DE102014007206A1 - Wind turbine with essentially vertical rotors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage (1) umfassend einen im wesentlichen vertikal ausgerichteten Zentralträger (2) zur Aufnahme von wenigstens einem daran beweglich angeordneten Rotorrahmengestells (10) sowie wenigstens zwei an dem wenigstens einen Rotorrahmengestell (10) drehbar angeordnete Rotoren (8, 9), wobei das wenigstens eine Rotorrahmengestell (10) mehrere Rahmenelemente (11a, 11b, 12, 13, 42) umfasst, wobei wenigstens ein Rahmenelement (11a, 11b) als Rotorträgerelement (11a; 11b) ausgebildet ist und um eine im Wesentlichen vertikale Achse an dem Zentralträger (2) drehbar gelagert angeordnet ist und das die Rotoren (8, 9) an dem Rotorträgerelement (11a, 11b) gelagert ausgebildet sind.The invention relates to a wind power plant (1) comprising a substantially vertically oriented central support (2) for receiving at least one rotor frame (10) movably mounted thereon and at least two rotors (8, 9) rotatably mounted on the at least one rotor frame (10), wherein the at least one rotor frame (10) comprises a plurality of frame members (11a, 11b, 12, 13, 42), wherein at least one frame member (11a, 11b) is formed as a rotor support member (11a, 11b) and disposed about a substantially vertical axis on the Central support (2) is rotatably mounted and that the rotors (8, 9) are formed on the rotor support member (11a, 11b) mounted.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a wind turbine according to the preamble of claim 1.
Gemeinsam ist den aus dem Stand der Technik bekannten Windkraftanlagen und Verfahren zur Windenergienutzung, dass die Rotoren genau vertikal angeordnet sind. Nachteilig bei allen bekannten Anlagen und Verfahren ist eine geringe Wirtschaftlichkeit oder Effizienz im Vergleich zu Anlagen mit horizontalen Rotoren. Der Wirkungsgrad von Darius Rotoren liegt in der Spitze bei 75% des Wirkungsgrades moderner Windkraftanlagen mit horizontaler Rotorenachse. Ein geringerer Wirkungsgrad führt zu höheren Preisen und Kosten der Stromproduktion. Da sich ein Teil der Rotorblätter immer gegen den Wind bewegen muss, weisen diese zudem im Vergleich zu horizontalen Anlagen einen aerodynamischen Nachteil auf. Dadurch kommt es zu Hürden und ungleichmäßigeren Belastungen als bei modernen horizontalen Achsen. Die bisherigen Vertikalläufer laufen schwer von selbst an und brauchen oftmals Fremdenergie zur Betriebsaufnahme. Ein weiterer Nachteil ist die Leistungsregulierung. Horizontale Anlagen lassen sich bei starkem Wind aus der Windrichtung drehen. Bei Vertikalläufern kann schnell eine Überbelastung auftreten, da dies nicht möglich ist.Common to the known from the prior art wind turbines and methods for wind energy use that the rotors are arranged vertically. A disadvantage of all known systems and methods is low efficiency or efficiency compared to systems with horizontal rotors. The efficiency of Darius rotors lies in the top at 75% of the efficiency of modern wind turbines with horizontal rotor axis. Lower efficiency leads to higher prices and costs of electricity production. Since a part of the rotor blades must always move against the wind, they also have an aerodynamic disadvantage compared to horizontal systems. This leads to hurdles and more uneven loads than with modern horizontal axles. The recent vertical runners run heavy on their own and often need external energy to start operations. Another disadvantage is the power regulation. Horizontal systems can be turned out of the wind direction in strong wind. With vertical runners can quickly overload, because this is not possible.
Die Alternative, Windkraftanlagen mit horizontalen Rotoren (HAWT: Horizontal Axis Wind Turbine) sind in der Bevölkerung sehr umstritten. Als Nachteile werden von Kritikern Schattenwurf, Discoeffekt, Hindernisbefeuerung, Windgeräusche, Landschaftsverschandelung und Tourismusbeeinflussung genannt. Die Entwicklung bei HAWT-Anlagen führt zu immer größeren Masten und steigenden Kosten. Auch die Wartungskosten für Ersatzteile, Reparaturen sowie Servicearbeiten bringen sehr hohe Kosten mit sich und sind nur von großen Konzernen und Spezialfirmen sowie Spezialfachkräften zu bewältigen. Große Anlagen bringen auch größere Konstruktions- und Belastungsprobleme mit sich. Dadurch haben sie einen wesentlich größeren Raumbedarf und belasten vermehrt die Umwelt. Auch das „repowering”, bei der mehrere kleine Anlagen durch eine große Windkraftanlage an einem gleichen Standort ersetzt werden, schafft unnötige Mehrbelastungen für die Gesellschaft und die Umwelt.The alternative, wind turbines with horizontal rotors (HAWT: Horizontal Axis Wind Turbine) are very controversial in the population. As drawbacks are called by critics shadow, disco effect, obstacle lights, wind noise, landscape deterioration and tourism impact. The development of HAWT systems leads to ever larger masts and rising costs. The maintenance costs for spare parts, repairs and service work also entail very high costs and can only be handled by large corporations and specialist companies as well as specialist specialists. Large systems also involve major design and loading problems. As a result, they have a much larger space requirement and increasingly burden the environment. Repowering, which replaces several small plants with one large wind turbine at the same site, also creates unnecessary additional burdens for society and the environment.
Vertikale Windkraftanlagen konnten bisher, aus oben genannten Gründen, sich gegenüber HAWT-Anlagen nicht durchsetzen. Auch konnten sie bisher nicht in den vergleichbaren Dimensionen gebaut werden und keine vergleichbare Leistung oder Energieausbeute erbringen.Until now, vertical wind turbines could not prevail over HAWT systems due to the above mentioned reasons. Also, they could not be built in the comparable dimensions and provide no comparable performance or energy yield.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage bereitzustellen, welche die Vorteile des Vertikalrotorprinzips mit einer höheren Energieausbeute und Effizienz verbindet. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windkraftanlage bereitzustellen, welche einen ruhigen Lauf aufweist und geräuscharm ist.The present invention is therefore based on the object to provide a wind turbine, which combines the advantages of the vertical rotor principle with a higher energy yield and efficiency. In addition, it is an object of the present invention to provide a wind turbine, which has a smooth running and is quiet.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Windkraftanlage nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Windenergienutzung nach dem nebengeordneten Patentanspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This is inventively achieved by a wind turbine according to the independent claim 1 and by a method for wind energy utilization according to the
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage umfasst einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Zentralträger zur Aufnahme von wenigstens einem daran beweglich angeordneten Rotorrahmengestells sowie wenigstens zwei an dem wenigstens einen Rotorrahmengestell drehbar mit im Wesentlichen vertikaler Drehachse angeordneten Rotoren. Bevorzugt ist der Zentralträger genau vertikal ausgerichtet.The wind power plant according to the invention comprises a substantially vertically oriented central support for receiving at least one rotor frame frame arranged movably thereon and at least two rotors arranged rotatably with at least one rotor frame frame with essentially vertical rotation axis. Preferably, the central carrier is aligned exactly vertically.
Bevorzugt ist der Zentralträger stangenartig, mehr bevorzugt konisch und/oder zylindrisch, ausgebildet. Ist der Zentralträger konisch ausgebildet, so verjüngt sich sein Querschnitt in Richtung des oberen freien Endes. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Zentralträger aus Metall, beispielsweise aus Stahl ausgebildet ist. Die Anlage ist jedoch nicht auf dieses Material beschränkt. Denkbar ist auch eine Ausführungsform aus Aluminium oder aus anderen aus dem Stand der Technik bekannten Materialien.Preferably, the central carrier is rod-like, more preferably conical and / or cylindrical. If the central support is conical, then its cross-section tapers in the direction of the upper free end. Furthermore, it is preferred that the central carrier is formed of metal, for example of steel. The system is not limited to this material. Also conceivable is an embodiment of aluminum or of other materials known from the prior art.
Es hat sich gezeigt, dass sich ein zumindest teilweise innen hohler Zentralträger für die Verwendung in der hier beschriebenen Erfindung besonders eignet. In dem innenliegenden Hohlraum des Zentralträgers können Treppen oder elektrische Beförderungsmittel vorgesehen sein, um Wartungspersonal bzw. -material zu transportieren. Vorteilhaft weist der Zentralträger hierzu wenigstens eine durchgängige Mantelöffnung auf, beispielsweise einen Durchgang in Form einer Türe, um vom Inneren des Zentralträgers nach außen und/oder umgekehrt zu gelangen. Je nach Ausbildung sind bevorzugt zwei oder auch mehrere durchgängige Mantelöffnungen vorgesehen. Je nach Einsatz ist der Zentralträger als vorteilhaft als Turm oder Mast ausbildbar.It has been found that an at least partially hollow central support is particularly suitable for use in the invention described herein. In the internal cavity of the central support stairs or electrical means of transport may be provided to transport maintenance personnel or material. For this purpose, the central carrier advantageously has at least one continuous jacket opening, for example a passage in the form of a door, in order to reach the outside and / or vice versa from the interior of the central carrier. Depending on the training preferably two or more continuous shell openings are provided. Depending on the application of the central support can be formed as advantageous as a tower or mast.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das wenigstens eine Rotorrahmengestell mehrere Rahmenelemente umfasst, wobei wenigstens ein Rahmenelement, bevorzugt zwei Rahmenelemente, als Rotorträgerelement(e) ausgebildet ist (sind) und das Rotorrahmengestell um eine im Wesentlichen vertikale Achse an dem Zentralträger drehbar gelagert angeordnet ist und die Rotoren an dem wenigstens einen Rotorträgerelement drehbar angeordnet sind. Dies ist vorteilhaft, insbesondere wenn das Rotorträgerelement direkt benachbart zu dem nach oben gerichteten freien Ende des Zentralträgers angeordnet ist. In diesem Fall wird ein hängendes Aufbauprinzip erreicht, sodass das obere freie Ende des Zentralträgers das Rotorträgerelement über wenigstens ein Drehlager rotierbar hält. Dies ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau und grundsätzlich den Bau von sehr hohen und sehr stabilen und sicheren bevorzugt vertikalen Windkraftanlagen, was bis heute mit dem Stand der Technik nicht möglich war. Ferner ermöglicht diese kompakte und einfache Bauweise eine Reduzierung der Herstellungskosten im Vergleich zu bekannten Anlagen. Zudem ist auch die Produktion mit einem geringeren Arbeitsaufwand sowie einem schnelleren und kostengünstigeren Transport der einzelnen Windkraftanlagenbauteile möglich.The core idea of the present invention consists in that the at least one rotor frame frame comprises a plurality of frame elements, wherein at least one frame element, preferably two frame elements, is (are) formed as rotor armature element (s) and the rotor frame frame is rotatably mounted about a substantially vertical axis on the central support is arranged and the rotors are rotatably arranged on the at least one rotor carrier element. This is advantageous, especially if the rotor carrier element is directly adjacent is arranged to the upwardly directed free end of the central carrier. In this case, a hanging construction principle is achieved, so that the upper free end of the central support keeps the rotor support member rotatable about at least one pivot bearing. This allows a very simple structure and basically the construction of very high and very stable and safe preferred vertical wind turbines, which was not possible with the prior art until today. Furthermore, this compact and simple design allows a reduction in manufacturing costs compared to known systems. In addition, the production with a lower workload and a faster and more cost-effective transport of the individual wind turbine components is possible.
Unter im Wesentlichen vertikal wird hier bevorzugt eine Abweichung von 0° bis 25° von der Vertikalen verstanden.Substantially vertical is here preferably understood to mean a deviation of 0 ° to 25 ° from the vertical.
