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Die vorliegende Erfindung betrifft einen speziellen Aufbau einer Vertikalachsen-Windturbine mit zwei oder mehreren Rotorblättern sowie ein Verfahren zur Kompensierung einer Veränderung eines Anstellwinkels eines Rotorblattes einer Vertikalachsen-Windturbine.
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Vertikalachsen-Windturbinen weisen eine Vertikalachse auf, um die herum sich eine Anzahl an Rotorblättern, im Regelfalle zwei oder mehr Rotorblätter, drehen. Eine Vertikalwelle der Vertikalachsen-Windturbine wird hierdurch angetrieben und überträgt das Drehmoment an einen Abtrieb. Der Abtrieb ist üblicherweise ein Stromgenerator. Eine Sonderform einer Vertikalachsen-Windturbine weist einen Darrieus-Rotor auf. Bei diesem sind die Rotorblätter am oberen und am unteren Ende der Vertikalwelle befestigt und ragen bogenförmig nach außen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst große Windausbeute bei einer Vertikalachsen-Windturbine auch bei Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vertikalachsen-Windturbine mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Vielmehr gehen aus der nachfolgenden Beschreibung noch weitere Merkmale hervor, die in Kombination mit den beanspruchten Merkmalen oder aber auch im Austausch mit einem oder mehreren dieser Merkmale zu einer neuen Lösung kombiniert werden können, die die Aufgabe löst. Dieses betrifft insbesondere auch die unabhängigen Anspruchsformulierungen, die als Vorschlag einer möglichen Lösung, nicht aber als Beschränkung derselben aufzufassen sind.
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Es wird eine Vertikalachsen-Windturbine mit zwei oder mehr Rotorblättern vorgeschlagen, bei der die Rotorblätter um die Vertikalachse sich drehend angeordnet sind. Die Vertikalachsen-Windturbine weist ein jeweiliges Befestigungssystem eines Rotorblattes auf, wobei über das jeweilige Befestigungssystem auf das damit befestigte Rotorblatt eine zusätzliche Zugkraft einwirkt. Bevorzugt weist jedes Befestigungssystem die Möglichkeit auf, dass darüber auf das jeweils befestigte Rotorblatt eine Zugkraft einwirkt. Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass dieses nur mit einigen, nicht aber allen Befestigungssystemen zur Befestigung eines Rotorblattes erfolgt.
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Zusätzlich ist die Zugkraft, da schon durch das Eigengewicht des Rotorprofils eine Zugkraft wirkt, die auch im Ruhestand vorhanden ist.
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Eine weitere Ausgestaltung einer Vertikalachsen-Windturbine sieht vor, dass die Zugkraft abhängig von einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorblätter um die Vertikalachse ist. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass eine Zugkrafterzeugung in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit erfolgt. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mit einem Ansteigen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorblätter um die Vertikalachse auch die Zugkraft ansteigt, bevorzugt proportional zu der Umdrehungsgeschwindigkeit.
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Mittels der Zugkraft gelingt es, einer möglichen Verformung einer Geometrie des Rotorblattes entgegenzuwirken, die sich aufgrund einer Zentrifugalkraft einstellt. Für eine Energieausbeute des Windes ist es vorteilhaft, wenn die Anströmbedingung an dem Rotorblatt konstant ist oder aber zumindest versucht wird, dieses annähernd konstant zu halten. Insbesondere bevorzugt ist dieses, wenn es gelingt, über die gesamte Länge des Rotorblattes oder zumindest über einen Teil desselben die gleichen Anströmbedingungen zu schaffen. Auch ist dieses für unterschiedliche Umdrehungsgeschwindigkeiten gewünscht, da auf diese Weise der am Rotorblatt erzeugte Auftrieb entsprechend zur Profilierung des Rotorblattes in einem für die Windenergieausbeute optimierten Bereich liegt. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Rotorblätter mit einer Pitchverstellung ausgestattet sind, die in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit den Anstellwinkel des Rotorblätterprofils ändert. Zusätzlich zu einer Zugkraft, die beispielsweise auch in Ruhewirkung auf die Rotorblätter aufgeprägt ist, wird aber durch die Umdrehung der Rotorblätter über die Befestigungssysteme eine zusätzliche Zugkraft auf die Rotorblätter aufgeprägt. Mittels dieser zusätzlich aufgeprägten Zugkraft erfolgt eine Stabilisierung der Formgestalt des Rotorblattprofils bzw. kann eine insbesondere vorgebbare Profilverstellung auch bei größer werdenden Zentrifugalkräften zumindest annähernd aufrechterhalten werden.
