DE102004024752A1

DE102004024752A1 - Vertikalachse-Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102004024752A1
Application number: DE200410024752
Authority: DE
Inventors: Alexander Prikot
Original assignee: Prikot Alexander Dipl-Ing
Current assignee: Prikot Alexander Dipl-Ing
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf die Nutzung der Windenergie und insbesondere auf die Vertikalachsen-Windkraftanlagen. DOLLAR A Im Vergleich zu den herkömmlichen Windkraftanlagen weist die vorgeschlagene Windkraftanlage bessere Windanpassungs-Fähigkeiten auf. Eine Struktur-Flexibilität stellt die Voraussetzungen für den Einbau eines massiven Windenergie-Speicher-Puffers sicher. Ein solcher Puffer könnte zeitbedingt bei dem starken Wind den Überschuss der Windenergie speichern. Dabei werden die Sturmwindböen gedämpft und dadurch werden sehr große Flächen der Rotorblätter-Träger ermöglicht, was für den schwachen Wind wichtig ist. DOLLAR A Nach der vorgeschlagenen Erfindung weist jeder Rotorblätter-Träger (11) Zellen (61) mit Rotorblattmoduln auf. Jeder Rotorblattmodul weist ein Rotorblatt (1, 1K) und federnde Sperrvorrichtungen (50) auf, die das Drehen des Rotorblatts um eine horizontale Achse um 90 DEG freilassen. Die lokale horizontale Drehachse unterteilt das Rotorblatt in einen kleinen Teil (41) und einen großen Teil (42). Der Unterschied zwischen der Fläche des kleinen Teiles und der Fläche des großen Teiles ist so wesentlich und der Unterschied zwischen dem Gewicht des kleinen Teiles und dem Gewicht des großen Teiles ist so gering, dass normalerweise der Wind das Rotorblatt um die lokale horizontale Drehachse drehen kann. Dabei muss der große Teil nicht unbedingt der schwerste sein und jedes Rotorblatt (1) mit dem schwersten großen Teil entspricht normalerweise einem ...

Description

Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf die Nutzung der Windenergie und insbesondere auf die Vertikalachsen-Windkraftanlagen d.h. Windkraftanlagen mit vertikalen Rotorachsen (e. vertical axis wind turbine).
Diese Erfindung stellt eine weitere Entwicklung der Erfindung nach dem Aktenzeichen 103 32 678.2 dar und man kann sie als Ergänzungserfindung betrachten. Dabei ist die Flexibilität der Konstruktions-Struktur verbessert, was die Produktion und die Installation erleichtert. Die Ergänzungserfindung ist besonders sinnvoll im Bereich der Leistungen von mehr als 10MW und die entsprechende Windkraftanlagen können nicht nur für einen mäßigen bis einen starken Wind, sondern auch für einen schwachen Wind und einen Sturmwind effektiv genutzt werden.

Die Windkraftanlagen der Art, zu der die Grunderfindung und die Ergänzungserfindung gehören, weisen Rotorblätter auf, die lokale horizontale Drehungs- oder Biegungsachsen aufweisen und die an den um die zentrale vertikale Achse herum angeordneten Trägern befestigt sind. Die Rotorblätter in diesen Windkraftanlagen drehen oder biegen sich um ihre lokalen horizontalen Drehungs- oder Biegungsachsen herum und die Drehungs- oder Biegungsrichtungen sind mit der Windrichtung und den laufenden Positionen der Rotorblätter verbunden. Die bekannten Windkraftanlagen dieser Art sind jedoch von geringer Bedeutung und ihre Ähnlichkeit mit den Windkraftanlagen nach der Grunderfindung liegt auf einem ziemlich abstrakten Niveau, das oben beschrieben ist. Deshalb wäre es wahrscheinlich nicht falsch, die Grunderfindung als die erste Deklaration und die erste Definition einer neuen Art oder sogar einer neuen Klasse von Windkraftanlagen zu betrachten.

Nach der Grunderfindung unterteilt jede lokale horizontale Achse das entsprechende Rotorblatt in einen kleinen Teil (41) und einen großen Teil (42). Der Unterschied zwischen dem Gewicht des kleinen Teiles und dem Gewicht des großen Teiles ist so gering, dass normalerweise der Wind das Rotorblatt (1) um die lokale horizontale Achse drehen kann. Der große Teil muss nicht unbedingt der schwerste sein. Neben oder mit jedem Rotorblatt ist eine Hauptsperrvorrichtung (40), die das Drehen des Rotorblatts im Wesentlichen nur in eine Richtung zulässt, befestigt. Diese Hauptsperrvorrichtung weist Federn (51) oder pneumatische Dämpfer (49) oder ein federndes Gitter (43) auf. Die eigene Federung des Gitters kann durch Ergänzungsfedern (45) oder federnde Moduln (46) oder pneumatische Dämpfer (46) ersetzt werden.