Insbesondere vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist die Ausbildung des wenigstens einen Rotorträgerelements als Rotorträgerplatte, wodurch eine besonders gute Anbringung der Rotoren mittels Drehlager und eine gleichmäßige Kräfteverteilung ermöglicht wird. Weiterhin bevorzugt sind zwei Rotorträgerelemente als Rotorträgerplatten ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da somit die Rotoren an ihren beiden freien Enden mit den Rotorträgerplatten verbindbar sind. Dies dient der Stabilisierung der gesamten Anlage. Bevorzugt sind die Rotorträgerelemente als obere und/oder untere Rotorträgerplatte ausgebildet, welche das Rotorrahmengestell nach oben und/oder unten hin begrenzt. Selbstverständlich ist die Ausbildung als Platte nicht beschränkend zu verstehen, sondern lediglich in ihrer geometrischen Form gedacht. So kann das Rotorträgerelement plattenartig und/oder auch gerüstartig ausgebildet sein. Unter plattenartig ist hierbei zu verstehen, dass die einzelnen Elemente in ihrer Länge und Breite eine deutlich größere Erstreckung aufweisen, als in ihrer Höhe. Es ist nicht zwangsläufig notwendig, dass die plattenartigen Rahmenelemente mit einer durchgängigen Oberfläche als Massivbauteil ausgebildet sind. So ist bei der gerüstartigen Bauweise denkbar, dass die plattenartigen Elemente und/oder die Rotorträgerplatten als Querverstrebungen aus beispielsweise Rohren und/oder Massivbauteilen mit dazwischen liegenden durchgängigen Öffnungen ausgebildet sind.Particularly advantageous in this context is the formation of the at least one rotor carrier element as a rotor carrier plate, whereby a particularly good attachment of the rotors by means of rotary bearings and a uniform distribution of forces is made possible. Further preferably, two rotor carrier elements are designed as rotor carrier plates. This is advantageous because thus the rotors are connectable at their two free ends with the rotor carrier plates. This serves to stabilize the entire system. Preferably, the rotor carrier elements are designed as upper and / or lower rotor carrier plate which limits the rotor frame frame upwards and / or downwards. Of course, the training as a plate is not restrictive to understand, but thought only in its geometric shape. Thus, the rotor carrier element may be plate-like and / or also scaffold-like. Under plate-like is to be understood here that the individual elements have a significantly greater extent in their length and width, as in their height. It is not necessarily necessary that the plate-like frame members are formed with a continuous surface as a solid component. Thus, in the framework-like construction, it is conceivable that the plate-like elements and / or the rotor carrier plates are formed as cross braces of, for example, tubes and / or solid components with continuous openings therebetween.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Rotoren jeweils um eine Drehachse an dem wenigstens einen Rotorträgerelement rotierbar angeordnet, wobei die Drehachsen im Wesentlichen parallel, bevorzugt zueinander geneigt, mehr bevorzugt einen Winkel zwischen 0°–60°, mehr bevorzugt 0,5°–30°, meist bevorzugt 1°–15° einschließend, angeordnet sind. Dies ist ein deutlicher Unterschied zum bekannten Stand der Technik, bei welchem die Rotoren stets vertikal und parallel zueinander angeordnet sind. Durch die Neigung der beiden Rotoren zueinander ist eine gegen die Windströmung und zum freien Ende des Zentralträgers hin geneigte Anordnung ausgebildet. Bevorzugt sind die beiden Drehachsen derart zueinander geneigt, dass die Beabstandung der Rotoren zueinander in Richtung des freien Endes des Zentralträgers hin abnimmt. In Abhängigkeit der Höhe des Zentralträgers ist der eingeschlossene Winkel der beiden Drehachsen variabel, wobei sich herausgestellt hat, dass ein Winkel von 0° bis 60°, bevorzugt im Bereich von 0,5° bis 30°, mehr bevorzugt im Bereich von 1° bis 15°, wobei es sich am vorteilhaftesten erwiesen hat, den Neigungswinkel der Drehachsen zueinander bei 5° 6°, 7° 8° 9°, 10°, 11° oder 12° auszubilden, da dieser die effektivste Leistungsabgabe mit sich bringt. Bei einem Winkel von 0° ist zu verstehen, dass die Rotoren parallel zueinander angeordnet sind. Selbstverständlich ist dies nicht beschränkend zu verstehen, sodass es auch möglich ist, die beiden Rotoren parallel zueinander anzuordnen. So ist denkbar, dass die Rotoren zwar zueinander parallel, aber dennoch in einem vorbestimmbarem Neigungswinkel bezüglich des Zentralträgers ausgebildet sind. Beispielsweise ist denkbar, dass beide Rotoren den gleichen Neigungswinkel zum Zentralträger hin aufweisen und dieser bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 30° ausgebildet ist. Weiterhin ist auch denkbar, dass sowohl die Rotoren in dem oben genannten Winkelangaben zueinander geneigt und zugleich auch zu dem Zentralträger hin geneigt ausgebildet sind. Vorteilhaft weisen in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Rotoren den gleichen Neigungswinkel, bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 30°, zum Zentralträger auf.In a further advantageous embodiment, the rotors are each arranged rotatable about an axis of rotation on the at least one rotor carrier element, wherein the axes of rotation substantially parallel, preferably inclined to each other, more preferably an angle between 0 ° -60 °, more preferably 0.5 ° -30 °, most preferably 1 ° -15 ° enclosing, are arranged. This is a clear difference from the known state of the art, in which the rotors are always arranged vertically and parallel to one another. Due to the inclination of the two rotors to one another against the wind flow and the free end of the central support inclined arrangement is formed. Preferably, the two axes of rotation are inclined to each other such that the spacing of the rotors decreases toward one another in the direction of the free end of the central carrier. Depending on the height of the central support of the included angle of the two axes of rotation is variable, wherein it has been found that an angle of 0 ° to 60 °, preferably in the range of 0.5 ° to 30 °, more preferably in the range of 1 ° to 15 °, wherein it has proved most advantageous to form the angle of inclination of the axes of rotation to each other at 5 ° 6 °, 7 ° 8 ° 9 °, 10 °, 11 ° or 12 °, as this brings the most effective power output with it. At an angle of 0 ° is to be understood that the rotors are arranged parallel to each other. Of course, this is not limiting, so that it is also possible to arrange the two rotors parallel to each other. Thus, it is conceivable that the rotors are indeed parallel to each other, but nevertheless formed in a predeterminable angle of inclination with respect to the central carrier. For example, it is conceivable that both rotors have the same inclination angle to the central support and this is preferably formed in the range of 0.5 to 30 °. Furthermore, it is also conceivable that both the rotors are inclined relative to one another in the abovementioned angle data and at the same time are inclined towards the central support. Advantageously, in this embodiment, the two rotors have the same angle of inclination, preferably in the range of 0.3 to 30 °, to the central support.
Ferner ist denkbar, dass die Rotoren in den verschiedenen Zwischenräumen zwischen den Rotorträgerelementen unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Bevorzugt sind die Durchmesser nach oben hin abnehmend. Diese Bauweise hat zur Folge, dass die Rotorachsen einen gegen die Windströmung und zur Zentralträgerspitze hin geneigte Stellung aufweisen. Das verleiht der gesamten Anlage eine sich nach oben verjüngende Form.Furthermore, it is conceivable that the rotors have different diameters in the different spaces between the rotor carrier elements. Preferably, the diameters are decreasing towards the top. This design has the consequence that the rotor axes have a against the wind flow and the central support tip inclined position. This gives the entire system an upwardly tapering shape.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das wenigstens eine Rotorrahmengestell an dem Zentralträger hängend und/oder drehbar angeordnet. Vorteilhaft ist die Anordnung als Lagerung ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, da somit die auf den Turmkopf wirkenden Hebelkräfte, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bei der vorliegenden Erfindung deutlich reduziert werden können. Durch die hängende Lagerung der Windkraftanlage erfolgt eine Verlagerung der Turmkopfmassen, so dass dadurch induzierte Vibrationen und Resonanzen reduziert werden. Weiterhin erweist sich die hängende Lagerung des Rotorrahmengestells als vorteilhaft, da sich die Windkraftanlage beispielsweise leicht mit einer Windfahne und dem resultierenden einfachen Drehmechanismus unter geringem Energieaufwand optimal in Windrichtung auslenken lässt.In a further advantageous embodiment, the at least one rotor frame frame is arranged suspended and / or rotatable on the central carrier. Advantageously, the arrangement is designed as a storage. This is advantageous, since thus the leverage forces acting on the tower head, as known from the prior art, can be significantly reduced in the present invention. Due to the suspended mounting of the wind turbine, the tower head masses are displaced so that induced vibrations and resonances are reduced. Furthermore, the hanging storage of the rotor frame frame proves to be advantageous because the For example, wind turbine can be easily deflected optimally in the wind direction with a wind vane and the resulting simple rotary mechanism with low energy consumption.
Durch die besondere Aufhängung des Rotorrahmengestells über ein Drucklager und/oder Drehlager wird die Materialbeanspruchung und -ermüdung der einzelnen Bestandteile der Windkraftanlage deutlich reduziert, sodass ein Materialverschleiß reduziert und eine Materialüberbeanspruchung verringert wird. Folglich ist die hier beschriebene Windkraftanlage wartungsärmer und deutlich länger in ihrer Laufzeit und Nutzungsdauer.Due to the special suspension of the rotor frame frame via a thrust bearing and / or pivot bearing material stress and fatigue of the individual components of the wind turbine is significantly reduced, so that a material wear is reduced and material overstress is reduced. Consequently, the wind turbine described here is less expensive and significantly longer in their life and service life.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Drehlager, mittels welchem das Rotorrahmengestell mit dem Zentralträger in Verbindung steht, als Radiallager ausgebildet. Selbstverständlich ist dies nicht beschränkend zu verstehen, sodass es auch denkbar ist, das wenigstens eine Lager als Axiallager oder in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als kombiniertes Radial-/Axiallager ausgebildet ist. Darüber hinaus liegt auch der Einsatz eines Magnetlagers von Vorteil, da dies zur Minimierung von Verschleiß führt.Preferably, the at least one rotary bearing, by means of which the rotor frame frame is in communication with the central support, is designed as a radial bearing. Of course, this is not restrictive, so that it is also conceivable that at least one bearing is designed as a thrust bearing or in a particularly preferred embodiment as a combined radial / thrust bearing. In addition, the use of a magnetic bearing is advantageous, since this leads to the minimization of wear.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass die Rotoren in Luftströmungsrichtung hinter dem Zentralträger angeordnet sind. Dies ist bevorzugt, da der Zentralträger und in Luftströmungsrichtung bevorzugt davor angeordnete Luftleitflächen die auftreffende Luftströmung teilen, gegen die Luftströmung laufende Rotorblätter von der Luftströmung abschirmen und die Luftströmung auf die sich außen befindlichen Rotorblätter umlenken. Die Luftleitflächen sind dabei bevorzugt an eigenen Halteelementen befestigt.Moreover, it is advantageous that the rotors are arranged in the air flow direction behind the central support. This is preferred because the central support and in the direction of air flow preferably arranged in front of the airflow divide the impinging air flow, shield against the air flow running rotor blades from the air flow and redirect the air flow to the outside rotor blades. The air guide surfaces are preferably attached to their own holding elements.
Bevorzugt umfasst ein Rotorrahmengestell weitere Lufttleitelemente senkrecht zur Luftströmungsrichtung seitlich außen. Diese dienen einem Komprimierenen von Luft und einer Vergrößerung der auf die Rotorblätter auftreffenden Luftmenge. Dies ist besonders in windarmen Regionen vorteilhaft.Preferably, a rotor frame frame further Lufttleitelemente perpendicular to the air flow direction laterally outside. These serve to compress air and increase the amount of air impinging on the rotor blades. This is particularly advantageous in wind-poor regions.
