die rotierende Achse, parallel angeordneten Schwenkachsen. 4 a schematic side view of a second embodiment of a wind turbine with respect to the rotating axis, arranged in parallel pivot axes.

Die in 1 dargestellte Windkraftanlage 1 zeigt einen Rotor 2 der aus acht Rotorblättern 5–12 besteht die mit sechs Schwenkachsen 13–18 an einer Nabe 22 befestigt sind.In the 1 illustrated wind turbine 1 shows a rotor 2 the from eight rotor blades 5 - 12 exists with six pivot axes 13 - 18 at a hub 22 are attached.

Zwei Schwenkachsen 13, 16 gehen ohne Unterbrechung durch die Nabe 22 durch. An diesen zwei Schwenkachsen 13, 16 sind jeweils zwei Rotorblätter angeordnet. Die übrigen vier Schwenkachsen 14, 15, 17,18 sind jeweils mit einem Rotorblatt versehen.Two swivel axes 13 . 16 go through the hub without interruption 22 by. At these two swivel axes 13 . 16 each two rotor blades are arranged. The remaining four pivot axes 14 . 15 . 17 . 18 are each provided with a rotor blade.

Weiter sind immer zwei Rotorblätter übereinander und parallel als Rotorblattpaar 4a–4d mit ihren Schwenkachsen an der Nabe 22 angeordnet. Jedes Rotorblattpaar ist mit einem Abstand von 90° in Drehrichtung des Rotors 2 zum nächsten Rotorblattpaar an der Nabe 22 befestigt. Es ergibt sich eine kreuzweise Anordnung der Rotorblattpaare 4a–4d um die Nabe 22, wobei jeder Schenkel des Kreuzes aus jeweils einem Paar übereinander und parallel stehender Rotorblätter besteht.Next are always two rotor blades one above the other and parallel as a rotor blade pair 4a - 4d with their swivel axles on the hub 22 arranged. Each rotor blade pair is at a distance of 90 ° in the direction of rotation of the rotor 2 to the next rotor blade pair at the hub 22 attached. This results in a crosswise arrangement of the rotor blade pairs 4a - 4d around the hub 22 , Each leg of the cross consists of a pair of superposed and parallel rotor blades.

Die als Paar angeordneten Rotorblätter sind so ausgerichtet, dass die Rotorblattflächen beim Schwenken zusammen bzw. auseinander klappen.The rotor blades, which are arranged as a pair, are aligned in such a way that the rotor blade surfaces fold together or when swinging.

Jedes der acht Rotorblätter 5–12 ist zweifach gekoppelt. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Nabe 22 mit einem Kopplungssystem 3 für vier Rotorblätter 5, 6, 9, 10. Das dargestellte Kopplungssystem 3 besteht aus zwei parallelen Zahnradkopplungen 25, 26 und einer diametralen Kopplung 27 in Form einer durchgehenden Schwenkachse 13. Das Kopplungssystem 3 befindet sich innerhalb der Nabe 22.Each of the eight rotor blades 5 - 12 is coupled twice. 2 shows a schematic section through the hub 22 with a coupling system 3 for four rotor blades 5 . 6 . 9 . 10 , The illustrated coupling system 3 consists of two parallel gear couplings 25 . 26 and a diametrical coupling 27 in the form of a continuous pivot axis 13 , The coupling system 3 is inside the hub 22 ,

Die parallele Kopplung besteht zwischen zwei übereinander und parallel stehenden Rotorblättern und erfolgt über die Zahnradkopplungen 25, 26. Diese besteht für das Rotorblattpaar 4a aus zwei gleichen Zahnrädern 25a, 25b, die auf die jeweiligen Schwenkachsen 13, 14 der Rotorblätter 5, 6 montiert sind und ineinander greifen. Die parallele Kopplung 25 überträgt die auftretenden Drehkräfte zwischen den Rotorblättern 5, 6 und synchronisiert im Betrieb die Bewegung der Rotorblätter 5, 6.The parallel coupling consists of two superimposed and parallel rotor blades and takes place via the gear wheel couplings 25 . 26 , This consists of the rotor blade pair 4a from two identical gears 25a . 25b pointing to the respective pivot axes 13 . 14 the rotor blades 5 . 6 are mounted and interlock. The parallel coupling 25 transfers the occurring rotational forces between the rotor blades 5 . 6 and synchronizes the movement of the rotor blades during operation 5 . 6 ,

