DE102018122090B4 - Wind turbine module, wind turbine assembly and wind turbine - Google Patents

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Abstract

Windturbinenanlage, die vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule (100) aufweist, wobei die Windturbinenmodule (100) jeweils aufweisen:- eine Windturbine in vertikaler Bauweise, die eine vertikale, zentrisch angeordnete Welle (2), mindestens einen mit der Welle (2) verbundenen drehbaren Läufer (3, 4) und einen über die Welle (2) angetriebenen elektrischen Generator (1) aufweist,- wobei die Windturbine innerhalb eines quaderförmigen Stützkäfigs (5) angeordnet ist, und wobei- die Windturbinenmodule (100) über ihre Stützkäfige (5) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass- die Windturbinenanlage zwei vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule (100a, 100b) aufweist, wobei das eine Windturbinenmodul (100a) eine Windturbine umfasst, die einen Widerstandsläufer (3) aber keinen Auftriebsläufer (4) aufweist, und das andere Windturbinenmodul (100b) eine Windturbine umfasst, die einen Auftriebsläufer (4) aber keinen Widerstandsläufer (3) aufweist,- wobei über den Widerstandsläufer (3) ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die Welle (2) des zugeordneten Windturbinenmoduls (100a) übertragbar ist, während der Widerstandsläufer (3) entgegen der Drehrichtung frei läuft,- wobei die Wellen (2) der beiden Windturbinenmodule (100a, 100b) miteinander gekoppelt sind, und wobei- zwei solcher vertikal übereinander angeordneter Windturbinenmodule (100a, 100b), deren Wellen (2) miteinander gekoppelt sind, gestürzt, d. h. Kopf über auf zwei weiteren solcher vertikal übereinander angeordneten Windturbinenmodulen (100a, 1 00b), deren Wellen (2) miteinander gekoppelt sind, angeordnet sind.Wind turbine installation, which has wind turbine modules (100) arranged vertically one above the other, the wind turbine modules (100) each having:- a wind turbine of vertical construction which has a vertical, centrally arranged shaft (2), at least one rotatable rotor connected to the shaft (2). (3, 4) and an electric generator (1) driven via the shaft (2),- the wind turbine being arranged within a cuboid support cage (5), and the wind turbine modules (100) connected to one another via their support cages (5). are connected, characterized in that the wind turbine system has two wind turbine modules (100a, 100b) arranged vertically one above the other, one wind turbine module (100a) comprising a wind turbine which has a resistance rotor (3) but no lift rotor (4), and the other Wind turbine module (100b) comprises a wind turbine which has a lift rotor (4) but no resistance rotor (3), - where d en resistance rotor (3) a torque can only be transmitted in a defined direction of rotation to the shaft (2) of the associated wind turbine module (100a), while the resistance rotor (3) runs freely counter to the direction of rotation, - the shafts (2) of the two wind turbine modules ( 100a, 100b) are coupled to one another, and wherein- two such wind turbine modules (100a, 100b) arranged vertically one above the other, the shafts (2) of which are coupled to one another, fell, d. H. Are arranged upside down on two further such wind turbine modules (100a, 100b) which are arranged vertically one above the other and whose shafts (2) are coupled to one another.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbinenanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a wind turbine system according to the preamble of patent claim 1.

Es sind vertikal angeordnete Windturbinen bekannt, bei denen die rotierenden Teile auf einer vertikalen, zentrischen Welle angeordnet sind. Solche Windturbinen werden auch als Vertikalläufer bezeichnet. Vertikal angeordnete Windturbinen weisen den Vorteil auf, dass der Wind aus allen Richtungen kommen kann, ohne dass sich die Windturbine in die Windrichtung drehen muss.Vertically arranged wind turbines are known in which the rotating parts are arranged on a vertical, central shaft. Such wind turbines are also referred to as vertical rotors. Vertically arranged wind turbines have the advantage that the wind can come from all directions without the wind turbine having to turn in the direction of the wind.

Aus der WO 2015/101761 A1 ist ein Windturbinenmodul bekannt, das eine Windturbine in vertikaler Bauweise aufweist, wobei die Windturbine innerhalb eines quaderförmigen Stützkäfigs angeordnet ist.From the WO 2015/101761 A1 a wind turbine module is known which has a wind turbine in a vertical design, the wind turbine being arranged within a cuboid support cage.

Aus der US 2008/0258468 A1 ist eine Windturbinenanlage bekannt, die zwei vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule aufweist, wobei jedes Windturbinenmodul eine Windturbine in vertikaler Bauweise und einen quaderförmigen Stützkäfig aufweist.From the US 2008/0258468 A1 a wind turbine system is known which has two wind turbine modules arranged vertically one above the other, each wind turbine module having a wind turbine of vertical construction and a cuboid support cage.

Aus der US 2009/0079197 A1 ist eine Windturbinenanlage bekannt, bei der in einem quaderförmigen Stützkäfig übereinander zwei Windturbinen in vertikaler Bauweise angeordnet sind, wobei die Windturbinen dabei mit unterschiedlicher Drehrichtung laufen.From the U.S. 2009/0079197 A1 a wind turbine system is known in which two wind turbines are arranged vertically in a cuboid support cage, one above the other, with the wind turbines running in different directions of rotation.