Denkbar ist, dass das Rotorrahmengestell zusätzlich weitere Rahmenelemente, welche bevorzugt plattenartig und/oder stangenartig oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet sind, umfasst. Unter plattenartig ist hierbei zu verstehen, dass die einzelnen Elemente in ihrer Länge und Breite eine deutlich größere Erstreckung aufweisen, als in ihrer Höhe. Es ist nicht zwangsläufig notwendig, dass die plattenartigen Rahmenelemente mit einer durchgängigen Oberfläche als Massivbauteil ausgebildet sind. So ist beispielsweise denkbar, die plattenartigen Rahmenelemente als einzelne, miteinander dauerhaft verbundene Querstreben vorzusehen. Je nach Größe der Windkraftanlage ist die Form der plattenartigen Rahmenelemente frei wählbar. Allen plattenartigen Elementen ist gemein, dass wenigstens zwei, bevorzugt drei, durchgängige Öffnungen vorgesehen sind. Die Öffnungen sind derart ausgebildet, dass die Rotoren sowie der Zentralträger durch diese problemlos hindurchführbar sind. Folglich sind die Öffnungen immer größer ausgebildet als die Rotoren bzw. der Zentralträger.It is conceivable that the rotor frame frame additionally comprises further frame elements, which are preferably plate-like and / or rod-like or in any other arbitrary shape. Under plate-like is to be understood here that the individual elements have a significantly greater extent in their length and width, as in their height. It is not necessarily necessary that the plate-like frame members are formed with a continuous surface as a solid component. For example, it is conceivable to provide the plate-like frame elements as individual, permanently connected cross struts. Depending on the size of the wind turbine, the shape of the plate-like frame elements is freely selectable. Common to all plate-like elements is that at least two, preferably three, continuous openings are provided. The openings are formed such that the rotors and the central support can be easily passed through them. Consequently, the openings are always formed larger than the rotors or the central carrier.
Zudem ist denkbar, dass insbesondere bei hohen Windkraftanlagen von größer 50 m, die Öffnungen der plattenartigen Rahmenelemente derart ausgebildet sind, dass eine Einführhilfe vorgesehen ist. Eine Einführhilfe ist vorteilhaft, damit nicht der gesamte Rotor von unten nach oben durch die entsprechenden Öffnungen der plattenartigen Rahmenelemente durchgeführt werden muss. Vorteilhaft umfasst jeder der Öffnungen zur Rotorenaufnahme wenigstens eine Einführhilfe. Diese ist weiterhin bevorzugt als Einführöffnung ausgebildet, welche vorteilhaft einen geringeren Durchmesser aufweist als die Öffnungen selbst. Die Rotoren bzw. die Rotorenkernsegmente können somit einfach und schnell seitlich von außen in die entsprechenden Öffnungen der plattenartigen Rahmenelemente eingeführt werden.In addition, it is conceivable that, in particular at high wind turbines of greater than 50 m, the openings of the plate-like frame members are formed such that an insertion aid is provided. An insertion aid is advantageous, so that not the entire rotor from bottom to top must be performed through the corresponding openings of the plate-like frame members. Advantageously, each of the openings for rotor reception comprises at least one insertion aid. This is furthermore preferably designed as an insertion opening, which advantageously has a smaller diameter than the openings themselves. The rotors or the rotor core segments can thus be introduced easily and quickly laterally from the outside into the corresponding openings of the plate-like frame elements.
Die plattenartigen Rahmenelemente weisen bevorzugt einen dreieckigen Umfang auf, wobei die Seitenflächen linear oder auch konvex nach außen gekrümmt ausgebildet sein können. Diese bevorzugt gekrümmtgeometrische Form der plattenartigen Rahmenelemente hat sich als vorteilhaft zur Strömungsleitung der eintreffenden Luft herausgestellt. Die plattenartigen Rahmenelemente können ferner auch als Rohre und/oder T-Träger ausgebildet sein.The plate-like frame members preferably have a triangular circumference, wherein the side surfaces may be formed linear or convex outwardly curved. This preferably curved geometric shape of the plate-like frame elements has proven to be advantageous for the flow line of the incoming air. The plate-like frame elements can also be designed as tubes and / or T-beams.
Ferner ist bevorzugt auch wenigstens ein beabstandendes Rahmenelement umfasst. Das wenigstens eine beabstandende Rahmenelement ist vorteilhaft zur Beabstandung der einzelnen plattenartigen Rahmenelemente bzw. der Rotorträgerelemente voneinander ausgebildet. Bevorzugt werden jeweils zwei plattenartige Rahmenelemente bzw. ein plattenartiges Rahmenelement und ein Rotorträgerelement von mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, beabstandenden Rahmenelementen voneinander beabstandet. Das wenigstens eine beabstandende Rahmenelement ist hierbei fest mit den plattenartigen Rahmenelementen bzw. dem Rotorträgerelement verbunden. Vorteilhaft ist das wenigstens eine beabstandende Rahmenelement stangenartig ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch, dass das wenigstens eine beabstandende Rahmenelement plattenartig ausgebildet ist oder eine andere vorteilhafte Form aufweist. Denkbar ist, dass die Halteelemente der Luftleitflächen als beabstandende Rahmenelemente ausgebildet sind. Fernerhin ist denkbar, dass hier weitere aerodynamische Luftleitflächen als beabstandende Rahmenelemente ausgebildet sind. Bevorzugt sind zwischen zwei Rotorträgerelementen und/oder zwischen zwei plattenartigen Rahmenelementen und/oder zwischen einem plattenartigen Rahmenelement und einer Rotorträgerplatte je 1–5, bevorzugter 2–4, noch bevorzugter 3 beabstandende Rahmenelemente angeordnet. Sie bilden dabei vorteilhaft eine Stützverbindung. Weiterhin bevorzugt sind sie als stangenartige beabstandende Rahmenelemente vorteilhaft als zueinander parallel angeordnete Vertikalstreben ausgebildet. Noch bevorzugter weisen sie dabei einen identischen Abstand zueinander auf. Weiterhin ist denkbar, dass sie in einer Polygonform um die Rotoren herum angeordnet sind.Furthermore, at least one spacing frame element is preferably also included. The at least one spacing frame element is advantageously designed for spacing the individual plate-like frame elements or the rotor carrier elements from one another. Preferably, in each case two plate-like frame elements or a plate-like frame element and a rotor carrier element of at least two, preferably at least three, spaced apart frame elements spaced from each other. The at least one spacing frame element is in this case firmly connected to the plate-like frame elements or the rotor carrier element. Advantageously, the at least one spacing frame element is rod-like. However, it is also conceivable that the at least one spacing frame element is plate-like or has another advantageous shape. It is conceivable that the holding elements of the air guide surfaces are formed as a spacing frame elements. Furthermore, it is conceivable that here further aerodynamic air guide surfaces are formed as a spacing frame elements. Preferably, between each two rotor support elements and / or between two plate-like frame members and / or between a plate-like frame member and a rotor support plate each 1-5, more preferably 2-4, more preferably arranged 3 spaced frame members. They advantageously form a support connection. Further preferably, they are advantageously designed as rod-like, spacing frame elements as mutually parallel vertical struts. More preferably, they have an identical distance from each other. Furthermore, it is conceivable that they are arranged in a polygonal shape around the rotors.
In Längserstreckung des Rotorrahmengestells hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, mehrere plattenartige Rahmenelemente, welche über beabstandende Rahmenelemente parallel voneinander beabstandet angeordnet sind, vorzusehen.In the longitudinal extent of the rotor frame frame, it has also proven to be advantageous to provide a plurality of plate-like frame members, which are arranged spaced apart from each other via spaced frame members.
Aufgrund der Neigung der Rotoren ist zudem eine insgesamt konische Form des Rotorrahmengestells bedingt, und zwar dahingehend, dass die parallel zueinander beabstandet angeordneten plattenartigen Rahmenelemente in ihrem Umfang nach oben hin, also in Richtung des freien Endes des Zentralträgers, verjüngt ausgebildet sind.Due to the inclination of the rotors also an overall conical shape of the rotor frame frame is conditional, to the effect that the mutually parallel spaced plate-like frame members in their circumference upwards, ie in the direction of the free end of the central support, are tapered.
Zudem ergibt sich auf diese Weise bevorzugt eine konisch nach oben zusammenlaufende Form, die eine besonders effektive Nutzung der auftreffenden Luftströmung ermöglicht. Die hängende Aufbauform an einem durchgängigen Zentralträger ist vorteilhaft gegenüber Ausführungsformen aus dem Stand der Technik, bei denen das Rotorengehäuse beispielsweise auf einem unteren Mast stehend angeordnet ist. Bei der hier beschriebenen Windkraftanlage werden Vibrationen vermieden. Der Aufbau lässt sich wesentlich schlanker und höher gestalten. Des Weiteren wird gerade aufgrund der sich nach oben verjüngenden Form ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt. Die vorhandene Fläche wird optimal genutzt. Ferner ist denkbar, dass der Zentralträger sich nach oben konisch verjüngt. Zudem wird ein gleichmäßigerer Winddruck auf die gesamte Windkraftanlage erzielt. Vorteilhaft wird die nach oben hin verjüngende Form bzw. der Neigungswinkel des Zentralträgers und/oder der Rotoren zueinander und/oder zum Zentralträger insbesondere von der Höhe der Windkraftanlage und dem Einsatzstandort bestimmt.In addition, in this way preferably results in a conically upwardly converging shape that allows a particularly effective use of the impinging air flow. The suspended structure on a continuous central support is advantageous over embodiments of the prior art, in which the rotor housing is arranged, for example, standing on a lower mast. In the wind turbine described here vibration is avoided. The structure can be much slimmer and higher. Furthermore, an improved efficiency is achieved precisely because of the upwardly tapering shape. The existing area is used optimally. It is also conceivable that the central carrier tapers conically upwards. In addition, a more even wind pressure is achieved on the entire wind turbine. Advantageously, the upwardly tapering shape or the angle of inclination of the central carrier and / or the rotors to one another and / or to the central carrier is determined in particular by the height of the wind turbine and the location of use.
Die Ausbildung des wenigstens einen beabstandenden Rahmenelements ist hierbei nicht begrenzend zu verstehen, so dass dieses beabstandende Rahmenelement bevorzugt zylindrisch und/oder als Vierkant vorgesehen sein kann. Ferner ist zudem denkbar, dass anstelle des beabstandenden Rahmenelements weitere plattenartige Rahmenelemente als Abstandshalter zwischen den oben beschriebenen im Wesentlichen horizontal angeordneten plattenartigen Rahmenelementen ausgebildet sind.The design of the at least one spacing frame element is not to be understood as limiting, so that this spacing frame element can preferably be cylindrical and / or square. Furthermore, it is also conceivable that, instead of the spacing frame element, further plate-like frame elements are formed as spacers between the above-described substantially horizontally arranged plate-like frame elements.