Die Rotorblattpaare 4b–4d der Windkraftanlage 1 sind wie das oben beschriebene Rotorblattpaar 4a über gleichartige und in 2 dargestellte Zahnradkopplungen 25, 26 miteinander verbunden.The rotor blade pairs 4b - 4d the wind turbine 1 are like the rotor blade pair described above 4a about similar and in 2 illustrated gear couplings 25 . 26 connected with each other.

Die zweite Kopplung besteht zwischen diametral zueinander stehenden Rotorblättern und erfolgt über durchgehende Schwenkachsen 13, 16. An der Schwenkachse 13 sind dabei zwei Rotorblätter 5, 9 diametral und um 90° versetzt zueinander angeordnet. Die diametrale Kopplung überträgt, genauso wie die parallele Kopplung, auftretende Drehkräfte zwischen den Rotorblättern und synchronisiert die Bewegung.The second coupling exists between diametrically opposed rotor blades and is carried out via continuous pivot axes 13 . 16 , At the pivot axis 13 are two rotor blades 5 . 9 diametrically offset by 90 ° arranged. The diametrical coupling transmits, as does the parallel coupling, occurring rotational forces between the rotor blades and synchronizes the movement.

Eine gleichartige diametrale Kopplung besteht bei der Windkraftanlage 1 außerdem über die Schwenkachse 16 zwischen den Rotorblättern 8 und 12.A similar diametrical coupling exists in the wind turbine 1 also on the pivot axis 16 between the rotor blades 8th and 12 ,

Die Kopplungssysteme 3 der Windkraftanlage 1 sind innerhalb der Nabe 22 positioniert und dadurch vor Witterungseinflüssen weitestgehend geschützt.The coupling systems 3 the wind turbine 1 are inside the hub 22 positioned and thus largely protected from the weather.

Bei der Windkraftanlage 1 besteht das Kopplungssystem 3 einerseits wie gezeigt zwischen den Rotorblättern 5, 6, 9 und 10 mit der diametralen Kopplung (durchgehende Schwenkachse 13) der beiden oberen Rotorblätter 5, 9 und andererseits (nicht dargestellt) zwischen den Rotorblättern 7, 8, 11, und 12 mit der diametralen Kopplung (durchgehende Schwenkachse 16) der beiden unteren Rotorblätter 8, 12.At the wind turbine 1 exists the coupling system 3 on the one hand, as shown between the rotor blades 5 . 6 . 9 and 10 with the diametrical coupling (continuous pivot axis 13 ) of the two upper rotor blades 5 . 9 and on the other hand (not shown) between the rotor blades 7 . 8th . 11 , and 12 with the diametrical coupling (continuous pivot axis 16 ) of the two lower rotor blades 8th . 12 ,

Alle Rotorblätter 5–12 haben eine rechteckige Form und bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Der Querschnitt der Rotorblätter 5–12 ist im Wesentlichen plan-konkav. Die Rotorblätter haben im Bereich der Schwenkachse 13–18 den dicksten Querschnitt und werden zu der der Schwenkachse gegenüberstehenden Rotorblattkante immer dünner. Die Schmalseite der Rotorblätter 5–12 an den Schwenkachsen 13–18 ist halbrund geformt. Der Längsquerschnitt der Rotorblätter 5–12 ist rechteckig.All rotor blades 5 - 12 have a rectangular shape and are made of glass fiber reinforced plastic. The cross section of the rotor blades 5 - 12 is essentially plano-concave. The rotor blades have in the region of the pivot axis 13 - 18 the thickest cross-section and are becoming thinner and thinner to the rotor blade edge opposite the pivot axis. The narrow side of the rotor blades 5 - 12 on the swivel axes 13 - 18 is semi-circular shaped. The longitudinal cross section of the rotor blades 5 - 12 is rectangular.

