DE102014007917A1

DE102014007917A1 - Wind turbine

Info

Publication number: DE102014007917A1
Application number: DE102014007917.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Windkraftanlage bestehend aus einem Schwenkhebel (1), der auf einer waagerechten Achse (2) befestigt, und diese gelagert ist, und in unterem Bereich ein Gegengewicht (3), und im oberen mehrere windbeaufschlagte Flügel (4) aufweist, und durch die pendelnde Bewegung, und unterhalb der Achse (2) angeordneten Kraftumsetzungskomponenten (9) Energie erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flügelpaar (4) auf einer Drehachse (5), die parallel zu der Achse (2) angeordnet ist, 360 Grad drehbar und angetrieben gelagert ist, und die Flügel (4), ausgenommen den mittleren Antriebs- und Lagerbereich (9), eine Neigung (W) zu der Drehachse (5) von 20 bis 45 Grad aufweisen, wobei die Stellung der einzelnen Flügel (4), je nach Windrichtung und der aktuellen Schwenkstellung des pendelnden Schwenkhebels (1), einstellbar ist.Wind turbine consisting of a pivoting lever (1) mounted on a horizontal axis (2) and supported, and in the lower part a counterweight (3), and in the upper several windbeaufschlagte wings (4), and by the oscillating movement , and below the axis (2) arranged Kraftumsetzungskomponenten (9) generates energy, characterized in that at least one pair of wings (4) on a rotation axis (5) which is arranged parallel to the axis (2) rotatably mounted and driven 360 degrees is, and the wings (4), except the central drive and bearing area (9), an inclination (W) to the axis of rotation (5) of 20 to 45 degrees, wherein the position of the individual wings (4), as appropriate Wind direction and the current pivot position of the oscillating pivot lever (1), is adjustable.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Windkraftwerk, das im Gegensatz zu den verbreiteten auf hohen Masten rotierenden Rotorblättern, aus einem Schwenkhebel besteht, der auf einer waagerechten Achse befestigt und gelagert ist und in unterem Bereich ein Gegengewicht, und im oberen mehrere windbeaufschlagte Flügel aufweist. Der Wind, der auf die Flügel wirkt, bringt den Schwenkhebel zum Pendeln. durch die pendelnde Bewegung, und die unterhalb der Achse angeordneten Kraftumsetzungskomponenten wird Energie erzeugt.This invention relates to a wind power plant which, in contrast to the widely used rotor blades rotating on high masts, consists of a pivoting lever which is mounted and supported on a horizontal axis and has a counterweight in the lower area and a plurality of wind-loaded wings in the upper one. The wind, which acts on the wings, causes the pivoting lever to oscillate. by the oscillating motion, and the arranged below the axis force conversion components energy is generated.

Dieser Stand ist in dem Patent: DE 43 34 658 A1 ansatzweise dargestellt. Bei dieser patentierten Windkraftanlage ist die Lagerung als allseitig wirkende Pendelachse ausgebildet und der, über der Lagerung nach oben ragende, Stab weist eine starre Konstruktion von Flächen, die je nach Windrichtung geschwenkt werden und über eine komplizierte Hydraulikzylinder-Anordnung Energie erzeugt. Der Nachteil dieser Anlage ist die aufwendige Pendellagerung und die starre Fläche deren Wirkungsgrad sehr gering sein darf und bei Stürmen extrem belastet wird und dadurch kräftig ausgelegt werden muss.This state is in the patent: DE 43 34 658 A1 rudimentary. In this patented wind turbine bearing is designed as a pendulum axis acting on all sides and the, above the bearing upstanding rod, has a rigid construction of surfaces that are pivoted depending on the wind direction and generates energy through a complicated hydraulic cylinder assembly. The disadvantage of this system is the complex pendulum bearing and the rigid surface whose efficiency may be very low and is extremely stressed in storms and thus must be designed strong.