Die DE 20 2009 007 926 U1 beschreibt eine Windkraftanlage, bei der ein Widerstandsläufer und einen Auftriebsläufer übereinander angeordnet sind, wobei der Auftriebsläufer einen Freilauf besitzt, so dass er schneller als der Widerstandsläufer laufen kann.the DE 20 2009 007 926 U1 describes a wind turbine in which a resistance runner and a lift runner are arranged one above the other, with the lift runner having a freewheel so that it can run faster than the resistance runner.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effektive Windturbinenanlage bereitzustellen, die eine stabile Konstruktion aufweist und dadurch geeignet ist, in Starkwindorten eingesetzt zu werden und starken Winden zu trotzen.The object of the present invention is to provide an effective wind turbine installation which has a stable construction and is therefore suitable for use in strong-wind locations and for withstanding strong winds.

Diese Aufgabe wird durch eine Windturbinenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Windturbinenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a wind turbine plant having the features of claim 1 and a wind turbine plant having the features of claim 3. Developments of the invention are specified in the dependent claims.

Danach betrachtet die Erfindung eine Windturbinenanlage, die vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule aufweist, wobei die Windturbinenmodule jeweils eine Windturbine in vertikaler Bauweise aufweisen, die eine vertikale, zentrisch angeordnete Welle, mindestens einen mit der Welle verbundenen drehbaren Läufer und einen über die Welle angetriebenen elektrischen Generator aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Windturbine innerhalb eines quaderförmigen Stützkäfigs angeordnet ist.According to this, the invention considers a wind turbine system that has wind turbine modules arranged vertically one above the other, the wind turbine modules each having a wind turbine of vertical design, which has a vertical, centrally arranged shaft, at least one rotatable rotor connected to the shaft, and an electrical generator driven via the shaft . It is provided that the wind turbine is arranged within a cuboid support cage.

Die Windturbinenanlage umfasst gemäß einem ersten Erfindungsaspekt zwei vertikal übereinander angeordnete und miteinander verbundene Windturbinenmodule, wobei das eine Windturbinenmodul eine Windturbine umfasst, die einen Widerstandsläufer, aber keinen Auftriebsläufer aufweist, und das andere Windturbinenmodul eine Windturbine umfasst, die einen Auftriebsläufer, aber keinen Widerstandsläufer aufweist. Der Widerstandsläufer ist derart ausgebildet, dass ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die zugehörige Welle übertragen wird, während der Widerstandsläufer entgegen der Drehrichtung frei läuft. Weiter ist vorgesehen, dass die Wellen der beiden Windturbinenmodule miteinander gekoppelt sind.According to a first aspect of the invention, the wind turbine system comprises two wind turbine modules arranged vertically one above the other and connected to one another, one wind turbine module comprising a wind turbine which has a resistance rotor but no lift rotor, and the other wind turbine module comprises a wind turbine which has a lift rotor but no resistance rotor. The resistance runner is designed in such a way that a torque is transmitted to the associated shaft only in a defined direction of rotation, while the resistance runner runs freely in the opposite direction of rotation. It is further provided that the shafts of the two wind turbine modules are coupled to one another.

Diese Lösung ist mit dem Vorteil verbunden, dass der Widerstandsläufer und der Auftriebsläufer jeweils in einem separaten Stützkäfig untergebracht sind, wobei jedoch das Prinzip einer Anlaufhilfe durch die Kopplung der beiden Wellen gegeben ist. Dadurch, dass Widerstandsläufer und Auftriebsläufer nicht in dem gleichen Stützkäfig untergebracht sind, kann erreicht werden, dass der Auftriebsläufer von noch mehr Wind durchströmt wird und eine höhere Rotationsgeschwindigkeit erreicht.This solution has the advantage that the resistance runner and the buoyancy runner are each accommodated in a separate support cage, although the principle of a starting aid is provided by the coupling of the two shafts. Due to the fact that resistance runners and lift runners are not accommodated in the same support cage, it can be achieved that even more wind flows through the lift runner and achieves a higher rotational speed.

Es ist gemäß dem ersten Erfindungsaspekt weiter vorgesehen, dass jeweils zwei Windturbinenmodule, deren Wellen wie erläutert miteinander gekoppelt sind, gestürzt, d. h. Kopf über auf zwei weiteren Windturbinenmodulen, deren Wellen miteinander gekoppelt sind, angeordnet sind. Durch die gestürzte Anordnung wird Unwucht-Schwingungen entgegengewirkt.According to the first aspect of the invention, it is further provided that two wind turbine modules each, the shafts of which are coupled to one another as explained, are toppled, i. H. Are arranged upside down on two other wind turbine modules whose shafts are coupled to each other. The overturned arrangement counteracts unbalanced vibrations.

Eine Ausgestaltung des ersten Erfindungsaspektes sieht vor, dass die Wellen der beiden Windturbinen über ein Übersetzungsgetriebe, z.B. ein Planetengetriebe miteinander gekoppelt sind, wobei das Übersetzungsgetriebe derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine mit Auftriebsläufer größer ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine mit Widerstandsläufer. Hierdurch wird erreicht, dass der Auftriebsläufer in besonders effektiver Weise eine Anlaufhilfe durch den Widerstandsläufer erfährt und dadurch besonders schnell seine optimale Strömungssituation erreicht, um eigenständig laufen zu können.One embodiment of the first aspect of the invention provides that the shafts of the two wind turbines are coupled to one another via a transmission gear, e.g. a planetary gear, with the transmission gear being arranged and designed in such a way that the rotational speed of the wind turbine with lift rotor is greater than the rotational speed of the wind turbine with resistance rotor . The result of this is that the lift runner experiences a start-up aid from the resistance runner in a particularly effective manner and thus reaches its optimal flow situation particularly quickly in order to be able to walk independently.

Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt ist vorgesehen, das zwei Windturbinenmodule identischer Bauart vertikal übereinander angeordnet werden, wobei das obere Windturbinenmodul gestürzt, d. h. Kopf über auf dem unteren Windturbinenmodul angeordnet wird, wobei auch die Windturbine des oberen Windturbinenmoduls in eine gestürzte Position gelangt. Damit einher geht, dass die beiden Windturbinen der beiden Module mit unterschiedlicher Drehrichtung laufen. So weist jede Windturbine eine natürliche Drehrichtung auf, die durch die Form der Läufer definiert ist. Bei einer gestürzten bzw. um 180° gedrehten Anordnung einer Windturbine dreht diese in die entgegengesetzte Richtung.According to a second aspect of the invention, it is provided that two wind turbine modules of identical design are arranged vertically one above the other where the upper wind turbine module is overturned, ie placed upside down on the lower wind turbine module, the wind turbine of the upper wind turbine module also being in an overturned position. This means that the two wind turbines of the two modules run in different directions of rotation. Every wind turbine has a natural direction of rotation, which is defined by the shape of the rotors. When a wind turbine is placed upside down or rotated by 180°, it rotates in the opposite direction.

Dabei ist vorgesehen, dass die Windturbine jedes Windturbinenmoduls mindestens einen Widerstandsläufer und mindestens einen Auftriebsläufer umfasst, wobei der Auftriebsläufer mit der Welle fest verbunden ist und der Widerstandsläufer derart mit der Welle verbunden ist, dass über den Widerstandsläufer ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die Welle übertragbar ist, während der Widerstandsläufer entgegen der Drehrichtung frei läuft.It is provided that the wind turbine of each wind turbine module comprises at least one resistance rotor and at least one lift rotor, with the lift rotor being firmly connected to the shaft and the resistance rotor being connected to the shaft in such a way that a torque is only transmitted via the resistance rotor in a defined direction of rotation to the Wave is transferrable while the resistance runner runs freely against the direction of rotation.

Die gestürzte Anordnung des oberen Windturbinenmoduls wird ermöglicht durch die modulare Bauweise der beiden Module unter Verwendung eines quaderförmigen Stützkäfigs.The inverted arrangement of the upper wind turbine module is made possible by the modular design of the two modules using a cuboid support cage.

Eine solche gestürzte Anordnung ist mit dem Vorteil verbunden, dass auftretende Schwingungen und Vibrationen reduziert oder sogar vollständig verhindert werden. Denn aufgrund der identischen Bauart und gestürzten Anordnung des oberen Moduls heben sich die durch die beiden Module erzeugten Schwingungen zumindest teilweise auf.Such an overturned arrangement has the advantage that oscillations and vibrations that occur are reduced or even completely prevented. Due to the identical design and overturned arrangement of the upper module, the vibrations generated by the two modules cancel each other out, at least in part.

Sämtliche Komponenten der Windturbine einschließlich des Generators sind innerhalb des Stützkäfigs, also dem durch diese definierten Volumen angeordnet, so dass keine Komponenten aus den Seitenflächen des Stützkäfigs herausragen. Hierdurch wird ein Windturbinenmodul bereitgestellt, das über den quaderförmigen Stützkäfig in einfacher Weise und modular mit weiteren Windturbinenmodulen verbunden werden kann. Dabei wird durch den modularen Aufbau mit Stützkäfig der Transport und das Handling der einzelnen Windturbinenmodule stark vereinfacht. Dies gilt in besonderem Maße, wenn der Stützkäfig würfelförmig ausgebildet ist.All of the components of the wind turbine, including the generator, are arranged within the support cage, ie the volume defined by them, so that no components protrude from the side surfaces of the support cage. This provides a wind turbine module that can be connected to other wind turbine modules in a simple and modular manner via the cuboid support cage. The modular design with support cage greatly simplifies the transport and handling of the individual wind turbine modules. This is particularly true when the support cage is cube-shaped.

Der Stützkäfig schützt sowohl die rotierenden Teile der Windturbine als auch die Umgebung. Ersteres, da über den Stützkäfig beispielsweise Vögel von einem Kontakt mit der eigentlichen Windturbine abgehalten werden. Letzteres, da in dem seltenen Fall eines Bruchs oder dergleichen von Turbinenkomponenten der Stützkäfig sich lösende Teile abfangen und dadurch die Umgebung schützen kann.The support cage protects both the rotating parts of the wind turbine and the environment. The former, since birds, for example, are prevented from coming into contact with the actual wind turbine via the support cage. The latter because in the rare event of a breakage or the like of turbine components, the support cage can catch loose parts and thereby protect the environment.