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Des Weiteren kann das Rotorblattprofil über seine Länge betrachtet schon von vornherein unterschiedliche Anstellwinkel aufweisen und/oder das Rotorblattprofil sich über die Länge ändern. Eine Zugkraft, die mittels Fliehkraft erzeugt und auf das Rotorblattprofil aufgeprägt wird, trägt dem zum Beispiel durch den Ort des Aufprägens Rechnung. Auch kann die Zugkraftaufprägung gesteuert werden. Zum Beispiel wird nur ein Teil der tatsächlich erzeugbaren Zugkraft aufgeprägt.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Sensoren vorhanden sind, mittels denen eine Überwachung der Ventilachsen-Windturbine möglich ist. Diese können zum Beispiel mit einer Rechnereinheit verbunden sein. Die Rechnereinheit kann wiederum mit einer oder mehreren Stelleinrichtungen verbunden sein. So können Steuerungen wie auch Regelungen für die Ventilachsen-Windturbine ermöglicht werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Sensoren ein Rotorblatt überwachen, zum Beispiel mit Hinsicht auf den Anstellwinkel, auf eine Profiländerung, auf eine wirkende Kraft bzw. Moment und/oder in Bezug auf einen sonstigen Parameter. Auch kann zum Beispiel ein Befestigungssystem ein oder mehrere entsprechende Sensoren aufweisen. Auf Basis dieser Informationen kann zum Beispiel eine Zugkraft, die aufzuprägen ist, verändert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Rotorblätter mittels der Befestigungssysteme beabstandet von einer Vertikalwelle an der Vertikalachsen-Windturbine angeordnet sind. So besteht die Möglichkeit, dass ein Rotorblatt über ein oder mehrere Arme eines Befestigungssystems beabstandet von der Vertikalwelle gehalten werden. So können beispielsweise ein Ende oder einen Endbereich eines Rotorblattes über einen Arm getragen werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass ein Rotorblatt mittig gehalten wird. Auch können ein oder mehrere Arme an unterschiedlichen Bereichen eines Rotorblattes eine Abstützung ermöglichen. Bevorzugt bildet zumindest ein Arm, insbesondere aber zwei oder mehr Arme jeweils die Möglichkeit aus, bei Umdrehung des Rotorblattes eine jeweilige Zugkraft auf das Rotorblatt generieren zu können.
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Eine Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, dass die Rotorblätter mittels der Befestigungssysteme in einem oberen und einem unteren Befestigungsbereich beabstandet zu der Vertikalwelle an der Vertikalachsen-Windturbine angeordnet sind. Hierdurch besteht die Möglichkeit, dass im oberen wie auch im unteren Bereich des Rotorblattes jeweils eine Zugkraft eingeleitet wird, die zueinander entgegengesetzt wirken. Diese entgegen gesetzte Wirkung bewirkt ein Strecken des Rotorblattes in der Längsrichtung. Ein Befestigungssystem kann hierzu einen Arm aufweisen, der sich beispielsweise horizontal von der Vertikalwelle hin zu dem Rotorblatt erstreckt. Auch besteht die Möglichkeit, dass sich der Arm in einem Winkel ungleich 90° zum Rotorblatt hin erstreckt. Des Weiteren können auch mehrere Arme, insbesondere auch fachwerkartige Strukturen sich zum Rotorblatt hin erstrecken und dieses stabilisieren.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass jedes Befestigungssystem zumindest einen flügelartig profilierten Arm aufweist, mittels dem eine Druckdifferenz über das Profil des Arms erzeugbar ist, wenn der profilierte Arm um die Vertikalachse gedreht wird. Die bei Drehung erzeugte Kraft kann sodann als Zugkraft auf das am Befestigungssystem befestigte Rotorblatt einwirken. Der profilierte Arm kann einen Profilbereich entweder durch seine eigene Gestaltung aufweisen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass ein oder mehrere flügelartige Profile an einem Arm befestigt sind, in diesen eine Kraft bei Umdrehung einbringen, die dann als Zugkraft auf das Rotorblatt einwirkt. Ein Flügelprofil kann beispielsweise über einen gesamten Arm vorhanden sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass ein Flügelprofil nur in einem Abschnitt des Armes vorhanden ist. Bevorzugt ist ein Flügelprofil zumindest in einem äußeren Drittel des Armes vorhanden. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Flügelprofil sich in einer äußeren Hälfte des Armes angeordnet befindet.
