WO2014079417A1

WO2014079417A1 - Vorrichtung zur nutzung von strömungsenergie

Info

Publication number: WO2014079417A1
Application number: PCT/DE2013/100395
Authority: WO
Inventors: Konstantin Kelaiditis
Original assignee: ITEA ECOTECH GmbH
Current assignee: ITEA ECOTECH GmbH
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-05-30
Anticipated expiration: 2015-05-23
Also published as: DE102012022908A1; DE112013001499A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit Anströmflächen aufweisenden Elementen (6), die umlaufend an einer geschlossenen Bahn um eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rotationsachse bewegbar und im Abstand zueinander geführt sind, und mit einer Einrichtung (36) zur Übertragung der mit den Elementen (6) aufgenommenen Strömungsenergie auf einen Generator (41). Erfindungsgemäß umfasst die Übertragungseinrichtung zumindest einen Ring (36), der mit den Elementen (6) bewegbar und verbindbar ist und an dem mehrere Körper (45), die aus ferromagnetischem Material bestehen und/oder Permanentmagnete sind, angeordnet sind, und dass der Generator (41) eine mit der Generatorspule (48) versehenen Kern (42) umfasst, der über den Ring greift. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kern (42) zusätzlich zu der Generatorspule (48) mit einer Spule (49) zur Erzeugung eines Magnetfelds versehen.

Description

Beschreibung:

„Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenerg

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit Anströmflächen aufweisenden Elementen, die umlaufend auf einer geschlossenen Bahn um eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rotationsachse bewegbar und im Abstand zueinander geführt sind, und mit einer Einrichtung zur Übertragung der mit den Elementen aufgenommenen Strömungsenergie auf einen Generator.

Eine solche Vorrichtung ist aus der WO 2007/9462 AI bekannt. Die Elemente sind parallel zu einander angeordnet und rotieren, anders als ein herkömmliches Windrad, nicht in einer zur Strömungsrichtung senkrechten, sondern in einer dazu parallelen Ebene. Sie sind auf einer kreisförmigen, als Zahnrad ausgestalteten Halterung befestigt, mit der die aufgenommene Strömungsenergie auf den Generator übertragen wird. Da insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindig- keiten und bei großen Vorrichtungen mit einem Zahnraddurchmesser von > 50 m große Kräfte und ggf. starke Schwingungen auftreten, sind an die mechanische Stabilität der Vorrichtungen hohe Anforderungen gestellt. Eine für eine Übertragung der Bewegungsenergie an einen Generator ausreichend genaue

Führung der Elemente ist nur unter großem baulichen Aufwand zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Kräfte, die durch eine Strömung auf die Elemente ausgeübt werden, besser an den Generator übertragen kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Übertragungseinrichtung zumindest einen Ring umfasst, der mit den Elementen bewegbar und verbindbar ist und an dem mehrere Körper, die aus ferromagnetischem Material bestehen und/oder Permanentmagnete sind, angeordnet sind, und dass der Generator einen mit einer Generatorspule versehenen Kern umfasst, der über den Ring greift.

Durch den erfindungsgemäßen, vorzugsweise kreisförmigen, Ring wird es möglich, durch die Strömung verursachte und auf die Elemente wirkende Kräfte von dem Generator zu entkoppeln. Die Vorrichtung kann im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen auch bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten oder/und größeren Ringdurchmessern betrieben werden.

Mittels der erfindungsgemäßen Generatoranordnung, bei der die Körper aus ferromagnetischem Material und/oder dem Permanentmagneten an dem Ring an dem örtlich fest installierten, vorzugsweise aus Eisen gebildeten, Kern herbeigeführt werden, lässt sich bei besonders einfachem Aufbau des Generators die Strömungsenergie besonders gut, kontaktlos übertragen. Vorteilhaft toleriert die Vorrichtung in einem gewissen Umfang Bewegungen des Rings in horizontaler Richtung, ohne dass dies zu einer Beeinträchtigung beim Betrieb der Vorrichtung, insbesondere bei der Energieübertragung, führt.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kern hufeisenartig geformt und die Körper sind zwischen den Schenkeln des Kerns bewegbar.