Der Stützkäfig wird beispielsweise durch eine Rahmenkonstruktion gebildet, die die Kanten des durch den Stützkäfig gebildeten Quaders bildet. Der Begriff Rahmenkonstruktion wird dabei als Oberbegriff für jedwede Konstruktion verwendet, die die Kanten des Quaders strukturell definiert. Es kann sich beispielsweise um eine Rohrkonstruktion handeln, bei der die Kanten des durch den Stützkäfig gebildeten Quaders durch Rohre gebildet sind. Alternativ können die Kanten beispielsweise durch Profile oder Gitterstäbe gebildet sein. Die zwischen den Kanten der Rahmenkonstruktion ausgebildeten sechs Seitenflächen des Quaders sind grundsätzlich offen, so dass der Wind durch die Rahmenkonstruktion treten kann. Dies schließt allerdings nicht aus, im Bereich der Seitenflächen zusätzliche Verstrebungen vorgesehen sind, die die Stabilität des Stützkäfigs erhöhen, oder in Teilbereichen Schutzbleche angeordnet sind.The support cage is formed, for example, by a frame construction that forms the edges of the cuboid formed by the support cage. The term frame construction is used as a generic term for any construction that structurally defines the edges of the cuboid. For example, it can be a tube construction in which the edges of the cuboid formed by the support cage are formed by tubes. Alternatively, the edges can be formed, for example, by profiles or bars. The six side faces of the cuboid formed between the edges of the frame construction are basically open, so that the wind can pass through the frame construction. However, this does not preclude additional struts being provided in the area of the side surfaces, which increase the stability of the support cage, or protective plates being arranged in some areas.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Windturbinenmodul zwei vertikal beabstandete Platten aufweist, nämlich eine Oberplatte und eine Unterplatte, die mit dem Stützkäfig verbunden sind und zwischen denen die Windturbine angeordnet ist. Die Oberplatte und die Unterplatte dienen der Befestigung und Lagerung der Komponenten der eigentlichen Windturbine. Über sie erfolgt der Einbau der Windturbine in den Stützkäfig.An embodiment of the invention provides that the wind turbine module has two vertically spaced plates, namely an upper plate and a lower plate, which are connected to the support cage and between which the wind turbine is arranged. The top plate and the bottom plate are used to attach and store the components of the actual wind turbine. They are used to install the wind turbine in the support cage.

Dabei kann vorgesehen sein, dass an einer Ecke des Stützkäfigs, an der zwei Kanten des durch den Stützkäfig gebildeten Quaders zusammenstoßen, ein Knotenblech angeordnet ist, das Aufnahme-Bohrungen zur Befestigung von Komponenten des Windturbinenmoduls aufweist. Bei Anordnung von solchen Knotenblechen an jeder Ecke des Stützkäfigs ergeben sich 24 Knotenbleche. Die genannte Oberplatte und Unterplatte sind beispielsweise über solche Knotenbleche mit dem Stützkäfig verbunden.Provision can be made for a gusset plate to be arranged at a corner of the support cage, at which two edges of the cuboid formed by the support cage meet, which has receiving bores for fastening components of the wind turbine module. If such gusset plates are arranged at each corner of the support cage, 24 gusset plates result. Said upper plate and lower plate are connected to the support cage via such gusset plates, for example.

Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die Windturbine über Dämpfungselemente vom Stützkäfig entkoppelt ist. Hierzu sind beispielsweise die Oberplatte und/oder die Unterplatte über Dämpfungselemente mit dem Stützkäfig verbunden. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, dass auftretende Schwingungen und Vibrationen der Windturbine sich nicht oder in nur reduziertem Maße auf den Stützkäfig übertragen. An embodiment of this provides that the wind turbine is decoupled from the support cage via damping elements. For this purpose, for example, the upper plate and/or the lower plate are connected to the support cage via damping elements. This configuration ensures that oscillations and vibrations that occur in the wind turbine are not transmitted to the support cage, or are only transmitted to a reduced extent.

Weiter kann vorgesehen sein, dass der Generator auf einer Befestigungsplatte angeordnet ist, die wiederum mit der Unterplatte verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Befestigungsplatte in der Ebene der unteren horizontalen Seitenfläche des Stützkäfigs angeordnet.Furthermore, it can be provided that the generator is arranged on a fastening plate, which in turn is connected to the lower plate. According to a variant embodiment, the fastening plate is arranged in the plane of the lower horizontal lateral face of the support cage.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Stützkäfig kubisch ausgebildet ist. Hierdurch wird ein besonders kompakter und einfach stapelbarer Aufbau bereitgestellt.An advantageous embodiment provides that the support cage is cubic. This provides a particularly compact and easily stackable structure.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Stützkäfig zusätzliche Verstrebungen aufweist, die jeweils in der Ebene einer Seitenfläche des Stützkäfigs ausgebildet sind. Diese dienen einer strukturellen Verstärkung und Versteifung des Windturbinenmoduls. Dies kann insbesondere dann von erhöhter Bedeutung sein, wenn mehrere Windturbinenmodule zu einer Windturbinenanlage zusammengesetzt sind. Auch kann der Stützkäfig Schutzbleche oder Verkleidungsbleche aufweisen, die sich beispielsweise angrenzend an die Kanten des quaderförmigen Stützkäfigs erstrecken. Solche Schutzbleche oder Verkleidungsbleche können ebenfalls an den bereits erwähnten Knotenblechen befestigt sein.According to one embodiment, it is provided that the support cage has additional struts, which are each formed in the plane of a side surface of the support cage. These are used for structural reinforcement and stiffening of the wind turbine module. This can be particularly important when several wind turbine modules are combined to form a wind turbine system. The support cage can also have protective plates or cladding plates which, for example, extend adjacent to the edges of the cuboid support cage. Such fenders or cladding panels can also be attached to the gusset plates already mentioned.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Windturbinenmodul des Weiteren mindestens einen Wind-Kollektor umfasst, der an einer vertikal verlaufenden Kantenstruktur des Stützkäfigs angeordnet ist. Beispielsweise sind solche Wind-Kollektoren an allen vier vertikal verlaufenden Kantenstrukturen des Stützkäfigs angeordnet. Die flächig ausgebildeten Wind-Kollektoren sammeln den Wind durch eine vergrößerte Anströmfläche und führen diesen der Windturbine zu, so dass das Anlaufverhalten und die Leistung der Windturbine verbessert werden. Dabei kann eine Ausführungsvariante vorsehen, dass die Wind-Kollektoren schwenkbar am Stützkäfig angeordnet sind.A further embodiment provides that the wind turbine module also includes at least one wind collector, which is arranged on a vertically running edge structure of the support cage. For example, such wind collectors are arranged on all four vertically running edge structures of the support cage. The flat wind collectors collect the wind through an enlarged inflow area and direct it to the wind turbine, so that the start-up behavior and the performance of the wind turbine are improved. In this case, an embodiment variant can provide that the wind collectors are pivotably arranged on the support cage.