Die vorgeschriebenen Merkmale weist auch die Ergänzungserfindung auf. Diese Merkmale ermöglichen die Nutzung der Energie eines schwachen Windes und bieten gleichzeitig die Möglichkeit den Windböen eines Sturmwindes zu widerstehen. Außerdem schaffen diese Merkmale die Hauptvoraussetzung für eine dezentralisierte Struktur. Der zentralen vertikalen Achse (2) müssen nicht unbedingt eine zentrale Welle und ein zentraler Elektrogenerator entsprechen und die zentrale vertikale Achse kann lediglich wie eine geometrische Linie auf der Zeichnung existieren, obwohl z.B. eine Konstruktion mit der Gondel (27) und dem Turm (28) oder eine Konstruktion mit der zweiteiligen Gondel (52, 53) und den schlanken Stützen (54), bei denen eine zentrale Welle und ein zentraler Elektrogenerator möglich sind, auch gebaut werden können. Also sind sowohl Ausführungen mit der gewöhnlichen zentralen Welle und dem gewöhnlichen zentralen Elektrogenerator als auch ungewöhnliche Ausführungen mit einer dezentralisierten Struktur (7, 8) und einem leeren Zentrum möglich. Es ist auch wichtig, dass die vorgeschlagene Art von Windkraftanlagen Einbau eines massiven Windenergie-Speicher-Puffers zulässt. Damit ist eine Speicherung nicht nach, sondern vor der Umwandlung in die Elektroenergie gemeint. Wenn die Windenergie für die Elektrogeneratoren zu hoch ist, muss dieser Puffer zeitbedingt den Überfluß der Windenergie speichern.

Die neue Erfinderaufgabe, die in erster Linie Flexibilität der Konstruktions-Struktur und Leistungsfähigkeit in Betracht nimmt, ist durch eine neue flexibele Hierarchie von technischen Lösungen gelöst.

1. Lösung (1).

Jedes Rotorblatt (1), ist in einer Zelle (61) jedes Trägers (11), der in diesem Fall einem Makrogitter (11) gleicht, installiert.

2. Lösung (2, 3, 5), die mit der Lösung 1 verbunden ist.

Neben oder mit jedem Rotorblatt ist eine Zusatzsperrvorrichtung (39, 44) befestigt, die bei den Luftturbulenzen das ungewünschte Umdrehen des Rotorblatts (1) von oben heraus verhindert, nicht komplizierter als die Hauptsperrvorrichtung (40) ist und mit der Hauptsperrvorrichtung eine integralle Konstruktion (50) zusammenstellen kann.

3. Lösung (2), die mit der Lösung 1 oder 2 verbunden ist.

Falls der größte Teil (42) des Rotorblatts (1) der schwerste ist, enthält dieser Teil relativ dünnere Komponenten und relativ leichtere Stoffe, die relativ elastischer sein dürfen. Das lohnt sich, wenn sich dadurch eine Möglichkeit erreichen lässt, das Gewicht des Rotorblatts wesentlich zu verringern. Das ist die Hauptvariante des Rotorblatts, die für die Nutzung des schwachen Windes die beste ist, obwohl sie, wenn die breiten Gitter der Sperrvorrichtungen gleichzeitig verwendet werden, für die Nutzung des starken Windes auch verwendet werden kann. Um die Spannungen, die ein starker Wind macht, im Wesentlichen zu vermeiden, könnte es jedoch sinnvoll sein, die alternative Variante, die den schweren kleinen Teil (41) und den relativ leichten großen Teil (42) aufweist, mit der Hauptvariante paarweise zu verwenden (1, 6, 8).

4. Lösung, die mit einer der Lösungen 1 bis 3 verbunden ist.

Die Rotorblätter (1) enthalten mindestens einen transparenten Stoff, was sie teilweise oder vollständig transparent macht. Im Gegensatz zu den bekannten Windkraftanlagen ließ sich diese Eigenschaft in der vorgeschlagenen Windkraftanlage relativ einfach erreichen, weil die Rotorblätter nach dieser Erfindung relativ leicht sein können. Dieses Merkmal ist wichtig, wenn die vorgeschlagene Windkraftanlage auf dem Land oder in einer Stadt aufgestellt ist, weil sie normalerweise sehr groß ist und viel Schatten werfen könnte, und dieses Merkmal ist nicht wichtig, wenn die vorgeschlagene Windkraftanlage im Meer stationiert ist. Tatsächlich muss man sich im Offshore-Bereich bezüglich des Schattens keine Sorgen machen.

5. Lösung, die mit einer der Lösungen 1 bis 4 verbunden ist.

Die Zahl der Makrogitter beträgt 3 bis 6 pro Rotor der Windkraftanlage, wobei ein einziger Rotor der typische Fall ist. Auf den Zeichnungen sind nur die Varianten mit 4 Makrogitter pro Rotor dargestellt. Die Variante mit zwei Rotoren ist nur in 8 dargestellt. Optional weist jedes Makrogitter Makromoduln (57) auf, von denen jeder viele Rotorblätter aufweist. Das Wort „optional" bedeutet „extra" und „nicht unbedingt", vereinfacht die Beschreibung und ermöglicht eine Reduzierung der Zahl von Ansprüchen. Das Makromodul-Prinzip beim Bau der Makrogitter bietet eine der Möglichkeiten, Leistungsfähigkeit der Windkraftanlage flexibel zu variieren und den Bau zu vereinfachen.