Die zu schützende Erfindung verzichtet auf eine allseitige Pendellagerung zu Gunsten einer einfachen Schwenklagerung und auf dem Schwenkhebel ist mindestens ein Flügelpaar auf einer Drehachse, die parallel zu der Achse angeordnet ist. Dieses Flügelpaar ist 360 Grad drehbar und angetrieben gelagert, und die Flügel, weisen eine Neigung von 20 bis 45 Grad zu der Drehachse auf. Die Stellung der einzelnen Flügel ist, je nach Windrichtung und der aktuellen Schwenkstellung des pendelnden Schwenkhebels, einstellbar. Eine Windrichtungs- und Intensitätsmessvorrichtung, die steurerungstechnisch mit der Flügelantriebs- und Lagemessvorrichtung gekoppelt ist, stellt die optimalen Parameter für jedes Flügel in der jeweiligen Schwenkstellung in Abhängigkeit von der Windrichtung und der Pendelbewegung ein. Durch die reversierbare Schräglage der Flügel sind über 2/3 der Windrichtungen in beiden Pendelbewegungsrichtungen nutzbar, und der restliche Teil der Windrichtungen ist durch die waagerechte Stellung des Profilquerschnittes der Flügel, beim Zurückpendeln gegen die Windrichtung, neutralisierbar. Die schlanke Flügelform, die kurz vor dem Zurückpendeln parallel zur Windrichtung gedreht wird, leistet nur einen geringeren Luftwiderstand gegen das Moment, das durch das Gegengewicht erzeugt wird.The invention to be protected dispenses with an all-round pendulum bearing in favor of a simple pivot bearing and on the pivot lever is at least one pair of wings on a rotation axis which is arranged parallel to the axis. This pair of wings is rotatable and driven 360 degrees, and the wings have a slope of 20 to 45 degrees to the axis of rotation. The position of each wing is, depending on the wind direction and the current pivot position of the oscillating pivot lever, adjustable. A wind direction and intensity measuring device, coupled to the wing drive and attitude measuring device, sets the optimum parameters for each wing in the respective pivot position depending on the wind direction and the pendulum movement. Due to the reversible inclined position of the wings over two thirds of the wind directions in both directions of oscillation can be used, and the remaining part of the wind directions can be neutralized by the horizontal position of the profile cross section of the wings when swinging back against the wind direction. The slim wing shape, which is rotated parallel to the wind shortly before swinging back, only provides a lower air resistance against the moment that is generated by the counterweight.

Auch der Schwenkhebel, der teilweise aus einem Gittergerüst besteht, hat in der Schwenkrichtung einen geringeren cw-Wert, als in der Achslängsrichtung. Der von der Seite wirkender Wind wird von der Lagerung der Achse aufgenommen und erzeugt nur geringe Gegenmomente. In der senkrechten Stellung des Flügelpaares füllt der Schwenkhebel den Raum zwischen diesen beiden Flügeln aus und das Flügelpaar bildet eine Fläche, die durch aerodynamische Formen abgerundet ist und jeweils in der Symmetrieachse gleiche Flächengröße aufweist, und durch die Einzelsteuerung der Flügel und beim Frontalwind, diese eine Hohlformation mit höheren cw-Wert bilden. Die Symmetrie der Flügel reduziert die Drehmomente um diese zu drehen, und somit auch die Energie dafür, auf ein Minimum. Unterhalb der Achse ist die Pendelbewegung über einen, oder mehrere schwenkbare Zylinder mit Pumpenfunktion, oder über einen Schwenkantrieb mit Ventilsteuerung der einen Druckspeicher speist und über diesen, einen Pneumatik- oder Hydraulikmotor antreibt, der mit einem Generator verbunden ist. Die oszillierende Bewegung treibt vorrangig einen Schwenkantrieb, der am Schwenkachsenende angebracht ist, mit einer Drehmomentstütze gehalten wird, und somit leicht montierbar ist. Das andere Achsenende ist ebenfalls dazu geeignet einen weiteren Schwenkantrieb bei höherer Windleistung ohne großen Montageaufwand aufzunehmen.Also, the pivot lever, which partially consists of a lattice framework, has a lower cw value in the pivoting direction, as in the axial direction. The wind acting from the side is absorbed by the bearing of the axle and generates only small counter moments. In the vertical position of the pair of wings of the pivot lever fills the space between these two wings and the pair of wings forms a surface which is rounded by aerodynamic shapes and each having the same area in the axis of symmetry, and by the individual control of the wings and the frontal wind, this one Form hollow formation with higher cw value. The symmetry of the wings reduces the torques to rotate them, and thus the energy for that, to a minimum. Below the axis, the pendulum motion via one or more pivotable cylinder with pump function, or via a rotary actuator with valve control of a pressure accumulator feeds and drives over this, a pneumatic or hydraulic motor, which is connected to a generator. The oscillating motion drives primarily a pivot drive, which is mounted on the pivot axis end, is held with a torque arm, and thus easy to install. The other axle end is also suitable to accommodate another rotary actuator with higher wind power without much installation effort.