Widerstandsläufer und Auftriebsläufer sind grundsätzlich bekannt. Ein Widerstandsläufer entnimmt dem Wind Leistung nach dem Widerstandsprinzip und wandelt diese in mechanische Energie um. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Widerstandsläufer als Savonius-Rotor ausgebildet, der mindestens zwei schaufelförmige, einander überlappenden Flügel aufweist, die in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Sofern zwei Flügel eingesetzt werden, sind die Flügel des Savonius Rotors um 180° in Umfangsrichtung versetzt. Bei einem Auftriebsläufer werden die Rotorblätter durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebs bewegt. Bei einem Auftriebsläufer können sich die Rotorblätter anders als bei einem Widerstandsläufer mit einer Geschwindigkeit drehen, die höher ist als die Windgeschwindigkeit. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Auftriebsläufer als H-Darrieus-Rotor ausgebildet, der mindestens zwei parallel zur Drehachse bzw. zur Welle angeordnete, an Tragarmen befestigte Rotorblätter aufweist.Resistance runners and lift runners are known in principle. A resistance rotor takes power from the wind according to the resistance principle and converts it into mechanical energy. According to one embodiment, the resistance rotor is designed as a Savonius rotor, which has at least two blade-shaped, overlapping vanes, which are offset in the circumferential direction. If two blades are used, the blades of the Savonius rotor are offset by 180° in the circumferential direction. In a lift rotor, the rotor blades are moved using the principle of aerodynamic lift. In a lift rotor, unlike in a drag rotor, the rotor blades can rotate at a speed greater than the wind speed. According to one embodiment, the lift rotor is designed as an H-Darrieus rotor, which has at least two rotor blades arranged parallel to the axis of rotation or to the shaft and fastened to support arms.

Gemäß der Erfindung ist der Widerstandsläufer derart ausgebildet, dass ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die zugehörige Welle übertragen wird, während der Widerstandsläufer entgegen der Drehrichtung frei läuft, d. h. keine Kopplung zwischen der Welle und dem Widerstandsläufer vorliegt. Hierdurch wird es ermöglicht, dass der Auftriebsläufer den Widerstandsläufer in seiner Drehgeschwindigkeit nach einer Anlaufphase, in der der Widerstandsläufer ein Drehmoment auf die Welle überträgt, überholt. Wenn der Auftriebsläufer schneller dreht als der Widerstandsläufer, dreht sich der Widerstandsläufer im Bezugssystem der Welle, die fest mit dem Auftriebsläufer verbunden ist, entgegen der Drehrichtung. Er läuft in dieser Drehrichtung frei und behindert nicht die schnellere Bewegung des Auftriebsläufers.According to the invention, the resistance runner is designed in such a way that a torque is transmitted to the associated shaft only in a defined direction of rotation, while the resistance runner runs freely in the opposite direction of rotation, i. H. there is no coupling between the shaft and the resistance runner. This makes it possible for the lift runner to overtake the resistance runner in terms of its rotational speed after a start-up phase in which the resistance runner transmits a torque to the shaft. If the buoyancy rotor rotates faster than the drag runner, the drag runner rotates in the reference frame of the shaft, which is rigidly connected to the buoyancy rotor, in the opposite direction to the direction of rotation. It runs freely in this direction of rotation and does not impede the faster movement of the buoyancy rotor.

Zur Verbindung des Widerstandsläufer mit der Welle derart, dass über den Widerstandsläufer ein Drehmoment nur in der definierten Drehrichtung auf die Welle übertragbar ist, ist der Widerstandsläufer gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung über ein oder mehrere Einwegkugellager mit der Welle verbunden ist. Solche Einwegkugellager sind vom prinzipiellen Aufbau her mit solchen vergleichbar, wie sie in Tretlagern für Fahrräder eingesetzt werden. Eine Drehmomentübertragung auf die Welle in der einen Drehrichtung findet statt, wobei für diesen Fall das Einwegkugellager blockiert. Bei einer Drehung des Widerstandsläufers entgegen der Drehrichtung relativ zur Welle blockiert das Einwegkugellager dagegen nicht, so dass der Widerstandsläufer in dieser Richtung drehbar mit der Welle verbunden ist.To connect the resistance rotor to the shaft in such a way that torque can only be transmitted to the shaft in the defined direction of rotation via the resistance rotor, the resistance rotor is connected to the shaft via one or more one-way ball bearings according to one embodiment of the invention. In terms of their basic structure, such one-way ball bearings are comparable to those used in bottom bracket bearings for bicycles. Torque is transmitted to the shaft in one direction of rotation, with the one-way ball bearing being blocked in this case. On the other hand, when the resistance runner rotates counter to the direction of rotation relative to the shaft, the one-way ball bearing does not block, so that the resistance runner is rotatably connected to the shaft in this direction.