6. Lösung, die mit einer der Lösungen 1 bis 5 verbunden ist.

Der äußere Rahmen des Makrogitters kann die Form eines Rechtecks (6) bishin zu einem Ring (9, 10) mit oder ohne Ausschnitt (7, 8) aufweisen und die Zellen des Makrogitters sind bevorzugt klein. Das Makrogitter, das einen ringförmigen Rahmen aufweist, ist bezüglich des Verhältnisses Festigkeit/Gewicht das beste, aber lässt keine Makromoduln zu oder braucht viele kleine Rotorblätter und/oder einen großen Durchmesser, um den Verlust der ausnutzenden Fläche zu vermindern. Man könnte sich nach der Größe 10 bis 100m für das Makrogitter orientieren.

Je mehr Rotorblätter in einem Makrogitter installiert sind, desto kleiner sind deren Größen im Vergleich zur Größe der ganzen Windkraftanlage, desto relativ weiter sind sie vom Zentrum der Windkraftanlage entfernt und desto geringer ist die Liniengeschwindigkeit ihrer Enden gegenüber dem Makrogitter, was die aerodynamischen Eigenschaften und die Funktionsfähigkeit der Windkraftanlage verbessert. Dabei spielt absolute Größe der Windkraftanlage auch eine wichtige Rolle – je größer, desto besser. An einer abstrakten, mathematischen Grenze hätten wir eine Windkraftanlage mit virtuellen Makro-Rotorblättern, die nur dann erscheinen, wenn die entsprechenden Makrogitter zu den richtigen Positionen gelangen. Wenn sich die Zahl der Rotorblätter im Makrogitter dem Infinitum annähert, wird das Makrogitter mit diesen Rotorblättern zusammen zu einem großen virtuellen Rotorblatt. Die Abstraktion mit der mathematischen Grenze ermöglicht es das Wesen der Idee besser zu verstehen.

7. Lösung (7, 8), die mit einer der Lösungen 1 bis 6 verbunden ist.

Die Makrogitter (11) sind auf einem Makroring (36) befestigt und stellen mit diesem Makroring einen Ring-Rotor zusammen. Der Makroring rollt über Raumstützen (29), die Räder (35) aufweisen, ohne eigene Räder. Weil sich die Geschwindigkeit des Windes und die Umdrehungszahl der Windkraftanlage nicht ändern, egal wie weit man sie vom Zentrum der Windkraftanlage misst, sind die Rotorblätter mit verschiedenen Abständen vom Zentrum der Windkraftanlage unterschiedlich belastet und das verringert die Effektivität. Deshalb wäre es wahrscheinlich sinnvoll, mindestens zwei unabhängige Ring-Rotoren, die ein gemeinsames geometrisches Zentrum aufweisen, zu bauen. Dabei rollten die Makroringe über Raumstützen mit verschiedenen Umdrehungszahlen, aber mit gleichen Liniengeschwindigkeiten entlang ihren zentralen Kreislinien.

Die Zahl der Raumstützen beträgt 3 bis 16, normalerweise 4 pro Ring-Rotor. Nach Bedarf weisen einige oder alle Raumstützen in ihren inneren Räumen Getriebe und Elektrogeneratoren auf. Dabei kann das Zentrum der Windkraftanlage leer bleiben. Diese Struktur senkt Forderungen an die Übersetzungsverhältnisse der Getriebe und macht es leicht, die Zahl der Elektrogeneratoren flexibel zu variieren. Jedes Getriebe kann optional das Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen. Wahrscheinlich wäre es auch sinnvoll, die Elektrogeneratoren von einem Gebiet zu einem anderen Gebiet nach gegenwärtigen Windbedingungen zu transportieren und aufs Neue zu installieren. Das wäre schon ein neuer Standpunkt, der bisher undenkbar war. Aus dieser Sicht heraus ist es schon wichtig, wie leicht eine Windkraftanlage die Elektrogeneratoren installieren und deinstallieren lässt und ob die Konstruktion der Elektrogeneratoren dafür erfolgreich geeignet gemacht ist. Nach dieser Idee könnte man den Park von Elektrogeneratoren flexibel nutzen und dadurch Ersparungen beziehen.

Solche Windkraftanlagen könnten gewaltig groß sein, z.B. mit einer Höhe von 70 bis 150m und einem Durchmesser von 200 bis 500m, sowohl für das Land als auch für den Offshore-Bereich. Dabei wären Leistungen von 20, 30, 50, 100MW pro Windkraftanlage leichter zu erreichen als für die Horizontalachsen-Windkraftanlagen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Elektrogeneratoren für solche Windkraftanlagen auch gewaltig groß sein müssen. Eine Raumstütze könnte über mehr als einen Elektrogenerator verfügen und diese Elektrogeneratoren könnten ganz mäßige Größen haben. Relativ kleine Varianten sind auch möglich. Z.B. könnte man sich ein Gebäude, dessen Architektur mit der Konstruktion einer Windkraftanlage integriert ist, vorstellen. Ob das schön oder unschön aussehen wird, ist von der Kunst der Architekten und Konstrukteuren abhängig. Flexibilität der Konstruktions-Struktur gibt dafür viel Freiheit.