Die Schwenkachsen 13–18 sind wie die Rotorblätter 5–12 aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Sie sind innerhalb der Rotorblätter 5–12 angeordnet und verlaufen jeweils an den äußeren Längskanten der Rotorblätter 13–18. Sie sind mit den Kopplungen 25, 26, 27, die sich innerhalb der Nabe 22 befindet, verbunden.The pivot axes 13 - 18 are like the rotor blades 5 - 12 made of glass fiber reinforced plastic. They are inside the rotor blades 5 - 12 arranged and each extend at the outer longitudinal edges of the rotor blades 13 - 18 , They are with the couplings 25 . 26 . 27 that are inside the hub 22 is connected.

Die Nabe 22 ist fest mit der rotierenden Achse 18 zum Übertragen der Kräfte verbunden. Die Nabe 22 besteht aus einem metallischen Gehäuse mit Einlässen für die Schwenkachsen 5–12 und Befestigung für die rotierende Achse 21.The hub 22 is fixed to the rotating axis 18 connected to transmit the forces. The hub 22 consists of a metallic housing with inlets for the pivot axes 5 - 12 and mounting for the rotating axle 21 ,

Die an der Nabe 22 angeordnete rotierende Achse 21 ist vertikal ausgerichtet und an einem Ende mit der Nabe und am anderen Ende mit einem Getriebe 23 und einem Generator 24 verbunden. Die rotierende Achse 21 besteht aus einem metallischen Rohr mit Anschlüssen für das Getriebe 23 und die Nabe 22.The at the hub 22 arranged rotating axis 21 is vertically aligned with the hub at one end and a gearbox at the other end 23 and a generator 24 connected. The rotating axis 21 consists of a metallic tube with connections for the gearbox 23 and the hub 22 ,

Der Generator 24 erzeugt Elektrizität. Das Getriebe 23 regelt die Umdrehungsanzahl der rotierenden Achse 21 auf den effizientesten Bereich des Generators 24 ein.The generator 24 generates electricity. The gear 23 Controls the number of revolutions of the rotating axis 21 to the most efficient area of the generator 24 one.

In der in 1 dargestellten Position sind die Rotorblätter 5–8 in ihrer ersten Position dargestellt, d. h. sie sind in der Position, in der sie dem Wind die größere Angriffsfläche bieten. Die Rotorblätter 9–12 befinden sich in ihrer zweiten, eingeklappten Position, das bedeutet, sie sind in der Position mit der kleineren Angriffsfläche für den Wind.In the in 1 shown position are the rotor blades 5 - 8th represented in their first position, ie they are in the position in which they offer the wind the larger attack surface. The rotor blades 9 - 12 are in their second, folded position, which means they are in the position with the smaller attack surface for the wind.

Im Betrieb strömt der Wind auf den Rotor 3 und versetzt diesen von oben betrachtet, rechts herum in Bewegung. Sobald sich das Rotorblattpaar 4b so weit gedreht hat, dass der Wind 29 zwischen den Rotorblättern 9, 10 angreifen kann, initiiert er ein Aufklappen der Rotorblätter 9, 10 und die Rotorblätter 9, 10 beginnen ihre Schwenkbewegung von ihrer zweiten Position in ihre erste Position. Synchron dazu werden die diametral hierzu angeordneten Rotorblätter 5, 6, zum einen aufgrund des anströmenden Windes und zum anderen aufgrund der diametralen Kopplung zwischen dem Rotorblatt 5 und 9, von der ersten Position in die zweite Position geschwenkt.During operation, the wind flows on the rotor 3 and puts it from above, moving in the right direction. As soon as the rotor blade pair 4b has turned so far that the wind 29 between the rotor blades 9 . 10 he can initiate an unfolding of the rotor blades 9 . 10 and the rotor blades 9 . 10 begin their pivotal movement from their second position to their first position. Synchronous to this are the diametrically arranged rotor blades 5 . 6 , on the one hand due to the incoming wind and on the other hand due to the diametrical coupling between the rotor blade 5 and 9 , pivoted from the first position to the second position.

