WO2015107061A1 - Wind turbine or hydroelectric power plant - Google Patents

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WO2015107061A1
WO2015107061A1 PCT/EP2015/050550 EP2015050550W WO2015107061A1 WO 2015107061 A1 WO2015107061 A1 WO 2015107061A1 EP 2015050550 W EP2015050550 W EP 2015050550W WO 2015107061 A1 WO2015107061 A1 WO 2015107061A1
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rotation
rotor
slat
main wing
axis
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Inventor
Franz Brunner
Ulrich Papenburg
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Erka Technik Gmbh
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    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • F03D3/061Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a small wind turbine and a
  • Wind turbine comprising a corresponding rotor.
  • the wind power is already being used as regenerative energy source to a large extent for the production of electrical energy.
  • Some of the plants are large wind turbines, which are often concentrated in wind farms with up to more than one hundred wind turbines and capacities of up to several hundred MW.
  • Rotors for wind turbines can be carried out in various ways. It can be distinguished between rotors with vertical and horizontal axis of rotation. So far, mainly small wind turbines in
  • a Savonius rotor usually consists of two mounted on a vertical rotor axis horizontal circular disks, between which two or more semicircular curved wings are mounted vertically.
  • the wings are offset from each other so that a part of the wind is diverted from the blade side that is just open to the flow and can act on the back of the concave blade there.
  • the mode of action is based on both dynamic buoyancy and resistance-induced propulsion. Unbraked, the maximum speed is around 1.6. Therefore, the Savonius is also considered storm-proof. The biggest performance factor is for the Savonius
  • the Savonius rotor is used as the drive for fans on vehicles and chimneys.
  • Wind speed of 1.5 m / s energy can be gained.
  • the rotors are robust, low maintenance and easy to install. Due to their low speed, they do not have to be stopped even during storms. In contrast to systems with horizontal axes, there is no shadow cast.
  • Savonius rotors are therefore well suited for power generation in small wind turbines. In this case, it is possible either to feed the generated electricity into the public grid or to operate a stand-alone system without connection to the public grid. Possible applications are the power supply of homes, farms or small businesses, battery charging stations for electric vehicles, the self-sufficient operation of street lighting or
  • the rotor type is also suitable as a water turbine, for example for power generation on small streams.
  • the object of the present invention is to provide an efficient rotor for small wind turbines.
  • a rotor comprising:
  • second main wing having a second concave front surface which is supported and aligned with respect to the axis of rotation axially symmetrical to the first main wing;
  • Savonius rotor is based and has additional slats.
  • the torque exerted on the rotor by a fluid flowing through the rotor in particular water or air, can be increased.
  • a fluid flowing through the rotor in particular water or air
  • the efficiency of power generation in a wind or hydroelectric power plant can be increased.
  • the presence of the slats may be suitable for effecting a spatially and temporally more uniform torque on the rotor. As a result, a burden on the design can be reduced and a quieter rotation of the rotor can be effected.
  • the cross section of the slats may be asymmetrical in order to create a (predominantly) dynamic buoyancy.
  • the asymmetrically shaped slat can be flowed around by a fluid so that there is a pressure on one side and a suction on the other side.
  • the slat can be designed so that the resulting force on the Wing causes a rotationally oriented torque on the rotor.
  • the advantage is that the resistance-induced drive of the rotor is reinforced by the main wing to the dynamic buoyancy resulting drive through the slats.
  • the slats can be shaped, for example, at least in cross-section similar or identical to an aircraft wing.
  • the cross section of at least one slat is formed symmetrically. Regardless of the symmetrical and the
  • Asymmetrical design of the cross-section of the slats preferably has a first portion with a first maximum diameter and a second portion with a second
  • the second maximum diameter may be less than 70 or 50 or 30% of the first
  • the length of the second portion is at least 10%, more preferably at least 20% of the length of the first portion and / or the area (in cross section) of the second portion is at least 10% or 20% or 30% of the total area of the cross section ,
  • the cross-section of at least one slat is teardrop-shaped.
  • the radius of rotation can be understood as the radius of a circle which a point in a cross-sectional area of the rotor describes during the rotation about the axis of rotation.
  • the outer radius of rotation of one of the main wings or one of the slats can be the radius of a circle which describes the point of the main wing or slat farthest from the axis of rotation.
  • the inner radius of rotation can be correspondingly defined by a circle which describes a point of a wing closest to the axis of rotation. The slats can therefore be made smaller than the main wing.
  • Size ratio of the slats to the main wings the slats best suited to amplify the torque generated by the main blades and acting on the rotor.
  • the outer radius of rotation of one of the slats is smaller than the outer radius of rotation of one of the main wings.
  • Slats can therefore be offset in relation to the main wings inwards.
  • the slats can be at a certain angle to the main wings
  • the outer chord of the first slat can be rotated relative to the outer chord of the first main wing by an angle of 70 ° to 100 °.
  • the outer chord of the second slat can also be rotated relative to the outer chord of the second main wing by an angle of 70 ° to 100 °.
  • the outer chords of the first and second main wings extend parallel to each other or lie on a straight line.
  • the outer chords of the main wing can take the positions 0 and 180 with respect to a rotation axis.
  • the corresponding positions can vary. In one embodiment, these positions (0 and 180 degrees) vary by max. 30 degrees, especially around max. 15 degrees. Ie. for example, with respect to the outer chord of the first main wing that it may be inclined relative to the 0 degree position (with respect to the axis of rotation). This does not mean that the outer chord of a correspondingly inclined main wing must necessarily pass through the axis of rotation.
  • the inner surface of the main wing is curved, preferably at an outer radius of rotation of 70 cm have a radius between 20 and 60, in particular between 40 and 50 cm.
  • the slats may also have a corresponding curvature, for example, at an outer radius of rotation of 70 cm with a radius of 10 to 50 cm, in particular 20 to 40 cm.
  • the rotor or parts of the rotor, in particular the main wings and / or the slats, can be made at least partially from a fiber composite material, in particular GRP, CFRP or aramid fiber.
  • a rotor made of ultralight materials can have a higher efficiency than a rotor made of conventional materials.
  • a rotor made of fiber composites is characterized by low weight and ease of transportability.
  • the rotor can be made up of individual modules that run along the
  • Rotation axis are positively connected.
  • the individual modules are preferably identical.
  • a modular design results in a high degree of flexibility, since existing systems can be retrofitted to increase performance and individual components can be replaced in the event of damage.
  • the modular design also facilitates the transport of the rotor.
  • a positive connection should in particular also exist if the surfaces of the main wing and slats do not extend parallel to the axis of rotation but are twisted spirally around them.
  • the individual modules themselves may have a part of the rotation.
  • Positive locking can in particular mean that the main wing and the secondary wing to the
  • Interfaces between two modules have no edges.
  • the rotor and / or a single rotor module may have on at least one side a plate or webs perpendicular to the axis of rotation, which is connected to the main wings, the slats and / or the axis of rotation.
  • This plate may be provided to define the position of the main wings and slats relative to one another and to the axis of rotation.
  • the plate may be a circular disk. Also, a circular plate with area-wise recesses is conceivable. In this way, material and weight can be saved.
  • the plate is suitable for suppressing flow components in the longitudinal direction (Z-axis). These forces can benefit the torque.
  • the main wings and / or slats are spirally twisted along the axis of rotation.
  • a helix structure offer the concave front surfaces of the main wing a fluid flowing from any direction at each angle of rotation an attack surface. This results in the advantage that the rotor experiences a driving torque at every point of the rotation.
  • the helical rotation of the main wing and / or the slat can be designed so that the rotation over the entire length of the axis of rotation corresponds to a half or full turn. This results in the advantage that the concave front surface of the main wing, which offers a specific direction of flow, is the same at every angle of rotation. The position of the slat then offers the same buoyancy effect at each rotation angle. This results in constant flow over the entire rotation uniform torque.