Je nach Ausführungsform ist das Rotorrahmengestell im einfachsten Fall durch eine obere und eine untere Rotorträgerplatte ausgebildet, an welchen bevorzugt zwei zueinander gegenläufige Rotoren gelagert angeordnet sind. Zur zusätzlichen Stabilisierung kann wenigstens ein beabstandendes Rahmenelement, bevorzugt stangenartig ausgebildet, zusätzlich die beiden Rotorträgerplatten miteinander verbinden. Werden hingegen neben den Rotorträgerplatten weitere plattenartige Rahmenelemente, bevorzugt als Etagenplatten ausgebildet, vorgesehen, so dienen diese insbesondere der Stabilisierung, Zentrierung sowie der vereinfachten Wartung der Rotoren und/oder des Rahmengestells. Auch die Etagenplatten können untereinander oder mit den Rotorträgerplatten durch beabstandende Rahmenelemente verbunden werden. Denkbar ist, dass sowohl die Etagenplatten als auch die obere und untere Rotorträgerplatte geneigt ausgebildet sind. Vorteilhaft ist ein Neigungswinkel von 0^–60°, bevorzugter 0,5°–30°, noch bevorzugter 1°–15°. Diese Neigung entspricht vorteilhaft der Neigung der Rotoren zum Zentralträger. Weiterhin bevorzugt weisen die Etagenplatten und die Rotorträgerplatte zwischen den Rotoren einen Knick oder eine Krümmung auf, wobei beide Seiten jeweils in einen Neigungswinkel von 0°–60°, bevorzugter 0,5°–30°, noch bevorzugter 1°–15 aufweisen. Auf diese Weise ist eine Ebene eines Abschnittes einer Rotorträgerplatte oder einer Etagenplatte, welcher eine Rotorenscheibe umgibt, vorteilhaft parallel zu dieser ausgerichtet. Bevorzugt sind die plattenartigen Rahmenelemente parallel zueinander, und im Wesentlichen horizontal angeordnet. Weiterhin bevorzugt sind die plattenartigen Rahmenelemente begehbar ausgebildet, so dass Wartung und Reparatur der Rotoren vereinfacht durchgeführt werden kann. Je nach Größe der Windkraftanlage umfasst diese bevorzugt 1 bis 20, mehr bevorzugt 2 bis 10 und meist bevorzugt 3 bis 8 plattenartige Rahmenelemente. Weiterhin vorteilhaft sind diese plattenartigen Rahmenelemente im Abstand von 1 bis 20 m, mehr bevorzugt im Abstand von 2 bis 10 m angeordnet.Depending on the embodiment, the rotor frame frame is formed in the simplest case by an upper and a lower rotor support plate on which preferably two mutually opposite rotors are arranged stored. For additional stabilization, at least one spacing frame element, preferably rod-shaped, can additionally connect the two rotor carrier plates to one another. If, however, in addition to the rotor carrier plates further plate-like frame members, preferably designed as a floor panels, provided, these serve in particular the stabilization, centering and the simplified maintenance of the rotors and / or the frame. The floor panels can be connected to each other or with the rotor carrier plates by spaced frame members. It is conceivable that both the floor panels and the upper and lower rotor support plate are inclined. Advantageously, an inclination angle of 0 ^ -60 °, more preferably 0.5 ° -30 °, more preferably 1 ° -15 °. This inclination advantageously corresponds to the inclination of the rotors to the central support. Further preferably, the floorboards and the rotor support plate between the rotors to a kink or a curvature, both sides each having an inclination angle of 0 ° -60 °, more preferably 0.5 ° -30 °, more preferably 1 ° -15. In this way, a plane of a portion of a rotor carrier plate or a floor plate, which surrounds a rotor disk, advantageously aligned parallel thereto. Preferably, the plate-like frame members are parallel to each other, and arranged substantially horizontally. Further preferably, the plate-like frame members are accessible, so that maintenance and repair of the rotors can be performed simplified. Depending on the size of the wind turbine, this preferably comprises 1 to 20, more preferably 2 to 10 and most preferably 3 to 8 plate-like frame elements. Further advantageously, these plate-like frame members are arranged at a distance of 1 to 20 m, more preferably at a distance of 2 to 10 m.
Um ein Verkippen oder Reibungen zwischen Rotoren und Rahmengestell einerseits sowie zwischen plattenartigen Rahmenelementen und Zentralträger andererseits zu reduzieren und bestenfalls zu vermeiden, sind an den jeweiligen Öffnungen der plattenartigen Rahmenelemente, in welchen Rotoren und/oder der Zentralträger führbar sind, bevorzugt jeweils drei bis zwölf, mehr bevorzugt drei bis sieben, meist bevorzugt jeweils drei, Führungselemente angeordnet. Bevorzugt sind die Führungselemente zylindrisch mit wenigstens einer gekrümmten Führungsfläche ausgebildet. Beispielhaft sind pro Öffnung jeweils drei Führungselemente zum Führen der Rotoren in dem Rahmengestell und/oder des Rahmengestells an dem Zentralträger im Abstand von 120° zueinander angeordnet. Vorteilhaft variiert der Abstand der Führungselemente zueinander in Abhängigkeit von deren Anzahl, wobei die Abstände zwischen jeweils zueinander benachbart angeordneten Führungselementen gleich ist. Die Führungselemente sind bevorzugt als Führungsrollen oder Führungszylinder ausgebildet und sind zumindest an der Führungsfläche, bevorzugt vollständig, aus elastischem Material ausgebildet. Das Material ist entsprechend gewählt, dass es eine gewisse Reststeifigkeit aufweist. Wird das Rotorrahmengestell beispielsweise mit sehr starkem Wind beaufschlagt so kann eine gewisse Auslenkung um die Drehachse des Zentralträgers erfolgen, so dass beispielsweise die Ränder der Öffnungen der plattenartigen Elemente gegen den Zentralträger geführt werden. Die an den Rändern angeordneten Führungselemente dienen der einwirkenden Kraftaufnahme und -ableitung und zugleich der Dämpfung der Auslenkungsbewegung. Somit wird das Material geschont. Ergänzend sind die Führungselemente derart ausgebildet, dass sie eine schalldämmende Eigenschaft aufweisen und Geräusche sowie Vibrationen aufnehmen, absorbieren und/oder ableiten.In order to reduce tilting or friction between rotors and frame on the one hand and between plate-like frame members and central support on the other hand and to avoid at best, are at the respective openings of the plate-like frame members, in which rotors and / or the central carrier are feasible, preferably three to twelve, more preferably three to seven, most preferably in each case three, guide elements arranged. Preferably, the guide elements are formed cylindrically with at least one curved guide surface. By way of example, three guide elements per guide for guiding the Rotors in the frame and / or the frame on the central support at a distance of 120 ° to each other. Advantageously, the distance between the guide elements to one another varies depending on their number, wherein the distances between each guide elements arranged adjacent to each other is the same. The guide elements are preferably designed as guide rollers or guide cylinders and are formed at least on the guide surface, preferably completely, of elastic material. The material is chosen to have some residual rigidity. If, for example, the rotor frame frame is subjected to very strong wind, a certain deflection can take place about the axis of rotation of the central carrier, so that, for example, the edges of the openings of the plate-like elements are guided against the central carrier. The arranged at the edges guide elements serve the acting force absorption and dissipation and at the same time the damping of the deflection movement. Thus, the material is spared. In addition, the guide elements are designed such that they have a sound-insulating property and absorb, absorb and / or dissipate noises and vibrations.
Vorteilhaft sind die Führungselemente derart ausgebildet, dass sie das Rotorrahmengestell bevorzugt um den Zentralträger führen und ausrichten. Weiterhin bevorzugt führen sie auch die Rotoren in dem Gestell.Advantageously, the guide elements are designed such that they preferably guide and align the rotor frame around the central support. Further preferably, they also carry the rotors in the frame.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das wenigstens eine Rotorrahmengestell wenigstens ein Rotorträgerelement, wenigstens ein beabstandendes Rahmenelement und bevorzugt wenigstens ein plattenartiges Rahmenelement, vorteilhaft eine Etagenplatte. Dies ist vorteilhaft, denn wie bereits ausgeführt, sind plattenartige Rahmenelemente vibrationsdämpfend, so dass dies einen Teil der auf die/den Rotor/en wirkenden Kräfte aufnimmt. Wenigstens ein beabstandendes Rahmenelement bewirkt ebenfalls vorteilhaft eine Stabilisierung eines Rotorrahmengestells.In a further advantageous embodiment, the at least one rotor frame frame comprises at least one rotor carrier element, at least one spacing frame element and preferably at least one plate-like frame element, advantageously a floor plate. This is advantageous since, as already stated, plate-like frame elements are vibration-damping, so that this absorbs part of the forces acting on the rotor (s). At least one spacing frame member also advantageously provides stabilization of a rotor frame.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das wenigstens eine beabstandende Rahmenement zur Beabstandung der Rotorträgerplatten und/oder der plattenartigen Rahmenelemente und/oder der plattenartigen Rahmenelemente von den Rotorträgerplatten stangenartig, plattenartig oder als aerodynamische Luftleitfläche ausgebildet. Stangenartige beabstandende Rahmenelemente sind vorteilhaft, da sie materialsparend sind und dennoch das Rotorrahmengestell wirksam stabilisieren. Plattenartige Rotorrahmenelemente sind vorteilhaft, da sie nicht nur gegen eine Zug- und Druckbeanspruchung, sondern auch gegen eine Scherbelastung stabilisierend wirken. Aerodynamische Luftleitflächen sind vorteilhaft, da sie die Funktion der Führung eines Anströmluftflusses mit einer stabilisierenden Wirkung auf das Rotorrahmengestell verbinden.In a further advantageous embodiment, the at least one spacing frame element for spacing the rotor carrier plates and / or the plate-like frame elements and / or the plate-like frame elements of the rotor carrier plates rod-like, plate-like or aerodynamic Luftleitfläche. Rod-like spaced frame members are advantageous because they are material-saving and yet stabilize the rotor frame frame effectively. Plate-like rotor frame elements are advantageous because they not only stabilize against a tensile and compressive stress, but also against a shear stress. Aerodynamic air guide surfaces are advantageous because they combine the function of guiding a Anströmluftflusses with a stabilizing effect on the rotor frame frame.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Rotoren jeweils zwischen einem ersten und einem dazu beabstandet angeordneten weiteren Rotorträgerelements wenigstens ein Rotorenkernsegment, bevorzugt mehrere Rotorenkernsegmente. Je nach Ausführungsform können die Rotorenkernsegmente als segmentierte Wellen oder auch als eine gemeinsame, durchgängige Antriebswelle verstanden werden. Bei hohen Windkraftanlagen von 20 m und mehr, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mehrere Rotorenkernsegmente vorzusehen, da diese Unterteilung dem gesamten Rotor zusätzliche Stabilität verleiht und gegen von außen einwirkende Schwingungen und daraus resultieren Materialvibrationen stabilisiert. Denkbar ist, dass sich die Rotorkernsegmente nach oben hin pyramidal verjüngen, also sich in ihrem Durchmesser verringern. Hierdurch wird ein konischer oder pyramidaler Umfang bedingt.In a further advantageous embodiment, the rotors each comprise at least one rotor core segment, preferably a plurality of rotor core segments, between a first and a further rotor carrier element arranged at a distance therefrom. Depending on the embodiment, the rotor core segments can be understood as segmented waves or as a common, continuous drive shaft. At high wind turbines of 20m and more, it has been found advantageous to provide multiple rotor core segments, as this subdivision provides additional stability to the entire rotor and stabilizes against external vibrations and resulting material vibrations. It is conceivable that the rotor core segments taper in a pyramidal manner towards the top, thus decreasing in their diameter. This causes a conical or pyramidal extent.
Ist der Rotor einteilig ausgebildet, so entspricht das Rotorenkernsegment dem Rotorkern und somit einer durchgängigen Antriebswelle. Umfasst der Rotor mehrere Rotorenkernsegmente, so bilden diese im zusammengesetzten Zustand wenigstens den Rotorkern aus. Bevorzugt können die Rotorenkernsegmente als Module verstanden werden, welche in beliebiger Anzahl miteinander verbindbar sind, um die Länge und den Durchmesser des resultierenden Rotors zu variieren. Zur vereinfachten Montage aneinander und/oder an den Rotorenträgerelementen umfasst jedes Rotorenkernsegment wenigstens einen, bevorzugt zwei, jeweils endseitig angeordnete Vorsprünge, welche bevorzugt als Endzapfen ausgebildet sind. Einem Zapfen steht vorteilhaft eine Vertiefung in dem benachbarten Rotorkernsegment gegenüber, mit der ein Zusammenstecken möglich ist. Denkbar ist, dass ein Endzapfen als Zahnrad ausgebildet und die gegenüberliegende Vertiefung als Außenzahnrad mit dazwischen liegendem Planetargetriebe ausgebildet ist. Auf diese Weise lassen sich benachbarte Rotorkernsegmente mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten betreiben, die jedoch in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen. Dies ist vorteilhaft, da in unterschiedlichen Höhen unterschiedliche Windkräfte und Windgeschwindigkeiten herrschen. So ist es vorteilhaft, ein höher gelegenes Rotorkernsegment mit einer höheren Geschwindigkeit zu betreiben wie ein tiefer liegendes Rotorkernsegment. Weiterhin ist denkbar, dass benachbarte Rotorkernsegmente an unterschiedlicher Stelle in den Etagenplatten gelagert werden. Noch bevorzugter weisen diese ein Zwischengetriebe auf, dass ein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis der benachbarten Rotorkernsegmente bewirkt.If the rotor is formed in one piece, the rotor core segment corresponds to the rotor core and thus to a continuous drive shaft. If the rotor comprises a plurality of rotor core segments, these form at least the rotor core in the assembled state. Preferably, the rotor core segments can be understood as modules, which can be connected to one another in any desired number, in order to vary the length and the diameter of the resulting rotor. For simplified mounting to each other and / or on the rotor support elements each rotor core segment comprises at least one, preferably two, each end arranged projections, which are preferably designed as end pin. A pin is advantageous opposite to a depression in the adjacent rotor core segment, with the mating is possible. It is conceivable that an end pin formed as a gear and the opposite recess is formed as an external gear with interposed planetary gear. In this way, adjacent rotor core segments can be operated at different rotational speeds, which are, however, in a constant relationship to each other. This is advantageous because at different heights different wind forces and wind speeds prevail. Thus, it is advantageous to operate a higher rotor core segment at a higher speed than a lower rotor core segment. Furthermore, it is conceivable that adjacent rotor core segments are stored at different locations in the floor panels. More preferably, these have an intermediate gear that causes a constant speed ratio of the adjacent rotor core segments.