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Das Flügelprofil erzeugt einen Auftrieb bei Umdrehung der Arme. Wird an einem oberen und an einem unteren Arm jeweils zumindest ein Flügelprofil angeordnet, können diese Flügelprofile so verlaufen, dass das obere davon einen Auftrieb generiert, das untere hingegen einen dazu entgegen gesetzten Auftrieb erzeugt, im Folgenden negativen Auftrieb genannt. Die Profile können dabei spiegelverkehrt zueinander ausgestaltet und angeordnet sein. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass die Flügelprofile symmetrisch sind. Sie können sich jedoch auch untereinander unterscheiden. Auch besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise mit einem oberen Flügelprofil eine höhere Zugkraft erzeugbar ist als mit einem unteren Flügelprofil. Dann wird zum Beispiel einer Grundzugkraft zusätzlich entgegen gewirkt, die sich aufgrund der Vertikalanordnung des Rotorblattes aufgrund der Schwerkraft auch in Ruhestellung einstellt. Es kann jedoch auch umgekehrt sein und eine negative Zugkraft ist stärker. Beispielsweise kann das notwendig sein, wenn über die Rotation des Rotorblattes selbst ein Zugkraftanteil längs des Rotorblattes erzeugt wird. Die Flügelprofile können voneinander abweichende Größen aufweisen. So kann beispielsweise ein größeres Flügelprofil in einem oberen Bereich angeordnet sein, wohingegen ein kleineres Flügelprofil in einem unteren Bereich angeordnet ist. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass dieses genau umgekehrt erfolgt. Auch können Flügelprofile während des Betriebes veränderbar sein.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Vertikalachsen-Windturbine eine Zugkraft so aufgeprägt erhält, dass diese einer Formänderung des Rotorblatts bei Drehung entgegen wirkt und einen Anstellwinkel des Profils zumindest annähernd konstant hält. Hierbei kann eine Festigkeitserhöhung durch die aufgeprägte Zugkraft erfolgen, wobei gemäß einer Weiterbildung vorgesehen ist, dass der Anstellwinkel bewusst verändert wird.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass alternativ wie auch zusätzlich eine Zugkraft beispielsweise durch eine hydraulische Erzeugung erfolgt. Hierzu kann beispielsweise eine Flüssigkeit in einem Gefäß durch die wirkende Zentrifugalkraft nach außen gedrückt werden, wodurch über eine Stempelkonstruktion eine Druckkraft erzeugt werden kann, die wiederum in einer Zugkraft umwandelbar ist, die auf das Rotorblatt wirkt. Dieses passiv wirkende System ist zum Beispiel vollständig abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit. Je höher die Umdrehungsgeschwindigkeit ist, umso höher ist auch die erzeugbare Kraft.
