DE102004012712A1

DE102004012712A1 - Structure for converting wind energy into electrical energy comprises sails fixed to continuous cables guided over drive wheels that convert kinetic wind energy into the rotational movement of current generators

Info

Publication number: DE102004012712A1
Application number: DE200410012712
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-10-06

Abstract

Structure for converting wind energy into electrical energy comprises sails (2) fixed to continuous cables (3) guided over drive wheels (7) that convert kinetic wind energy and horizontal and non-horizontal wind (1) into the rotational movement of current generators (8). Preferred Features: The upper edges of the sails are fixed to transverse bars (4) by rings (5) so that they can move by 180[deg].

Description

Die Erfindung betrifft eine bauliche Anlage, die als Windkraftanlage zur Erzeugung von Elektroenergie aus horizontalen und nichthorizontalen Winden dient.The The invention relates to a construction system, as a wind turbine for generating electrical energy from horizontal and non-horizontal Serves winds.

Es gibt die verschiedensten Ausführungen von Windkraftanlagen, durch die horizontale Bewegungsenergien der Luftmassen in elektrische Energie umwandelt werden. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art ihrer Rotoren (Auftriebsrotoren; Widerstandsrotoren) und der Geometrie der Rotorblätter.It There are many different versions of Wind turbines, through the horizontal motive energies of the air masses be converted into electrical energy. They differ essentially by the nature of their rotors (buoyancy rotors, drag rotors) and the geometry of the rotor blades.

Die Technik ist seit einigen Jahren weitgehend ausgereift. Durch Verbesserung von Komponenten, z.B. Getrieben, wird jedoch ständig an der Erhöhung des Wirkungsgrades gearbeitet. Generell gibt es die Tendenz zu leistungsstärkeren Anlagen, u.a. Off Shore- Anlagen.The Technology has been largely mature for several years. By improvement of components, e.g. Driven, however, is constantly increasing the Efficiency worked. Generally, there is a tendency for more powerful equipment, i.a. Off Shore Facilities.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer baulichen Anlage, die zugleich horizontale als auch von der Horizontalen abweichende Winde, die an Berghängen in Form von Hangauf- und -Abwinden auftreten, zur Erzeugung elektrischen Stroms nutzen kann. Weitere Aufgaben sind die Reduzierung des Aufwandes an Statik, Transport und Montage gegenüber konventionellen Anlagen bei ähnlichen Leistungsparametern.task The invention is the creation of a structural system, at the same time horizontal as well as from the horizontal deviating winds, the mountainsides occur in the form of slope-up and -bwinding, generating electrical Electricity can use. Other tasks are the reduction of the effort on statics, transport and installation compared to conventional systems at similar Performance parameters.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The Task is solved with the features of the first claim. advantageous Further developments and embodiments are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Anlage arbeitet, ebenso wie moderne Windkraftanlagen, nach dem Auftriebsprinzip, wobei jedoch gegenüber diesen Anlagen statt Rotorblätter Segel verwendet werden, die zwischen Endlos-Seilen mittels Querholmen befestigt und um die sie aufgrund ihrer Aufhängung an Ringen axial um 180 Grad beweglich sind. Die Seile werden über Abtriebsräder geführt, deren Rotation Stromgeneratoren antreiben. Die gegen den Wind rückgeführten Segel werden aufgrund des Winddruckes automatisch eingeklappt, so dass keine Wirkungsgradverluste entstehen.The inventive plant works, just like modern wind turbines, according to the buoyancy principle, but opposite these plants instead of rotor blades Sails are used, which between endless ropes by means of transverse spars attached to and around them by 180 due to their suspension on rings Degrees are movable. The ropes are guided by driven wheels whose Rotation power generators power. The sail returned to the wind are automatically folded due to the wind pressure, so that no losses in efficiency occur.

Für die beweglichen Bauteile der erfindungsgemäßen Anlage sind bevorzugt leichte, strapazierfähigen Materialien zu verwenden, damit bereits bei geringen Windstärken Elektroenergie erzeugt werden kann.For the mobile Components of the system according to the invention are preferred to use lightweight, durable materials so that generates electricity even at low wind speeds can be.

Die erfindungsgemäßen Anlagen werden bevorzugt an geografisch und geodätisch geeigneten Hanglagen errichtet. Die Segel sind je nach Richtung und Stärke der horizontalen Windkomponenten automatisch verstellbar, so dass auch seitliche Winde genutzt werden können.The inventive plants are preferred on geographic and geodetic suitable slopes built. The sails are depending on the direction and strength of the horizontal wind components automatically adjustable, so too lateral winds can be used.

Die Nutzung der Erfindung im Off Shore – Bereich, z.B. auf speziellen Pontons, ist ebenfalls möglich.The Use of the Invention in the Off Shore Area, e.g. on special Pontons, is also possible.