Ferner erweist sich die Segmentierung des Rotors als vorteilhaft bei dem Zusammenbau. So sind die einzelnen Rotorkernsegmente zunächst getrennt voneinander transportierbar und werden erst vor Ort zu einer bevorzugt mehrteilig ausgebildeten Gesamtwelle des Rotors zusammengesetzt. Je nach Ausführung der Windkraftanlage kann die Anzahl der Rotorenkernsegmente bevorzugt zwischen einem und zwanzig ausgewählt werden. Wird lediglich ein Rotorenkernsegment bereitgestellt, so ist lediglich eine einteilige Antriebswelle vorgesehen. Werden beispielsweise acht Rotorenkernsegmente bereitgestellt, so bilden diese im zusammengesetzten Zustand ebenfalls eine einzige Antriebswelle aus, welche allerdings aus acht miteinander verbundenen Einzelwellen besteht. Insbesondere in Abhängigkeit der Windkraftanlagengröße können die Rotorkernsegmente massiv und/oder zumindest teilweise hohl ausgebildet sein. Letzteres erweist sich aufgrund des reduzierten Eigengewichts insbesondere bei Produktion, Transport, Montage und Lagerung als vorteilhaft. Furthermore, the segmentation of the rotor proves advantageous in the assembly. Thus, the individual rotor core segments are initially transported separately from each other and are assembled only on site to a preferred multi-part overall wave of the rotor. Depending on the design of the wind turbine, the number of rotor core segments may preferably be selected between one and twenty. If only one rotor core segment is provided, then only a one-piece drive shaft is provided. If, for example, eight rotor core segments are provided, they also form, in the assembled state, a single drive shaft, which, however, consists of eight individual shafts connected to one another. In particular, depending on the size of the wind turbine, the rotor core segments may be solid and / or at least partially hollow. The latter proves to be advantageous due to the reduced weight, especially in production, transport, installation and storage.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist jedes Rotorenkernsegment endseitig von wenigstens einer Rotorenscheibe begrenzt und umfasst wenigstens ein Rotorenblatt. Die Rotorenscheiben dienen vorteilhaft zur zusätzlichen Stabilisierung des gesamten Rotors. Zudem sind zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Rotorenscheiben wenigstens ein Rotorblatt, bevorzugt zwei, mehr bevorzugt zwei bis zehn, meist bevorzugt drei bis fünf, Rotorblätter angeordnet. Die Fixierung der Rotorblätter erfolgt bevorzugt derart, dass während des Betriebs keine Entnahme der Rotorblätter möglich ist. Allerdings sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Rotorblätter im Falle einer Wartung oder Reparatur von den Rotorenscheiben entfernbar und einzeln auswechselbar ausgebildet sind. Ist lediglich ein Rotorenkernsegment vorgesehen, so beinhaltet der Rotor zwei Rotorenscheiben, zwischen denen mindestens zwei, bevorzugt drei bis fünf, Rotorblätter befestigt sind. Die Rotorblätter weisen in diesem Fall bevorzugt eine durchgängige Spiralform auf.In a further advantageous embodiment, each rotor core segment is bounded on the end by at least one rotor disk and comprises at least one rotor blade. The rotor discs are advantageously used for additional stabilization of the entire rotor. In addition, at least one rotor blade, preferably two, more preferably two to ten, most preferably three to five, rotor blades are arranged between two rotor disks arranged adjacent to one another. The fixation of the rotor blades is preferably such that no removal of the rotor blades is possible during operation. However, the present invention provides that the rotor blades in the case of maintenance or repair of the rotor discs are removable and individually designed interchangeable. If only one rotor core segment is provided, then the rotor contains two rotor disks, between which at least two, preferably three to five, rotor blades are fastened. The rotor blades in this case preferably have a continuous spiral shape.
Es ist denkbar, dass die Rotorenscheiben die Form einer vollen Diskusfläche aufweisen. Bevorzugt weisen sie jedoch Materialauslassungen auf. Dabei ist ein Außenring mit inneren Streben vorteilhaft. Auf diese Weise wird eine Stabilisierung der Rotorblätter bei gleichzeitiger Materialersparnis erzielt. Vorteilhaft bestehen solche Rotorenscheiben aus einem Kernring, mindestens drei, bevorzugt sechs, Streben und einem Außenring.It is conceivable that the rotor disks have the shape of a full disk surface. However, they preferably have material omissions. In this case, an outer ring with inner struts is advantageous. In this way, a stabilization of the rotor blades is achieved while saving material. Advantageously, such rotor discs consist of a core ring, at least three, preferably six, struts and an outer ring.
Es ist fernerhin denkbar, dass die Rotorblätter als Lamellen und/oder aerodynamische Flügelprofile ausgebildet sind. In Abhängigkeit der Anzahl der vorgesehenen Rotorblätter sind diese entsprechend voneinander versetzt angeordnet, um eine entsprechend hohe Energieausbeute zu gewährleisten. Sind beispielsweise drei Rotorblätter im Einsatz, sind diese vorteilhaft zueinander um 120° versetzt angeordnet. Unter aerodynamischen Flügelprofilen sind bevorzugt diejenigen Formen zu verstehen, welche einen flügelartigen Umriss aufweisen, wobei bevorzugt sowohl Flügelvorderseite und -rückseite zumindest teilweise konvex gekrümmt ausgebildet sind und/oder wenigstens Flügelvorderseite und/oder Flügelrückseite konvex gekrümmt ausgebildet ist. Unter Flügelvorderseite ist bevorzugt die Flügelfläche zu verstehen, auf welche die Luftströmung auftrifft. Neben den hier beschriebenen Formen ist auch denkbar, die Rotorblätter plan, also krümmungsfrei, und/oder mit ellipsoidalem Querschnitt auszubilden.It is further conceivable that the rotor blades are formed as lamellas and / or aerodynamic wing profiles. Depending on the number of rotor blades provided, these are correspondingly offset from one another in order to ensure a correspondingly high energy yield. For example, if three rotor blades in use, they are advantageously arranged offset to one another by 120 °. Aerodynamic wing profiles are preferably to be understood as meaning those shapes which have a wing-like outline, wherein preferably both wing front and rear side are at least partially convexly curved and / or at least wing front side and / or wing rear side is convexly curved. Wing front side is preferably to be understood as meaning the wing surface on which the air flow impinges. In addition to the shapes described here, it is also conceivable to form the rotor blades flat, that is to say without curvature, and / or with an ellipsoidal cross section.
Sind die Rotorblätter als Lamellen ausgebildet, so sind diese nicht plan, sondern umfassen wenigstens eine Krümmung in ihrer Längserstreckung, so dass sich ein U-förmiger Querschnitt ausbildet. Dies ist vorteilhaft, da somit der auftreffende Luftstrom eine größere Angriffsfläche hat und die Rotoren somit schneller in Rotation versetzt werden. Neben den hier beschriebenen Formen können die Rotorblätter darüber hinaus auch mehrfach gekrümmt, beispielsweise in einer Wellenform, eingesetzt werden. Im einfachsten Fall sind die Rotorblätter aus Metall ausgebildet. Allerdings ist dies nicht begrenzend zu verstehen, da es sich vorteilhaft gezeigt hat, die Rotorblätter als Hohlprofil beispielsweise mit einer bevorzugt luftundurchlässigen Textil- und/oder Kunststoffbespannung vorzusehen. Hierdurch wird vorteilhaft das Gewicht der Rotorblätter zusätzlich reduziert.If the rotor blades are designed as lamellae, they are not flat, but comprise at least one bend in their longitudinal extent, so that a U-shaped cross-section is formed. This is advantageous because thus the impinging air flow has a larger attack surface and thus the rotors are set into rotation faster. In addition to the shapes described here, moreover, the rotor blades can also be bent several times, for example in a waveform. In the simplest case, the rotor blades are made of metal. However, this is not limiting, as it has been found advantageous to provide the rotor blades as a hollow profile, for example with a preferably airtight textile and / or plastic covering. As a result, the weight of the rotor blades is advantageously additionally reduced.