Zweckmäßigerweise sind die Körper in Abstand voneinander an dem Ring angeordnet. Die Körper können flach ausgebildet sein, um sie gut in dem Ring anordnen zu können, wobei sie vorzugsweise plattenförmig oder scheibenförmig sind. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Körper in den Ring eingelassen. Vorzugsweise weisen sie eine kreisrunde, ovale oder rechteckige Form auf.

Sind die Körper aus Permanentmagneten gebildet, wird bei Bewegung der Permanentmagnete an dem Kern vorbei in die Generatorspule eine Spannung induziert, sodass elektrische Energie von dort entnommen werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kern zusätzlich zu der Generatorspule mit einer Spule zur Erzeugung eines Magnetfelds versehen. Ist in dem Kern ein Magnetfeld erzeugt, wird dieses durch das Vorbeibewegen der Körper an dem Kern verändert. Die Änderung des Magnetfelds im Kern erzeugt in der Generatorspule die Spannung, die zur Entnahme der elektrischen Energie genutzt wird. Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, an der Felderzeugungsspule eine Gleichspannung oder eine, vorzugsweise sinus-, dreieck- oder recht- eckförmige, Wechselspannung anzulegen.

Vorteilhaft lässt sich die magnetische Feldstärke über die Felderzeugungsspule steuern. Zum Anlauf der Elemente in der Vorrichtung ist, wenn an der Felderzeugungsspule keine Spannung anliegt und in dem Kern kein Magnetfeld gebildet ist, keine durch das Magnetfeld verursachte Haltekraft zu überwinden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch Steuerung des Magnetfelds mittels der an der Felderzeugungsspule anzulegenden Spannung die Elemente bei ihrer

Bewegung in ihrer Vorrichtung abzubremsen, ggf. auch für eine Notbremsung.

Durch die Möglichkeit, ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, können größere Wirkungsgrade erreicht werden und einfacher eine sinusförmige Wechselspannung in die Generatorspule induziert werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die Spannung der Felderzeugungsspule in Abhängigkeit von einer Frequenz, mit der die Körper an dem Kern vorbeigeführt werden und/oder einer Drehgeschwindigkeit des Rings zu steuern. Zweckmäßigerweise ist dazu eine Einrichtung zur Bestimmung der Frequenz bzw. der Drehgeschwindigkeit vorgesehen, die mit einer Steuerung verbunden ist, mittels derer die Spannung an der Felderzeugungsspule einstellbar ist.

Zweckmäßigerweise ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die Spannung der Felderzeugungsspule zu ändern derart, dass die Richtung des erzeugten Magnetfelds für jeden an dem Kern vorbeigeführten Körper umgekehrt wird, sodass eine Wechselspannung in die Generatorspule induzierbar ist.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, in der Felderzeugungsspule eine derartige Spannung anzulegen, dass unter Vorbeiführung der Körper an dem Kern eine Wechselspannung in die Generatorspule induzierbar ist, die eine bestimmte Ziel kurvenform der Spannung aufweist, vorzugsweise zumindest annäherungsweise eine sinus-, dreieck- oder rechteck- förmige Kurvenform. Vorteilhaft kann der Generator wie ein Synchrongenerator, beispielsweise bei 230V/50Hz, betrieben und direkt an ein Niederspannungsnetz angeschlossen werden.

Zweckmäßigerweise ist eine Synchronisierung der Drehgeschwindigkeit des Rings und die Größe der an der Felderzeugungsspule anzulegenden Spannung vorge- sehen derart, dass in die Generatorspule eine Spannung einer bestimmten Zielfrequenz induzierbar ist.

Alternativ oder ergänzend dazu wäre auch vorstellbar, zur Erzeugung des

Magnetfelds an dem Kern zumindest einen Permanentmagneten vorzusehen. Dies erweist sich insbesondere bei verhältnismäßig kleinen Anlagen als vorteilhaft, bei denen die Frequenz der induzierten Spannung nicht von Bedeutung ist, z.B. zum Laden von Akkumulatoren oder dergleichen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, welche die Variante betrifft, bei der die Körper aus Permanentmagneten gebildet sind, sind zur Änderung des

Abstands des Kerns von dem Ring an Enden der Schenkel bewegliche Endabschnitte vorgesehen. Vorteilhaft können durch eine Anordnung der Endabschnitte in größerem Abstand von dem Ring Haltekräfte, die zwischen den Körpern und dem Kern wirken, verringert werden. Es wird dadurch möglich, nach einem Stillstand die Vorrichtung schon bei Strömungen geringer Strömungsstärke anlaufen zu lassen, als wenn der Abstand nicht verringert wäre. Nachdem die Vorrichtung angelaufen ist, werden die Endabschnitte wieder näher an den Ring bewegt, um eine verbesserte

Energieaufnahme zu erreichen.