Um die Leistung bei hohen Windaufkommen aufnehmen zu können, ist das Gegengewicht oder ein Teil des Gegengewichtes über ein Antrieb in der Höhenlage, auch während der Pendelbewegung, verstellbar. Durch den Druckspeicher, werden die Leistungsschwankungen, die durch die Schwenkbewegung entstehen, erheblich ausgeglichen. Bei geringeren Windleistung wird nur ein Teil der Schwenkbewegung druckbeaufschlagt werden, und der Andere zum Aufschwingen des Gegengewichtes genutzt. Wird z. B. bei jeder zweiten oder dritten Schwenkbewegung, durch die Ventilsteuerung die Kraft aufgenommen, bleib die Bewegung erhalten auch bei geringerer Windkraft und das zeitaufwendige Starten vom Stillstand wird vermieden. Die Windkraftanlage besteht aus einen Bodenrahmen und ist ohne Fundamente aufstellbar, und der untere Teil des Schwenkhebels ist mit dem Gegengewicht zur Montagezwecken mit einer angetriebenen Vorrichtung waagerecht schwenkbar und wieder senkrecht aufrichtbar, so dass in der waagerechten Stellung der mehrteiliger Schwenkhebel und die Flügel in Bodennähe montierbar sind, und im fertigen Zustand sicher wieder über diese Vorrichtung aufrichtbar sind. Der vorteilhafte Aufbau ohne Fundamente ist möglich, da das, durch den Wind erzeugte Kippmoment, durch das in die Gegenrichtung schwenkende Gegengewicht ausgeglichen wird. Diese Windkraftanlage ist vorrangig als eine transportable, schnell ohne Fundamente aufzubauende, und für kleinere Leistungen geeignete Anlage, gedacht.In order to record the power in high wind, the counterweight or a portion of the counterweight on a drive in the altitude, even during the pendulum movement, adjustable. Due to the pressure accumulator, the power fluctuations caused by the pivoting movement are significantly compensated. At lower wind power only a part of the pivoting movement will be pressurized, and the other used to swing the counterweight. If z. B. at every second or third pivotal movement, received by the valve control force, maintain the movement even at lower wind power and the time-consuming start from standstill is avoided. The wind turbine consists of a bottom frame and can be set up without foundations, and the lower part of the pivot lever is horizontally pivotable with the counterweight for mounting purposes with a driven device and vertically upright again, so that in the horizontal position of the multi-part pivot lever and the wings mounted near the bottom are, and in the finished state safely erectable again on this device. The advantageous structure without foundations is possible because the tipping moment generated by the wind is compensated by the counterweight pivoting in the opposite direction. This wind turbine is primarily intended as a transportable, quick to build without foundations, and suitable for smaller power plant.

In folgenden wird die Erfindung anhand auf den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment illustrated in the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung der Windkraftanlage in zwei Ansichten, 1 a schematic representation of the wind turbine in two views,

2 eine Flügelstellung in Arbeitsstellung in drei Ansichten, 2 a sash position in working position in three views,

3 eine Flügelstellung beim Zurückpendeln gegen die Windrichtung in drei Ansichten, 3 a wing position when swinging back against the wind direction in three views,

4 in 8 Draufsichten die Flügelstellungen, in Abhängigkeit von der Wind-(Fw) und Bewegungsrichtung (v). 4 in 8th Plan views the wing positions, depending on the wind (Fw) and direction of movement (v).