  • One way to implement the slats provides a maximum wall thickness of one of the slats, which is at least twice the average wall thickness of one of the main wings.
  • the wall thickness can be understood as the shortest distance between a certain point of the concave front surface and the convex back surface of a main wing or a slat.
  • the wall thickness of the flow resistance generating main wing can for
  • the slats may have a profile that includes a thicker wall thickness.
  • Another possibility for the execution of slats provides a rounding of the outer edge of a slat whose radius of curvature is at least 10% of the maximum wall thickness of the slat.
  • the outer edge may be the side of the slat farthest from the axis of rotation.
  • a rounded outer edge of the slat may aerodynamic
  • a wind turbine comprising one of the previously described rotors and a generator, wherein the rotor is mechanically, in particular via a transmission, connected to the generator.
  • the axis of rotation of the rotor is vertically aligned. This results in the advantage that the rotor can be driven from any horizontal wind directions.
  • the generator or parts of the generator can be integrated in the rotor, in particular in the axis of rotation. This allows a particularly simple transmission of the movement from the rotor to the generator, for which a gear is not needed in principle. This saves material and space.
  • Fig. 1 is a sectional surface of a rotor
  • Fig. 2 shows a sectional area of a rotor and circles of different
  • FIG. 3 shows a sectional surface of a rotor and outer chords of a main and a slat
  • Fig. 5 is a rotor
  • Fig. 6 is a plan view of a section through a rotor module.
  • FIG. 1 shows a sectional area of a rotor with a first curved main wing 12 and an axially symmetrical with respect to a rotation axis 10 arranged second curved main wing 13.
  • the two main wings 12,13 are in particular identical.
  • On the sides of the concave front surfaces of the main wings 12,13 a first 15 and a second 16 slats are supported.
  • the Concave front sides of the main wings act as a resistance to an incoming fluid and generate a rotation of the rotor.
  • the slats generate a dynamic buoyancy when flowing through a fluid. Both effects lead to a clockwise rotation for the rotor shown, regardless of the wind direction.
  • the arrangement of the main wings 12,13 and slats 15,16 shown in Fig. 1 can be described so that the orientation of the first main wing 12 is referred to as 0 °.
  • orientation for example, the connecting line between the two end points of the first main wing can be understood.
  • the angle is to be measured from the axis of rotation 10 from.
  • the second main wing 13 is mounted at 180 °.
  • first slat 15 is then approximately at 50 ° and the arrangement of the second slat 16 corresponding to 230 °.
  • FIG. 2 shows a sectional surface of a rotor as in FIG. 1 and in addition
  • Rotation radii 21,22,23 Shown are an inner radius of rotation 21 of a slat 15, 16, an outer radius of rotation 22 of a slat 15,16 and an outer radius of rotation 23 of a main wing 12,13.
  • 21, 22, 23 is the radius of a circle which a point describes during a rotation about the axis of rotation 10.
  • the outer radius of rotation 22,23 a wing 12,13,15,16 refers to the farthest from the axis of rotation 10 point of the wing 12,13, 15,16 and the inner radius of rotation 21 corresponding to the axis of rotation 10 closest point one
  • the distance between the outer 22 and the inner 21 rotation radius of a slat 15,16 about 60% smaller than the outer radius of rotation 23 of a main wing 12,13.
  • the slats 15,16 are offset from the main wings 12,13 inside. This is reflected in the fact that the outer radius of rotation 22 of the slats 15,16 is smaller than the outer radius of rotation 23 of the main wing 12,13.
  • FIG. 3 shows a sectional area of a rotor with outer chords 25, 26 of the first slat 15 and of the first main wing 12. The longest possible connecting line between two points of the concave becomes
  • FIG. 4 shows a section through a first slat 15.
  • the slat 15 is shaped in the manner of a support surface. Shown are a maximum wall thickness 27 and an outer edge 29 of the slat 15.
  • a wall thickness refers to the shortest distance between a point of the concave front surface and the convex back surface of the slat.
  • the maximum wall thickness 27 is thus achieved, as shown in Fig. 4, at the widest point of the section through the wing.
  • the outer edge 29 is the farthest from the axis of rotation 10 side of the slat 15.
  • the outer edge 29 has a rounding according to the invention, which has a radius of curvature of not less than 10% of the maximum wall thickness 27.
  • FIG. 5 an embodiment of a rotor is shown.
  • the main wings 12, 13 and the slats 15, 16 are spirally twisted about the axis of rotation 10.
  • the rotation axis 10 is oriented vertically.
  • the orientation of the concave front surface of the first main wing 12 changes over the entire length of the rotation axis 10 by 180 °.
  • Fig. 5 shows the concave
  • Rotation axis 10 forward.
  • the surfaces of the second main wing 13 and the first 15 and second 16 slats are carried out in a corresponding manner.
  • FIG. 6 shows a plan view of a module of a rotor.
  • the module is bounded at the bottom by a circular plate 18.
  • the belonging to the rotor module parts of the main wing 12,13 and the slats 15,16 are connected to the plate 18 and protrude from the plane of the plate 18 out.
  • the parts of the wings 12,13,15, 16 are tilted in the module and perform a part of the rotation about the rotation axis 10 from.
  • the continuous shape of the main wings 12, 13 and slat 15, 16 shown in FIG. 5 results. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The aim of the invention is to provide a rotor which is simple, efficient, and suitable for use in small wind turbines or hydroelectric power plants. This is achieved by a rotor which comprises the following: - an axis of rotation; - a first curved main blade with a first concave front surface; and - a second main blade with a second concave front surface, said second main blade being identical to the first main blade in particular and being held and aligned axially symmetrical to the first main blade with respect to the axis of rotation. The invention is characterized by a first front blade on the face facing the concave surface of the first main blade; and a second front blade, which is identical to the first front blade in particular, on the face facing the concave surface of the second main blade.

Description

Rotor für eine Wind- oder Wasserkraftanlage  Rotor for a wind or hydroelectric plant
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Kleinwindanlage und eine The invention relates to a rotor for a small wind turbine and a
Windkraftanlage, die einen entsprechenden Rotor umfasst. Wind turbine comprising a corresponding rotor.
Die Windkraft wird als regenerative Energiequelle bereits in großem Maße zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Bei den Anlagen handelt es sich zum Teil um große Windkraftanlagen, die häufig in Windparks mit bis zu über hundert Windkraftanlagen und Leistungen von bis zu einigen Hundert MW konzentriert sind. The wind power is already being used as regenerative energy source to a large extent for the production of electrical energy. Some of the plants are large wind turbines, which are often concentrated in wind farms with up to more than one hundred wind turbines and capacities of up to several hundred MW.
Daneben gibt es jedoch auch Kleinwindanlagen für den kleinen und mittleren Leistungsbereich von wenigen KW, die sich vor allem zur Eigenversorgung eignen. Damit sind sie besonders für Verbraucher und kleine und mittlere Unternehmen interessant. Kleinwindanlagen sind attraktive Stromlieferanten beispielsweise für Landwirte, für Kläranlagenbetreiber, für Betriebe mit konstantem Stromverbrauch, für Besitzer von Elektrofahrzeugen, aber auch für ökologisch engagierte In addition, there are also small wind turbines for the small and medium power range of a few KW, which are particularly suitable for self-supply. This makes them particularly interesting for consumers and small and medium-sized enterprises. Small wind turbines are attractive electricity suppliers, for example for farmers, wastewater treatment plant operators, for companies with constant power consumption, for owners of electric vehicles, but also for ecologically motivated people
Privatleute. Sie ermöglichen eine autarke Energieversorgung, beispielsweise von abgelegenen Gehöften, Ferienhäusern und Berghütten, wo es keine Private individuals. They allow a self-sufficient energy supply, for example, from remote farms, cottages and mountain huts, where there are no
Netzanbindung gibt, oder auch auf Schiffen und Segelyachten. Network connection exists, or even on ships and sailing yachts.