Während der Bewegungen findet über die Kopplungen ein Austausch von Kräften zwischen den vier Rotorblättern 5, 6, 9, 10 statt. Die Rotorblätter 5 und 10 senken sich und geben damit mechanische Kraft in das Kopplungssystem 3 ab, die Rotorblätter 6 und 9 werden angehoben und nehmen über das Kopplungssystem 3 die mechanische Kraft auf.During the movements, an exchange of forces between the four rotor blades takes place via the couplings 5 . 6 . 9 . 10 instead of. The rotor blades 5 and 10 Lower themselves and thus give mechanical force in the coupling system 3 off, the rotor blades 6 and 9 are raised and take over the coupling system 3 the mechanical force on.

Sobald sich die Rotorblätter 9, 10 im Wesentlichem um weitere 180° um die rotierende Achse gedreht haben und der Wind angreifen kann, wird die oben beschriebene Schwenkbewegung an den Rotorblättern 5, 6, 9, 10 erneut initiiert. Sie erfolgt an den jeweiligen Rotorblättern 5, 6, 9, 10 umgekehrt zu der oben beschriebenen Schwenkbewegung.As soon as the rotor blades 9 . 10 in essence have rotated by 180 ° about the rotating axis and the wind can attack, the above-described pivotal movement on the rotor blades 5 . 6 . 9 . 10 reinitiated. It takes place on the respective rotor blades 5 . 6 . 9 . 10 vice versa to the pivotal movement described above.

Durch die Kombination der parallelen Kopplungen 25, 26 mit der diametralen Kopplung 27 werden die auftretenden Drehkräfte nicht nur zwischen parallelen Rotorblättern sondern zwischen allen vier Rotorblättern 5, 6, 9 und 10 übertragen.By combining the parallel couplings 25 . 26 with the diametrical coupling 27 The occurring rotational forces are not only between parallel rotor blades but between all four rotor blades 5 . 6 . 9 and 10 transfer.

Die Kopplungen 25, 26, und 27 sorgen dafür, dass die Schwenkbewegungen der vier Rotorblätter 5, 6, 9 und 10 synchron und automatisch stattfinden. Die Zahnradkopplungen 25, 26 wirken dabei an den jeweiligen Rotorblättern der Rotorplattpaare 4b, 4d. Die diametrale Kopplung 27 wirkt zwischen den diametral gekoppelten Rotorblättern 5, 9 und die Kombination aus paralleler und diametraler Kopplung wirkt zwischen den Rotorblattpaaren 4b, 4d.The couplings 25 . 26 , and 27 make sure that the pivoting movements of the four rotor blades 5 . 6 . 9 and 10 take place synchronously and automatically. The gear couplings 25 . 26 act on the respective rotor blades of the rotor plate pairs 4b . 4d , The diametrical coupling 27 acts between the diametrically coupled rotor blades 5 . 9 and the combination of parallel and diametrical coupling acts between the pairs of rotor blades 4b . 4d ,

Die Rotorblätter 7, 8, 11, 12 verhalten sich analog zu den Rotorblättern 5, 6, 9, 10. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden im Betrieb die Rotorblätter eines Rotorblattpaares zusammen und auseinander gefaltet.The rotor blades 7 . 8th . 11 . 12 behave analogously to the rotor blades 5 . 6 . 9 . 10 , In the illustrated embodiment, in the illustrated embodiment Rotor blades of a rotor blade pair folded together and apart.