In der Hauptansicht der 1 ist die mittlere Grundstellung und die äußeren Pendelstellungen dargestellt. Fw ist die Windrichtung, die hier auf die volle Fläche der Flügel 4 wirkt und v stellt die Bewegungsrichtung zu dem Zeitpunkt dar. In der linken Schwenkstellung sind die Flügel um 90 Grad gedreht, da das der Beginn des Zurückschwenkens gegen die Windrichtung ist. Das Grundgestell der Anlage besteht aus einem Bodenrahmen 8 mit Ständern 7 und Lagerung 6 in der die Achse 2 gelagert ist. An der Achse 2 ist mindestens ein Schwenkantrieb 9 mit einer Drehmomentstütze 11 befestigt. Die 2 zeigt Flügelstellung in Arbeitsstellung, wobei der Antrieb der Flügel 4 im Bereich des Schwenkhebels 1 und der geraden Fläche des Flügels 9 angeordnet ist. Dieser kann vorzugsweise aus Zahnrädern und Zahnstange bestehen, die durch Pneumatik-, Hydraulik-, oder Elektrozylinder angetrieben werden, so dass eventuell mehrere untereinander angeordnete Flügel 4 der einen Seite synchron bewegt werden. Alle Flügel weisen eine Neigung W auf, die zwischen 20 und 45 Grad betragen kann. Durch die Drehung des Flügels oder der Flügel auf einer Seite kann bei frontalen Windrichtungen eine Flügel-Hohlformation mit höherem cw-Wert gebildet werden.In the main view of the 1 the middle basic position and the outer pendulum positions are shown. Fw is the wind direction here on the full area of the wings 4 acts and v represents the direction of movement at the time. In the left pivot position, the wings are rotated 90 degrees, since this is the beginning of the swing back against the wind direction. The basic structure of the system consists of a floor frame 8th with uprights 7 and storage 6 in the axis 2 is stored. At the axis 2 is at least one quarter turn actuator 9 with a torque arm 11 attached. The 2 shows wing position in working position, the drive of the wings 4 in the region of the pivot lever 1 and the straight surface of the wing 9 is arranged. This may preferably consist of gears and rack, which are driven by pneumatic, hydraulic, or electric cylinder, so that possibly several mutually arranged wings 4 be moved synchronously on one side. All wings have a slope W, which may be between 20 and 45 degrees. Due to the rotation of the wing or the wings on one side, a wing coving of higher cw value can be formed in frontal wind directions.

Durch die erfindungsgemäße abgewinkelte Anordnung der Flügel und durch den Richtungswechsel der Neigung können Windrichtungen, die rechtwinklig zur der Pendelbewegung des Schwenkhebels wirken, in beiden Bewegungsrichtungen die Flügel 4 antreiben. Das Prinzip könnte man mit einem Segelboot vergleichen, das gegen die Windrichtung segelt. Bei einer Flügelneigung W von 40 Grad könnten ca. 70% der Windrichtungen ((W + 180 + W)/360) in beiden Pendelrichtungen auf die Flügel wirken. Nur bei den Restlichen 30% der Windrichtungen würden die Flügel beim Zurückpendeln gegen die Windrichtung waagerecht gedreht werden. Diese waagerechte Stellung der Flügel beim Zurückpendeln gegen die Windrichtung ist in der 3 dargestellt. Die Konstellation der beiden hier dargestellten Flügel kann auch eine Hohlformation sein, d. h. beide Flügelenden zeigen nach unten oder nach oben.Due to the angled arrangement of the wings according to the invention and by the change of direction of the inclination wind directions, which act perpendicular to the pendulum motion of the pivot lever, in both directions of movement of the wings 4 drive. The principle could be compared to a sailboat sailing against the wind. With a wing pitch W of 40 degrees, approximately 70% of the wind directions ((W + 180 + W) / 360) could act on the wings in both directions of swing. Only in the remaining 30% of the wind directions, the wings would be turned horizontally when reversing against the wind direction. This horizontal position of the wings when swinging back against the wind direction is in the 3 shown. The constellation of the two wings shown here can also be a hollow formation, ie both wing ends point downwards or upwards.