Durch Änderung des Abstands erleichtert sich darüber hinaus der Zugriff auf den Ring bei Wartungsarbeiten. Ferner kann durch Änderung des Abstands der Endabschnitte von dem Ring bzw. den Körpern die abgenommene Leistung geändert werden.

Zweckmäßigerweise sind die Kernabschnitte drehbar und/oder geradlinig verschiebbar an den Schenkeln angeordnet.

Alternativ oder ergänzend zu den beweglichen Endabschnitten könnte ein Antrieb zur Bewegung des Rings vorgesehen sein, mittels dessen der Ring zur

Überwindung der genannten Haltekräfte anschiebbar ist. Zweckmäßigerweise ist der Antrieb durch zumindest ein motorisch angetriebenes Rad gebildet, das zum Anschieben des Rings auf den Ring aufsetzbar ist und anschließend wieder abnehmbar ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ring parallel zu der Bahn, entlang der die Elemente bewegt werden, geführt und die durch die Elemente aufgenommene Strömungsenergie wird über den Ring auf den Generator übertragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist konzentrisch zu dem Ring der Übertragungseinrichtung ein weiterer, der Lagerung der Elemente dienender Lagerungsring vorgesehen. Alternativ können die Elemente auch an die beiden Ringe verbindenden Lagerungsabschnitten angeordnet sein.

Zweckmäßigerweise greift der Kern bezogen auf den Ring in radialer Richtung über den Ring und der Kern ist auf einer Seite des Rings angeordnet, die von der Seite abgewandt ist, an der die Elemente mit dem Ring verbunden sind.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ring eine im Wesentlichen flache Form auf und ist an seinem inneren und/oder an seinem äußeren Rand, vorzugsweise an seiner Unter- und an seiner Oberseite, an Rollen gelagert. Er ist zweckmäßigerweise modular aus mehreren Teilen gebildet, die sich miteinander verbinden lassen. Er kann ferner zur Einsparung von Gewicht und

Material mit Aussparungen versehen sein, die vorzugsweise in radialer Richtung gesehen in der Mitte des Rings vorgesehen sind.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Elemente und die Übertragungseinrichtung getrennt voneinander gelagert, wobei die Übertragungseinrichtung vorzugsweise parallel versetzt zu der Bahn gelagert ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den

Elementen und dem Ring eine Verbindung vorgesehen, mittels derer in Richtung tangential zu der Bahn wirkende Kräfte übertragbar und zumindest in den anderen horizontalen Richtungen, ggf. auch in den weiteren anderen Richtungen, wirkende Kräfte abgeschwächt, ggf. z.B. durch eine Feder gedämpft, sind. Die Verbindung kann ferner derart gestaltet sein, dass zwischen den Elementen und dem Ring in den genannten, nicht zu der Bahn tangentialen Richtungen keine Kräfte übertragen werden.

Gewichtskräfte der Elemente und durch die Strömung verursachte horizontale Kräfte werden von der Übertragungseinrichtung entkoppelt und ggf. auftretende Schwingungen in nur geringem Maße auf den Ring übertragen. Die Vorrichtung kann im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen auch bei noch höheren Strömungsgeschwindigkeiten und mit größeren Ringdurchmessern betrieben werden.

Da über die Einrichtung auf den Generator lediglich die in elektrische Energie umzuwandelnden Kräfte übertragen werden, muss dieser nicht für Belastungen durch andere Kraftkomponenten ausgelegt werden.

Zweckmäßigerweise kann der Ring ferner eine mechanische Verbindung der Elemente untereinander bilden. Befindet sich eines der Elemente in einer Position, in der es nicht durch die Strömung angetrieben wird, wird es einerseits mittels der Übertragungseinrichtung von den anderen Elementen mitgezogen, andererseits werden die Elemente durch den Ring voneinander in Abstand gehalten.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung der Elemente zu dem Ring lösbar, sodass sich der Ring bei seiner Montage oder einer Reparatur vollständig von den Elementen entkoppeln und wieder an ihn ankoppeln lässt.