8. Lösung (7, 8), die mit der Lösung 7 verbunden ist.

Der Makroring (36, 38) weist einen unteren Ring und/oder untere Oberflächen auf, die bei ihrer Rotation erste Räder (37) der Getriebe in Bewegung bringen. Die ersten Räder jedes Getriebes fixieren nebenbei das Zentrum des Makrorings indirekt und machen so eine zentrale vertikale Welle überflüssig.

Man könnte die Räder (35), auf die sich der Makroring stützt und über die er bei seiner Rotation rollt, als erste Räder der Getriebe benutzen. Wenn jedoch der Ring-Rotor relativ leicht ist und starke Elektrogeneratoren sehr großen Widerstand leisten, könnte das zum Durchgleiten führen.

Wenn das Verhältnis vom Raddurchmesser zu dem Durchmesser des Rad-Kugellagers oder des Rad-Rollenlagers groß ist, könnte der entsprechende Teil der Reibung gering genug sein. Glatte Reifen der unterstützenden Räder (35) könnten den anderen Teil der Reibung verringern. In jedem Fall werden die Elektrogeneratoren viel größeren Widerstand leisten, weil sich die ersten Räder der Getriebe oder die Räder, mit denen Elektrogeneratoren direkt verbunden sind, ziemlich weit von der zentralen vertikalen Achse befinden.

9. Lösung (7, 8), die mit der Lösung 7 oder 8 verbunden ist.

Jede Raumstütze (29), in deren inneren Raum mindestens ein Elektrogenerator installiert ist, weist auch einen Windenergie-Speicher-Puffer auf. Wenn Windenergie für die Elektrogeneratoren zu hoch ist, speichert dieser Puffer zeitbedingt Überfluß der Windenergie. Der Windenergie-Speicher-Puffer weist ein Eingangs-Getriebe, einen Luftkompressor, ein Druckluft-Reservoir, ein Ventil, eine Luftturbine und ein Ausgangs-Getriebe auf. Die Windkraftanlage kann auch ein großes zentrales Druckluft-Reservoir, das sich unter der Boden-Oberfläche oder in einem zentralen Raumturm befinden könnte, aufweisen. Der mechanische Eingang des Luftkompressors ist mit dem drehenden Makroring durch das Eingangs-Getriebe verbunden. Der Luft-Ausgang des Luftkompressors ist mit dem Luft-Eingang des Druckluft-Reservoirs verbunden. Der Luft-Ausgang des Druckluft-Reservoirs ist mit dem Luft-Eingang der Luftturbine durch das Ventil verbunden. Der mechanische Ausgang der Luftturbine ist mit dem Rotor eines der Elektrogeneratoren durch das Ausgangs-Getriebe verbunden. Das alles wird durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert. Wenn der Wind zu stark ist, arbeiten die Elektrogeneratoren und der Luftkompressor gleichzeitig oder der Luftkompressor arbeitet allein. Wenn der Wind zu schwach ist, bekommt die Luftturbine Druckluft und dreht durch das Ausgangs-Getriebe den Rotor eines der Elektrogeneratoren.

Jede einzelne Raumstütze mit allen erwähnten Elementen innendrin kann man als eine ziemlich selbstständige Anlage betrachten und für die Windkraftanlage das Makromodul-Prinzip verwenden. Das ist auch ein neuer Standpunkt. Eine herkömmliche Windkraftanlage kann man nicht in identische Teile teilen.

10. Lösung (10, 11), die mit einer der Lösungen 1 bis 6 verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist einen großen Träger-Diskus (12) auf, mit dem die Makrogitter (11) teilweise integriert sind und dessen Zentrum auf der zentralen vertikalen Achse der Windkraftanlage liegt. Dieser Träger-Diskus, der optional ein zentrales Fenster aufweisen kann, und die Makrogitter stellen den Rotor der Windkraftanlage zusammen. Unter dem Träger-Diskus sind Elektrogeneratoren (89), Getriebe (80), Räder (69), die den drehenden Träger-Diskus unterstützen, und die Räder, die von diesem Diskus zu den Elektrogeneratoren durch Getriebe Bewegung übertragen, angeordnet. Die Unterstützungs-Funktion und die Übertragungs-Funktion können von denselben Rädern (69) erfüllt werden.

Das Zentrum des Träger-Diskus ist direkt durch eine zentrale vertikale Welle und ein Rollenlager oder indirekt durch einen unteren Ring des Träger-Diskus und vertikalachse Räder an diesem unteren Ring entlang fixiert. Die indirekte Fixierung ist nötig, wenn der Träger-Diskus ein zentrales Fenster aufweisen muss. Die Fixierungs-Funktion und die Übertragungs-Funktion können von denselben Rädern erfüllt werden. Unter einem solchen Träger-Diskus könnte sich ein Gebäude, z.B. eine Fabrik, die keinen äußeren Energie-Nachschub unbedingt braucht, befinden. Statt des Gebäudes kann man einen Raumturm mit einem Druckluft-Reservoir und/oder einen Berg benutzen. Allerdings muss diese Subart nicht unbedingt gewaltig groß sein. Relativ kleine Varianten für normale Hoch-Gebäude sind auch möglich. Dabei muss der Träger-Diskus das erwähnte zentrale Fenster aufweisen, um den Ventilatoren und Antennen Platz zu geben.