Vorteilhaft sind die Rotorblätter auf den Rotorenscheiben geneigt in Richtung der Drehachse des jeweiligen Rotors ausgebildet. Dies ist vorteilhaft für die Windkraftaufnahme. Bevorzugt sind die Rotorblätter bezüglich der Rotorenscheibe um 0 bis 20°, mehr bevorzugt um 0,1 bis 10° geneigt ausgebildet. Ferner ist es vorteilhaft, die Rotorblätter in Randnähe der Rotorenscheiben anzuordnen, da hierdurch eine bestmögliche Kraftumwandlung realisiert wird. Unter Randnähe ist hierbei bevorzugt zu verstehen, dass die Rotorblätter mit dem Umfang der Rotorenscheibe bündig abschließen und/oder um 0,5 bis 50 cm von diesem radial nach innen zurückversetzt sind.The rotor blades are advantageously formed on the rotor discs inclined in the direction of the axis of rotation of the respective rotor. This is advantageous for wind energy absorption. Preferably, the rotor blades with respect to the rotor disk by 0 to 20 °, more preferably formed by 0.1 to 10 ° inclined. Furthermore, it is advantageous to arrange the rotor blades near the edge of the rotor disks, since in this way the best possible power conversion is realized. In this case, it is preferable to understand near the edge that the rotor blades are flush with the circumference of the rotor disk and / or are set back radially inward by 0.5 to 50 cm from this.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei Rotorenscheiben mit einem Durchmesser von größer 3 m, die Rotorblätter zudem gruppiert anzuordnen. Dies ist vorteilhaft, da somit eine aufwändige und kostenintensive Herstellung großflächiger Rotorblätter vermieden wird.Moreover, it has proven to be advantageous, in particular in rotor discs with a diameter of greater than 3 m, the rotor blades also arranged in groups. This is advantageous, since thus a complex and cost-intensive production of large-area rotor blades is avoided.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst jedes Rotorkernsegment wenigstens eine Gruppe von Rotorblättern, bevorzugt drei bis fünf Gruppen von Rotorblättern. Vorteilhaft sind Gruppen von 2 bis 8, noch vorteilhafter von 3 bis 5, Rotorblättern vorgesehen. Weiterhin bevorzugt sind die Rotorblätter innerhalb der Gruppen versetzt zueinander angeordnet, um eine möglichst große Luftauftrittsfläche zu erzeugen. Wie oben bereits bei den einzelnen Rotorblättern beschrieben, sind weiterhin bevorzugt 2 bis 7 der Rotorblättergruppen zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Rotorenscheiben angeordnet, wobei in Abhängigkeit der Anzahl der Gruppen deren Beabstandung voneinander bedingt ist. So sind beispielsweise zwei Gruppen um 180° einander gegenüberliegend angeordnet, wohingegen drei Gruppen im Winkel von 120° oder vier Gruppen im Winkel von 90° zueinander angeordnet sind.In a further advantageous embodiment, each rotor core segment comprises at least one group of rotor blades, preferably three to five groups of rotor blades. Advantageous are groups from 2 to 8, more preferably from 3 to 5, rotor blades provided. Further preferably, the rotor blades within the groups are arranged offset from one another to produce the largest possible air impact surface. As already described above for the individual rotor blades, furthermore preferably 2 to 7 of the rotor blade groups are arranged between two rotor disks arranged adjacent to one another, the spacing of which being dependent on the number of groups. For example, two groups are arranged 180 ° opposite to each other, whereas three groups are arranged at an angle of 120 ° or four groups at an angle of 90 ° to each other.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Rotorblätter in Längserstreckung des Rotors zueinander versetzt angeordnet, wobei die Rotorblätter von zwei zueinander benachbart angeordneten Rotorenscheiben bevorzugt um 2–90° und mehr bevorzugt um 10–60° versetzt zueinander ausgebildet sind. Dies ist vorteilhaft, da somit in Abhängigkeit von der Höhe der Windkraftanlage eine deutliche Schlagreduzierung erreicht werden kann. Zudem wird der bei vertikalen Anlagen bekannte Nachteil eines „pulsierenden Drehmoments” verhindert, so dass ein ruhiger und stabiler Lauf, auch bei sehr großen Anlagen sichergestellt ist. Durch diese Versetzung zueinander wird die Form einer Spirale bedingt, sodass der Luftstrom einen gleichmäßigen Antrieb der Rotoren bedingt und ein Flügelschlag verhindert wird. Ferner bedingt diese versetzt zueinander ausgebildete Anordnung, dass der an den Rotorblättern vorbeiströmende Luftstrom wieder beschleunigt wird und somit eine zusätzliche Energie bereitstellt. Bevorzugt erfolgt die Versetzung der Rotorblätter zueinander in Abhängigkeit von der Höhe der verwendeten Windkraftanlage. Umfasst der Rotor beispielsweise acht Rotorenkernsegmente bzw. neun Rotorenscheiben, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die einzelnen Rotorblätter pro Rotorenscheibe um jeweils 15° versetzt zu der vorherigen Rotorenscheibe anzuordnen. Bevorzugt bilden die Rotorblätter von oben nach unten eine Spiralform aus, so dass Flügelschlag verhindert und der Rotorenlauf gegenüber Vibrationen stabilisiert wird.In a further advantageous embodiment, the rotor blades are arranged offset to one another in the longitudinal extent of the rotor, wherein the rotor blades of two mutually adjacent rotor disks are preferably formed by 2-90 ° and more preferably by 10-60 ° offset from each other. This is advantageous since, as a function of the height of the wind turbine, a significant impact reduction can thus be achieved. In addition, the known in vertical systems disadvantage of a "pulsating torque" is prevented, so that a quiet and stable run, even with very large systems is ensured. By this offset to each other, the shape of a spiral is conditional, so that the air flow causes a uniform drive of the rotors and a wing flap is prevented. Furthermore, this arrangement, offset relative to one another, causes the air flow flowing past the rotor blades to be accelerated again, thus providing additional energy. Preferably, the displacement of the rotor blades to each other depending on the height of the wind turbine used. If, for example, the rotor comprises eight rotor core segments or nine rotor disks, it has proven to be advantageous to arrange the individual rotor blades per rotor disk by 15 ° offset from the previous rotor disk. The rotor blades preferably form a spiral shape from top to bottom, so that wing flapping is prevented and the rotor barrel is stabilized against vibrations.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verringert sich die radiale Erstreckung der Rotoren in ihrer Längserstreckung in Richtung des oberen Rotorträgerelements. Diese konische Form ist vorteilhaft, da Vibrationen vermieden werden, welche durch unterschiedliche Luftströmungsgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Höhen bedingt werden.In a further advantageous embodiment, the radial extent of the rotors is reduced in their longitudinal extent in the direction of the upper rotor carrier element. This conical shape is advantageous because it avoids vibrations caused by different airflow velocities at different heights.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Windkraftanlage weiterhin Luftleitflächen, die derart ausgebildet sind, dass sie zur Verstärkung einer Rotation der Rotoren innen liegende, bevorzugt mit einer Rotation der Rotoren gegen einen Anströmluftfluss laufende Rotorblätter zumindest teilweise abschirmen und einen Anströmluftfluss (W) von der Mitte nach außen auf die äußeren Rotorblätter ablenken. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine verstärkte Rotation der Rotoren bewirkt wird und das Vertikal-Prinzip überhaupt erst interessant wird. Ferner ist denkbar, dass die Luftleitflächen einen Anströmluftfluss von der Mitte nach außen ablenken, komprimieren und teilen. Zudem sind die Luftleitflächen bevorzugt derart ausgebildet, dass sich an ihrer Innenseite, welche dem Zentralträger zugewandt ist, ein Unterdruck bildet. Durch diesen Sog werden mit der Rotation von innen nach außen laufende Rotorblätter beschleunigt. Vorteilhaft umfasst die Windkraftanlage Luftleitflächen, die derart ausgebildet sind, dass sie senkrecht zur Verbindungslinie der Rotoren anströmende Luft von der Mitte nach außen lenken, sodass gegen die Luftleitflächen anströmende Luft auf außen an den Rotoren befindliche Rotorblätter umgeleitet wird und eine gegenläufige Rotation der Rotoren bewirkt. Bevorzugt sind die Luftleitflächen dazu etwa keilförmig gestellt. Die Keilform zeigt in Windrichtung und teilt den Windstrahl auf, wobei auf beiden Seiten ein geteilter, verdichteter Windstrahl und/oder Windstrom entsteht.In a further advantageous embodiment, the wind power plant further comprises air guide surfaces which are designed such that they at least partially shield rotor blades which are running inside, preferably with a rotation of the rotors against an air flow, in order to enhance a rotation of the rotors and an inflow air flow (W) from the center deflect outwards onto the outer rotor blades. This is advantageous because in this way an increased rotation of the rotors is effected and the vertical principle is only interesting. Furthermore, it is conceivable that the air guide surfaces deflect, compress and divide an inflow air flow from the center to the outside. In addition, the air guide surfaces are preferably designed such that forms on its inner side, which faces the central support, a negative pressure. As a result of this suction, rotating blades are accelerated from the inside to the outside. Advantageously, the wind turbine comprises air guide surfaces, which are designed such that they direct air flowing perpendicularly to the connecting line of the rotors from the center outwards, so that air flowing against the air guide surfaces is redirected to blades located on the outside of the rotors and causes an opposite rotation of the rotors. Preferably, the air guide to this are placed approximately wedge-shaped. The wedge shape points in the wind direction and divides the wind jet, with a split, compressed wind jet and / or wind current being created on both sides.
Es ist denkbar, dass die Luftleitflächen in Anlehnung an die bevorzugt konisch nach oben zulaufenden Rotoren, ebenfalls nach oben hin eine sich verjüngende Form aufweisen, so dass die die Fläche, auf welche der Anströmluftfluss auftrifft nach oben zum freien Ende des Zentralträgers hin abnimmt. Diese Verjüngung verläuft bevorzugt im gleichen Verhältnis wie die konischsitzenden Rotoren. Wie dargelegt, werden die Rotoren von der Luftströmung der Wind zugewandten Seite in Bewegung gebracht. Vorteilhaft wird die Anströmung zusätzlich durch die komprimierte Luft der vor dem Zentralträger angebrachten Luftströmungsleitflächen verstärkt. Bevorzugt sind die Luftleitflächen weiterhin derart ausgebildet, dass die sich mit einer Rotation gegen die Windrichtung bewegenden Rotorenteile, insbesondere die Rotorblätter, zum Teil, bevorzugt vollständig, von dem Anströmluftfluss abgeschirmt sind.It is conceivable that the air guide surfaces, based on the preferably conically upwardly tapered rotors, also have a tapered shape at the top, so that the surface, which impinges on the inflow air flow decreases upward to the free end of the central carrier out. This taper is preferably in the same ratio as the conically seated rotors. As stated, the rotors are moved by the air flow of the windward side. Advantageously, the flow is additionally reinforced by the compressed air mounted in front of the central support Luftströmungsleitflächen. Preferably, the air guide surfaces are further designed such that the rotating with a rotation against the wind direction rotor parts, in particular the rotor blades, in part, preferably completely, are shielded from the inflow air flow.
Ferner ist denkbar, dass die Luftleitflächen für Reklame, Werbung, Firmen-Logos oder Sonstiges genutzt werden. Dies ist vorteilhaft in stadtnahen Gebieten. In einer anderen Ausführungsform weisen die Luftleitflächen eine neutrale Farbzusammensetzung auf. Dies ist vorteilhaft für Natur- und Kulturlandschaften. Zudem ist denkbar, die Luftleitflächen mit Solarkollektoren zur zusätzlichen Energiegewinnung zu versehen. Dies ist insbesondere bei geringem Windaufkommen vorteilhaft.It is also conceivable that the air ducts are used for advertising, advertising, company logos or other. This is advantageous in areas close to the city. In another embodiment, the air guide surfaces have a neutral color composition. This is beneficial for natural and cultural landscapes. In addition, it is conceivable to provide the air ducts with solar collectors for additional energy. This is particularly advantageous at low wind.
Ferner ist denkbar, dass die Luftleitflächen zusätzlich Verlängerungselemente aufweisen. Auf diese Weise lässt sich der Anteil des auf die Rotorblätter treffenden Anströmwindes reduzieren oder vergrößern. Weiterhin sind die Luftleitflächen bevorzugt um eine im Wesentlichen vertikale Achse schwenkbar ausgebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Luftleitflächen mehrteilig, bevorzugt zweiteilig ausgebildet, so dass bei Bedarf, beispielsweise für die Wartung, die Fläche der Luftleitflächen vergrößert werden kann, um die Anlage in Ruhe zu versetzen. Mit vollständig ausgefahrenen Luftleitflächen erfolgt die Ablenkung des eintreffenden Luftstroms derart, dass die Rotoren in Ruhe verbleiben und kein Antrieb erfolgt. Die Wartung kann somit gefahrlos durchgeführt werden. Je nach Ausführungsform sind die Luftleitflächen bevorzugt konvex und/oder konkav gekrümmt ausgebildet. Beide Krümmungen haben sich als vorteilhaft erwiesen, den Luftstrom gezielt auf die Rotoren zu leiten.Furthermore, it is conceivable that the air guide surfaces additionally have extension elements. In this way, the proportion of the on the Reduce or increase the rotor blades of the incident flow. Furthermore, the air guide surfaces are preferably designed pivotable about a substantially vertical axis. In a particularly preferred embodiment, the air guide surfaces are multi-part, preferably formed in two parts, so that if necessary, for example, for maintenance, the surface of the air guide can be increased in order to put the system at rest. With fully extended air ducts, the deflection of the incoming air flow is such that the rotors remain at rest and no drive takes place. Maintenance can thus be carried out safely. Depending on the embodiment, the air guide surfaces are preferably formed convex and / or concave curved. Both curves have proven to be advantageous to direct the air flow targeted at the rotors.