Beide Kopplungen und der Wind initiieren das synchrone Schwenken von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt. Der Bewegungsablauf der Rotorblätter findet automatisch, ohne weitere Steuerung, nur aufgrund der Kopplungen und in Abhängigkeit vom Wind statt. Die Kopplungen sind für die automatische Bewegung der Rotorblätter zuständig, da sie alle Rotorblätter miteinander verbinden, so dass jede einzelne Bewegung eines Rotorblattes Bewegungen an den gekoppelten Rotorblättern erzeugt. Die automatischen Bewegungen in Kombination mit der Bewegungsinitiierung durch den Wind sorgen dafür, dass die Rotorblätter zum richtigen Zeitpunkt in der ersten Position (minimaler Windwiderstand) oder in der zweiten Position (maximaler Windwiderstand) sind.Both couplings and the wind initiate synchronous pivoting from the first position to the second position and vice versa. The movement of the rotor blades takes place automatically, without further control, only due to the couplings and depending on the wind. The couplings are responsible for the automatic movement of the rotor blades, since they connect all the rotor blades together, so that each individual movement of a rotor blade generates movements on the coupled rotor blades. The automatic movements in combination with the movement initiation by the wind ensure that the rotor blades are in the first position (minimum wind resistance) or in the second position (maximum wind resistance) at the right time.

3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine mögliche Ausführungsform von zwei parallelen Rotorblättern 30. Es werden zwei Rotorblättern 31, 32, die sich in ihrer ersten Position befinden mit zwei Schwenkachsen 33, 34 und einem auf Höhe der Schwenkachsen 33, 34 angeordnetem Dämpfungssystem 35 dargestellt. 3 shows a schematic section through a possible embodiment of two parallel rotor blades 30 , There are two rotor blades 31 . 32 , which are in their first position with two pivot axes 33 . 34 and one at the height of the pivot axes 33 . 34 arranged damping system 35 shown.

Das Dämpfungssystem 35 dämpft die Schwenkbewegung der Rotorblätter 31, 32 um ihre Schwenkachsen 33, 34 Die Dämpfung der Schwenkbewegung erfolgt durch Abbremsen der Rotorblätter 31, 32 beim Erreichen ihrer ersten Position oder ihrer zweiten Position. Durch die Dämpfung wird zum einen eine leisere Schwenkbewegung erreicht und zum anderen wird durch die Dämpfung ein Zusammenschlagen oder ein Nachschwingen der Rotorblätter 31, 32 über die Zielposition hinaus verhindert.The damping system 35 dampens the pivoting movement of the rotor blades 31 . 32 about their swivel axes 33 . 34 The damping of the pivoting movement takes place by braking the rotor blades 31 . 32 when reaching their first position or their second position. By damping a quieter pivotal movement is achieved on the one hand and on the other hand, the damping is a collapse or a ringing of the rotor blades 31 . 32 prevented beyond the target position.

Die Ausführungsform der Rotorblätter 31, 32 in 3 ist flügelartig, mit konvex-konkav gebogenen Flächen, die zu der äußeren Kante – die Kante, die der Schwenkachse gegenüber liegt – spitz zulaufen.The embodiment of the rotor blades 31 . 32 in 3 is wing-like, with convex-concave curved surfaces that are tapered towards the outer edge - the edge opposite the pivot axis.

4 zeigt eine schematische seitliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Windkraftanlage 40 mit einer vertikal ausgerichteten rotierenden Achse 43, bei der die vier Schwenkachsen 50–53 der vier Rotorblätter 45–48 im Wesentlichen parallel zur rotierenden Achse 43 angeordnet sind. 4 shows a schematic side view of a second embodiment of a wind turbine 40 with a vertically oriented rotating axis 43 in which the four pivot axes 50 - 53 the four rotor blades 45 - 48 essentially parallel to the rotating axis 43 are arranged.

Die Schwenkachsen 50–53 der Rotorblätter 45–48 sind in dieser Ausführungsform an jeweils zwei Drehpunkten mit einem Traggestell 62 verbunden. Das Traggestell 62 besteht aus einem oberen und einem unteren Querträger die mittig mit der rotierenden Achse 43 verbunden sind.The pivot axes 50 - 53 the rotor blades 45 - 48 are in this embodiment at two pivot points with a support frame 62 connected. The support frame 62 consists of an upper and a lower cross member centered with the rotating axis 43 are connected.