11. Lösung (10 – 12), die mit der Lösung 10 verbunden ist.

Falls der Träger-Diskus (12) groß genug ist, sind 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (80) und Elektrogeneratoren (89) unter dem angeordnet. Jedes Getriebe bindet nach gegenwärtigen Windbedingungen die Rotoren der benachbarten Elektrogeneratoren mittels der Räder (81, 82) an den Rotor-Wellen dieser Elektrogeneratoren und eines Zwischenrads (85) durch ein Vorschubgetriebe (87) zusammen. Außerdem bindet jedes Getriebe nach gegenwärtigen Windbedingungen eines der Räder an den Rotor-Wellen der benachbarten Elektrogeneratoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads (83, 84) durch ein Vorschubgetriebe (86). Je stärker der Wind ist, desto mehr ist Zahl der Elektrogeneratoren, die benutzt werden, und desto kleiner ist die Kreislinie der unteren Oberfläche des Träger-Diskus, die benutzt wird. Jedes Getriebe kann optional das Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen.

12. Lösung (10 – 12), die mit der Lösung 11 verbunden ist.

Unter dem Träger-Diskus sind 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (70) und Luftkompressoren (79), ein großes zentrales Druckluft-Reservoir, Druckluft-Rohre, Luftturbinen (99), Ventile und Getriebe zwischen den Lufturbinen und den Elektrogeneratoren, die einen Windenergie-Speicher-Puffer zusammenstellen, angeordnet. Jedes Getriebe (70) bindet nach gegenwärtigen Windbedingungen die Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren mittels der Räder an den Eingangs-Wellen dieser Luftkompressoren und eines Zwischenrads durch ein Vorschubgetriebe zusammen. Außerdem bindet jedes Getriebe (70) nach gegenwärtigen Windbedingungen eines der Räder an den Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads durch ein Vorschubgetriebe. Also ist die Konstruktion des Getriebes (70) in den Ketten mit den Getrieben und den Luftkompressoren ähnlich der Konstruktion des Getriebes (80) in den Ketten mit den Getrieben und den Elektrogeneratoren. Je stärker der Wind ist, desto mehr ist Zahl der Luftkompressoren, die benutzt werden, und desto kleiner ist die Kreislinie der unteren Oberfläche des Träger-Diskus, die benutzt wird. Die Luftkompressoren werden benutzt, wenn die Elektrogeneratoren die ganze Windenergie nicht ausnutzen können. Jedes Getriebe kann optional das Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen. Die Luft-Ausgänge der Luftkompressoren sind mit dem zentralen Druckluft-Reservoir verbunden. Das zentrale Druckluft-Reservoir ist seinerseits mit den Luft-Eingängen der Luftturbinen durch die Ventile verbunden. Die mechanischen Ausgänge der Luftturbinen sind mit den vom Zentrum ausgesehen ersten Elektrogeneratoren durch die entsprechenden Getriebe verbunden.

Wenn die Windenergie für die Elektrogeneratoren zu hoch ist, speichert der Windenergie-Speicher-Puffer zeitbedingt Überfluß der Windenergie. Wenn der Wind zu schwach ist, bekommen die Luftturbinen Druckluft und drehen durch die entsprechenden Getriebe die Rotoren der Elektrogeneratoren. Das alles wird durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert.