Besonders vorteilhaft sind die Luftleitflächen bezugnehmend auf deren Schwenkachse symmetrisch ausgebildet. Dies ist insbesondere im ausgefahrenen Zustand von Vorteil, da sich dann die Luftleitflächen bevorzugt bis auf Höhe der Drehachsen der Rotoren erstrecken und somit eine Abschirmung von der einströmenden Luft ermöglichen. Die Steuerung der Luftleitflächen ist im einfachsten Fall ebenfalls symmetrisch ausgebildet, allerdings nicht hierauf beschränkt. So ist auch denkbar, dass bei Wartungsarbeiten nur eines Rotors, dieser durch einseitig ausgefahrene Luftleitflächen abgeschirmt wird, während der weitere Rotor voll funktionsfähig Energie produziert und die Luftleitflächen auf dessen Seite im nicht ausgefahrenen Zustand angeordnet sind.Particularly advantageously, the air guide surfaces are formed symmetrically with respect to the pivot axis. This is particularly advantageous in the extended state, since then the air guide preferably extend up to the height of the axes of rotation of the rotors and thus allow shielding of the incoming air. The control of the air guide surfaces is also symmetrical in the simplest case, but not limited thereto. Thus, it is also conceivable that during maintenance of only one rotor, this is shielded by unilaterally extended air ducts, while the other rotor fully functional energy produced and the air ducts are arranged on the side in the non-extended state.
Darüber hinaus ist denkbar, wenigstens eine Bremsanlage für die Rotoren vorzusehen. Bevorzugt weist jeder Rotor eine entsprechende elektrische und/oder mechanische Bremsanlage auf. Bremsanlagen sind insbesondere bei der Wartung von Vorteil, um die Rotoren zu verlangsamen und/oder zu stoppen. Darüber hinaus ist die wenigstens eine Bremsanlage ebenfalls vorteilhaft, da die Windkraftanlage auch bei unausgefahrenen Luftleitflächen somit in den Stillstand gebracht werden kann.In addition, it is conceivable to provide at least one brake system for the rotors. Each rotor preferably has a corresponding electrical and / or mechanical brake system. Braking systems are particularly beneficial in maintenance to slow down and / or stop the rotors. In addition, the at least one brake system is also advantageous, since the wind turbine can thus be brought to a standstill even with unausgefahrenen Luftleitflächen.
Bevorzugt umfassen die Bremsanlagen ein Energieumwandlungssystem, mittels welchem die Bremsenergie zwischengespeichert und bei erneuter Inbetriebnahme zur schnelleren Beschleunigung der Rotoren wieder verwendet wird. Vorteilhaft dient die wenigstens eine Bremsanlage zur Unterstützung der bereits beschriebenen Luftleitflächen.Preferably, the brake systems include an energy conversion system, by means of which the braking energy is temporarily stored and reused for renewed startup for faster acceleration of the rotors. Advantageously, the at least one brake system serves to support the already described air guide surfaces.
Sowohl Luftleitflächen und/oder Bremsanlage erweisen sich als besonders vorteilhaft bei Wartungs- und Reparaturarbeiten, bei vollem Stromnetz ohne Einspeisungsmöglichkeit und/oder bei starken orkanartigen Winden, wobei durch die vorteilhafte Konstruktion der hier beschriebenen Windkraftanlage diese auch bei stärkeren Winden betreibbar ist als bisher bekannte Anlagen aus dem Stand der Technik.Both air ducts and / or brake system prove to be particularly advantageous for maintenance and repair work, full power without feed-in possibility and / or strong gale-force winds, which can be operated by the advantageous construction of the wind turbine described here even in stronger winds than previously known systems from the prior art.
Besonders bevorzugt verringert sich eine radiale Ausdehnung von einzelnen Bauteilen der Rotoren nach oben in Richtung des freien Endes des Zentralträgers.Particularly preferably, a radial expansion of individual components of the rotors decreases upward in the direction of the free end of the central carrier.
Das Ergebnis ist eine sich insgesamt nach oben verjüngende Form der Anlage. Durch diese Bauart verlagert sich der gesamte Schwerpunkt der Anlage weit nach unten. Im Gegensatz zu den herkömmlichen, modernen horizontalen Windkraftanlagen wirkt die Winddruckbelastung bei Sturm oder Orkan nicht nur auf die Spitze des Zentralträgers, sondern gleichmäßig verteilt auf den gesamten Zentralträger. Der Mittelpunkt der Druckbelastung liegt vorteilhaft unterhalb des Zentralträgerschwerpunktes. Dies vergrößert die Stabilität, spart Material und senkt Vibrationen. Damit wird eine hohe Stabilität und Unempfindlichkeit bei Sturm und Orkan erreicht. Die Lärmemission ist vergleichsweise gering.The result is a total upwardly tapering shape of the plant. Due to this design, the entire center of gravity of the system shifts far down. In contrast to the conventional, modern horizontal wind turbines, the wind pressure load in a storm or hurricane not only affects the top of the central girder, but evenly distributed over the entire central girder. The center of the pressure load is advantageously below the central carrier center of gravity. This increases stability, saves material and reduces vibration. This achieves high stability and insensitivity in storm and hurricane. The noise emission is comparatively low.
Diese Bauart dient vorteilhaft zu einer besseren Raumnutzung und -ausbeute. Die Anlagen können viel dichter aneinander gebaut werden ohne sich gegenseitig zu stören, als man es von den horizontalen Windkraftanlagen kennt. Außerdem können sie in der Höhe kleiner und leichter gebaut werden im Vergleich zu anderen Anlagen ihrer Leistungsklasse. Auch die Laufzeiten sind länger als bei vergleichbaren Anlagen oder HAWT. Die Bauart bedingt bei vergleichbarer Leistungsklasse eine kleinere Bauart und eine leichtere Masse. Dies führt zu einem höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu horizontalen Windkraftanlagen. Es ermöglicht ein verbessertes Landschaftsbild und die Vogelfluglinien sind weniger beeinträchtigt.This design is advantageous for a better use of space and yield. The plants can be built much closer to each other without disturbing each other, as it is known from horizontal wind turbines. In addition, they can be built smaller and lighter in height compared to other systems in their performance class. The terms are longer than comparable systems or HAWT. The design requires a smaller design and a lighter mass for comparable performance class. This leads to a higher efficiency compared to horizontal wind turbines. It allows an improved landscape and the bird airlines are less affected.
Ferner ist denkbar, dass die Rotoren zur direkten Leistungsabnahme direkt mit Generatoren verbunden sind. Diese sind für vergleichsweise niedrige Drehzahlen ausgebildet. Dies erspart die Verwendung von Getrieben, Riemen und sonstigen Mechanismen und erhöht damit die wirtschaftliche Nutzung der Anlage. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform, basierend auf diesem Prinzip, wird eine Anlage mit zwei Generatoren ausgestattet, die jeweils am unteren Ende eines jeden Rotors angebracht werden. Dies ist vor allem für kleinere und mittlere Anlagen vorteilhaft. Die Leistung der Generatoren wird bevorzugt zusammen oder einzeln in das Netz eingespeist. Ferner ist auch denkbar, ein Getriebe zur Abnahme vorzusehen, wobei die oben beschriebene getriebefreie Leistungsabnahme bevorzugt ist. Darüber hinaus ist zudem eine Kopplung der eingesetzten Rotoren denkbar.It is also conceivable that the rotors are connected directly to generators for direct power reduction. These are designed for comparatively low speeds. This saves the use of gears, belts and other mechanisms and thus increases the economic use of the system. In an advantageous embodiment, based on this principle, a system is equipped with two generators, which are each attached to the lower end of each rotor. This is especially advantageous for smaller and medium sized systems. The power of the generators is preferably fed together or individually into the network. Furthermore, it is also conceivable to provide a transmission for acceptance, wherein the above-described transmission-free power reduction is preferred. In addition, a coupling of the rotors used is also conceivable.
Weiterhin vorteilhaft erfolgt die Leistungsabnahme direkt von einer oder mehreren Rotorenscheiben und/oder Rotorenträgerelement. Dies wird bevorzugt erreicht, indem man am äußeren Umfang einer oder mehrerer Rotorenscheiben und/oder Rotorenträgerelemente mindestens einen Permanentmagnet anordnet. Vorteilhaft ist an das dazugehörige plattenartige Rahmenelement bzw. das zugehörige Rotorträgerelement mindestens eine Wicklung oder mindestens eine Spule angebracht. Der Permanentmagnet ist beispielhaft aus Neodym. Bekannte Ringgeneratoren horizontaler Anlagen finden in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Verwendung. Da der Generator dadurch in die Windkraftanlage integriert wäre, könnte die gesamte Anlage auch als Windkraftgenerator angesehen oder bezeichnet werden. Durch den Einsatz solcher Ringgeneratoren werden vorteilhaft Verschleißteile reduziert. Selbstverständlich ist die Leistungsabnahme nicht auf die genannten Ausführungsvarianten beschränkt. Ferner ist auch die Verwendung von Asynchrongeneratoren denkbar.Further advantageously, the power reduction takes place directly from one or more Rotor discs and / or rotor carrier element. This is preferably achieved by arranging at least one permanent magnet on the outer circumference of one or more rotor discs and / or rotor carrier elements. Advantageously, at least one winding or at least one coil is attached to the associated plate-like frame element or the associated rotor carrier element. The permanent magnet is exemplified by neodymium. Known ring generators of horizontal systems find use in a particularly preferred embodiment. Since the generator would thus be integrated into the wind turbine, the entire system could also be regarded or referred to as a wind power generator. The use of such ring generators advantageous wear parts are reduced. Of course, the decrease in power is not limited to the mentioned embodiments. Furthermore, the use of asynchronous generators is conceivable.
Da Vertikalachswindenergiekonverter für ihren ruhigen Lauf bekannt sind und einen weniger störenden Anblick wie HAWT-Anlagen bieten, werden sie vorteilhaft in Ortschaften, Städten und Industriegebieten aufgestellt und zur lokalen Stromversorgung angeschlossen. Dies spart viele Kilometer lange Stromleitungen.Since vertical axis wind energy converters are known for their smooth running and offer a less disturbing sight like HAWT systems, they are advantageously deployed in localities, cities and industrial areas and connected to the local power supply. This saves many kilometers of power lines.
Ebenso kann der Strom bei Gemeinden und Städten ins öffentliche Netz eingespeist werden oder in Akkus gespeichert und zu der Aufladung von E-Autos, E-Bikes sowie zur Straßenbeleuchtung genutzt werden.Likewise, the electricity can be fed into communities or towns in the public network or stored in batteries and used to recharge e-cars, e-bikes and street lighting.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Windenergienutzung mittels einer Windkraftanlage gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen, wobei der Anströmluftfluss durch Luftleitflächen von mit einer Rotation gegen einen Anströmluftfluss laufenden Rotorblättern abgeschirmt und auf die Rotorblätter von zueinander geneigt ausgebildeten Rotoren gelenkt wird. Für die geometrische Ausbildung der Luftleitflächen bzw. des Neigungswinkels der Rotoren zueinander und/oder des Neigungswinkels der Rotoren zu dem Zentralträger wird auf oben erläuterte Ausführungen verwiesen und diese für das Verfahren vollständig eingeschlossen. Insbesondere das Leiten der Luft auf zueinander geneigt ausgebildete Rotoren ist besonders vorteilhaft, da es einer Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit von der Höhe Rechnung trägt.The object is also achieved by a method for the use of wind energy by means of a wind turbine according to one of the described embodiments, wherein the inflow air flow is shielded by air guide of running with a rotation against a Anströmluftfluss rotor blades and directed to the rotor blades of each other inclined rotors. For the geometric design of the air guide or the angle of inclination of the rotors to each other and / or the angle of inclination of the rotors to the central support is made to the above-described embodiments and these are completely included for the process. In particular, the guiding of the air on mutually inclined rotors is particularly advantageous because it takes into account a dependence of the wind speed of the amount.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zentrieren, stabilisieren und führen plattenartige Rahmenelemente und/oder daran angeordneten Führungselemente das Rotorrahmengestell an dem Zentralträger und/oder zentrieren, stabilisieren und führen plattenartige Rahmenelemente und/oder daran angeordnete Führungselemente die Rotoren in dem Rotorrahmengestell. Dies ist vorteilhaft, da so mit wenig Aufwand Vibrationen und Materialbeanspruchung an den Rotoren minimiert werden können.In a further advantageous embodiment, plate-like frame elements and / or guide elements arranged thereon center, stabilize and guide plate-like frame elements and / or guide elements arranged thereon on the rotor frame in the rotor frame. This is advantageous since vibrations and material stress on the rotors can be minimized with little effort.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Windkraftanlage. Ein erster Schritt ist das Aufstellen eines im Wesentlichen senkrechten Zentralträgers. Darauf folgt das hängende Anordnen eines Rotorrahmengestells zur Aufnahme von Rotoren an dem Zentralträger. Hierbeit ist ein erster Schritt das drehbare Anordnen eines oberen Rotorträgerelements zur Aufnahme von Rotoren an dem Zentralträger und ein zweiter Schritt das Anordnen eines unteren Rotorträgerelements parallel zu dem oberen Rotorträgelement zwischen einem Sockel und dem oberen Rotorträgerelement, wobei das untere Rotorträgerelement an dem Zentralträger geführt wird.The object is also achieved by a method for producing a wind turbine. A first step is the erection of a substantially vertical central support. This is followed by the hanging arrangement of a rotor frame frame for receiving rotors on the central support. Here, a first step is the rotatable placing of an upper rotor carrier element for receiving rotors on the central carrier and a second step arranging a lower rotor carrier element parallel to the upper rotor carrier between a base and the upper rotor carrier element, wherein the lower rotor carrier element is guided on the central carrier.