Rotoren für Windkraftanlagen können in verschiedener Weise ausgeführt werden. Dabei kann zwischen Rotoren mit vertikaler und horizontaler Rotationsachse unterschieden werden. Bisher werden vorwiegend Kleinwindanlagen in Rotors for wind turbines can be carried out in various ways. It can be distinguished between rotors with vertical and horizontal axis of rotation. So far, mainly small wind turbines in
horizontaler Bauweise eingesetzt. used horizontal construction.
Vertikalläufer sind leise, sturmsicher, einfach zu montieren und fast wartungsfrei. Dazu sind sie unabhängig von der Windrichtung. Sie haben bisher in der Regel allerdings ein hohes Gewicht und damit einen relativ niedrigen Wirkungsgrad. Horizontallaufende Windenergieanlagen haben in der Regel einen etwas besseren Wirkungsgrad, sind dafür jedoch technisch aufwendiger, erzeugen Geräusche und sind wartungsintensiv. Im Gegensatz zu Vertikalläufern müssen sie mit der Windrichtung nachgeführt werden. Unter den Vertikalläufern gibt es im Wesentlichen zwei Prinzipien, auf denen die Form des Rotors basieren kann. Darrieus-Rotoren nutzen den aerodynamischen Auftrieb des Profils der Rotorblätter. Savonius-Rotoren sind Widerstandsläufer, die den Strömungswiderstand der Rotorblätter zum Antrieb nutzen. Vertical runners are quiet, storm-proof, easy to assemble and almost maintenance-free. They are independent of the wind direction. However, they usually have a high weight and thus a relatively low efficiency. Horizontal-running wind turbines usually have a slightly better efficiency, but are technically more complex, generate noise and are maintenance-intensive. In contrast to vertical runners, they must be tracked with the wind direction. Among the vertical runners, there are essentially two principles on which the shape of the rotor can be based. Darrieus rotors use the aerodynamic lift of the profile of the rotor blades. Savonius rotors are resistance rotors that use the flow resistance of the rotor blades to drive.
Ein Savonius-Rotor besteht üblicherweise aus zwei an einer vertikalen Rotorachse angebrachten waagerechten Kreisscheiben, zwischen denen zwei oder mehr halbkreisförmig gebogene Flügel senkrecht stehend angebracht sind. Die Flügel sind gegeneinander versetzt angeordnet, so dass ein Teil des Windes von den gerade zur Strömung offenen Schaufelseite umgeleitet wird und auf die Rückseite der dort konkaven Schaufel einwirken kann. Die Wirkungsweise beruht sowohl auf dynamischem Auftrieb als auch auf widerstandsbedingtem Vortrieb. Ungebremst liegt die maximale Schnelllaufzahl bei ca. bei 1,6. Daher gilt der Savonius auch als sturmsicher. Der größte Leistungsbeiwert liegt für den Savonius A Savonius rotor usually consists of two mounted on a vertical rotor axis horizontal circular disks, between which two or more semicircular curved wings are mounted vertically. The wings are offset from each other so that a part of the wind is diverted from the blade side that is just open to the flow and can act on the back of the concave blade there. The mode of action is based on both dynamic buoyancy and resistance-induced propulsion. Unbraked, the maximum speed is around 1.6. Therefore, the Savonius is also considered storm-proof. The biggest performance factor is for the Savonius
normalerweise bei einer Schnelllaufzahl von ca. 0,6 bis 0,8 und ein maximaler Wirkungsgrad wird derzeit auf 28% geschätzt. In seiner verbreitetsten usually at a speed of about 0.6 to 0.8 and maximum efficiency is currently estimated at 28%. In its most widespread
Anwendung dient der Savonius-Rotor als Antrieb von Lüftern auf Fahrzeugen und Kaminen. The Savonius rotor is used as the drive for fans on vehicles and chimneys.
Die Vorteile von Savonius-Rotoren sind dabei ihr geringes Startdrehmoment und eine hohe Ausbringung schon bei geringem Wind. Bereits ab einer The advantages of Savonius rotors are their low starting torque and high output even at low wind speeds. Already from one
Windgeschwindigkeit von 1,5 m/s kann Energie gewonnen werden. Die Rotoren sind robust, wartungsarm und einfach zu installieren. Aufgrund ihrer geringen Schnelllaufzahl müssen sie auch bei Sturm nicht gestoppt werden. Im Gegensatz zu Systemen mit horizontalen Achsen ergibt sich außerdem kein Schattenwurf. Wind speed of 1.5 m / s energy can be gained. The rotors are robust, low maintenance and easy to install. Due to their low speed, they do not have to be stopped even during storms. In contrast to systems with horizontal axes, there is no shadow cast.
Savonius-Rotoren sind daher zur Stromerzeugung in Kleinwindanlagen gut geeignet. Dabei kann sowohl eine Einspeisung des erzeugten Stroms in das öffentliche Netz erfolgen oder ein Inselsystem ohne Anschluss an das öffentliche Netz betrieben werden. Mögliche Anwendungen sind die Stromversorgung von Eigenheimen, Bauernhöfen oder Kleinbetrieben, Batterie-Ladestationen für Elektrofahrzeuge, der autarke Betrieb von Straßenbeleuchtung oder Savonius rotors are therefore well suited for power generation in small wind turbines. In this case, it is possible either to feed the generated electricity into the public grid or to operate a stand-alone system without connection to the public grid. Possible applications are the power supply of homes, farms or small businesses, battery charging stations for electric vehicles, the self-sufficient operation of street lighting or
Mobilfunkmasten und Ähnliches. Denkbar ist auch die Energieversorgung von Segelschiffen und Lastkraftwagen. Außerdem eignet sich der Rotortyp auch als Wasserturbine, beispielsweise zur Stromerzeugung an kleinen Bachläufen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen effizienten Rotor für Kleinwindanlagen bereitzustellen. Mobile masts and the like. Also conceivable is the energy supply of sailing ships and trucks. In addition, the rotor type is also suitable as a water turbine, for example for power generation on small streams. The object of the present invention is to provide an efficient rotor for small wind turbines.
Diese Aufgabe wird durch den Rotor gemäß Anspruch 1 und durch die This object is achieved by the rotor according to claim 1 and by
Windkraftanlage gemäß Anspruch 14 gelöst. Wind turbine solved according to claim 14.
Insbesondere wird diese Aufgabe durch einen Rotor gelöst, der umfasst: In particular, this object is achieved by a rotor comprising:
- eine Rotationsachse;  a rotation axis;
- einen ersten gekrümmten Hauptflügel mit einer ersten konkaven Vorderfläche; und  a first curved main wing having a first concave front surface; and
- einen, insbesondere zum ersten Hauptflügel baugleichen, zweiten Hauptflügel mit einer zweiten konkaven Vorderfläche, der bezüglich der Rotationsachse achsensymmetrisch zum ersten Hauptflügel gehaltert und ausgerichtet ist;  - A, in particular to the first main wing identical, second main wing having a second concave front surface which is supported and aligned with respect to the axis of rotation axially symmetrical to the first main wing;
- einen ersten Vorflügel auf der der konkaven Fläche des ersten Hauptflügels zugewandten Seite; und  - A first slat on the concave surface of the first main wing side facing; and
- einen, insbesondere zum ersten Vorflügel baugleichen, zweiten Vorflügel auf der der konkaven Fläche des zweiten Hauptflügels zugewandten Seite.  - One, in particular to the first slat identical, second slat on the concave surface of the second main wing side facing.
Die Aufgabe wird also durch einen Rotor gelöst, der auf dem Prinzip eines The problem is solved by a rotor based on the principle of
Savonius-Rotors beruht und zusätzliche Vorflügel aufweist. Savonius rotor is based and has additional slats.