Erklärungen zu den Zeichnungen
1 Stehende Variante der Windkraftanlage mit dem Turm (28) und der Gondel (27). Die Zellen (61) des linken Makrogitters (11) zeigen ihre Frontseiten, wobei die entsprechenden Rotorblätter in der laufenden Halbperiode der Rotation dem Wind einen starken produktiven Widerstand leisten und den Zug erzeugen. Die Zellen des rechten Makrogitters (11) zeigen ihre Hinterseiten, wobei die entsprechenden Rotorblätter in der laufenden Halbperiode der Rotation gegenüber dem Wind einen geringen unproduktiven Widerstand leisten.
2 Frontseite der Zelle (61) des Makrogitters (11). Ein Rotorblatt ist in der Zelle installiert.
3 Variante des Rotorblatts mit den Sperrvorrichtungen, die mit Haltern oder federnden Moduln oder pneumatischen Dämpfern auf der lokalen horizontalen Welle innerhalb des Rotorblatts befestigt sind. Das Rotorblatt nach dieser Variante könnte besonders dünn und leicht sein, weil die Gitter der Sperrvorrichtungen das eigene Skelett des Rotorblatts teilweise ersetzen.
4 Variante des Rotorblatts mit den Sperrvorrichtungen, die Federn und Sperrscheiben innerhalb des Rotorblatts aufweisen.
5 Variante des Rotorblatts mit den seitlichen pneumatischen Hauptsperrvorrichtungen und seitlichen harten Zusatzsperrvorrichtungen.
6 Stehende Variante der Windkraftanlage mit einem Turm (28), der einen Raum für einen Windenergie-Speicher-Puffer aufweist. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. könnte der Abstand zwischen dem Boden und den Makrogittern ungefähr 20 bis 30m sein. Ofshore-Bereich ist möglich.
7 Dezentralisierte Variante der Windkraftanlage mit dem Makroring (36). Der Makroring und die Makrogitter (11) stellen einen Ring-Rotor zusammen. Querschnitt. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. Durchmesser von 200 bis 400m und Höhe von 100 bis 150m. Ofshore-Bereich ist möglich.
8 Dezentralisierte Variante der Windkraftanlage mit zwei Ring-Rotoren, die ein gemeinsames geometrisches Zentrum haben. Querschnitt. Supergröße und Superleistungen sind gemeint , z.B. ein Durchmesser von 300 bis 500m und eine Höhe von 100 bis 150m. Ofshore-Bereich ist möglich.
9 Stehende Variante der Windkraftanlage mit einer großen zweiteiligen Gondel (27) und kreisförmigen Makrogittern (11). Der drehnde Teil (52) der Gondel und die Makrogitter stellen den Rotor der Windkraftanlage zusammen. Die Form der Gondel ist entlang ihrer horizontalen zentralen Kreislinie nach der Form des Makrogitters teilweise abgeschnitten. Die Gondel steht auf schlanken Stützen (54) und weist einen Raum für Getriebe, Elektrogeneratoren und einen Windenergie-Speicher-Puffer auf. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. könnten die Stützen ungefähr 30 bis 40m hoch sein. Diese Variante lohnt sich, wenn es auf dem Boden kein Platz gibt.
10 Liegende Variante der Windkraftanlage mit einem großen Träger-Diskus (12) und kreisförmigen Makrogittern (11). Das entsprechende Gebäude könnte auch einen Raum für ein großes Druckluft-Reservoir und eine Fabrik aufweisen. Die gezeichneten Gebäude dienen hier nur zur Hervorhebung der Größe der Windkraftanlage und stellen keinen Architektur-Vorschlag dar. Die Architektur muss modern und schön sein. Stationierung auf einem kleinen Berg ist immer von Vorteil.
11 Unterstützungs-Räder (69), Getriebe (70, 80), Elektrogeneratoren (89), Luftkompressoren (79), Luftturbinen (99), lokale Druckluft-Rohre und ein zentrales Druckluft-Sammelrohr (90), die unter dem großen Träger-Diskus (12) auf einer inneren stationären Oberfläche (60) liegen und eine radiale Struktur zusammenstellen. Es ist gemeint, dass ein großes Druckluft-Reservoir mit dem zentralen Druckluft-Sammelrohr (90) verbunden ist und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus den Elektrogeneratoren und Luftkompressoren durch die Räder und Getriebe Bewegung gibt. Computer-Steuerung ist gemeint.
12A Substruktur Elektrogenerator-Getriebe-Elektrogenerator. Querschnitt. Die Räder 83 und 81 oder 84 und 82 übertragen Bewegung von der unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus bis zu einem der Elektrogeneratoren. Das Rad 85 bindet Rotoren von den zwei benachbarten Elektrogeneratoren durch die Räder 81 und 82 zusammen. Die Vorschubgetriebe 86 und 87 machen die entsprechenden Stellungen. Die Elemente 81 bis 87 stellen das Getriebe 80 zusammen. Das ist ein einfaches Beispiel. Es wäre besser, wenn ein Getriebe ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen hätte.
12B Substruktur Elektrogenerator-Getriebe-Elektrogenerator. Ansicht von oben.