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Neben den oben beschriebenen passiven Systemen zur Erzeugung einer Zugkraft besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass alternativ wie auch zusätzlich ein aktives Zugkraftsystem vorgesehen ist. Aktiv bedeutet in diesem Falle, dass es unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit eine Zugkraft auf das Rotorblatt aufprägen kann, zum Beispiel mittels eines elektrisch angetriebenen Motors, mittels eines aktiv ansteuerbaren Druckzylinders, der beispielsweise hydraulisch ansteuerbar ist, wobei die Hydraulik einen Hydraulikmotor zur Druckerzeugung aufweist. Andere Möglichkeiten einer Zuführung von äußerer elektrischer und/oder hydraulischer Energie, die in eine Zugkraft umgesetzt wird, sind auch möglich.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Kompensierung einer Veränderung eines Anstellwinkels eines Rotorblattes einer Vertikalachsen-Windturbine durch Aufprägen einer Zugkraft auf ein Rotorblatt der Vertikalachsen-Windturbine vorgeschlagen, wobei die Zugkraft durch eine Drehung eines Befestigungssystems des Rotorblattes erzeugt wird.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Rotorblatt an seinen beiden entgegen gesetzten Enden jeweils einer Zugkraft ausgesetzt wird, die mit zunehmender Drehgeschwindigkeit der Vertikalachsen-Windturbine jeweils zunimmt. Bevorzugt ist hierbei, dass die Zugkräfte einander entgegengesetzt auf das Rotorblatt aufgeprägt werden. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass über eine flügelartige Profilierung des Befestigungssystems, zumindest eines Teils des Befestigungssystems, eine Zugkraft auf das Rotorblatt erzeugt wird.
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Bei der Ausgestaltung der Vertikalachsen-Windturbine können des Weiteren Elemente aus schon bekannten Vertikalachsen-Windturbinen mit eingesetzt werden. So ist beispielsweise aus der
DE 201 12 763 U1 eine Darrieus-Windkraftanlage bekannt, bei der ein NACH 0034-Profil als Rotorblattträger eingesetzt wird. Dieser Rotorblattträger dient als Anlaufhilfe für den Darrieus-Rotor. Eine derartige oder andersartige Anlaufhilfe bei einem Darrieus-Rotor kann auch bei der Vertikalachsen-Windturbine vorgesehen sein. Aus der
DE 44 42 863 A1 geht eine Vertikalachsen-Windturbine mit einem auf dem Rotorträger befestigtem Steuerflügel hervor, mittels welchem eine Krümmung wie auch ein Anstellwinkel des Hauptflügels über aerodynamische Kräfte veränderbar ist. Die aerodynamischen Kräfte des Steuerflügels werden über ein Gestänge zur Vorderkante des Hauptflügels geleitet und bewirken eine Drehung der Vorderkante und somit eine Veränderung der Krümmung des Hauptflügels. Eine derartige Pitchverstellung ist ebenfalls, ebenso wie eine andere Verstellung, bei der vorgeschlagenen Vertikalachsen-Windturbine mit einsetzbar. Ein grundsätzlicher Aufbau beispielsweise einer Vertikalachsen-Windkraftanlage geht aus der
DE 38 10 338 A1 hervor. Dort wird das Rotorblatt über zwei horizontale Träger in einer mittleren Höhe des Rotorblattes getragen. Bei einer derartigen Anordnung ist durch die Nutzung von zwei Trägern eine Stabilisierung der Form des Rotorblattes gegenüber wirkenden Fliehkräften gegeben, die durch das Hinzufügen zumindest einer weiteren, durch die Fliehkraft erzeugten Zugkraft weitere Unterstützung findet. Die aus den oben genannten Druckschriften hervorgehenden Einzelheiten hinsichtlich eines Aufbaus einer Vertikalachsen-Windturbine wird im Rahmen der Offenbarung der Erfindung mit aufgenommen.
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Die vorgeschlagene Windkraftanlage kann in unterschiedlichen Abmaßen hergestellt werden. So können kleinere derartige Windkraftanlagen eine Höhe bis zu 5 m aufweisen. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann die Windkraftanlage eine Höhe von 100 m aufweisen. Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Aufprägung von Zugkräften auf das Rotorblatt die Verwendung von Leichtbaumaterialien. Diese können beispielsweise Glasfaserkunststoffe, metallische Leichtbaumaterialien wie Aluminium, aber auch karbonfaserhaltige Werkstoffe sein. Auch kann das Rotorblatt einen Materialmix aufweisen. Des Weiteren besteht aufgrund der Stabilisierung der Geometrie die Möglichkeit, dass das Rotorblatt in verschiedenen Abschnitten verschiedene Materialien aufweist.
