DE102009011950A1 - Flow converter i.e. wind power converter, for use in e.g. small industrial area, has tower extending through rotor group, which is rotatably supported at two tower locations that are arranged at distance from each other - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Strömungskonverter, insbesondere einen Windkraftkonverter für den häuslichen und/oder kleingewerblichen Bereich, welcher wenigstens eine von einer Strömung antreibbare Rotorgruppe mit wenigstens einem ersten Rotor aufweist, wobei die Rotorgruppe an einem Mast angeordnet ist.The The invention relates to a flow converter, in particular a wind turbine converter for domestic and / or small commercial area, which is at least one of a flow having a rotatable rotor group with at least one first rotor, wherein the rotor group is arranged on a mast.
Stand der TechnikState of the art
Strömungskonverter
der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Derartige Strömungskonverter
werden beispielsweise in der
Von R & S Windenergy GmbH & Co. KG sind des Weiteren Kleinwindkraftanlagen bekannt, die mit einer Rahmenkonstruktion arbeiten, bei denen die Rotoren in einem Rahmen, mit Lager und Gegenlager, für eine Rotorwelle gelagert sind. Dies bedingt einen erheblichen konstruktiven Aufwand und kann darüber hinaus negative Verwirbelungen des Windes im Bereich der Rotoren durch die Rahmenkonstruktion begünstigen. Dieser Rahmen wirkt sich somit nachteilig auf die Anströmung der Rotoren mit Wind aus und reduziert daher den Wirkungsgrad der Anlage. Darüber hinaus ist durch die Rahmenkonstruktion ein größerer Bauraum erforderlich.From R & S Wind Energy GmbH & Co. KG Furthermore, small wind turbines are known that with a frame construction work in which the rotors are in a frame, with bearings and counter-bearings, are stored for a rotor shaft. This requires a considerable constructive effort and can also be negative Turbulence of the wind in the area of the rotors through the frame construction favor. This framework thus has a disadvantageous effect on the flow of the rotors out with wind and reduced therefore the efficiency of the plant. In addition, through the frame construction requires a larger space.
Des Weiteren sind Kleinwindkraftanlagen bekannt, bei denen Rotoren an einer sogenannten fliegenden Welle angeordnet sind. Eine fliegende Welle ist eine einseitig an einem Mast der Windkraftanlage drehbar gelagerte Welle. Zwischen Mast und Welle ist in der Regel ein Generator angeordnet, welcher die Bewegung der Welle in Strom umwandelt.Of Furthermore, small wind turbines are known in which rotors a so-called flying wave are arranged. A flying wave is a rotatably mounted on one side of a mast of the wind turbine Wave. Between mast and shaft is usually arranged a generator, which converts the movement of the shaft into electricity.
Nachteilig hierbei ist, dass auf die Lagerung der fliegenden Welle große mechanische Belastungen einwirken. Diese Belastungen führen zu einem Kippen der fliegenden Welle relativ zum Mast, wodurch die Lagerung einseitig belastet wird, was zu einer Beschädigung oder zum Verschleiß der relativ teuren Welle und/oder der aufwendigen Lagerung führen kann.adversely here is that on the storage of the flying wave large acting on mechanical loads. These burdens lead to tilt the flying wave relative to the mast, causing the Storage is loaded on one side, resulting in damage or to wear the relatively expensive shaft and / or the can lead to expensive storage.
Ein weiterer Nachteil ist das hohe Eigengewicht der Welle, das aufgrund der Stabilitätsanforderungen erforderlich ist. Das hohe Eigengewicht bewirkt ein hohes Anlaufmoment, was dazu führt, dass die Rotoren derartiger Kleinwindkraftanlagen erst bei höheren Windstärken zu drehen beginnen. Dies reduziert das Einsatzgebiet der Kleinwindkraftanlagen auf Regionen, in denen regelmäßig stärkere Winde herrschen und reduziert darüber hinaus den Wirkungsgrad der Anlagen.One Another disadvantage is the high weight of the shaft, due to the stability requirements is required. The high Dead weight causes a high starting torque, which leads to that the rotors of such small wind turbines only at higher Wind forces begin to turn. This reduces the field of application small wind turbines on regions where regular stronger winds prevail and reduce over it In addition, the efficiency of the plants.
Ein weiterer Nachteil ist, dass durch die notwendige Anordnung des Generators zwischen Mast und Welle der Generator in seiner Bauweise und Auslegung speziell angefertigt werden muss. Dies erfordert aufwendige Tests in Windkanälen mit langen Lieferzeiten.One Another disadvantage is that due to the necessary arrangement of the generator between mast and shaft the generator in its construction and design must be made specially. This requires elaborate tests in wind tunnels with long delivery times.