1: Rotorblatt
2: Zentrale vertikale Achse
11: Träger, der hier einem Makrogitter gleicht
12: Träger-Diskus (10), der mit den Makrogittern (11) teilweise integriert ist
20: Äußere stationäre Fläche
27: Gondel (1, 6, 9)
28: Turm (1, 6)
29: Raumstütze, die einen inneren Raum aufweist (7–8)
31: Lokale horizontale Welle (2, 3)
34: Lokale horizontale Drehungsachse (1, 2, 5)
35: Das Rad der Stütze (7, 8), das den drehenden Makroring unterstützt
36: Makroring (7, 8), der mit den Makrogittern (11) einen Ring-Rotor
: zusammenstellt
37: Erste Räder des Getriebes, das in der Stütze installiert ist (7, 8)
38: Zweiter Makroring (8) in der Struktur mit zwei Ring-Rotoren
39: Zusatzsperrvorrichtung (1–3)
40: Hauptzsperrvorrichtung (1–3)
41: Kleiner Teil des Rotorblatts (1–5)
42: Großer Teil des Rotorblatts (1–5)
43: Gitter der Hauptsperrvorrichtung, das manchmal die ganze Hauptsperr
: vorrichtung darstelt (1–3, 5, 6–8, 10)
44: Gitter der Zusatzsperrvorrichtung, das oft die ganze Zusatzsperrvorrichtung
: darstelt (Fig. 1–3, 5, 6–8, 10)
46: Halter oder federnder Modul oder pneumatischer Dämpfer für die Sperr
: vorrichtungen (Fig. 3, 6–8, 10)
47: Snapperstift (4)
48: Sperrscheibe der integralen Sperrvorrichtung (4)
49: Pneumatischer Dämpfer der integralen Sperrvorrichtung (5)
50: Integrale Sperrvorrichtung (4, 5)
51: Feder der integralen Sperrvorrichtung (4)
52: Drehender Teil der großen zweiteiligen kugelähnlichen Gondel (9)
53: Sationärer Teil der großen zweiteiligen kugelähnlichen Gondel (9)
54: Schlanke Stützen für die große zweiteilige kugelähnliche Gondel (9)
57: Makromodul des Makrogitters (6, 7)
58: Kugellager des Rotorblatts (4, 5)
60: Innere stationäre Fläche (11, 12)
61: Zelle des Makrogitters (1–2), in der ein Rotorblatt installiert ist
69: Rad, das den drehenden Träger-Diskus unterstützt. In diesem Fall kann man
: sagen, dass der Träger-Diskus bei seiner Rotation rollt.
70: Getriebe in der Kette mit den Getrieben und Luftkompressoren
79: Luftkompressor in der Kette mit den Getrieben und Luftkompressoren
80: Getriebe in der Kette mit den Getrieben und Elektrogeneratoren,
: das die Teile 81 bis 87 aufweist
81: Rad an der Welle des Rotors eines der benachbarten Elektrogeneratoren
82: Rad an der Welle des Rotors eines der benachbarten Elektrogeneratoren
83: Rad, das von der unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus
: bis zu einem der benachbarten Elektrogeneratoren durch das Rad 81
: Bewegung überträgt
84: Rad, das von der unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus
: bis zu einem der benachbarten Elektrogeneratoren durch das Rad 82
: Bewegung überträgt
85: Rad, das Rotoren der zwei benachbarten Elektrogeneratoren
: durch die Räder 81 und 82 zusammenkoppelt
86: Vorschubgetriebe, das ein der Räder 83, 84 an eines der Räder 81, 82 und die
: untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus schiebt und so von der
: unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus bis zu einem
: der Elektrogeneratoren Bewegung überträgt
87: Vorschubgetriebe, das das breite Rad 85 an die Räder 81 und 82 schiebt und
: so die Rotoren der zwei benachbarten Elektrogeneratoren zusammenkoppelt
89: Elektrogenerator
90: Zentrales Sammelrohr für Druckluft, das mit dem zentralen Druckluft-
: Reservoir verbunden ist. Das zentrale Druckluft-Reservoir selbst ist
: nicht gezeigt.
99: Luftturbine