Anhand von Zeichnungen wird das Prinzip der erfimdungsgemäßen Anlage näher beschrieben. Based of drawings becomes the principle of the inventive plant described in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 Eine Seitenansicht der Anlage unter Windbeauflagung. 1 A side view of the plant under Windbeauflagung.

2 Eine perspektivische Ansicht des Segel- Befestigungsprinzips. 2 A perspective view of the sail attachment principle.

3 Eine perspektivische Ansicht des Seilführungsprinzips auf den Abtriebsrädern. 3 A perspective view of the cable guide principle on the output wheels.

4a bis 4c Das Funktionsprinzip der längenverstellbaren Querholme mit Kugelgelenken. 4a to 4c The functional principle of the length-adjustable crossbars with ball joints.

5 Das Funktionsprinzip einer Kopfstation. 5 The functional principle of a head-end station.

Die erfindungsgemäße Anlage nach 1 besteht aus Segeln (2), die zwischen Endlos-Seilen (3) mittels Querholmen (4) befestigt und um diese aufgrund ihrer Aufhängung an Ringen (5) und Spannseilen (6) axial um 180 Grad beweglich sind. Die Endlos-Seile (3) werden über Abtriebsräder (7) geführt, deren Rotation Stromgeneratoren (8) antreiben. Weht nun ein ausreichend starker Wind (1) in Längsrichtung der Anlage, so wird dessen kinetische Energie durch die Segel (2) auf die Seile (3) übertragen, die sich in einer Endlosschleife in Bewegung setzen. Die zwischen den Segeln (2) angebrachten Spannseile (6) sind gestrafft und halten die Segel (2) stabil zum Wind. Auf der Leeseite der Segel (2) entseht ein Sog, der für Auftrieb sorgt. Die gegen den Wind (1) rückgeführten Segel (2) werden aufgrund der Richtung des Windes (1) automatisch eingeklappt, so dass keine Wirkungsgradverluste entstehen. Die Spannseile (6) sind locker und damit außer Funktion. Die Abtriebsräder (7), die generell unterschiedliche geodätische Höhen haben und mittels Stützen (10) fest im Hangboden (11) verankert sind, werden nun von den über ihre Peripherie geführten Endlos-Seilen (3) in Drehung versetzt und treiben mit ihnen mechanisch verbundene Stromgeneratoren (8) an.The plant according to the invention 1 consists of sailing ( 2 ) between endless ropes ( 3 ) by means of cross beams ( 4 ) and attached to them due to their suspension on rings ( 5 ) and tensioning cables ( 6 ) are axially movable by 180 degrees. The endless ropes ( 3 ) are driven by driven wheels ( 7 ) whose rotation power generators ( 8th ). Is there a strong enough wind ( 1 ) in the longitudinal direction of the plant, so its kinetic energy through the sails ( 2 ) on the ropes ( 3 ), which set in motion in an endless loop. The between the sails ( 2 ) tensioning cables ( 6 ) are streamlined and hold the sails ( 2 ) stable to the wind. On the leeward side of the sails ( 2 ) creates a suction, which provides buoyancy. The against the wind ( 1 ) returned sail ( 2 ) are due to the direction of the wind ( 1 ) folded automatically, so that no loss of efficiency. The tensioning cables ( 6 ) are loose and therefore out of action. The output wheels ( 7 ), which generally have different geodesic heights and by means of supports ( 10 ) firmly in the slope bottom ( 11 ) are now by the guided over their periphery endless ropes ( 3 ) and mechanically drive power generators ( 8th ) at.

Um die Trägheit des Systems im Sinne eines leichten Anlaufes und weniger Reibungsverlusten zu verringern, ist es zweckmäßig, leichte, hochfeste und strapazierfähige Materialien für die beweglichen Teile der Anlage zu verwenden. Für die Endlos-Seile (3) sowie die Spannseile (6) eignen sich beispielsweise hochreißfeste und flexible Nylonmaterialien, für die Querholme (4) und die Versteifungen an den Ober- und Unterkanten der Segel (2) Glasfibermaterialien, die Abtriebsräder (7) sind vorteilhaft aus Leichtmetall mit Speichen.To the inertia of the system in the sense of a To reduce light starting and less friction losses, it is appropriate to use lightweight, high strength and durable materials for the moving parts of the plant. For the endless ropes ( 3 ) as well as the tension cables ( 6 ) are, for example, highly tear-resistant and flexible nylon materials, for the transverse spars ( 4 ) and the stiffeners at the top and bottom edges of the sails ( 2 ) Glass fiber materials, the output wheels ( 7 ) are advantageous in light metal with spokes.