Besonders der erste Schritt mit einem Zentralträger und das nachfolgende Anordnen einer Rotorrahmengestells ist vorteilhaft, da auf diese Weise sehr zeit- und kosteneffizient eine sehr effektive Windkraftanlage bereitstellbar ist.In particular, the first step with a central carrier and the subsequent arrangement of a rotor frame frame is advantageous, since in this way very time and cost efficient, a very effective wind turbine can be provided.
Ferner ist vorteilhaft, dass die Rotorenträgerelemente ebenfalls aus Metall, bevorzugt Stahl oder Aluminium, ausgebildet sind. Ausführungsformen aus Aluminium oder Stahl sind auch für Rotoren und/oder Rotorensegmente und/oder Rotorenscheiben und/oder Rotorenflügel und/oder Rotorkernsegmenten und/oder Endzapfen denkbar. Damit gibt es vorteilhaft keine Gefährdungen bei der Verarbeitung von Epoxidharzen, da die Rotoren nicht aus Kunststoff bestehen. Allerdings sind auch Verbundmaterialien denkbar, beispielsweise faserverstärkter Kohlenstoffverbund.Furthermore, it is advantageous that the rotor carrier elements are also made of metal, preferably steel or aluminum. Embodiments of aluminum or steel are also conceivable for rotors and / or rotor segments and / or rotor disks and / or rotor blades and / or rotor core segments and / or end pins. Thus, there are advantageously no hazards during the processing of epoxy resins, since the rotors are not made of plastic. However, composite materials are also conceivable, for example fiber-reinforced carbon composite.
Es ist zudem denkbar, dass die Rotorenscheiben im Durchmesser etwas größer als die daran befestigten Rotorblätter sind. Damit dienen sie vorteilhaft der Führung und Stabilisierung des Rotors im Rotorrahmengestell sowie der Konzentrierung des Luftstroms auf die Flügel. Ein Ausweichen des Luftstroms nach oben oder unten hin wird verhindert.It is also conceivable that the rotor discs in diameter are slightly larger than the rotor blades attached thereto. Thus, they serve advantageously the leadership and stabilization of the rotor in the rotor frame frame and the concentration of air flow to the wings. Dodge of the air flow up or down is prevented.
Darüber hinaus sind die Rotorenträgerplatten und/oder Etagenplatten und die Rotorenscheiben derart ausgebildet, dass sie zumindest teilweise begehbar sind. Im Wartungszustand kann Personal über den Zentralträger auf die jeweilige Rotorenträgerplatte und/oder Etagenplatte und von dort auf die jeweilige Rotorenscheibe gelangen und dort entsprechend Wartungsarbeiten durchführen.In addition, the rotor support plates and / or floor panels and the rotor discs are designed such that they are at least partially accessible. In the maintenance state, personnel can reach the respective rotor carrier plate and / or floor plate via the central carrier and from there to the respective rotor disk, where they perform maintenance work accordingly.
Denkbar ist fernerhin, dass solche Windkraftanlagen auf Schiffen oder Booten Verwendung finden. Die gewonnene Energie wird dabei bevorzugt zur allgemeinen Stromversorgung des Schiffes verwendet. Sie kann aber auch als Antrieb genutzt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, den Zentralträger als Mast auszubilden. Ein Ausgleich der Schiffschwankungen ist dann beispielsweise durch Motoren oder Seile gewährleistet.It is also conceivable that such wind turbines are used on ships or boats. The energy gained is preferably used for the general power supply of the ship. It can also be used as a drive become. For this purpose, it is advantageous to form the central carrier as a mast. A balance of ship fluctuations is then ensured for example by motors or ropes.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auf Privatgrundstücken mit Eigenheim, auf Gemeindeflächen oder in Windparks. Die Windkraftanlagen lassen sich in Städten zur allgemeinen Energieversorgung, zur Versorgung von Ladestationen für Elektrofahrräder und Elektroautos sowie zur Straßenbeleuchtung anwenden. Auf Inseln lassen sie sich vorteilhaft zur allgemeinen Stromversorgung verwenden.Further application possibilities arise on private properties with their own home, on community areas or in wind farms. The wind turbines can be used in cities for general energy supply, to supply charging stations for electric bicycles and electric cars and for street lighting. On islands, they can be used advantageously for general power supply.
Auf See sind Offshore-Windparks denkbar, bevorzugt ausgebildet als schwimmende Plattformen beispielsweise im Dreieck als mobile Kraftwerkgruppe. Für derartige Offshore-Windparks können die hier beschriebenen Windkraftanlagen in wesentlich höherer Dichte angeordnet werden, wodurch sich vorteilhaft verkürzte Leitungs- und Anschlusswege bedingen. Vorteilhaft können die schwimmenden Plattformen als Einzelmodule, beispielsweise als sechseckig ausgebildete Schwimmkörper, ausgebildet sein und in beliebiger Anzahl wabenförmig aneinander anordbar sein. Ganz besonders vorteilhaft umfassen diese Einzelmodule jeweils wenigstens eine beschriebene Windkraftanlage, welche auf dem wenigstens einen Schwimmkörper bevorzugt fest angeordnet ist. Vorteilhaft erfolgt die Verbindung der Einzelmodule manuell und/oder über Fernzugriff. Hierzu umfasst jedes Einzelmodul weiterhin bevorzugt wenigstens ein Antriebselement, beispielsweise einen Motor, und/oder ein Steuerungsmodul, so dass das jeweilige Modul und/oder mehrere aneinander angeordnete Module, welche eine Plattform ausbilden, über Fernzugriff gesteuert und positioniert werden können. Dies ist insbesondere bei veränderten Windverhältnissen oder auch zu Wartungszwecken von Vorteil.At sea offshore wind farms are conceivable, preferably designed as floating platforms, for example in the triangle as a mobile power plant group. For such offshore wind farms, the wind turbines described here can be arranged in a much higher density, resulting in advantageously shortened cable and connection paths. Advantageously, the floating platforms as individual modules, for example, as a hexagonal formed floating body, be formed and be arranged in any number honeycomb to each other. Very particularly advantageous, these individual modules each comprise at least one described wind power plant, which is preferably fixedly arranged on the at least one floating body. Advantageously, the connection of the individual modules is done manually and / or via remote access. For this purpose, each individual module furthermore preferably comprises at least one drive element, for example a motor, and / or a control module, so that the respective module and / or a plurality of mutually arranged modules which form a platform can be controlled and positioned by remote access. This is particularly advantageous for changing wind conditions or for maintenance purposes.
Weitere Möglichkeit ist eine Anwendung in Krisengebieten und anderen Notsituationen. Weiterhin lassen sich die hier beschriebenen Windkraftanlagen auf Schiffen als umweltschonender Antrieb und/oder zur Stromversorgung auf See einsetzen, so dass auf Schweröl verzichtet werden kann.Another possibility is an application in crisis areas and other emergencies. Furthermore, the wind turbines described here can be used on ships as environmentally friendly propulsion and / or power supply at sea, so that can be dispensed with heavy oil.
Ferner ist denkbar mehr als zwei Rotoren vorzusehen, beispielsweise drei, vier, fünf oder auch sechs Rotoren.Furthermore, it is conceivable to provide more than two rotors, for example three, four, five or even six rotors.
Je nach Ausführungsform ist die Größe der hier beschriebenen Windkraftanlage bevorzugt im Bereich von 20 cm bis 150 m, mehr bevorzugt im Bereich von 10 m bis 100 m. Die Rotorblätter umfassen eine Erstreckung zwischen zwei Rotorenscheiben von bevorzugt 1 m bis 15 m, mehr bevorzugt von 2 m bis 12 m und meist bevorzugt 10 m.Depending on the embodiment, the size of the wind turbine described here is preferably in the range of 20 cm to 150 m, more preferably in the range of 10 m to 100 m. The rotor blades comprise an extension between two rotor disks of preferably 1 m to 15 m, more preferably from 2 m to 12 m and most preferably 10 m.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen: Dabei zeigen:Further advantages and embodiments will be apparent from the attached drawings, in which:
In jedem Zwischenraum zwischen zwei plattenartigen Rahmenelementen
Weiterhin umfasst die Windkraftanlage
Der Zentralträger
In
Die Rotorträgerplatten
Die plattenartigen Rahmenelemente
Ferner umfassen die Öffnungen
Die Führungselemente
In
Je nach Ausführung kann, wie bereits oben erwähnt, der Rotor
Am oberen freie Ende
In
In
Die
Der Anmelder behält sich vor, sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.The applicant reserves the right to claim all features disclosed in the application documents as essential to the invention, provided that they are novel individually or in combination with respect to the prior art.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WindkraftanlageWind turbine
- 22
- Zentralträgercentral support
- 33
- Sockelbase
- 8, 98, 9
- Rotorrotor
- 1010
- RotorrahmengestellRotor frame
- 11a, b11a, b
- RotorträgerplatteRotor support plate
- 1212
- plattenartiges Rahmenelement (Etagenplatte)plate-like frame element (floor plate)
- 1313
- beabstandendes (stangenartiges) Rahmenelementspaced (rod-like) frame member
- 1414
- Lagercamp
- 2121
- RotorenkernsegmentRotors core segment
- 2323
- Rotorenscheiberotors disc
- 2424
- Rotorblattrotor blade
- 2626
- Öffnungopening
- 2828
- weitere Öffnungfurther opening
- 29a29a
- Öffnung zur Anordnung der RotorenOpening for the arrangement of the rotors
- 29b29b
- Öffnung zur Anordnung der RotorenOpening for the arrangement of the rotors
- 3030
- weitere Öffnungfurther opening
- 3434
- Führungselementguide element
- 4040
- Luftleitflächenair guidance
- 5151
- Oberes RotorkernsegmentUpper rotor core segment
- 5252
- Unteres RotorkernsegmentLower rotor core segment
- 5353
- Planetengetriebeplanetary gear
- 5454
- Endzapfen des oberen RotorkernsegmentesEnd pin of the upper rotor core segment
- 5656
- Äußeres Zahnrad an dem unteren RotorkernsegmentOuter gear on the lower rotor core segment
- 5858
- Inneres Zahnrad an dem oberen RotorkernsegmentInner gear on the upper rotor core segment
- 6060
- Übersetzungszahnrad in dem PlanetengetriebeTranslation gear in the planetary gear
- SS
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- D1, D2D1, D2
- Drehachse RotorRotary axis rotor
- D3D3
- Drehachse RotorrahmengestellRotary axis of the rotor frame
- AA
- Schwenkachseswivel axis
- LL
- Lagerungstorage
- WW
- Windstrom/AnströmluftflussWind power / Anströmluftfluss
Claims (14)
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