Claims

Vertikalachse-Windkraftanlage, in der die Rotorblätter (1) lokale horizontale Drehungsachsen aufweisen und auf den um die zentrale vertikale Achse (2) herum angeordneten Trägern (11) befestigt sind und jede lokale horizontale Achse (34) das entsprechende Rotorblatt (1) in einen kleinen Teil (41) und einen großen Teil (42) teilt, wobei der Unterschied zwischen dem Gewicht des kleinen Teiles und dem Gewicht des großen Teiles, der nicht unbedingt der schwerste sein muss, so gering ist, dass der Wind das Rotorblatt um die lokale horizontale Achse normalerweise drehen kann, und neben oder mit jedem Rotorblatt eine Hauptsperrvorrichtung (40), die das Drehen des Rotorblatts im Wesentlichen nur in eine Richtung zulässt, befestigt ist und diese Hauptsperrvorrichtung Federn oder pneumatische Dämpfer (49) oder ein federndes Gitter (43), dessen eigene Federung durch Ergänzungsfedern (45) oder federnde Moduln (46) oder pneumatische Dämpfer (46) ersetzt werden kann, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorblatt (1) in einer Zelle (61) jedes Trägers (11), der in diesem Fall einem Makrogitter (11) gleicht, installiert ist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben oder mit jedem Rotorblatt (1) eine Zusatzsperrvorrichtung (39, 44), die bei den Luftturbulenzen das ungewünschte Umdrehen des Rotorblatts von oben heraus verhindert, nicht komplizierter als die Hauptsperrvorrichtung (40) ist und mit der Hauptsperrvorrichtung eine integralle Konstrukzion zusammenstellen kann, befestigt ist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass falls der größte Teil des Rotorblatts der schwerste ist, dieser Teil relativ dünnere Komponenten und relativ leichtere Stoffe, die relativ elastischer sein dürfen, aufweist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (1) mindestens einen transparenten Stoff aufweisen, was sie teilweise oder vollständig transparent macht.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Makrogitter (11) 3 bis 6 pro Rotor der Windkraftanlage beträgt, wobei ein einziger Rotor der typische Fall ist, und jedes Makrogitter optional Makromoduln (57) aufweist, von denen jeder viele Rotorblätter aufweist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rahmen des Makrogitters (11) die Form eines Rechtecks bishin zu einem Ring mit oder ohne Ausschnitt aufweisen kann und die Zellen (61) des Makrogitters bevorzugt klein sind.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Makrogitter (11) auf einem Makroring (36) befestigt sind und mit diesem Makroring einen Ring-Rotor zusammenstellen oder zwei unabhängige Makroringe (36, 38) mit den Makrogittern, die auf diesen Makroringen befestigt sind, zwei unabhängige Ring-Rotoren mit einem gemeinsamen geometrischen Zentrum zusammenstellen, wobei der Makroring jedes Ring-Rotors über 3 bis 16 Raumstützen (29), die Räder (35) aufweisen, ohne eigene Räder, rollt und einige oder alle Raumstützen nach Bedarf in ihren inneren Räumen Getriebe und Elektrogeneratoren aufweisen, wobei jedes Getriebe optional das Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen kann.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Makroring (36, 38) einen unteren Ring oder untere Oberflächen, die bei ihrer Rotation erste Räder (37) der Getriebe in Bewegung bringen, aufweist und die ersten Räder der Getriebe nebenbei das Zentrum des Makrorings indirekt fixieren, wobei die Räder (35), auf die sich der Makroring stützt und über die er bei seiner Rotation rollt, auch als erste Räder der Getriebe benutzt werden können.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Raumstütze (29), in deren inneren Raum mindestens ein Elektrogenerator installiert ist, auch einen Windenergie-Speicher-Puffer, der zeitbedingt einen möglichen Überfluß der Windenergie speichern kann, aufweist, wobei der Windenergie-Speicher-Puffer ein Druckluft-Reservoir, anstatt von welchem ein großes zentrales Druckluft-Reservoir unter der Bodenoberfläche oder in einem Raumturm benutzt werden kann, ein Eingangs-Getriebe, einen Luftkompressor, ein Ventil, eine Luftturbine und ein Ausgangs-Getriebe aufweist und der mechanische Eingang des Luftkompressors mit dem drehenden Makroring durch das Eingangs-Getriebe verbunden ist und der Luft-Ausgang des Luftkompressors mit dem Luft-Eingang des Druckluft-Reservoirs verbunden ist und der Luft-Ausgang des Druckluft-Reservoirs mit dem Luft-Eingang der Luftturbine durch das Ventil verbunden ist und der mechanische Ausgang der Luftturbine mit dem Rotor eines der Elektrogeneratoren durch das Ausgangs-Getriebe verbunden ist und das alles durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert wird.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen großen Träger-Diskus (12), mit dem die Makrogitter (11) teilweise integriert sind und dessen Zentrum auf der zentralen vertikalen Achse der Windkraftanlage liegt, aufweist und dieser Träger-Diskus, der optional ein zentrales Fenster aufweist, und die Makrogitter den Rotor der Windkraftanlage zusammenstellen und unter dem Träger-Diskus Elektrogeneratoren (89), Getriebe (80), Räder (69), die den drehenden Träger-Diskus unterstützen, und die Räder, die von diesem Diskus zu den Elektrogeneratoren (89) durch Getriebe (80) Bewegung übertragen, angeordnet sind, wobei die Unterstützung-Funktion und die Übertragungs-Funktion von denselben Rädern (69) erfüllt werden können, und das Zentrum des Träger-Diskus direkt durch eine zentrale vertikale Welle und ein Rollenlager oder indirekt durch einen unteren Ring des Träger-Diskus und vertikalachse Räder diesem Ring entlang fixiert ist, wobei die Fixierungs-Funktion und die Übertragungs-Funktion von denselben Rädern erfüllt werden können.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass falls der Träger-Diskus (12) groß genug ist, 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (80) und Elektrogeneratoren (89) unter diesem angeordnet sind und jedes Getriebe nach gegenwärtigen Windbedingungen die Rotoren der benachbarten Elektrogeneratoren mittels der Räder (81, 82) an den Rotor-Wellen dieser Elektrogeneratoren und eines Zwischenrads (85) durch ein Vorschubgetriebe (87) zusammenbindet und ebenso nach gegenwärtigen Windbedingungen eines der Räder an den Rotor-Wellen der benachbarten Elektrogeneratoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads (83, 84) durch ein Vorschubgetriebe (86) verbindet, wobei jedes Getriebe optional das Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen kann.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Träger-Diskus 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (70) und Luftkompressoren (79), ein großes zentrales Druckluft-Reservoir, Druckluft-Rohre, Luftturbinen (99), Ventile und Getriebe zwischen den Lufturbinen und den Elektrogeneratoren, die einen Windenergie-Speicher-Puffer zusammenstellen, angeordnet sind und jedes Getriebe (70) nach gegenwärtigen Windbedingungen die Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren mittels der Räder an den Eingangs-Wellen dieser Luftkompressoren und eines Zwischenrads durch ein Vorschubgetriebe zusammenbindet und ebenso nach gegenwärtigen Windbedingungen eines der Räder an den Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads durch ein Vorschubgetriebe verbindet, wobei jedes Getriebe (70) optional das Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen kann und die Luft-Ausgänge der Luftkompressoren mit dem zentralen Druckluft-Reservoir verbunden sind und das zentrale Druckluft-Reservoir seinerseits mit den Luft-Eingängen der Luftturbinen (99) durch die Ventile verbunden ist und das alles durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert wird.