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Gemäß einer Weiterbildung ist beispielsweise vorgesehen, dass durch eine Mehrfachbefestigung eines Rotorblattes an der Vertikalwelle eine Stabilisierung der Form des Rotorblattes auch bei wirkenden Fliehkräften erfolgt. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass eine aufgeprägte, durch die Fliehkraft erzeugte Zugkraft nur in einem Abschnitt des Rotorblattes wirkt. In einem anderen Abschnitt kann beispielsweise eine Stabilisierung der Rotorblattgeometrie durch die Aufhängung erfolgen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Rotorblatt aus mehreren Einzelteilen besteht. Hierbei besteht zum einen die Möglichkeit, dass die Rotorblätterteile miteinander verbunden sind, vorzugsweise über eine Aufhängung an einem jeweiligen Befestigungssystem. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass Rotorabschnitte benachbart zueinander angeordnet sind, ohne dass aber die Rotorabschnitte direkt ineinander übergehen. Vielmehr sind die Rotorblattabschnitte voneinander getrennt. Dies ermöglicht wiederum eine Stabilisierung durch Aufprägung einer zusätzlichen Zugkraft nur in denjenigen Abschnitten vorzunehmen, die für eine Formänderung aufgrund der wirkenden Fliehkräfte besonders gefährdet sind. Dieses können beispielsweise die jeweils äußersten Abschnitte eines Rotorblattbereiches sein, d. h. ein oberer und unterer Abschnitt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung gehen aus den nachfolgenden Zeichnungen hervor. Die aus den Zeichnungen jeweils hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere der aus den Figuren hervorgehenden Merkmale mit anderen Merkmalen aus anderen Figuren wie auch mit Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden. Es zeigen:
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1 eine erste schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung einer Vertikalachsen-Windturbine,
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2 eine schematische Ansicht einer Vertikalachsen-Windturbine mit einer möglichen Formänderung aufgrund Fliehkrafteinwirkung,
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3 eine weitere schematische Ausschnittsdarstellung einer Vertikalachsen-Windturbine, bei der eine Zugkraft auf das Rotorblatt mittels eines hydraulischen Krafterzeugers, der fliehkraftbetätigt ist, erzeugt wird,
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4 eine weitere schematische Darstellung einer Vertikalachsen-Windturbine mit einer Kombination verschiedener Mittel zur Aufprägung einer fliehkraftbetätigten Zugkraft,
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5 eine schematische Ansicht einer Vertikalachsen-Windturbine mit einer Mehrzahl an Zugkraft erzeugenden Elementen unter Ausnutzung einer stabilisierenden Aufhängung des Rotorblattes, und
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6 eine schematische Ansicht einer Vertikalachsen-Windturbine mit voneinander getrennten Rotorblattabschnitten, die insgesamt ein Rotorblatt ergeben, das jedoch nicht vollständig durchgängig ist.
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1 zeigt eine erste Vertikalachsen-Windturbine 1 in schematischer Ansicht. Dargestellt sind ein erstes und ein zweites Rotorblatt 2, 3, die jeweils um eine Vertikalachse 4 sich herum drehend angeordnet sind. Jedes Rotorblatt 2, 3 wird jeweils mit einem ersten und einem zweiten Befestigungssystem 5, 6 gehalten. Das Befestigungssystem 5, 6 weist einen flügelartig profilierten Arm 7 auf. Dieser ist vergrößert dargestellt. Die flügelartige Profilierung und ihre Anordnung erlaubt es, dass eine Zugkraft, angedeutet als Pfeil 8, am Rotorblatt 2 angreift. Die Zugkraft 8 kann in das Rotorblatt 2 beispielsweise durch eine gelenkige Verbindung 9 eingebracht werden. Ist der flügelartig profilierte Arm insofern elastisch, dass er entsprechend des auf ihn aufgeprägten Druckes durch das Flügelprofil sich entsprechend verformen will, kann über die Gelenkverbindung 9 eine entsprechende Zugkraft und damit eine die Rotorblattgeometrie stabilisierende Zugkraft auf das Rotorblatt aufgeprägt werden. Eine Gelenkverbindung 9 kann beispielsweise über eine Bolzenverbindung vorliegen. Es kann jedoch ebenfalls beispielsweise ein Kugellager oder eine sonstige Lagerung als solches vorgesehen sein. Die Zugkraft, die aufgeprägt wird, wird umso größer, je höher eine Umdrehungsgeschwindigkeit n, angedeutet mit einem Pfeil, um die Vertikalachse ist. In Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit n kann ein Druckunterschied am flügelartig profilierten Arm 7 und damit eine Auftrieb bzw. Abtrieb, je nach Richtung, erhöht bzw. verringert werden. Des Weiteren besteht gemäß einer Weiterbildung die Möglichkeit, dass das flügelartig profilierte Gebilde die eigene Stellung ebenfalls verändern kann. Dieses ist beispielsweise vorteilhaft, um eine zu hohe Zugkrafteinleitung in das Rotorblatt zu vermeiden. Wird bei Starkwind beispielsweise eine Grenzumdrehungsgeschwindigkeit N erreicht, kann vorgesehen sein, dass durch eine Änderung der Anströmbedingungen am flügelartig profilierten Arm 7 auch bei weiterer Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit kein größerer Zugkraftgewinn erfolgt. Auf diese Weise ist beispielsweise auch eine Begrenzung der einleitbaren Zugkraft in das Rotorblatt möglich.