Durch das erfindungsgemäße Anbringen zweier Vorflügel am Rotor kann das Drehmoment, das ein durch den Rotor strömendes Fluid, insbesondere Wasser oder Luft, auf den Rotor ausübt, verstärkt werden. Mit Hilfe eines solchen Rotors kann die Effizienz der Stromerzeugung in einer Wind- oder Wasserkraftanlage erhöht werden. By attaching two slats on the rotor according to the invention, the torque exerted on the rotor by a fluid flowing through the rotor, in particular water or air, can be increased. With the help of such a rotor, the efficiency of power generation in a wind or hydroelectric power plant can be increased.
Das Vorhandensein der Vorflügel kann dazu geeignet sein, ein räumlich und zeitlich gleichmäßigeres Drehmoment auf den Rotor zu bewirken. Dadurch kann eine Belastung der Konstruktion verringert und ein ruhigerer Umlauf des Rotors bewirkt werden. The presence of the slats may be suitable for effecting a spatially and temporally more uniform torque on the rotor. As a result, a burden on the design can be reduced and a quieter rotation of the rotor can be effected.
Der Querschnitt der Vorflügel kann asymmetrisch ausgebildet sein, um einen (überwiegend) dynamischen Auftrieb zu erzeugen. Dabei kann der asymmetrisch geformte Vorflügel von einem Fluid so umströmt werden, dass sich auf der einen Seite ein Druck und auf der anderen Seite ein Sog ergibt. Erfindungsgemäß kann der Vorflügel so ausgeführt sein, dass die daraus resultierende Kraft auf den Flügel ein in Drehrichtung orientiertes Drehmoment auf den Rotor bewirkt. Der Vorteil besteht darin, dass der widerstandsbedingte Antrieb des Rotors durch die Hauptflügel um den aus dynamischem Auftrieb resultierenden Antrieb durch die Vorflügel verstärkt wird. Die Vorflügel können beispielsweise zumindest im Querschnitt ähnlich oder identisch wie ein Flugzeugflügel geformt sein. The cross section of the slats may be asymmetrical in order to create a (predominantly) dynamic buoyancy. In this case, the asymmetrically shaped slat can be flowed around by a fluid so that there is a pressure on one side and a suction on the other side. According to the invention, the slat can be designed so that the resulting force on the Wing causes a rotationally oriented torque on the rotor. The advantage is that the resistance-induced drive of the rotor is reinforced by the main wing to the dynamic buoyancy resulting drive through the slats. The slats can be shaped, for example, at least in cross-section similar or identical to an aircraft wing.
In einer anderen Ausführungsform ist der Querschnitt zumindest eines Vorflügels symmetrisch ausgebildet. Unabhängig von der symmetrischen und der In another embodiment, the cross section of at least one slat is formed symmetrically. Regardless of the symmetrical and the
asymmetrischen Ausbildung des Querschnitts der Vorflügel hat dieser Querschnitt in Längsrichtung betrachtet bevorzugt einen ersten Abschnitt mit einem ersten Maximaldurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Asymmetrical design of the cross-section of the slats, this cross section viewed in the longitudinal direction preferably has a first portion with a first maximum diameter and a second portion with a second
Maximaldurchmesser, wobei sich der erste Maximaldurchmesser von dem zweiten Maximaldurchmesser deutlich unterscheidet. Beispielsweise kann der zweite Maximaldurchmesser kleiner als 70 oder 50 oder 30 % des ersten Maximum diameter, wherein the first maximum diameter of the second maximum diameter significantly different. For example, the second maximum diameter may be less than 70 or 50 or 30% of the first
Maximaldurchmessers sein. In einer Ausführungsform beläuft sich die Länge des zweiten Abschnitts auf mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 % der Länge des ersten Abschnitts und/oder die Fläche (im Querschnitt) des zweiten Abschnitts beträgt mindestens 10% oder 20% oder 30% der Gesamtfläche des Querschnitts. Maximum diameter be. In one embodiment, the length of the second portion is at least 10%, more preferably at least 20% of the length of the first portion and / or the area (in cross section) of the second portion is at least 10% or 20% or 30% of the total area of the cross section ,
In einer Ausführungsform ist der Querschnitt mindestens eines Vorflügels tropfenförmig. In one embodiment, the cross-section of at least one slat is teardrop-shaped.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen einem äußeren In one embodiment, the distance between an outer
Rotationsradius eines der Vorflügel und einem inneren Rotationsradius eines der Vorflügel kleiner, insbesondere um 40% - 80%, als ein äußerer Rotationsradius eines der Hauptflügel. Unter dem Rotationsradius kann dabei der Radius eines Kreises verstanden werden, den ein Punkt in einer Querschnittsfläche des Rotors bei der Rotation um die Rotationsachse beschreibt. Der äußere Rotationsradius eines der Hauptflügel oder eines der Vorflügel kann dabei der Radius eines Kreises sein, den der von der Rotationsachse am weitesten entfernte Punkt des Hauptflügels oder Vorflügels beschreibt. Der innere Rotationsradius kann entsprechend durch einen Kreis definiert sein, den ein der Rotationsachse nächstliegender Punkt eines Flügels beschreibt. Die Vorflügel können also kleiner ausgeführt werden als die Hauptflügel. Durch das daraus resultierende Radius of rotation of one of the slats and an inner radius of rotation of one of the slats smaller, in particular by 40% - 80%, as an outer radius of rotation of one of the main wing. The radius of rotation can be understood as the radius of a circle which a point in a cross-sectional area of the rotor describes during the rotation about the axis of rotation. The outer radius of rotation of one of the main wings or one of the slats can be the radius of a circle which describes the point of the main wing or slat farthest from the axis of rotation. The inner radius of rotation can be correspondingly defined by a circle which describes a point of a wing closest to the axis of rotation. The slats can therefore be made smaller than the main wing. By the resulting
Größenverhältnis der Vorflügel zu den Hauptflügeln können die Vorflügel bestmöglich dazu geeignet sein, das durch die Hauptflügel erzeugte, und auf den Rotor wirkende, Drehmoment zu verstärken. Size ratio of the slats to the main wings, the slats best suited to amplify the torque generated by the main blades and acting on the rotor.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der äußere Rotationsradius eines der Vorflügel kleiner als der äußere Rotationsradius eines der Hauptflügel . Die In another embodiment, the outer radius of rotation of one of the slats is smaller than the outer radius of rotation of one of the main wings. The
Vorflügel können also gegenüber den Hauptflügeln nach innen versetzt sein. Slats can therefore be offset in relation to the main wings inwards.
Die Vorflügel können in einem bestimmten Winkel zu den Hauptflügeln The slats can be at a certain angle to the main wings
angeordnet sein. Dabei kann die Außensehne des ersten Vorflügels gegenüber der Außensehne des ersten Hauptflügels um einen Winkel von 70° bis 100° gedreht sein. Entsprechend kann die Außensehne des zweiten Vorflügels gegenüber der Außensehne des zweiten Hauptflügels ebenfalls um einen Winkel von 70° bis 100° gedreht sein. Unter einer Außensehne kann die längste mögliche Verbindungslinie zwischen zwei Punkten des konkaven Abschnitts eines Flügels in einer be arranged. In this case, the outer chord of the first slat can be rotated relative to the outer chord of the first main wing by an angle of 70 ° to 100 °. Accordingly, the outer chord of the second slat can also be rotated relative to the outer chord of the second main wing by an angle of 70 ° to 100 °. Under an outer chord, the longest possible connecting line between two points of the concave portion of a wing in one
Querschnittsfläche verstanden werden. Die Orientierung der Haupt- und Vorflügel soll den widerstandbedingten Vortrieb durch die Hauptflügel optimal durch dynamischen Auftrieb an den Vorflügeln verstärken. Cross-sectional area are understood. The orientation of the main and vane should strengthen the resistance-driven propulsion through the main wing optimally by dynamic buoyancy on the slats.