Der Auftriebsläufer ist beispielsweise durch Klemmböcke fest mit der Welle verbunden.The buoyancy rotor is firmly connected to the shaft, for example by clamping blocks.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Widerstandsläufer zwei Schaufelanordnungen umfasst, die in zwei vertikal beabstandeten Ebenen der Windturbine angeordnet ist. Der Widerstandsläufer ist somit in zwei Untereinheiten aufgeteilt, die vertikal übereinander angeordnet sind. Jede Untereinheit weist eine Schaufelanordnung auf, die beispielsweise als Savonius-Rotor ausgebildet und zwei um 180° versetzte schaufelförmige Läufer aufweist. In den beiden Untereinheiten sind die Schaufelanordnungen dabei um 90° versetzt. Hierdurch wird erreicht, dass das Drehmoment gleichmäßiger verteilt auf die Welle übertragen wird.A further embodiment provides that the resistance runner comprises two blade arrangements, which are arranged in two vertically spaced planes of the wind turbine. The resistance rotor is thus divided into two sub-units which are arranged vertically one above the other. Each sub-unit has a blade arrangement which is designed, for example, as a Savonius rotor and has two blade-shaped rotors offset by 180°. In the two sub-units, the blade arrangements are offset by 90°. This ensures that the torque is transmitted to the shaft in a more evenly distributed manner.

Es kann vorgesehen sein, dass am freien Ende der Welle eine mechanische Bremse angeordnet ist, welche bei Erreichen einer eingestellten maximalen Drehzahl die WindTurbine abbremst oder blockiert.Provision can be made for a mechanical brake to be arranged at the free end of the shaft, which brakes or blocks the wind turbine when a set maximum speed is reached.

Weiter kann vorgesehen sein, dass am freien Ende der Welle eine elektromagnetische, fliehkraftgeregelte Bremse angeordnet ist, wobei die Bremse derart ausgebildet sein kann, dass durch die Fliehkraft nach außen gedrückte Backen der Bremse, bestückt mit Dauermagneten, zwischen zwei Metallscheiben fahren und dort durch das entstehende Magnetfeld abgebremst werden. Dabei gilt, dass je höher die Drehzahl, desto größer die Bremswirkung ist.It can further be provided that an electromagnetic, centrifugally controlled brake is arranged at the free end of the shaft, wherein the brake can be designed in such a way that the centrifugal Forced to move outwards, the brake shoes, equipped with permanent magnets, move between two metal discs and are slowed down there by the resulting magnetic field. The rule here is that the higher the speed, the greater the braking effect.

Durch eine gestürzte Anordnung werden insbesondere Unwuchten reduziert, die dadurch entstehen, dass beim als Darrieus-Rotor ausgebildeten Auftriebsläufer die an den vertikal angeordneten Rotorblättern anliegende Strömung beim Erreichen der windabgewandten Seite kurz abreißt und dadurch eine Unwucht entsteht. Diese Unwucht ist in ihrer Intensität von der jeweiligen Drehzahl, Windgeschwindigkeit und Winderscheinung abhängig. Mit Winderscheinung ist dabei gemeint, ob der Wind gleichmäßig von einer Richtung oder aus schnell wechselnden Richtungen kommt, und/oder ob die Windgeschwindigkeit gleichmäßig, konstant oder ungleichmäßig, stoßweise verläuft.A toppled arrangement reduces in particular imbalances that occur because the lift rotor designed as a Darrieus rotor causes the flow applied to the vertically arranged rotor blades to break off briefly when it reaches the leeward side, thereby creating an imbalance. The intensity of this imbalance depends on the respective speed, wind speed and wind phenomenon. Wind phenomenon means whether the wind comes evenly from one direction or from rapidly changing directions, and/or whether the wind speed is even, constant or uneven, intermittent.

Eine weitere Ausgestaltung der Windturbinenanlage sieht vor, dass mehrere Stützkäfige mit Verstrebungen, die an Knotenblechen fixiert sein können, zu einem stabilen Mast zusammengebaut sind. Die Verstrebungen erhöhen dabei die Stabilität des Mastes. Dabei sind nicht notwendigerweise in allen Stützkäfigen auch Windturbinen angeordnet. Beispielsweise dienen zunächst mehrere Stützkäfige ohne Windturbinen dazu, einen Mast bereitzustellen, an dessen oberen Ende dann ein oder mehrere Windturbinenmodule (mit Windturbine) angeordnet sind.A further embodiment of the wind turbine system provides that several support cages with struts that can be fixed to gusset plates are assembled to form a stable mast. The struts increase the stability of the mast. Wind turbines are not necessarily arranged in all support cages. For example, several support cages without wind turbines initially serve to provide a mast, at the upper end of which one or more wind turbine modules (with wind turbine) are then arranged.