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So wie in 1 dargestellt, kann gemäß einer Ausgestaltung zumindest ein Teil eines Befestigungsarm 10 des Befestigungssystems 5, 6 eine flügelartige Profilierung aufweisen. Auch besteht die Möglichkeit, dass zumindest überwiegend, insbesondere der gesamte Arm eine Flügelprofilierung hat. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass nur ein Abschnitt, der im äußeren Bereich des Arms angeordnet ist, eine derartige Flügelprofilierung besitzt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass ein Flügelprofil durch ein zusätzlich am Arm anzubringendes Element ausgebildet wird.
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2 zeigt in schematischer Darstellung die Vertikalachsen-Windturbine 1 aus 1 in nochmals vereinfachter Darstellung. Hierzu ist ein Verhalten von einzelnen Elementen der Vertikalachsen-Windturbine 1 in übertriebener Weise dargestellt, nämlich der Einfluss unter Auftritt einer Zentrifugalkraft. Durch diese wird zum einen das Rotorblatt nach außen gewölbt, zum anderen wird durch die flügelartige Profilierung ein dem entgegen gesetztes Verhalten der Befestigungssysteme erzielt. Insgesamt führt dieses sodann dazu, dass die aufgeprägte Zugkraft ein Durchbiegen des Rotorblattes zumindest vermindert, insbesondere aber dieses auch insgesamt verhindert. Des Weiteren ist die Gewichtskraft zu berücksichtigen, die im Rotorprofil und im Befestigungssystem Kräfte aufprägt.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung in schematischer Ansicht einer zweiten Vertikalachsen-Windturbine 11. Diese weist ein Rotorblatt 4 auf, was in einem oberen Befestigungsbereich und in einem unteren Befestigungsbereich 13 jeweils mit einem Befestigungssystem 14 verbunden ist. Das Befestigungssystem 14 hält das Rotorblatt 15 in einem Abstand zur Vertikalwelle 16. So wie dargestellt, ist hierbei der Abstand aufgrund der Anordnung konstant gehalten. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass das Befestigungssystem 14 eine Änderung ermöglicht, sei es durch eine Änderung des Abstandes zwischen Vertikalwelle 16 und Rotorblatt 15, oder in sonstiger Weise. Die zweite Vertikalachsen-Windturbine 11 weist schematisch angedeutet eine weitere Zugkrafterzeugungsvorrichtung 17 auf. Diese ist nur schematisch und exemplarisch dargestellt. Es kann sich hierbei um einen Hydraulikzylinder handeln, der beispielsweise als einfach wirkender Zylinder oder aber auch als doppelt wirkender Zylinder funktioniert. Bevorzugt wird dieser dadurch betrieben, dass sich aufgrund der wirkenden Fliehkraft ein Druck aufbaut und über diesen Zylinder der Druck weiter gegeben werden kann. Hierzu kann gemäß einer Ausgestaltung beispielsweise vorgesehen sein, dass der Hydraulikzylinder zusammen mit einem hydraulischen Druckspeicher wie aber auch mit einer Hydraulikpumpe oder einem Hydraulikmotor zusammenarbeitet. Ein Druck in dem System wird bevorzugt über eine Fliehkraft erzeugt. Es besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit, dass eine zusätzliche Druckerzeugung in anderer Weise ermöglicht wird, zum Beispiel über einen elektrisch betriebenen Druckerzeuger. Ein Fliehkraftantrieb als solches hat den Vorteil, dass keine weiteren Leitungen notwendig sind, sei es elektrischer Art oder in sonstiger Weise und sich damit der Bauaufwand in Grenzen hält. Eine Zugkraft kann beispielsweise durch direkte Wirkung auf eine Gelenkverbindung erzeugt werden. Auch kann eine Kraftumkehr so erfolgen, dass sich aus der Kraftwirkung schließlich eine Zugkraft aufgeprägt auf das Rotorblatt ergibt.