In der 4 werden die unterschiedlichen Flügelstellungen, von oben auf die Anlage gesehen, dargestellt. Je nach der jeweiligen Windrichtung (ein Pfeil) Fw sind die Flügel, eventuell auch jede Seite getrennt, eingestellt. Die Pendelbewegung und deren Richtung sind mit v (und Pfeil) gekennzeichnet. Hier ist zu erkennen, dass nur bei ca. 1/3 der Windrichtungen die Flügeln beim Zurückpendeln waagerecht gestellt sind. Die anderen 2/3 der Windrichtungen können die Windenergie in beiden Pendelrichtungen v genutzt werden. Bei der frontalen Windrichtung kann die Hohlformation eingestellt werden.In the 4 the different sash positions, seen from above on the plant, are shown. Depending on the respective wind direction (an arrow) Fw, the wings, possibly also each side separated, set. The pendulum motion and its direction are marked v (and arrow). Here it can be seen that only at about 1/3 of the wind directions, the wings are set horizontally when swinging back. The other 2/3 of the wind directions, the wind energy can be used in both directions v. In the frontal wind direction, the hollow formation can be adjusted.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4334658 A1 [0002]

Claims

Wind turbine consisting of a pivot lever ( 1 ), which is on a horizontal axis ( 2 ), and this is stored, and in the lower area a counterweight ( 3 ), and in the upper several windbeaufschlagte wings ( 4 ), and by the oscillating motion, and below the axis ( 2 ) arranged force conversion components ( 9 ) Generates energy, characterized in that at least one wing pair ( 4 ) on a rotation axis ( 5 ) parallel to the axis ( 2 ) is arranged 360 degrees rotatable and driven, and the wings ( 4 ), except for the middle drive and storage area ( 9 ), an inclination (W) to the axis of rotation ( 5 ) of 20 to 45 degrees, the position of the individual wings ( 4 ), depending on the wind direction and the current pivot position of the oscillating pivot lever ( 1 ), is adjustable.

Wind turbine according to claim 1, characterized in that a wind direction and intensity measuring device, which is technically coupled with the wing drive and attitude measuring device, the optimal parameters for each wing ( 4 ) in the respective pivot position as a function of the wind direction and the pendulum movement sets.

Wind turbine according to claim 1 and 2, characterized in that by the reversible inclined position of the wing ( 4 ) can be used over two thirds of the wind directions in both directions of pendulum movement, and the remaining part of the wind directions can be neutralized by the horizontal position of the profile cross section of the wings when swinging back against the wind direction.

Wind turbine according to claim 1 to 3, characterized in that in the vertical position of the pair of wings ( 4 ) fills the pivot lever ( 1 ) the space between these two wings and except this area, the pair of wings forms a cooperating surface, which is formed by aerodynamic shapes and each having the same area in each axis of symmetry, and by the individual control of the wings and the frontal wind, this a hollow formation with higher form cw value.

Wind turbine according to claim 1 to 4, characterized in that the pivot lever ( 1 ), which partly consists of a lattice framework, has a lower cw value in the pivoting direction than in the axial longitudinal direction.

Wind turbine according to claim 1 to 5, characterized in that it comprises a bottom frame and can be set up without foundations, and the lower part of the pivot lever ( 1 ) with the counterweight ( 3 ) is horizontally pivotable for assembly purposes with a driven device and vertically upright again, so that in the horizontal position of the multi-part pivot lever ( 1 ) and the wings ( 4 ) are mounted near the floor, and in the finished state can be erected safely over this device.

Wind turbine according to claim 1 to 6, characterized in that below the axis ( 2 ) drives the pendulum motion via a rotary actuator with valve control, a pressure accumulator and drives over this, a pneumatic or hydraulic motor, which is connected to a generator.

Wind turbine according to claim 1 to 7, characterized in that the counterweight ( 3 ) or a portion of the counterweight via a drive in the altitude, even during the pendulum movement, is adjustable.

Wind turbine according to claim 1 to 7, characterized in that depending on the wind power only a part of the pivoting movement is pressurized, and the other is used to swing the counterweight.

Wind turbine according to claim 1 to 7, characterized in that all arranged on one side wings have a gear, and are moved synchronously by a rack, and this is driven by a pneumatic, hydraulic, or electric cylinder.