Der Ring oder die Elemente ist bzw. sind dazu zweckmäßigerweise mit einem Kopplungselement versehen, das einen Sitz für ein an einer Lagerung der

Elemente angeordnetes, die Verbindung bildendes und vorzugsweise klappbares Glied aufweist. In Richtungen, die horizontal und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elemente sind, kann das Glied in dem Sitz gleiten.

Der Ring ist zweckmäßigerweise bezogen auf ihre Länge an der Mitte der

Elemente mit den Elementen verbunden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Verbindung aber auch an anderen Stellen der Elemente vorgesehen sein.

Während es vorstellbar wäre, die Elemente an einem Rotorteil anzuordnen, das an der genannten Rotationsachse drehbar gelagert ist, sind in einer Weiterbildung der Erfindung die Elemente an einer Halteeinrichtung, die auf einer Außenseite und/oder einer Innenseite der Bahn angeordnet ist, gelagert. Die Halteeinrich- tung, die in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine gerüstartige Form aufweist, hält die Elemente von einer Innenseite und/oder von einer Außenseite der Bahn aus. Sie kann aufgrund dieser Maßnahme insgesamt stabiler gestaltet werden. Die Vorrichtung ist somit zur Aufnahme noch größerer Strömungsenergien geeignet.

Zweckmäßigerweise ist auch der Ring und vorzugsweise der Kern an der Halteeinrichtung angeordnet. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Halteeinrichtung zumindest eine Schiene, an der die Elemente verschiebbar gehalten sind, vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind die Elemente dann mit auf der Schiene laufenden Rädern versehen. Alternativ oder ergänzend dazu können an der Halteeinrichtung Rollen angeordnet sein, über die ein mit zumindest einem Element verbundener Lagerkörper bewegbar ist.

Die Elemente und/oder der Ring könnten alternativ auch auf Wasser gelagert sein.

Die Halteeinrichtung weist zweckmäßigerweise eine kreisartige Form auf und ist zu ihrer Stabilisierung bezogen auf die Kreisform radial angeordneten und auf einer Innenseite der Halteeinrichtung angreifenden Halteelementen, beispielsweise Drahtseilen oder Stangen, versehen. Während es vorstellbar wäre, die Halteelemente in einem die Vorrichtung tragenden Untergrund zu verankern, sind sie zweckmäßigerweise im Zentrum oder nahe des Zentrums der Vorrichtung direkt miteinander verbunden. Vorteilhaft lassen sich auf diese Weise mehrere übereinander angeordnete Vorrichtungen stabilisieren.

Um eine weiter verbesserte Stabilisierung der Halteeinrichtung zu erreichen, können die Halteelemente auch an der Außenseite der Halteeinrichtung vorgesehen sein, Diese sind zweckmäßigerweise in dem Untergrund verankert.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung in isometrischer Darstellung, einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 in

isometrischer Darstellung,

einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 teilweise im Schnitt,

einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt, einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 in isometrischer Darstellung,

einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 teilweise schematisch in Seitenansicht,

einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 in isometrischer Darstellung, Fig. 8 einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 in isometrischer Darstellung,

Fig. 9 einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 im Schnitt, Fig. 10 eine alternative Ausführungsform des in Fig. 9 gezeigten Teils in isome- frischer Darstellung,

Fig. 1 1 einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 schematisch im Schnitt,

Fig. 12 einen Teil der erfindungsgemäße Vorrichtung von Fig. 1 schematisch in

Draufsicht, und

Fig. 13 Teile einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 in verschiedenen Ansichten.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 , die ein Traggerüst 2 umfasst, das einen inneren Traggerüstteil 3 sowie einen äußeren Traggerüstteil 4 aufweist. Die Traggerüstteile 3,4 sind um eine Kreisbahn 5 angeordnet, entlang der Anströmflächen aufweisende Elemente 6 bewegbar geführt sind.

Auf der Innenseite des Traggerüsts 2 sind zur Stabilisierung Stahlseile 7 befestigt, die bezogen auf die Kreisbahn 5 radial geführt sind, sich an einem Mittelpunkt 8 der Kreisbahn 5 treffen und dort miteinander verbunden sind. Ferner kann eine Stabi- lisierung des Traggerüsts 2 durch hier nicht gezeigte Stahlseile gebildet sein, die von dem Traggerüstteil 4 radial nach außen geführt und an einem Untergrund befestigt sind.