In einer Ausführungsform verlaufen die Außensehnen des ersten und des zweiten Hauptflügels parallel zueinander oder liegen auf einer Gerade. In one embodiment, the outer chords of the first and second main wings extend parallel to each other or lie on a straight line.
Die Außensehnen der Hauptflügel können bezüglich einer Rotationsachse die Positionen 0 und 180 einnehmen. Die entsprechenden Positionen können variieren. In einer Ausführungsform variieren diese Positionen (0 und 180 Grad) um max. 30 Grad, insbesondere um max. 15 Grad. D. h. beispielsweise bezüglich der Außensehne des ersten Hauptflügels, dass diese gegenüber der 0 Grad Position (bzgl . der Rotationsachse) geneigt sein kann. Dies bedeutet nicht, dass die Außensehne eines entsprechend angeneigten Hauptflügel zwangsläufig durch die Rotationsachse verlaufen muss. The outer chords of the main wing can take the positions 0 and 180 with respect to a rotation axis. The corresponding positions can vary. In one embodiment, these positions (0 and 180 degrees) vary by max. 30 degrees, especially around max. 15 degrees. Ie. for example, with respect to the outer chord of the first main wing that it may be inclined relative to the 0 degree position (with respect to the axis of rotation). This does not mean that the outer chord of a correspondingly inclined main wing must necessarily pass through the axis of rotation.
In einer Ausführungsform ist die Innenfläche der Hauptflügel gekrümmt, vorzugsweise haben diese bei einem äußeren Rotationsradius von 70 cm einen Radius zwischen 20 und 60, insbesondere zwischen 40 und 50 cm. Auch die Vorflügel können eine entsprechende Krümmung aufweisen, beispielsweise bei einem äußeren Rotationsradius von 70 cm mit einem Radius von 10 bis 50 cm, insbesondere 20 bis 40 cm. Der Rotor oder Teile des Rotors, insbesondere die Hauptflügel und/oder die Vorflügel, können zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere GFK, CFK oder Aramidfaser, hergestellt sein. Der Einsatz In one embodiment, the inner surface of the main wing is curved, preferably at an outer radius of rotation of 70 cm have a radius between 20 and 60, in particular between 40 and 50 cm. The slats may also have a corresponding curvature, for example, at an outer radius of rotation of 70 cm with a radius of 10 to 50 cm, in particular 20 to 40 cm. The rotor or parts of the rotor, in particular the main wings and / or the slats, can be made at least partially from a fiber composite material, in particular GRP, CFRP or aramid fiber. The use
modernster Faserverbundwerkstoffe ermöglicht eine ultraleichtgewichtige State-of-the-art fiber composite materials enable an ultra-light weight
Bauweise bei höchster Festigkeit, UV-Beständigkeit und Witterungsbeständigkeit. Ein Rotor aus ultraleichten Materialien kann einen höheren Wirkungsgrad als ein Rotor aus herkömmlichen Werkstoffen aufweisen. Darüber hinaus zeichnet sich ein Rotor aus Faserverbundwerkstoffen durch geringes Gewicht und seine einfache Transportierbarkeit aus. Construction with maximum strength, UV resistance and weather resistance. A rotor made of ultralight materials can have a higher efficiency than a rotor made of conventional materials. In addition, a rotor made of fiber composites is characterized by low weight and ease of transportability.
Der Rotor kann aus einzelnen Modulen aufgebaut sein, die entlang der The rotor can be made up of individual modules that run along the
Rotationsachse formschlüssig verbunden werden. Die einzel nen Module sind vorzugsweise baugleich. Durch eine modulare Bauweise ergibt sich eine hohe Flexibilität, da bestehende Anlagen zur Leistungserhöhung nachgerüstet und bei Schäden einzelne Komponenten ausgetauscht werden können. Die modulare Bauweise erleichtert zudem den Transport des Rotors. Rotation axis are positively connected. The individual modules are preferably identical. A modular design results in a high degree of flexibility, since existing systems can be retrofitted to increase performance and individual components can be replaced in the event of damage. The modular design also facilitates the transport of the rotor.
Eine formschlüssige Verbindung soll insbesondere auch dann bestehen, wenn die Flächen der Hauptflügel und Vorflügel sich nicht parallel zur Rotationsachse erstrecken sondern um diese spiralförmig verdreht sind. Dazu können die einzelnen Module selbst einen Teil der Verdrehung aufweisen. Formschlüssig kann insbesondere bedeuten, dass die Hauptflügel und Nebenflügel an den A positive connection should in particular also exist if the surfaces of the main wing and slats do not extend parallel to the axis of rotation but are twisted spirally around them. For this purpose, the individual modules themselves may have a part of the rotation. Positive locking can in particular mean that the main wing and the secondary wing to the
Grenzflächen zwischen zwei Modulen keine Kanten aufweisen. Interfaces between two modules have no edges.
Der Rotor und/oder ein einzelnes Rotormodul kann auf mindestens einer Seite eine zur Rotationsachse senkrechte Platte oder Stege aufweisen, die mit den Hauptflügeln, den Vorflügeln und/oder der Rotationsachse verbunden ist. Diese Platte kann dazu vorgesehen sein, die Position der Hauptflügel und Vorflügel zueinander und zur Rotationsachse zu definieren. Bei der Platte kann es sich um eine Kreisscheibe handeln. Auch eine kreisförmige Platte mit bereichsweisen Aussparungen ist vorstellbar. Auf diese Weise kann Material und Gewicht eingespart werden. Die Platte ist dazu geeignet, Strömungskomponenten in Längsrichtung (Z-Achse) zu unterdrücken. Diese Kräfte können dem Drehmoment zugutekommen. The rotor and / or a single rotor module may have on at least one side a plate or webs perpendicular to the axis of rotation, which is connected to the main wings, the slats and / or the axis of rotation. This plate may be provided to define the position of the main wings and slats relative to one another and to the axis of rotation. The plate may be a circular disk. Also, a circular plate with area-wise recesses is conceivable. In this way, material and weight can be saved. The plate is suitable for suppressing flow components in the longitudinal direction (Z-axis). These forces can benefit the torque.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Hauptflügel und/oder die Vorflügel entlang der Rotationsachse spiralförmig verdreht. Mit einer solchen Helix-Struktur bieten die konkaven Vorderflächen der Hauptflügel einem aus beliebiger Richtung strömenden Fluid bei jedem Rotationswinkel eine Angriffsfläche. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Rotor in jedem Punkt der Rotation ein antreibendes Drehmoment erfährt. Zudem entfallen störende Wechsel von starker und schwacher Belastung der Rotor-Konstruktion während der Rotation. In one embodiment, the main wings and / or slats are spirally twisted along the axis of rotation. With such a helix structure offer the concave front surfaces of the main wing a fluid flowing from any direction at each angle of rotation an attack surface. This results in the advantage that the rotor experiences a driving torque at every point of the rotation. In addition, there is no disruptive change from strong and weak load of the rotor construction during rotation.
Die spiralförmige Verdrehung der Hauptflügel und/oder der Vorflügel kann so ausgeführt sein, dass die Verdrehung über die gesamte Länge der Rotationsachse einer halben oder ganzen Umdrehung entspricht. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die sich einer bestimmten Anströmrichtung bietende konkave Vorderfläche der Hauptflügel bei jedem Rotationswinkel gleich ist. Auch die Stellung der Vorflügel bietet dann bei jedem Rotationswinkel die gleiche Auftriebswirkung. Damit ergibt sich bei konstanter Anströmung ein über die gesamte Rotation gleichförmiges Drehmoment. The helical rotation of the main wing and / or the slat can be designed so that the rotation over the entire length of the axis of rotation corresponds to a half or full turn. This results in the advantage that the concave front surface of the main wing, which offers a specific direction of flow, is the same at every angle of rotation. The position of the slat then offers the same buoyancy effect at each rotation angle. This results in constant flow over the entire rotation uniform torque.