Die Schwenkachsen sind an einer äußeren Kante innerhalb der Rotorblätter angeordnet. Es stehen immer zwei Rotorblätter als Rotorblattpaar 41, 42 parallel nebeneinander. Die Rotorblätter 45, 46 des Rotorblattpaares 42 und die Rotorblätter 47, 48 des Rotorblattpaares 41 sind jeweils so ausgerichtet, dass sie beim Schwenken zusammen- bzw. auseinanderklappen.The pivot axes are arranged on an outer edge within the rotor blades. There are always two rotor blades as rotor blade pair 41 . 42 parallel next to each other. The rotor blades 45 . 46 of the rotor blade pair 42 and the rotor blades 47 . 48 of the rotor blade pair 41 are each aligned so that when folding together or unfold.

Ein Rotorblattpaar 42 ist diametral und um 90° versetzt zum anderen Rotorblattpaar 41 ausgerichtet. Dadurch befindet sich ein Rotorblattpaar 42 in seiner ersten Position oder auf dem Weg in seine erste Position und das andere Rotorblattpaar 41 in seiner zweiten Position oder auf dem Weg in ihre zweite Position.A rotor blade pair 42 is diametrical and offset by 90 ° to the other rotor blade pair 41 aligned. This is a rotor blade pair 42 in its first position or on the way to its first position and the other pair of rotor blades 41 in his second position or on the way to his second position.

Die Windkraftanlage 40 weist weiter zwei Kopplungssysteme bestehend aus zwei Zahnradkopplungen 55, 56 und einer diametralen Kopplung 54 auf.The wind turbine 40 also has two coupling systems consisting of two gear couplings 55 . 56 and a diametrical coupling 54 on.

Die Zahnradkopplung 55 besteht aus zwei ineinandergreifenden Zahnrädern, die um das untere Ende der Schwenkachsen 50, 51 angeordnet sind. Sie koppeln die Rotorblätter 45, 46 eines Rotorblattpaares 42 miteinander. Die zweite Zahnradkopplung 56 koppelt die Rotorblätter 47, 48 analog zur Zahnradkopplung 55.The gear coupling 55 consists of two intermeshing gears that surround the lower end of the pivot axes 50 . 51 are arranged. They couple the rotor blades 45 . 46 a pair of rotor blades 42 together. The second gear coupling 56 couples the rotor blades 47 . 48 analogous to gear coupling 55 ,

Das diametrale Kopplungssystem 54 koppelt die Rotorblattpaare 41, 42 durch Zahnscheiben 57, 58 und einen Zahnriemen 59. Die Zahnscheiben sind unterhalb der Zahnradkopplungen 55, 56 und an zwei diametral zueinander angeordneten Schwenkachsen 50, 53 befestigt.The diametrical coupling system 54 couples the rotor blade pairs 41 . 42 through toothed discs 57 . 58 and a timing belt 59 , The pulleys are below the gear couplings 55 . 56 and at two diametrically arranged pivot axes 50 . 53 attached.

Die Zahnradkopplungen 55, 56 und das Kopplungssystem 54 übertragen Drehkräfte zwischen den Rotorblättern und sorgen für einen automatischen, synchronen Bewegungsablauf der gekoppelten Rotorblätter. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel findet der automatische Bewegungsablauf auch bei dieser alternativen Ausführungsform statt.The gear couplings 55 . 56 and the coupling system 54 transmit rotational forces between the rotor blades and ensure an automatic, synchronous movement of the coupled rotor blades. As in the first embodiment, the automatic movement takes place also in this alternative embodiment.

Die rotierende Achse 43 ist an ihrem Fußende mit einem Ständer 63 und einem unter dem Ständer 63 angeordnetem Getriebe 60 und Generator 61 verbunden.The rotating axis 43 is at her foot with a stand 63 and one under the stand 63 arranged transmission 60 and generator 61 connected.