Die Elemente 6 sind an ihrer Oberseite 9, an ihrer Mitte 10 sowie an ihrer Unterseite 1 1 an dem Traggerüst 2 beweglich gelagert.

An der unteren Seite des Traggerüsts 2 sind Doppelschienen 12 und an der oberen Seite des Traggerüsts 2 weitere Doppelschienen 13 angeordnet. Wie insbesondere den Figuren 4 und 5 zu entnehmen ist, sind die Elemente 6 an ihrem unteren bzw. ihrem oberen Ende mit Rädern 14 bis 18 versehen, mit denen sie entlang der Doppelschienen 12 bzw. 13 rollen können. Es versteht sich, dass die Elemente 6 nicht an ihren Enden gelagert sein müssen, sondern dass eine Anordnung der Doppelschienen 12,13 und der Räder 14 bis 18 auch im Abstand von den Enden möglich ist.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die Elemente 6 modular aus einem unteren Elemententeil 19 und einem oberen Elemententeil 20 aufgebaut.

Der untere Elemententeil 19 ist an seinem unteren Ende über ein in Fig. 4 gezeigtes Scharniergelenk 21 , das eine Drehbewegung um eine zur Rotationsrichtung senk- rechten Drehachse zulässt, mit einem Verbindungsstück 22 verbunden, das über ein Drehlager 23 an einem Fahrgestell 24 gelagert ist. Das Fahrgestell 24 ist gegen den Elemententeil 19 durch eine in dem Drehlager 23 vorgesehene Federung 25 in vertikaler Richtung abgefedert. Die Räder 14, 15 sind um eine horizontale Dreh- achse drehbar und liegen von beiden Seiten an einem horizontalen Teil der als Winkelteil ausgebildeten Doppelschiene 12 an. Die Räder 1 6 sind um eine vertikale Drehachse drehbar und liegen von innen an einem vertikalen Teil der Doppelschiene 12 an. Fig. 5 zeigt ein Fahrgestell 26, durch welches der obere Elemententeil 20 an den Doppelschienen 13 geführt ist. Das Fahrgestell 26 ist drehbar mit dem oberen Elemententeil 20 über ein Drehlager 27, das denselben Aufbau wie das Drehlager 23 des Fahrgestells 24 aufweist, und ein dem Scharniergelenk 21 entsprechenden Scharniergelenk 28 verbunden. Es weist zwei über eine horizontale Drehachse drehbare Räder 17 sowie vier um eine vertikale Drehachse drehbare Räder 18 auf, die an der Innenseite der Doppelschiene 13 anliegen.

Wie insbesondere aus den Figuren 6 bis 10 hervorgeht, sind die Elemententeile 19 und 20 an der Mitte der Elemente 6 über Lagerzylinder 29 miteinander verbunden und drehbar an einem flachen Lagerteil 30 gelagert.

Der Lagerzylinder 29 ist mit Schrauben an dem Lagerteil 30 festgeschraubt und bildet einen feststehenden Teil eines Drehlagers, mit dessen drehbarem Teil Verbindungsteile 31 verbunden sind.

An dem Verbindungsteil 30 kann ein Zahnrad 32 vorgesehen sein, das, wie in Fig. 10 gezeigt, mit einem weiteren Zahnrad 33 zusammenwirkt, das mittels eines