Eine Möglichkeit zur Ausführung der Vorflügel sieht eine Maximalwandstärke eines der Vorflügel vor, die mindestens das Doppelte der durchschnittlichen Wandstärke eines der Hauptflügel beträgt. Als Wandstärke kann man dabei den kürzesten Abstand zwischen einem bestimmten Punkt der konkaven Vorderfläche und der konvexen Rückfläche eines Hauptflügels oder eines Vorflügels verstehen. Die Wandstärke der Strömungswiderstand erzeugenden Hauptflügel kann zur One way to implement the slats provides a maximum wall thickness of one of the slats, which is at least twice the average wall thickness of one of the main wings. The wall thickness can be understood as the shortest distance between a certain point of the concave front surface and the convex back surface of a main wing or a slat. The wall thickness of the flow resistance generating main wing can for
Einsparung von Material und Gewicht gering gehalten werden. Zur Erzeugung eines dynamischen Auftriebs können die Vorflügel hingegen ein Profil aufweisen, das eine dickere Wandstärke beinhaltet. Saving of material and weight are kept low. To create a dynamic buoyancy, however, the slats may have a profile that includes a thicker wall thickness.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausführung der Vorflügel sieht eine Rundung der Außenkante eines Vorflügels vor, deren Krümmungsradius mindestens 10% der Maximalwandstärke des Vorflügels beträgt. Als Außenkante kann die von der Rotationsachse am weitesten entfernte Seite des Vorflügels bezeichnet werden. Eine abgerundete Außenkante der Vorflügel kann die aerodynamischen Another possibility for the execution of slats provides a rounding of the outer edge of a slat whose radius of curvature is at least 10% of the maximum wall thickness of the slat. The outer edge may be the side of the slat farthest from the axis of rotation. A rounded outer edge of the slat may aerodynamic
Eigenschaften des Rotors verbessern. Improve properties of the rotor.
Des Weiteren kann die oben genannte Aufgabe durch eine Windkraftanlage gelöst werden, die einen der zuvor beschriebenen Rotoren und einen Generator umfasst, wobei der Rotor mechanisch, insbesondere über ein Getriebe, mit dem Generator verbunden ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Rotationsachse des Rotors vertikal ausgerichtet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Rotor aus beliebigen horizontalen Windrichtungen angetrieben werden kann. Furthermore, the above object can be achieved by a wind turbine comprising one of the previously described rotors and a generator, wherein the rotor is mechanically, in particular via a transmission, connected to the generator. In one embodiment, the axis of rotation of the rotor is vertically aligned. This results in the advantage that the rotor can be driven from any horizontal wind directions.
Der Generator oder Teile des Generators können in den Rotor, insbesondere in die Rotationsachse, integriert werden. Das ermöglicht eine besonders einfache Übertragung der Bewegung vom Rotor auf den Generator, für die ein Getriebe prinzipiell nicht benötigt wird. Dadurch lässt sich Material und Platz einsparen. The generator or parts of the generator can be integrated in the rotor, in particular in the axis of rotation. This allows a particularly simple transmission of the movement from the rotor to the generator, for which a gear is not needed in principle. This saves material and space.
Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich anhand der Further advantageous embodiments will be apparent from the
Unteransprüche. Dependent claims.
Nachfolgend wird die Erfindung mittels mehrerer Ausführungsbeispiele The invention will now be described by means of several embodiments
beschrieben, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen : described in more detail with reference to figures. Hereby show:
Fig. 1 eine Schnittfläche eines Rotors; Fig. 1 is a sectional surface of a rotor;
Fig. 2 eine Schnittfläche eines Rotors und Kreise verschiedener Fig. 2 shows a sectional area of a rotor and circles of different
Rotationsradien;  Rotational radii;
Fig. 3 eine Schnittfläche eines Rotors und Außensehnen eines Haupt- und eines Vorflügels; 3 shows a sectional surface of a rotor and outer chords of a main and a slat;
Fig. 4 eine Schnittfläche eines Vorflügels; 4 shows a sectional surface of a slat;
Fig. 5 ein Rotor; und Fig. 5 is a rotor; and
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Schnitt durch ein Rotormodul. Fig. 6 is a plan view of a section through a rotor module.
In den nachfolgenden Beschreibungen werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet. In the following descriptions, the same reference numbers are used for the same and like parts.
Die Fig. 1 zeigt eine Schnittfläche eines Rotors mit einem ersten gekrümmten Hauptflügel 12 und einem achsensymmetrisch bezüglich einer Rotationsachse 10 angeordneten zweiten gekrümmten Hauptflügel 13. Die beiden Hauptflügel 12,13 sind insbesondere identisch. Auf den Seiten der konkaven Vorderflächen der Hauptflügel 12,13 sind ein erster 15 und ein zweiter 16 Vorflügel gehaltert. Die konkaven Vorderseiten der Hauptflügel wirken als Widerstand für ein einströmendes Fluid und erzeugen eine Rotation des Rotors. Die Vorflügel erzeugen bei Anströmung durch ein Fluid einen dynamischen Auftrieb. Beide Effekte führen für den gezeigten Rotor zu einer Drehung im Uhrzeigersinn unabhängig von der Windrichtung. 1 shows a sectional area of a rotor with a first curved main wing 12 and an axially symmetrical with respect to a rotation axis 10 arranged second curved main wing 13. The two main wings 12,13 are in particular identical. On the sides of the concave front surfaces of the main wings 12,13 a first 15 and a second 16 slats are supported. The Concave front sides of the main wings act as a resistance to an incoming fluid and generate a rotation of the rotor. The slats generate a dynamic buoyancy when flowing through a fluid. Both effects lead to a clockwise rotation for the rotor shown, regardless of the wind direction.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung der Hauptflügel 12,13 und Vorflügel 15,16 kann so beschrieben werden, dass die Orientierung des ersten Hauptflügels 12 als 0° bezeichnet wird. Unter der Orientierung kann beispielsweise die Verbindungslinie zwischen den beiden Endpunkten des ersten Hauptflügels verstanden werden. Der Winkel soll dabei von der Rotationsachse 10 aus gemessen werden. Der zweite Hauptflügel 13 ist bei 180° angebracht. Die in Fig. 1 gezeigte mögliche The arrangement of the main wings 12,13 and slats 15,16 shown in Fig. 1 can be described so that the orientation of the first main wing 12 is referred to as 0 °. By orientation, for example, the connecting line between the two end points of the first main wing can be understood. The angle is to be measured from the axis of rotation 10 from. The second main wing 13 is mounted at 180 °. The possible shown in Fig. 1
Anordnung des ersten Vorflügels 15 befindet sich dann ungefähr bei 50° und die Anordnung des zweiten Vorflügels 16 entsprechend bei 230°. Arrangement of the first slat 15 is then approximately at 50 ° and the arrangement of the second slat 16 corresponding to 230 °.