Die 2 zeigt das Befestigungsprinzip der aus flexiblem Material, z.B. hochreißfestem Gewebe, besehenden Segel (2). An den verstärkten Ober- und Unterkanten der Segel (2) sind jeweils zwei bewegliche Ringe (5) angebracht, von denen die oberen auf einen Querholm (4) aufgesteckt sind, während die unteren mittels Ösen (14) mit den Spannseilen (6) verbunden sind. Die anderen Enden der Spannseile (6) sind ebenfalls mittels Ösen (14) an beweglichen Ringen (5) befestigt, die auf einen unmittelbar benachbarten Querholm (4) aufgesteckt sind. Die Querholme (4) sind starr mit den Endlos-Seilen (3) verbunden. Das Verschieben der Ringe (5) in Längsrichtung der Querholme (4) wird durch eine Sperre verhindert. The 2 shows the attachment principle of the seen from flexible material, eg highly tear-resistant fabric, sail ( 2 ). At the reinforced upper and lower edges of the sails ( 2 ) are each two movable rings ( 5 ), of which the upper on a cross member ( 4 ), while the lower ones by means of eyelets ( 14 ) with the tensioning cables ( 6 ) are connected. The other ends of the tensioning cables ( 6 ) are also by means of eyelets ( 14 ) on movable rings ( 5 ) mounted on an immediately adjacent cross member ( 4 ) are plugged. The cross beams ( 4 ) are rigid with the endless ropes ( 3 ) connected. Moving the rings ( 5 ) in the longitudinal direction of the transverse spars ( 4 ) is prevented by a lock.

Die Ring- und Ösenverbindungen sind so beschaffen, dass die Segel (2) leichtgängig um 180 Grad drehbar sind und damit ihre Wendung an den Abtriebsrädern (7) ohne Reibungsverluste vonstatten gehen kann.The ring and eye connections are such that the sails ( 2 ) are easily rotatable 180 degrees and thus their turn on the output wheels ( 7 ) without friction losses can take place.

Die 3 zeigt das Prinzip der Seilführung auf den Abtriebsrädern (7). An deren Peripherie sind im Abstand der Querholme (4) Aussparungen (9) eingearbeitet, welche die Seilverbindungselemente (13) aufnehmen, ohne dass diese mit den Abtriebsrädern (7) in Berührung kommen.The 3 shows the principle of cable guidance on the output wheels ( 7 ). At the periphery are at a distance of the cross beams ( 4 ) Recesses ( 9 ), which the cable connecting elements ( 13 ), without this with the output wheels ( 7 ) come into contact.

Die 4a bis 4c zeigen das Funktionsprinzip von längsverstellbaren Querholmen (4), die je aus 2 teleskopartig beweglichen Teilen, starrer Teil (16) und beweglicher Teil (17), bestehen und die mittels Kugelgelenken (18) mit den Seilverbindungselementen (13) verbunden sind. Dieser konstruktive Aufbau garantiert die erforderliche Bewegungsfreiheit der Querholme (4) auch bei Richtungswechsel über die Abtriebsrollen (7) und ermöglicht die leistungsgünstigste Positionierung der Segel (2) auch bei seitlich auftreffenden Winden.The 4a to 4c show the functional principle of longitudinally adjustable crossbars ( 4 ), each consisting of 2 telescopically moving parts, rigid part ( 16 ) and moving part ( 17 ), and by means of ball joints ( 18 ) with the cable connection elements ( 13 ) are connected. This constructive structure guarantees the required freedom of movement of the transverse struts ( 4 ) even when changing direction via the output rollers ( 7 ) and enables the most efficient positioning of the sails ( 2 ) also with laterally incident winds.

Die gegenüberliegenden Abtriebsräder (7) sind nicht durch Achsen verbunden. Dies hat den Vorteil, dass größere Segel (2) verwendet werden können. Für jedes Abtriebsrad (7) ist ein Stromgenerator (8) erforderlich, der über eine magnetisch betriebene Kupplung (19) mit diesem verbunden ist. Diese elektronisch angesteuerten Kupplungen (15) garantieren den synchronen Lauf der Abtriebsräder (7), über sie wird auch die Schrägstellung der beweglichen Querholme (4) oder auch ein eventuell erforderlicher Sicherheitsleerlauf realisiert. Windrichtung und Windstärke sowie die Drehwinkel der Abtriebsräder (7) liefern mittels entsprechenden elektronischen Sensoren hierfür die Steuersignale.The opposite output wheels ( 7 ) are not connected by axes. This has the advantage that larger sails ( 2 ) can be used. For each output gear ( 7 ) is a power generator ( 8th ) required by a magnetically operated coupling ( 19 ) is connected to this. These electronically controlled couplings ( 15 ) guarantee the synchronous running of the output wheels ( 7 ), over it is also the inclination of the movable cross beams ( 4 ) or a possibly required safety idle realized. Wind direction and wind force as well as the rotation angle of the output wheels ( 7 ) supply by means of corresponding electronic sensors for this purpose, the control signals.