Antriebs 34 drehbar ist. Durch Verdrehen des Zahnrads 33 lässt sich die Stellung der Elemente 6 auf dem Lagerteil 30 verändern, um die Stellung der Elemente 6 an Windrichtung und -stärke anzupassen. Das Lagerteil 30 ist zwischen einem Lagerring 35 und einem Ü bertrag ungsring 36 angeordnet, die beide ebenfalls eine flache Form aufweisen. Der Lagerring 35 ist über Rollen 37,38 an dem äußeren Traggerüstteil 4, der Übertrag ungsring 36 an Rollen 39,40 an dem inneren Traggerüstteil 3 verschiebbar gelagert. Zwischen dem Lagerteil 30 und dem Übertragungsring 36 kann ein Verbindungsglied vorgesehen sein, das lediglich Kräfte in zum Übertrag ungsring 36 tangentialer Richtung, d.h. in der Bewegungsrichtung der Elemente 6 überträgt. Das Verbindungsglied ist dazu entweder an dem Lagerring 35 oder an dem Übertrag ungsring 36 befestigt und an dem jeweils anderen Teil in Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Elemente 6 verschiebbar gelagert, sodass nur Kräfte in der Bewegungsrichtung der Elemente 6 übertragbar sind. Die beim Betrieb der Vorrichtung 1 auftretenden, insbesondere auch durch Schwingungen verursachte, Kräfte werden dann zwar von dem äußeren Traggerüstteil 4 aufgenommen, auf den Ü bertrag ungsring 36 aber nicht oder nur in geringem Maße übertragen.

Auch der Übertrag ungsring 36 und der Lagerring 35 können modular aufgebaut sein.

In dem genannten Traggerüst 2 sind ferner vier Generatoren 41 angeordnet, die in den Fig. 1 1 und 12 schematisch und in Fig. 6 in Anordnung an der Vorrichtung 1 gezeigt sind.

Jeder Generator 41 umfasst einen Eisenkern 42, der eine im Wesentlichen hufeisenartige Form mit Schenkeln 43,44 aufweist, zwischen denen der Übertragungsring 36 bewegbar geführt ist, und auf den eine Generatorspule 48 gewickelt ist. In den Übertrag ungsring 36 eingelassen sind im Abstand voneinander flache, scheibenförmige Permanentmagnete 45, wie dies schematisch Fig. 12 zeigt. Ober- und unterhalb des Übertragungsrings 36 weisen die Schenkel 43,44 des Kerns 42 mit zu dem Ring hin oder von ihm weg verschiebbare Endabschnitte 46,47 auf. Der Kern 42 greift radial von der Innenseite über den Über- tragungsring 36.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung 1 erläutert.

Wird die Vorrichtung 1 zur Gewinnung von Energie aus Wind betrieben, werden die Elemente 6 unter Einwirkung von Wind auf der Kreisbahn 5 rotierend bewegt. Die Elemente 6 werden dabei mittels der Steuereinrichtung 34 während ihrer Rotation auf der Kreisbahn 5 stets derart zum Wind ausgerichtet, dass der Wind eine maximale Kraft in Rotationsrichtung auf die Elemente 6 ausübt oder, wenn die Elemente 6 auf der Kreisbahn 5 entgegen der Windrichtung bewegt werden, eine minimale Kraft ausübt.

Das Gewicht der Elemente 6 wird hauptsächlich mittels des Übertragungsrings 36 und des Lagerrings 35 über die Rollen 39,37 auf das Traggerüst 2 übertragen. Die Rollen 39,40 sind vorgesehen, um auf den Übertrag ungsring 36 und den Lagerring 35 durch die Elemente 6 ausgeübte Kräfte aufzunehmen und den Übertragungsring 36 und den Lagerring 35 in der für ihn vorgesehenen Position zu halten.

Die Räder 14 - 18 am unteren und am oberen Ende der Elemente 6 sind vorgesehen, um - sowohl in der Rotationsrichtung als auch in radialer Richtung - horizontal auf die Elemente 6 wirkende Kräfte aufzunehmen und auf das Traggerüst 2 zu übertragen. Ferner können Zugkräfte aufgenommen werden, die bei Verbiegung der Elemente unter Einwirkung der Kräfte auftreten. Werden die Elemente 6 durch eine Strömung angetrieben, werden auch der

Lagerring 35 und der Übertragungsring 36 samt der darin eingelassenen Magnete 45 mitbewegt. Durch die kontinuierliche Bewegung der Magnete 45 durch die Schenkel 43,44 des Kerns 42 hindurch wird in der Generatorspule 48 des

Generators 41 eine Spannung induziert, sodass elektrische Energie entnommen werden kann und z.B. in ein Stromnetz gespeist werden kann.

Es wird nachfolgend auf die Fig. 13 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in den Figuren 1 1 und 12 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a beigefügt ist.