In der gezeigten Stellung befinden sich die Rotorblätter 45, 46 in der ersten Position, das bedeutet, sie sind in der Position, in der sie dem Wind die größere Angriffsfläche bieten. Die Rotorblätter 47, 48 befinden sich in der zweiten Position, das bedeutet, sie sind in der Position mit der kleineren Angriffsfläche für den Wind.In the position shown are the rotor blades 45 . 46 in the first position, that means they are in the position where they offer the wind the larger attack surface. The rotor blades 47 . 48 are in the second position, which means they are in the position with the smaller attack surface for the wind.

Im Betrieb strömt der Wind die Rotorblätter 45–48 an und versetzt diese, von oben betrachtet, rechts herum in Bewegung. Sobald sich die Rotorblätter 47, 48 so weit gedreht haben, dass der Wind an den Rotorblättern 47, 48 angreifen kann, initiiert er ein Aufklappen der Rotorblätter 47, 48 von der jetzigen zweiten Position in die erste Position. Zeitgleich initiiert er ein Zusammenklappen der diametral angeordneten parallel stehenden Rotorblätter 45, 46 von der jetzigen ersten Position in die zweite Position. Durch die Kopplungen und den damit verbundenen automatischen Bewegungsablauf bewegen sich alle Rotorblätter gleichzeitig.During operation, the wind flows through the rotor blades 45 - 48 and puts them, viewed from above, moving to the right in motion. As soon as the rotor blades 47 . 48 have turned so far that the wind on the rotor blades 47 . 48 he can initiate an unfolding of the rotor blades 47 . 48 from the current second position to the first position. At the same time he initiates a collapse of the diametrically arranged parallel rotor blades 45 . 46 from the current first position to the second position. Through the couplings and the associated automatic movement, all rotor blades move simultaneously.

Sobald sich die Rotorblätter 45–48 um im Wesentlichen weitere 180° um die rotierende Achse 43 gedreht haben und erneut eine Drehbewegung um die Schwenkachsen 50–53 initiiert wird, findet die oben beschriebene Schwenkbewegung der Rotorblätter 45–48 in umgekehrter Reihenfolge erneut statt.As soon as the rotor blades 45 - 48 essentially another 180 ° about the rotating axis 43 have rotated and again a rotary motion about the pivot axes 50 - 53 is initiated finds the above-described pivotal movement of the rotor blades 45 - 48 in the reverse order again.

Während der Bewegung findet über die Kopplungen 54, 55, 56 ein Austausch von mechanischen Kräften zwischen den vier Rotorblättern 45–48 statt. Die parallelen Kopplungen 55, 56 übertragen Drehkräfte zwischen den Rotorblättern eines Rotorblattpaares. Die diametrale Kopplung 54 überträgt Drehkräften zwischen den diametral stehenden Rotorblattpaaren 41, 42.While the movement takes place via the couplings 54 . 55 . 56 an exchange of mechanical forces between the four rotor blades 45 - 48 instead of. The parallel couplings 55 . 56 transmit rotational forces between the rotor blades of a rotor blade pair. The diametrical coupling 54 transfers rotational forces between the diametrically opposed rotor blade pairs 41 . 42 ,

Beide Kopplungen in Kombination übertragen Drehkräften zwischen allen vier Rotorblättern und sorgen nur in Abhängigkeit vom Wind für den automatischen synchronen Bewegungsablauf der vier Rotorblätter ohne dass eine weitere Steuerung notwendig ist.Both couplings in combination transmit rotational forces between all four rotor blades and provide only in dependence on the wind for the automatic synchronous movement of the four rotor blades without the need for further control.

Im Betrieb werden die Rotorblätter 45–48 im Wesentlichen alle 180° um die rotierende Achse 43 von der ersten Position in die zweite Position geschwenkt, bzw. von der zweiten Position in die erste Position geschwenkt. Die Rotorblätter 45–48 sind nach einer vollen 360° Drehung um die rotierende Achse 43 wieder in ihrer Ausgangsposition.In operation, the rotor blades 45 - 48 essentially every 180 ° about the rotating axis 43 pivoted from the first position to the second position, or pivoted from the second position to the first position. The rotor blades 45 - 48 are after a full 360 ° turn around the rotating axis 43 back in their starting position.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 000009317364 U1 [0004, 0005]