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4 zeigt eine weitere schematisch angedeutete Ausgestaltung einer dritten Vertikalachsen-Windturbine 18. Diese kann beispielsweise ein Befestigungssystem 19 aufweisen, bei dem eine flügelartige Profilierung eines Elementes 20 und zusätzlich eine Zugkraftverstärkung durch ein hydraulisches Wirkelement 21 miteinander kombiniert sind. Das Befestigungssystem 19 weist einen horizontal abstehenden Befestigungsarm 22 auf. Von diesem geht zusätzlich ein oberer und unterer Stabilisierungsarm 23, 24 aus. Ein Rotorblatt 25 ist bevorzugt am Befestigungsarm 22 wie auch am oberen und unteren Stabilisierungsarm 22, 24 befestigt. Durch die Zugkraftaufprägung gelingt es, zumindest in einem jeweiligen Abschnitt des Rotorblattes 25 eine Formgestalt dessen auch unter Wirkung der Zentrifugalkraft zu stabilisieren und damit die Anströmverhältnisse zumindest annähernd konstant halten zu können.
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5 zeigt eine weitere Ausgestaltung in Form einer schematisch angedeuteten vierten Vertikalachsen-Windturbine 26. Hierbei erfolgt zum einen eine Stabilisierung des Rotorblattes 27 gegenüber den Zentrifugalkräften aber auch gegenüber der Erdanziehungskraft durch eine fachwerksähnliche Konstruktion der Befestigungssysteme 28. Auf diese Weise können wiederum Abschnitte des Rotorblattes 27 im Wesentlichen durch die Fachwerkskonstruktion Stabilisierung finden. Zum anderen können aber auch zusätzliche Zugkräfte durch, wie hier dargestellt, an verschiedenen Orten über die Länge des Rotorblattes 27 angeordnete flügelartige profilierte Strukturen zur Zugkrafterzeugung erzeugt werden.
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6 zeigt eine weitere schematisch angedeutete fünfte Vertikalachsen-Windturbine 30. Bei dieser ist ein Rotorblatt 31 aus verschiedenen, voneinander getrennten Rotorblattabschnitten 32 bestehend. Eine Aufprägung einer Zugkraft durch eine geeignete Zugkrafterzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise einem flügelartig profilierten Arm oder einem derartig profilierten, zusätzlichem Element an der Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise gemäß einem Beispiel nur auf einen dafür vorgesehen Rotorblattabschnitt wirken. Eine Stabilisierung eines anderen Rotorblattabschnittes 32 erfolgt vorzugsweise über eine andere Zugkrafterzeugungsvorrichtung bzw. über die Befestigungsvorrichtung selbst.
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Die aus den Figuren hervorgehenden jeweiligen Beispiele einer Vertikalachsen-Windturbine in schematischer Ausgestaltung dienen nur der beispielhaften Darstellung. Damit werden jedoch andere Systeme einer Vertikalachsen-Windturbine nicht ausgeschlossen. Vielmehr sind die oben beschriebenen Möglichkeiten auch bei anderen Ausgestaltungen von Vertikalachsen-Windturbinen einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20112763 U1 [0020]
- DE 4442863 A1 [0020]
- DE 3810338 A1 [0020]