Die verwendeten Generatoren müssen darüber hinaus in der Regel exakt auf die Baugröße der Kleinwindkraftanlage ausgelegt werden. Die Generatoren sind aus diesem Grund regelmäßig Spezialanfertigungen, die in kleinen Stückzahlen gefertigt werden und dementsprechend teuer sind.The used generators must go beyond that usually exactly the size of the small wind turbine be interpreted. The generators are regular for this reason Custom-made products, produced in small quantities and are therefore expensive.
Es ist auch bekannt, handelsübliche Generatoren einzusetzen, hierfür bedarf es jedoch wiederum eines Getriebes, was neben den zusätzlichen Kosten für das Getriebe den Wirkungsgrad der Anlage erheblich reduziert.It is also known to use commercial generators, However, this in turn requires a transmission, which besides the extra cost of the gearbox considerably reduces the efficiency of the system.
Aufgabetask
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Strömungskonverter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Konstruktionsaufwand erheblich verringert ist, wobei der Wirkungsgrad des Strömungskonverters möglichst hoch sein soll und der Strömungskonverter auch hohen Lasten ohne vorzeitigen Verschleiß standhalten soll.From that the invention is based on the object, a flow converter of the type mentioned above to improve that the design effort is significantly reduced, the efficiency of the flow converter should be as high as possible and the flow converter withstand high loads without premature wear should.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Strömungskonverter gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The Task is solved by a flow converter according to claim 1. Advantageous embodiments The invention are the subject of the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßer Strömungskonverter weist wenigstens eine von einer Strömung antreibbare Rotorgruppe auf, welche seinerseits wenigstens ein erstes Rotormodul aufweist. Durch die Strömung wird das Rotormodul in Drehung versetzt und die hieraus erzeugte kinetische Energie des Rotormoduls kann in andere Energieformen umgewandelt werden. Die Rotorgruppe ist dabei an einem Mast angeordnet, mit welcher der Strömungskonverter in der Strömung positionierbar ist.One has inventive flow converter at least one rotor group drivable by a flow which in turn has at least one first rotor module. The flow causes the rotor module to rotate and the kinetic energy of the rotor module generated therefrom can be transformed into other forms of energy. The rotor group is arranged on a mast, with which the flow converter is positionable in the flow.
Der erfindungsgemäße Strömungskonverter ist insbesondere ein Windkraftkonverter, bevorzugt ein Kleinwindkraftkonverter für den häuslichen oder kleingewerblichen Bereich. Derartige Kleinwindkraftkonverter können ohne Weiteres in Wohngebietsnähe, in Gewerbegebieten oder dergleichen aufgestellt werden.Of the flow converter according to the invention in particular a wind power converter, preferably a small wind power converter for domestic or small business use. Such small wind power converters can easily in residential area, in industrial areas or the like be set up.
Der erfindungsgemäße Kleinwindkraftkonverter ist bevorzugt nach dem eingangs erwähnten Savonius-Prinzip aufgebaut, womit die Rotoren im Wesentlichen um eine senkrecht angeordnete Achse drehbar sind.Of the Small wind power converter according to the invention is preferred constructed according to the Savonius principle mentioned at the beginning, with which the rotors are essentially arranged vertically Axle are rotatable.
Hinsichtlich
der geometrischen Ausgestaltung der Rotormodule wird auf die bislang
unveröffentlichte
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Mast sich durch die Rotorgruppe erstreckt, wobei die Rotorgruppe an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen des Mastes gelagert ist. Hierdurch wird erreicht, dass die auf das Rotormodul wirkende Kraft über mehr als eine Stützstelle in den Mast eingeleitet wird, was die Belastung der Lagerung der Rotorgruppe erheblich reduziert.According to the invention provided that the mast extends through the rotor group, wherein the rotor group is spaced from each other by at least two Positions of the mast is stored. This ensures that the force acting on the rotor module over more than one support point introduced into the mast, which is the load of bearing the rotor assembly considerably reduced.