Die 5 zeigt das Funktionsprinzip einer Kopfstation mit den im Boden (11) verankerten Stützen (10), an denen je ein Abtriebsrad (7) mittels Lagern (19) angebracht ist. Über eine Welle (12) ist jedes Abtriebsrad (7) über eine elektromagnetische Kupplung (15) mit je einem Stromgenerator (8) verbunden. Über die Abtriebsrollen (7) laufen die Endlos-Seile (3), an denen die Querholme (4) mittels Seilverbindungselementen (13) befestigt sind. An den Querholmen (4) sind die Segel (2) und Spannseile (6) mittels Ringen (5) angebracht.The 5 shows the functional principle of a head station with those in the ground ( 11 ) anchored supports ( 10 ), on each of which a driven wheel ( 7 ) by means of bearings ( 19 ) is attached. About a wave ( 12 ) is each output gear ( 7 ) via an electromagnetic clutch ( 15 ) each with a power generator ( 8th ) connected. About the output rollers ( 7 ) run the endless ropes ( 3 ), on which the cross beams ( 4 ) by means of cable connection elements ( 13 ) are attached. At the cross bars ( 4 ) are the sails ( 2 ) and tensioning cables ( 6 ) by means of rings ( 5 ) appropriate.

11: Horizontal abweichende WindeHorizontal deviating winds
22: Segelsail
33: Endlos-SeileEndless ropes
44: Querholmecrossbars
55: Ringerings
66: SpannseileWire ropes
77: Abtriebsräderoutput gears
88th: Stromgeneratorenpower generators
99: Aussparungrecess
1010: StützenSupport
1111: HangbodenHang ground
1212: Wellewave
1313: SeilverbindungselementeCable fasteners
1414: Öseneyelets
1515: Elektromagnetische Kupplungelectromagnetic clutch
1616: Teleskop starrer Teiltelescope rigid part
1717: Teleskop beweglicher Teiltelescope moving part
1818: Kugelgelenkball joint

Claims

Structural system for the conversion of wind energy into electrical energy, whereby the kinetic wind energy of both horizontal and of the horizontal deviating winds ( 1 ) by sailing ( 2 ), which have over driven wheels ( 7 ) guided endless ropes ( 3 ), in rotary motion of power generators ( 8th ) converts.

Construction according to claim 1, wherein the upper edge of the sails ( 2 ) by means of rings ( 5 ) movable by 180 ° on transverse struts ( 4 ) are attached.

Construction according to claim 1 and 2, wherein the underside of the sails ( 2 ) with tensioning cables ( 6 ), at the ends eyelets ( 14 ), each at an adjacent cross member ( 4 ) are attached.

Structural system according to claims 1 to 3, wherein the transverse beams ( 4 ) by Seilverbindungsele elements ( 13 ) with two parallel endless ropes ( 3 ), which in each case have two, at the same geodetic height opposite, not mechanically connected output wheels ( 7 ) are guided.

Structural system according to claim 4, wherein the two driven wheels ( 7 ) of an endless rope ( 3 ) have different geodesic heights and by means of supports ( 10 ) in the slope floor ( 11 ) are firmly anchored

Structural system according to claims 1 to 5, wherein the driven wheels ( 7 ) at their peripheries recesses ( 9 ) on the endless ropes ( 3 ) fastened cable connection elements ( 13 ) give the required freedom.

Structural system according to claims 1 to 6, wherein each output gear ( 7 ) by means of bearings ( 19 ), Wave ( 12 ) and electromagnetic coupling ( 15 ) with a power generator ( 8th ) connected is.

Construction according to claim 7, wherein the electromagnetic couplings ( 15 ) the synchronous running of the two parallel endless ropes ( 3 ) Taxes.

A construction according to claim 8, wherein the control signals of wind force, wind direction and rotation angle sensors of the output wheels ( 7 ), processed in an electronic control and connected to the electromagnetic clutches ( 15 ).

Structural system according to claims 7 to 9, wherein an inclination of the sails ( 2 ) to the direction of the endless ropes ( 3 ) can be done in order to make optimal use of lateral winds.

Structural system according to claims 8 to 10, wherein the inclination is achieved by shifting the positions of the cable connecting elements ( 13 ) to each parallel running endless rope ( 3 ) he follows.

Structural system according to claim 11, wherein the transverse spars ( 4 ) extend and contract telescopically and by ball joints ( 18 ) different geodetic heights of the cable connection elements ( 13 ) that can compensate for these at the output wheels ( 7 ) can take.

Structural system according to claims 1 to 13, wherein these can also be used in the off-shore area or on flat terrain.

A construction according to claim 13, wherein the required different geodetic height levels of the driven wheels ( 7 ) must be generated by special devices.