Die Fig. 2 zeigt eine Schnittfläche eines Rotors wie in Fig. 1 und zusätzlich FIG. 2 shows a sectional surface of a rotor as in FIG. 1 and in addition
Rotationsradien 21,22,23. Gezeigt sind ein innerer Rotationsradius 21 eines Vorflügels 15, 16, ein äußerer Rotationsradius 22 eines Vorflügels 15,16 und ein äußerer Rotationsradius 23 eines Hauptflügels 12,13. Der Rotationsradius Rotation radii 21,22,23. Shown are an inner radius of rotation 21 of a slat 15, 16, an outer radius of rotation 22 of a slat 15,16 and an outer radius of rotation 23 of a main wing 12,13. The radius of rotation
21,22,23 ist dabei der Radius eines Kreises, den ein Punkt bei einer Rotation um die Rotationsachse 10 beschreibt. Der äußere Rotationsradius 22,23 eines Flügels 12,13,15,16 bezieht sich dabei auf den von der Rotationsachse 10 am weitesten entfernten Punkt des Flügels 12,13, 15,16 und der innerer Rotationsradius 21 entsprechend auf den der Rotationsachse 10 nächstliegenden Punkt eines 21, 22, 23 is the radius of a circle which a point describes during a rotation about the axis of rotation 10. The outer radius of rotation 22,23 a wing 12,13,15,16 refers to the farthest from the axis of rotation 10 point of the wing 12,13, 15,16 and the inner radius of rotation 21 corresponding to the axis of rotation 10 closest point one
Vorflügels 15, 16. Im Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 ist der Abstand zwischen dem äußeren 22 und dem inneren 21 Rotationsradius eines Vorflügels 15,16 etwa 60% kleiner als der äußere Rotationsradius 23 eines Hauptflügels 12,13. Zudem sind die Vorflügel 15,16 gegenüber den Hauptflügeln 12,13 nach innen versetzt. Dies zeigt sich darin, dass der äußere Rotationradius 22 der Vorflügel 15,16 kleiner als der äußere Rotationsradius 23 der Hauptflügel 12,13 ist. Slat 15, 16. In the embodiment of FIG. 2, the distance between the outer 22 and the inner 21 rotation radius of a slat 15,16 about 60% smaller than the outer radius of rotation 23 of a main wing 12,13. In addition, the slats 15,16 are offset from the main wings 12,13 inside. This is reflected in the fact that the outer radius of rotation 22 of the slats 15,16 is smaller than the outer radius of rotation 23 of the main wing 12,13.
In der Fig. 3 ist eine Schnittfläche eines Rotors mit Außensehnen 25,26 des ersten Vorflügels 15 und des ersten Hauptflügels 12 gezeigt. Dabei wird die längste mögliche Verbindungslinie zwischen zwei Punkten des konkaven FIG. 3 shows a sectional area of a rotor with outer chords 25, 26 of the first slat 15 and of the first main wing 12. The longest possible connecting line between two points of the concave becomes
Abschnitts einer Schnittfläche der Flügel 12,13,15,16 als Außensehne 25,26 bezeichnet. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 beträgt der Winkel α zwischen der Außensehne 25 des ersten Vorflügels 15 und der Außensehne 26 des ersten Hauptflügels 12 etwa 90°. Eine entsprechende Anordnung gilt für den zweiten Vorflügel 16 und zweiten Hauptflügel 13, da sie in der Fig. 3 achsensymmetrisch zum ersten Vorflügel 15 und ersten Hauptflügel 12 bezüglich der Rotationsachse 10 angeordnet sind. Section of a sectional surface of the wings 12,13,15,16 referred to as outer chord 25,26. In the embodiment in Fig. 3, the angle α between the outer chord 25 of the first slat 15 and the outer chord 26 of the first Main wing 12 about 90 °. A corresponding arrangement applies to the second slat 16 and second main wing 13, since they are arranged in Fig. 3 axially symmetrical to the first slat 15 and the first main wing 12 with respect to the axis of rotation 10.
Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen ersten Vorflügel 15. Um einen dynamischen Auftrieb zu erzeugen, ist der Vorflügel 15 in der Art einer Tragfläche geformt. Gezeigt sind eine Maximalwandstärke 27 und eine Außenkante 29 des Vorflügels 15. Eine Wandstärke bezeichnet den kürzesten Abstand zwischen einem Punkt der konkaven Vorderfläche und der konvexen Rückfläche des Vorflügels. Die Maximalwandstärke 27 wird somit, wie in Fig. 4 gezeigt, an der breitesten Stelle des Schnitts durch den Flügel erzielt. Die Außenkante 29 ist die am weitesten von der Rotationsachse 10 entfernte Seite des Vorflügels 15. In der Fig. 4 weist die Außenkante 29 eine erfindungsgemäße Rundung auf, die einen Krümmungsradius von nicht weniger als 10% der Maximalwandstärke 27 hat. 4 shows a section through a first slat 15. To produce a dynamic lift, the slat 15 is shaped in the manner of a support surface. Shown are a maximum wall thickness 27 and an outer edge 29 of the slat 15. A wall thickness refers to the shortest distance between a point of the concave front surface and the convex back surface of the slat. The maximum wall thickness 27 is thus achieved, as shown in Fig. 4, at the widest point of the section through the wing. The outer edge 29 is the farthest from the axis of rotation 10 side of the slat 15. In Fig. 4, the outer edge 29 has a rounding according to the invention, which has a radius of curvature of not less than 10% of the maximum wall thickness 27.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Rotor gezeigt. Die Hauptflügel 12,13 und die Vorflügel 15,16 sind spiralförmig um die Rotationsachse 10 verdreht. Die Rotationsachse 10 ist vertikal orientiert. Die Orientierung der konkaven Vorderfläche des ersten Hauptflügels 12 ändert sich über die gesamte Länge der Rotationsachse 10 um 180°. In der Fig. 5 zeigt die konkave 5, an embodiment of a rotor is shown. The main wings 12, 13 and the slats 15, 16 are spirally twisted about the axis of rotation 10. The rotation axis 10 is oriented vertically. The orientation of the concave front surface of the first main wing 12 changes over the entire length of the rotation axis 10 by 180 °. In Fig. 5 shows the concave
Vorderfläche des ersten Hauptflügels 12 am oberen Ende des Rotors, bzw. der Rotationsachse 10, vom Betrachter nach hinten, am unteren Ende der Front surface of the first main wing 12 at the upper end of the rotor, or the axis of rotation 10, from the viewer to the rear, at the lower end of the
Rotationsachse 10 nach vorne. Die Flächen des zweiten Hauptflügels 13 und des ersten 15 und zweiten 16 Vorflügels sind auf entsprechende Weise ausgeführt. Rotation axis 10 forward. The surfaces of the second main wing 13 and the first 15 and second 16 slats are carried out in a corresponding manner.
In der Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein Modul eines Rotors gezeigt. Das Modul wird am unteren Rand durch eine kreisförmige Platte 18 begrenzt. Die zu dem Rotormodul gehörenden Teile der Hauptflügel 12,13 und der Vorflügel 15,16 sind mit der Platte 18 verbunden und ragen aus der Ebene der Platte 18 heraus. Um einen Aufbau eines spiralförmig verdrehten Rotors aus baugleichen Modulen formschlüssig zu erzeugen, sind die Teile der Flügel 12,13,15, 16 in dem Modul gekippt und führen einen Teil der Verdrehung um die Rotationsachse 10 aus. Bei einem Aneinanderfügen mehrerer solcher Module ergibt sich die in Fig. 5 gezeigte durchgängige Form der Hauptflügel 12,13 und Vorflügel 15,16. Bezugszeichenliste FIG. 6 shows a plan view of a module of a rotor. The module is bounded at the bottom by a circular plate 18. The belonging to the rotor module parts of the main wing 12,13 and the slats 15,16 are connected to the plate 18 and protrude from the plane of the plate 18 out. In order to produce a structure of a helically rotated rotor of identical modules form-fitting, the parts of the wings 12,13,15, 16 are tilted in the module and perform a part of the rotation about the rotation axis 10 from. When joining several such modules, the continuous shape of the main wings 12, 13 and slat 15, 16 shown in FIG. 5 results. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Rotationsachse 10 rotation axis
12 Erster Hauptflügel  12 First main wing
13 Zweiter Hauptflügel  13 Second main wing
15 Erster Vorflügel  15 First slat
16 Zweiter Vorflügel  16 second slat
18 Platte 18 plate
21 innerer Rotationsradius eines Vorflügels  21 inner radius of rotation of a slat
22 äußerer Rotationsradius eines Vorflügels  22 outer radius of rotation of a slat
23 äußerer Rotationsradius eines Hauptflügels  23 outer radius of rotation of a main wing
25 Außensehne des ersten Vorflügels  25 outer tendon of the first slat
26 Außensehne des ersten Hauptflügels  26 outer tendon of the first main wing
27 Maximalwandstärke des ersten Vorflügels  27 Maximum wall thickness of the first slat
29 Außenkante des ersten Vorflügels 29 outer edge of the first slat
α Winkel zwischen der Außensehne des ersten Vorflügels und der Außensehne des ersten Hauptflügels α angle between the outer chord of the first slat and the outer chord of the first main wing

Claims

Ansprüche claims
1. Rotor, umfassend: A rotor comprising:
- eine Rotationsachse (10);  - a rotation axis (10);
- einen ersten gekrümmten Hauptflügel (12) mit einer ersten konkaven Vorderfläche; und  - A first curved main wing (12) having a first concave front surface; and
- einen, insbesondere zum ersten Hauptflügel (12) baugleichen, zweiten Hauptflügel (13) mit einer zweiten konkaven Vorderfläche, der bezüglich der Rotationsachse (10) achsensymmetrisch zum ersten Hauptflügel (12) gehaltert und ausgerichtet ist,  - A, in particular to the first main wing (12) identical, second main wing (13) having a second concave front surface which is axially symmetrical with respect to the axis of rotation (10) to the first main wing (12) supported and aligned,
g e ke n n ze i c h n et d u rc h:  marked by:
- einen ersten Vorflügel (15) auf der der konkaven Fläche des ersten Hauptflügels (12) zugewandten Seite; und  - A first slat (15) on the concave surface of the first main wing (12) facing side; and
- einen, insbesondere zum ersten Vorflügel (15) baugleichen, zweiten Vorflügel (16) auf der der konkaven Fläche des zweiten Hauptflügels (13) zugewandten Seite.  - A, in particular to the first slat (15) identical, second slat (16) on the concave surface of the second main wing (13) facing side.