Fig. 13 zeigt einen Übertrag ungsring 36a und einen Generator 41 a, der alternativ zu dem Ring 36 und den Generatoren 48 nach den Fig. 1 1 und 12 in der Vorrichtung 1 nach den Fig. 1 bis 3 vorgesehen werden kann. An dem Übertrag ungsring 36a sind beabstandet voneinander eine Vielzahl von Blöcken 45a aus Eisen angeordnet. Um den Übertrag ungsring 36a greift ein Eisenkern 42a, an dem eine Generatorspule 48a sowie eine Felderzeugungsspule 49 angeordnet sind. Der

Eisenkern 42a weist eine hufeisenartige Form auf, wobei Schenkel 43a,44a zu dem Übertrag ungsring 36a hin gerichtet sind. Der Kern 42a greift radial von der Außenseite des Übertragungsrings 36a her über den Übertrag ungsring 36a.

Es versteht sich, dass mehrere der Generatoren 48a, beispielsweise wie in Fig. 12 gezeigt vier Stück, an der Vorrichtung vorgesehen sein könnten.

In der Vorrichtung kann eine hier nicht gezeigte Einrichtung zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit des Ü bertrag ungsrings 36a vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise durch ein Rad gebildet sein, das auf dem Übertrag ungsring 36a aufsitzt und dessen Drehgeschwindigkeit ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend dazu ist vorstellbar, eine auf die Blöcke 45a gerichtete Lichtschranke vorzusehen, mittels derer die Frequenz, mit der die Blöcke 45a mit dem Übertrag ungsring 36a bewegt werden, zu bestimmen.

Die Funktionsweise der mit dem Generator 41 a nach Fig. 13 versehene Vorrich- tung funktioniert im Prinzip wie oben für die Vorrichtung 1 erläutert. Allerdings wird in dem Eisenkern 42a mittels der Felderzeugungsspule 49 ein Magnetfeld erzeugt, in dem an die Felderzeugungsspule 49 eine Gleichspannung oder eine

Wechselspannung angelegt wird.

Bei Betrieb der Vorrichtung wird an der Felderzeugungsspule 49 eine Spannung angelegt, um im Eisenkern 42a ein Magnetfeld zu erzeugen. Werden nun die Blöcke 45a auf dem Ring 36a durch den Zwischenraum zwischen den Schenkel 43a,44a geführt, ändert sich die Permeabilität des von den Magnetfeld durchdrungenen Raumes zwischen den Schenkeln 43a,44a, wodurch das Magnetfeld geändert wird. Dies hat eine Induktion einer Spannung in der Generatorspule 48a zur Folge und elektrische Energie kann entnommen werden. Vorteilhaft kann, wenn die Elemente in der Vorrichtung anlaufen gelassen werden, an die Felderzeugungsspule 49 zunächst keine Spannung angelegt werden, sodass kein Magnetfeld erzeugt wird und beim Anlaufen keine durch eine Magnetfeld erzeugten Haltekräfte überwunden werden müssen. Um die Elemente abzubremsen, kann die Spannung dagegen erhöht werden.

In einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, an der Felderzeugungsspule 49 eine Wechselspannung anzulegen. Dazu kann eine hierzu nicht gezeigte Steuerung vorgesehen sein, die mit der genannten Einrichtung zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit des Ü bertrag ungsrings 36a bzw. der Frequenz der Blöcke 45a verbunden ist, sodass die Frequenz der Wechselspannung an die Frequenz, mit der die Blöcke 45a an dem Eisenkern 42a vorbeibewegt werden, angepasst werden kann. Die Steuerung ist dabei dazu eingerichtet, die an der Felderzeugungsspule 16 anzulegende Spannung derart zu ändern, dass die Richtung des erzeugten Magnetfelds für jeden an dem Kern vorbeigeführten Körper umge- kehrt wird. Auf dem Ring 36a ist eine gerade Anzahl von Blöcken 45a vorgesehen, sodass die Blöcke bei Bewegung entlang des Kerns immer in dieselbe Magnetfeldrichtung mag netisiert werden.