Weiter kann vorgesehen sein, dass mehrere Stützkäfige ein Fundament für einen Mast bilden. Die Stützkäfige können dabei mit Verstrebungen, Wänden und/oder Böden versehen sein, um das Fundament für einen Mast zu bilden.It can further be provided that several support cages form a foundation for a mast. The support cages can be provided with struts, walls and/or floors in order to form the foundation for a mast.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen kubischen Stützkäfig eines erfindungsgemäßen Windturbinenmoduls;
  • 2 den Stützkäfig der 1 mit zusätzlich vorgesehenen Verstrebungen;
  • 3 in einer Ansicht in horizontaler Richtung von vorne ein Windturbinenmodul mit einer Windturbine, die in einem Stützkäfig gemäß der 1 angeordnet ist, wobei die Windturbine einen Widerstandsläufer und einen Auftriebsläufer umfasst;
  • 4 eine Schnittansicht des Windturbinenmoduls der 3;
  • 5 in einer Ansicht von oben ein Windturbinenmodul gemäß den 3 und 4, wobei an den vertikalen Seitenkanten des Windturbinenmoduls Wind-Kollektoren angeordnet sind, die eine vergrößerte Anströmfläche für den Wind bereitstellen;
  • 6 in perspektivischer Ansicht zwei Windturbinenmodule gemäß der 5, wobei das obere Windturbinenmodul gestürzt auf dem unteren Windturbinenmodul angeordnet ist;
  • 7 das Windturbinenmodul der 6 in einer Ansicht von vorne;
  • 8 mehrere zu einem Mast zusammengesetzte Stützkäfige gemäß den 1 und 2, wobei am oberen Ende des Mastes zwei Windturbinenmodule entsprechend den 6 und 7 angeordnet sind, so dass das obere Windturbinenmodul gestürzt auf dem unteren Windturbinenmodul befestigt ist;
  • 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mastes, der aus mehreren Stützkäfigen gemäß den 1 und 2 zusammengesetzt ist, wobei die Basis des Mastes ebenfalls durch solche Stützkäfige gebildet wird;
  • 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mastes, der aus mehreren Stützkäfige gemäß den 1 und 2 zusammengesetzt ist, wobei die Basis des Mastes ebenfalls durch solche Stützkäfige gebildet wird, und wobei die Stützkäfige im Bereich der Basis mit Wänden und/oder Böden versehen sind;
  • 11 in perspektivischer Ansicht zwei übereinander angeordnete und miteinander verbundene Windturbinenmodule, wobei das eine Modul mit einem Widerstandsläufer und das andere Modul mit einem Auftriebsläufer ausgestattet ist und die Wellen der beiden Module gekoppelt sind; und
  • 12 eine vergrößerte und detailliertere Darstellung der Ausgestaltung eines Widerstandsläufers, bei dem ein Kraftschluss mit der Welle nur in der einen Drehrichtung besteht und in der anderen Drehrichtung aufgehoben ist.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing using an exemplary embodiment. Show it:
  • 1 a cubic support cage of a wind turbine module according to the invention;
  • 2 the support cage of 1 with additional struts provided;
  • 3 in a view in horizontal direction from the front, a wind turbine module with a wind turbine, which is in a support cage according to the 1 is arranged, wherein the wind turbine comprises a drag runner and a lift runner;
  • 4 a sectional view of the wind turbine module of FIG 3 ;
  • 5 in a view from above, a wind turbine module according to the 3 and 4 , wherein wind collectors are arranged on the vertical side edges of the wind turbine module, which provide an enlarged inflow area for the wind;
  • 6 in a perspective view of two wind turbine modules according to 5 wherein the upper wind turbine module is arranged inverted on the lower wind turbine module;
  • 7 the wind turbine module 6 in a front view;
  • 8th several to a mast assembled support cages according to 1 and 2 , wherein at the top of the mast two wind turbine modules according to 6 and 7 are arranged so that the upper wind turbine module is mounted inverted on the lower wind turbine module;
  • 9 another embodiment of a mast, which consists of several support cages according to 1 and 2 is composed, the base of the mast also being formed by such support cages;
  • 10 another embodiment of a mast, which consists of several support cages according to 1 and 2 is composed, the base of the mast also being formed by such support cages, and wherein the support cages are provided with walls and/or floors in the region of the base;
  • 11 a perspective view of two wind turbine modules arranged one above the other and connected to one another, one module being equipped with a resistance rotor and the other module being equipped with a lift rotor and the shafts of the two modules being coupled; and
  • 12 an enlarged and more detailed representation of the design of a resistance runner, in which there is a frictional connection with the shaft only in one direction of rotation and is canceled in the other direction of rotation.

Es wird darauf hingewiesen, dass nur die 6, 7 und 11 Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen. Die weiteren Figuren dienen dem besseren Verständnis der Erfindung.It is noted that only the 6 , 7 and 11 Represent embodiments of the present invention. The other figures serve for a better understanding of the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung wird anhand der 1-5 ein Windturbinenmodul beschrieben, dass einen Stützkäfig und eine innerhalb des Stützkäfigs angeordnete Windturbine umfasst, wobei der Begriff „Windturbine“ die Komponenten bezeichnet, die für eine Erzeugung elektrischer Energie aus Wind erforderlich sind. Mehrere miteinander verbundene Windturbinenmodule dieser Art werden als Windturbinenanlage bezeichnet, wobei eine vorteilhafte Ausgestaltung vorsieht, dass eine solche Windturbinenanlage zwei Windturbinenmodule umfasst, wie in Bezug auf die 6 und 7 erläutert wird. Die Erfindung betrifft in einem Aspekt auch eine in vorteilhafter Weise ausgebildete Windturbine, wobei diese Windturbine zwar gemäß einer Ausgestaltung, jedoch nicht notwendigerweise in einem Stützkäfig angeordnet ist.The following description is based on the 1-5 describes a wind turbine module that includes a support cage and a wind turbine arranged within the support cage, the term “wind turbine” designating the components that are required for generating electrical energy from wind. Several interconnected wind turbine modules of this type are referred to as a wind turbine plant, wherein an advantageous embodiment provides that such a wind turbine system comprises two wind turbine modules, as in relation to FIG 6 and 7 is explained. In one aspect, the invention also relates to an advantageously designed wind turbine, whereby this wind turbine is, according to one embodiment, but not necessarily arranged in a support cage.