2. Rotor nach Anspruch 1, 2. Rotor according to claim 1,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
ein Querschnitt des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels zur Erzeugung eines dynamischen Auftriebs asymmetrisch ausgebildet ist.  a cross-section of the first (15) and / or second (16) slat for generating a dynamic buoyancy is formed asymmetrically.
3. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 3. Rotor according to one of claims 1 or 2,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
ein Abstand zwischen einem äußeren Rotationsradius (22) des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels und einem inneren Rotationsradius (21) des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels kleiner, insbesondere um 40% - 80%, als ein äußerer Rotationsradius (23) des ersten (12) und/oder zweiten (13) Hauptflügels ist.  a distance between an outer radius of rotation (22) of the first (15) and / or second (16) slat and an inner radius of rotation (21) of the first (15) and / or second (16) slat smaller, in particular by 40% -80 %, as an outer radius of rotation (23) of the first (12) and / or second (13) main wing.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
der/ein äußere Rotationsradius (22) des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels kleiner als der äußere Rotationsradius (23) des ersten (12) und/oder zweiten (13) Hauptflügels ist. an outer radius of rotation (22) of the first (15) and / or second (16) slat is less than the outer radius of rotation (23) of the first (12) and / or second (13) main wing.
5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass  d a d u r c h e n c i n e c e n s that
der erste Vorflügel (15) derart angeordnet ist, dass eine Außensehne (25) des ersten Vorflügels (15) gegenüber einer Außensehne (26) des ersten Hauptflügels (12) um einen Winkel (oc) von 70° bis 100° gedreht ist.  the first slat (15) is arranged such that an outer chord (25) of the first slat (15) is rotated relative to an outer chord (26) of the first main wing (12) by an angle (oc) of 70 ° to 100 °.
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass  d a d u r c h e n c i n e c e n s that
die Hauptflügel (12,13) und/oder die Vorflügel (15,16) zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere GFK, CFK oder  the main wing (12,13) and / or the slats (15,16) at least partially made of a fiber composite material, in particular GRP, CFRP or
Aramidfaser, hergestellt sind.  Aramid fiber, are made.
7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass  d a d u r c h e n c i n e c e n s that
der Rotor aus einzelnen, vorzugsweise baugleichen, Modulen besteht, die entlang der Rotationsachse (10) formschlüssig verbunden sind.  the rotor consists of individual, preferably identical, modules which are positively connected along the axis of rotation (10).
8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass  d a d u r c h e n c i n e c e n s that
der Rotor und/oder ein einzelnes Rotormodul, auf mindestens einer Seite eine zur Rotationsachse (10) senkrechte Platte (18) aufweist, die mit den Hauptflügeln (12,13), den Vorflügeln (15) und/oder der  the rotor and / or a single rotor module, on at least one side of a perpendicular to the axis of rotation (10) plate (18) with the main wings (12,13), the slats (15) and / or the
Rotationsachse (10) verbunden ist.  Rotation axis (10) is connected.
9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass  d a d u r c h e n c i n e c e n s that
der erste (12) und/oder zweite (13) Hauptflügel und/oder der erste (15) und/oder zweite (16) Vorflügel entlang der Rotationsachse (10)  the first (12) and / or second (13) main wing and / or the first (15) and / or second (16) slat along the axis of rotation (10)
spiralförmig verdreht sind.  are twisted spirally.
10. Rotor nach einem der vorgehenden Ansprüche, 10. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass  d a d u r c h e n c i n e c e n s that
eine spiralförmige Verdrehung des ersten (12) und/oder zweiten (13) Hauptflügels und/oder des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels entlang der Rotationsachse (10) über eine gesamte Länge der  a helical rotation of the first (12) and / or second (13) main wing and / or the first (15) and / or second (16) slat along the axis of rotation (10) over an entire length of
Rotationsachse (10) einer halben oder ganzen Umdrehung entspricht. Rotation axis (10) corresponds to a half or full turn.
11. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
der Rotor aus einzelnen, vorzugsweise baugleichen, Modulen besteht, die jeweils eine Verdrehung aufweisen und entlang der Rotationsachse (10) formschlüssig so verbunden sind, dass der erste (12) und/oder zweite (13) Hauptflügel und/oder der erste (15) und/oder zweite (16) Vorflügel spiralförmig verdreht sind.  the rotor consists of individual, preferably identical, modules which each have a twist and are positively connected along the axis of rotation (10) such that the first (12) and / or second (13) main wing and / or the first (15) and / or second (16) slats are spirally twisted.
12. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
die Maximalwandstärke (27) des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels mindestens das Doppelte der durchschnittlichen Wandstärke des ersten (12) und/oder zweiten (13) Hauptflügels beträgt.  the maximum wall thickness (27) of the first (15) and / or second (16) slat is at least twice the average wall thickness of the first (12) and / or second (13) main wing.
13. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Rotor according to one of the preceding claims,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
eine Rundung (29) an einer Außenkante des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels mit einem Krümmungsradius von mindestens 10% der Maximalwandstärke (27) des ersten (15) und/oder zweiten (16) Vorflügels ausgebildet ist.  a rounding (29) is formed on an outer edge of the first (15) and / or second (16) slat with a radius of curvature of at least 10% of the maximum wall thickness (27) of the first (15) and / or second (16) slat.
14. Windkraftanlage, umfassend 14. Wind turbine, comprising
einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen  a rotor according to one of the preceding claims and a
Generator,  Generator,
wobei der Rotor mechanisch, insbesondere über ein Getriebe, mit dem Generator verbunden ist.  wherein the rotor is mechanically, in particular via a transmission, connected to the generator.
15. Windkraftanlage nach Anspruch 14, 15. Wind power plant according to claim 14,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
die Rotationsachse des Rotors vertikal ausgerichtet ist.  the axis of rotation of the rotor is vertically aligned.
16. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 14 oder 15, 16. Wind power plant according to one of claims 14 or 15,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass  d a d u rc h e ke n ze i c h n et that
der Generator oder Teile des Generators in den Rotor, insbesondere in die Rotationsachse (10), integriert sind.  the generator or parts of the generator are integrated in the rotor, in particular in the axis of rotation (10).
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