In Fig. 13c ist eine sinusförmige und eine rechteckförmige Wechselspannung gezeigt, die an die Felderzeugungsspule 49 anlegbar ist. At, das jeweils einer halben Periodendauer entspricht, ist das Zeitintervall vom Eintreten eines ersten Blocks 45a in den Raum zwischen den Schenkeln 43a,44a des Eisenkerns 42a bis zum Eintreten eines darauffolgenden Blocks 45a in den Zwischenraum.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Vorrichtung, wenn die Steuerung dazu vorgesehen ist, die an der Felderzeugungsspule 49 anzulegende Spannung derart einzustellen, dass in die Generatorspule 48a eine Spannung einer gewünschten Form, beispielsweise einer zumindest annäherungsweise sinus-, dreieck- oder rechteckförmigen Spannung induzierbar ist. Es ist vorstellbar, mehrere der in Fig. 1 gezeigten und der beschriebenen Vorrichtung übereinander anzuordnen. Auf diese Weise wird ein Turm mit mehreren Gruppen von rotierenden Elementen, Einrichtungen und entsprechenden

Lagerungen gebildet, von denen der erzeugte Strom einzeln abgenommen werden kann. Dabei ist vorstellbar, die Elemente der einzelnen Gruppen in entgegengesetzten Richtungen laufen zu lassen, um eine ausgeglichene mechanische Belastung an dem Turm zu erreichen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil wenn an dem Turm wechselnde Belastungen anliegen.

Ferner kann für die Vorrichtung eine Überdachung und ggf. eine Windführung vorgesehen sein. Ferner kann eine Abdeckung vorgesehen sein, mit der sich einzelne Gruppen der Elemente vollständig nach außen hin gegen die Strömung schließen lassen. Dazu können beispielsweise jalousienartige Abdeckungen vorgesehen sein, mit denen verhindert werden kann, dass die Strömung zu den Elementen gelangt.

Claims

Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit Anströmflächen aufweisenden Elementen (6), die umlaufend auf einer geschlossenen Bahn (5) um eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete Rotationsachse bewegbar und im Abstand zueinander geführt sind, und mit einer Einrichtung (36) zur Übertragung der mit den Elementen (6) aufgenommenen Strömungsenergie auf einen Generator (41 ),

dadurch gekennzeichnet,

dass die Übertragungseinrichtung zumindest einen Ring (36) umfasst, der mit den Elementen (6) bewegbar und verbindbar ist und an dem mehrere Körper (45), die aus ferromagnetischem Material bestehen und/oder Permanentmagnete sind, angeordnet sind, und dass der Generator (41 ) einen mit einer Generatorspule (48) versehenen Kern (42) umfasst, der über den Ring (36) greift.

Vorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Kern (42) hufeneisenartig geformt ist und die Körper (45) zwischen den Schenkeln (43,44) des Kerns (42) bewegbar sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Körper (45) in Abstand voneinander an dem Ring (36) angeordnet sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Körper (45) eine flache Form aufweisen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Körper (45) in den Ring (36) eingelassen oder auf dem Ring (36) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (42) zusätzlich zu der Generatorspule (48) mit einer Spule (49) zur Erzeugung eines Magnetfelds versehen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, an der Felderzeugungsspule (1 6) eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung anzulegen, die vorzugsweise sinus-, dreieck- oder rechteckförmige Kurvenform der Spannung aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Spannung der Felderzeugungsspule (49) in Abhängigkeit von einer Frequenz, mit der die Körper (45) an dem Kern (42) vorbeigeführt werden und/oder von einer Drehgeschwindigkeit des Rings (36) zu steuern.

Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Spannung der Felderzeugungsspule (49) zu ändern derart, dass die Richtung des erzeugten Magnetfelds für jeden an dem Kern (42) vorbeigeführten Körper (45) umgekehrt wird.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Erzeugung des Magnetfelds an dem Kern (42) zumindest ein Permanentmagnet angeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schenkel (43,44) zur Änderung des Abstands des Kerns (42) von dem Ring bewegliche Endabschnitte (50,51 ) aufweisen.

Vorrichtung nach Anspruch 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Endabschnitte (50,51 ) drehbar und/oder geradlinig verschiebbar an den Schenkeln (43,44) gelagert sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Überwindung von Haltekräften zwischen dem Kern (42) und den aus Permanentmagneten gebildeten Körpern (45) beim Anlaufen der Vorrichtung (1 ) ein Antrieb zur Bewegung des Rings (36) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Kern (42) bezogen auf den Ring (36) in radialer Richtung über den Ring (36) greift.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Ring (36) parallel zu der genannten Bahn (5) geführt ist und/oder selbst zur Lagerung der Elemente (6) eingerichtet ist.