Ein weiterer Vorteil ist, dass keine schwere und damit träge fliegende Weile mehr erforderlich ist, die den Wirkungsgrad der Vorrichtung herabsetzt. Stattdessen wird lediglich die Rotorgruppe an dem Mast gelagert, wodurch sich eine erhebliche Gewichtseinsparung ergibt. Das wenigstens eine Rotormodul dreht sich um den starren Mast, ohne eine eigene Welle zu benötigen. Damit lässt sich insgesamt leichteres Anlaufen und ein erheblich höheres Drehmoment erreichen, was den Wirkungsgrad der Windkraftanlage weiter steigert.One Another advantage is that no heavy and therefore sluggish flying while more is needed, the efficiency of the Device degrades. Instead, only the rotor group stored on the mast, resulting in a significant weight saving results. The at least one rotor module rotates about the rigid Mast without needing a separate wave. Leave it overall easier start-up and a considerably higher Achieve torque, which continues the efficiency of the wind turbine increases.
Dadurch, dass der Mast als durchgehender Mast gestaltet sein kann, lässt sich insgesamt eine höhere Stabilität des Mastes und damit des Strömungskonverters erreichen.Thereby, that the mast can be designed as a continuous mast leaves Overall, a higher stability of the mast and thus reach the flow converter.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorgruppe ein zweites Rotormodul aufweist. Das zweite Rotormodul ist bevorzugt drehfest mit dem ersten Rotormodul verbunden. Auf diese Weise lässt sich die anströmbare Fläche und damit die Leistung des Strömungskonverters steigern. Bevorzugt sind die Rotoren des ersten Rotormoduls und des zweiten Rotormoduls in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet, was ein sicheres Anlaufen einer stillstehenden Rotorgruppe bei aufkommender Strömung sicherstellt.According to one Further development of the invention is provided that the rotor group has a second rotor module. The second rotor module is preferably rotationally fixed connected to the first rotor module. That way the inflatable surface and thus the performance increase the flow converter. The rotors are preferred the first rotor module and the second rotor module in the circumferential direction arranged offset to each other, which is a safe start a secures stationary rotor group with rising current.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem unteren Ende der Rotorgruppe ein Antriebselement zur Übertragung der Rotationsbewegung der Rotorgruppe vorgesehen ist, wodurch sich ein Energiewandler der Energie der Rotationsbewegung der Rotorgruppe in einem unteren Bereich des Strömungskonverters anordnen lässt.According to one Another advantageous development of the invention is that at a lower end of the rotor group, a drive element for transmission the rotational movement of the rotor group is provided, whereby an energy converter of the energy of the rotational movement of the rotor group arrange in a lower region of the flow converter leaves.
Das Antriebselement ist bevorzugt an einer unteren Fläche des ersten Rotormoduls angeordnet. Auf diese Weise lässt sich mit besonders einfachen Mitteln eine drehfeste Verbindung zwischen Antriebselement und Rotorgruppe erreichen sowie die Anströmung der Rotorgruppe optimieren. Weiterhin lässt sich der Strömungskonverter auf diese Weise besonders kompakt aufbauen.The Drive element is preferably on a lower surface of the arranged first rotor module. That way you can with particularly simple means a rotationally fixed connection between Drive element and rotor group reach as well as the flow optimize the rotor group. Furthermore, the flow converter can be build up very compact in this way.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebselement ringförmig ausgebildet ist und zum Drehzentrum des Antriebselementes weisende Kopplungsmittel aufweist. Die Kopplungsmittel dienen zum Ankoppeln eines Energiewandlers und zum Übertragen der Energie auf den Energiewandler.According to one Further development of the invention it is provided that the drive element annular is formed and facing the center of rotation of the drive element Having coupling means. The coupling means serve for coupling an energy converter and to transfer the energy the energy converter.
Durch die ringförmige Ausbildung des Antriebselementes und die Anordnung der Kopplungsmittel an der Innen- oder Außenseite des Rings lässt sich darüber hinaus eine optimale Übertragung des Drehmomentes erreichen, was das Anlaufmoment der Rotorgruppe weiter reduziert, da die durch den oder die Energiewandler wirkenden Momente durch das hohe Drehmoment des Antriebselementes leichter überwindbar sind.By the annular formation of the drive element and the Arrangement of the coupling means on the inside or outside In addition, the ring allows optimal transmission of the torque reach what the starting torque of the rotor group further reduced because those acting by the one or more energy converters Moments more easily overcome by the high torque of the drive element are.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der oder die Energiewandler exzentrisch zur Rotorgruppe angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich ein durchgehender Mast vorsehen, der eine höhere Stabilität aufweist. Des Weiteren lässt sich durch die Anordnung des Energiewandlers auf einfache Weise eine Übersetzung verwirklichen, die einen Antrieb des Energiewandlers in einem geeigneten Drehzahlbereich ermöglicht, ohne ein Getriebe vorsehen zu müssen.One Another advantage arises when the or the energy converter eccentric are arranged to the rotor group. That way to provide a continuous mast, which has a higher stability. Furthermore, can be by the arrangement of the energy converter easily realize a translation that allows a drive of the energy converter in a suitable speed range, without having to provide a transmission.