Claims

Wind turbine ( 1 . 40 ) with a rotating axis ( 21 . 43 ), which is arranged substantially at 90 ° to the wind incidence, consisting of - at least two rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) around the rotating axis ( 21 . 43 ) are rotatably arranged, characterized in that - the rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) are arranged parallel and next to each other - and the rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) Between a first and second position about a pivot axis ( 13 - 18 . 33 . 34 . 50 - 53 ) are pivotable, wherein the rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) in the first position have a larger windage surface than in the second position - and a coupling ( 25 . 26 . 55 . 56 ) is provided for the synchronous pivoting of the rotor blades ( 5 - 12 . 45 - 48 ) between the first and second positions.

Wind turbine ( 1 . 40 ) with a rotating axis ( 21 . 43 ), which is arranged substantially at 90 ° to the wind incidence consisting of - at least two rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) around the rotating axis ( 21 . 43 ) are rotatably arranged, characterized in that - the rotor blades ( 5 - 12 . 45 - 48 ₎ diametrically on the axis ( 21 . 43 ) are arranged - and the rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) Between a first and second position about a pivot axis ( 13 - 18 . 33 . 34 . 50 - 53 ) are pivotable, wherein the rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) in the first position have a larger windage surface than in the second position - and a coupling ( 27 ) is provided for synchronously opposing pivoting of the rotor blades ( 5 - 12 . 45 - 48 ) between the first and second positions.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that at least two side by side and at least two rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) are arranged diametrically thereto.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the juxtaposed and the diametrically opposed rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) are coupled.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling ( 25 . 26 . 55 . 56 ) of the juxtaposed rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 . 45 - 48 ) as a gear system ( 25 . 26 . 55 . 56 ) is trained.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the diametrically arranged rotor blades ( 5 - 12 . 45 - 48 ) are aligned offset by 90 ° ± 45 ° to each other.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that on the rotating axis ( 21 . 43 ) a plurality of axially spaced planes of rotor blades ( 5 - 12 . 45 - 48 ) are arranged.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor blades ( 5 - 12 . 31 . 32 ) are formed with at least one concave and / or at least one convex side.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that shock absorbers ( 35 ) for damping the rotor blade movement about the pivot axis ( 33 . 34 ) are provided.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating axis ( 21 . 43 ) by a transmission ( 23 . 60 ) with a generator ( 24 . 61 ) is coupled.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that - the generator ( 24 . 61 ) is different efficient in different rotational ranges, - for what the transmission ( 23 . 60 ) is designed so that it reaches the most efficient range of rotation of the generator ( 24 . 61 ) is tuned.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the diametrically opposed rotor blades ( 5 - 12 ) via a common pivot axis ( 13 . 16 ), the rotor blades ( 5 - 12 ) are aligned offset from each other.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the pivot axis ( 13 - 18 ) and the rotating axis ( 21 ) are offset from each other substantially by 90 °.

Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that - a hub ( 22 ) on the rotating axis ( 21 ) is provided, on which the rotor blades ( 5 - 12 ) with its pivot axis ( 13 - 18 ) are mounted and - within the hub ( 22 ) the coupling ( 25 . 26 ) of the juxtaposed rotor blades ( 5 - 12 ) and the coupling ( 27 ) of the diametrically opposed rotor blades ( 5 - 12 ) is arranged.

Wind turbine according to claim 1-11, characterized in that the pivot axis ( 50 - 53 ) and the rotating axis ( 43 ) are arranged in parallel.

Wind power plant according to one of claims 1 to 11 and 15, characterized in that - a frame ( 62 ) on the rotating axis ( 43 ) is provided, on which the rotor blades ( 45 - 48 ) with its pivot axis ( 50 - 53 ) and - on the frame ( 62 ) the coupling ( 55 . 56 ) of the juxtaposed rotor blades ( 45 - 48 ) and the coupling ( 54 ) of the diametrically opposed rotor blades ( 45 - 48 ) is arranged.