Darüber hinaus wird durch die exzentrische Anordnung des Energiewandlers ermöglicht, dass statt eines Energiewandlers mehrere Energiewandler vorgesehen werden können, die an unterschiedlichen Positionen unterhalb des Strömungskonverters angeordnet sind und an unterschiedlichen Orten an dem Antriebselement der Rotorgruppe abgreifen.About that addition, the eccentric arrangement of the energy converter allows that instead of an energy converter several energy converters provided can be at different positions below the flow converter are arranged and at different Tapping places on the drive element of the rotor group.
Ein Energiewandler kann insbesondere ein Stromerzeuger, eine Hydroheizung und/oder eine Pumpe, beispielsweise eine Wasserpumpe oder ein Kälteaggregat sein. Auf diese Weise ist es möglich, strömungskraftbetätigte Vorrichtungen anzugeben, die unterschiedlichen Zwecken dienen können, aber auf derselben Plattform aufgebaut sind. So können die erfindungsgemäßen Strömungskonverter durch Verwirklichung des Plattformkonzeptes besonders günstig aufgebaut werden.An energy converter may in particular be a power generator, a hydro heater and / or a pump, for example a water pump or a refrigeration unit. In this way it is possible to provide flow-force actuated devices which can serve different purposes but are constructed on the same platform. So can the flow converters according to the invention can be constructed particularly favorably by realizing the platform concept.
Besonders bevorzugt ist die Rotorgruppe in einem oberen und in einem unteren Endbereich gelagert. Auf diese Weise lässt sich ein Dreh- oder Kippmoment auf die Rotorgruppe, wie sie beispielsweise bei böigen Winden auftreten kann, bestmöglich abstützen.Especially Preferably, the rotor group is in an upper and in a lower End area stored. In this way, a turntable or tilting moment on the rotor group, as for example in gusty winds can occur, supporting the best possible.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Strömungskonverter kein die Rotorgruppe umgebendes Gehäuse oder keinen die Rotorgruppe umgebenden Rahmen aufweist. Somit kann erreicht werden, dass die Anströmung der Rotoren der Rotorgruppe nicht durch ein Gehäuse oder einen Rahmen gestört wird, was den Wirkungsgrad verringern würde.According to one Further advantageous development is provided that the flow converter no housing surrounding the rotor group or none Rotor group has surrounding frame. Thus it can be achieved that the flow of the rotors of the rotor group not through a housing or a frame is disturbed, what would reduce the efficiency.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement eine Antriebskette oder einen Zahnkranz aufweist, mit welchem die Bewegung der Rotorgruppe an einen Energiewandler abgebbar ist.According to one Further advantageous development can be provided that the drive element has a drive chain or a sprocket, with which the movement of the rotor group to an energy converter is deliverable.
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden sämtliche beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von den Patentansprüchen und deren Rückbezügen.Further Objectives, features and advantageous applications The invention will become apparent from the following description of a Embodiment with reference to the drawings. Make up all described and / or illustrated Features in their meaningful combination the subject of the present Invention, also independent of the patent claims and their remittances.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigen schematisch:The Invention will be explained with reference to an embodiment. Here are shown schematically:
Ausführungsbeispielembodiment
Der
Windkraftkonverter
Die
Rotormodule
Die
Schaufeln der jeweiligen Rotormodule
Die
diametral zueinander angeordneten Schaufeln der Rotormodule
Wie
aus
Die
Rotorgruppe
Der
an der unteren Fläche bzw. Ebene
Die
Generatoren
Die
Generatoren
Der
Teller
Mit
der nach innen gerichteten Verzahnung
- 22
- WindkraftkonverterWind power converters
- 44
- Rotorgrupperotor group
- 66
- erstes Rotormodulfirst rotor module
- 88th
- zweites Rotormodulsecond rotor module
- 1010
- Mastmast
- 1212
- Zahnkranzsprocket
- 1414
- untere Fläche des ersten Rotormodulslower Surface of the first rotor module
- 1616
- Verzahnunggearing
- 1818
- Generatorgenerator
- 2020
- Antriebswelledrive shaft
- 22, 2422 24
- Lagercamp
- 2626
- TellerPlate
- 2828
- Stützesupport
- 3030
- Zahnradgear
- 3232
- Drehteilturned part
- 3434
- Drehteilturned part
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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