Die 1 zeigt einen Stützkäfig 5, der allgemein quaderförmig, im dargestellten Ausführungsbeispiel kubisch ausgebildet ist. Der Stützkäfig 5 wird durch eine Rahmenkonstruktion 6 gebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwölf Rohre 60 gebildet ist, die entlang der zwölf Kanten des Kubus verlaufen. Die Rohre 60 umfassen vertikal ausgerichtete Rohre 61 an den vertikal verlaufenden Kanten des Kubus und horizontal ausgerichtete Rohre 62 an den horizontal verlaufenden Kanten des Kubus.the 1 shows a support cage 5, which is generally cuboid, cubic in the illustrated embodiment. The support cage 5 is formed by a frame structure 6, which in the illustrated embodiment is formed by twelve tubes 60 running along the twelve edges of the cube. The tubes 60 include vertically oriented tubes 61 at the vertically extending edges of the cube and horizontally oriented tubes 62 at the horizontally extending edges of the cube.

In jeder durch zwei Kanten gebildeten Ecke ist jeweils ein Knotenblech 7 angeordnet, das Bohrungen 8 zur Befestigung weiterer Komponenten und/oder zur Verbindung von mehreren Stützkäfigen 5 untereinander aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jeder solchen Ecke ein Knotenblech 7 angeordnet, so dass insgesamt 24 Knotenbleche vorhanden sind, jeweils vier in der Ebene einer Seitenfläche des Kubus.A gusset plate 7 is arranged in each corner formed by two edges, which has bores 8 for fastening further components and/or for connecting a plurality of support cages 5 to one another. In the illustrated embodiment, a gusset plate 7 is arranged at each such corner, so that there are a total of 24 gusset plates, four in each case in the plane of a side surface of the cube.

Gemäß der 2 kann vorgesehen sein, dass der Kubus durch Verstrebungen 25 strukturell verstärkt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an jeder Seitenfläche zwei Verstrebungen 25 vorgesehen, die sich diagonal in der jeweiligen Seitenfläche zwischen zwei Knotenblechen 7 erstrecken.According to the 2 it can be provided that the cube is structurally reinforced by struts 25 . In the illustrated embodiment, two struts 25 are provided on each side surface, which extend diagonally between two gusset plates 7 in the respective side surface.

Die 3 bis 5 zeigen in einer Seitenansicht, in einer Schnittansicht und in einer Ansicht von oben ein Windturbinenmodul 100, das eine Windturbine aufweist, die in einem Stützkäfig 5 gemäß den 1 oder 2 angeordnet ist. Die Windturbine umfasst eine vertikal verlaufende, zentrisch im Stützkäfig 5 angeordnete Welle 2, einen Widerstandsläufer 3, einen Auftriebsläufer 4 und einen elektrischen Generator 1, der durch die Welle 2 angetrieben wird. Die Welle 2 ist mit jeweils einem Kugellager mit Flansch 20 (vgl. 4) in einer Oberplatte 9 und in einer Unterplatte 10 gelagert, wobei die Oberplatte 9 und Unterplatte 10 direkt oder über zwischengeschaltete Bauteile mit Knotenblechen 7 verbunden sind. Die Windturbine ist hierdurch fest innerhalb des Stützkäfigs 5 angeordnet.the 3 until 5 show in a side view, in a sectional view and in a view from above a wind turbine module 100 having a wind turbine mounted in a support cage 5 according to FIGS 1 or 2 is arranged. The wind turbine comprises a shaft 2 running vertically and arranged centrally in the support cage 5 , a resistance rotor 3 , a lift rotor 4 and an electric generator 1 which is driven by the shaft 2 . Each shaft 2 is fitted with a ball bearing with a flange 20 (cf. 4 ) stored in an upper plate 9 and in a lower plate 10, the upper plate 9 and lower plate 10 being connected to gusset plates 7 directly or via interposed components. As a result, the wind turbine is firmly arranged inside the support cage 5 .

Dabei ist vorgesehen, dass die Oberplatte 9 und die Unterplatte 10 zur Abschwächung von Schwingungen durch elastische Dämpfungselemente 33 mit Halterungen am Stützkäfig 5 befestigt sind.Provision is made here for the upper plate 9 and the lower plate 10 to be fastened to the support cage 5 with brackets by means of elastic damping elements 33 in order to dampen vibrations.

An den Aufnahme-Bohrungen 8 der Knotenbleche 7 können, je nach Ausgestaltung des Windturbinenmoduls, des Weiteren Verbindungselemente 11 (vgl. 7), Schutzbleche 12 (vgl. 6) oder andere Bauelemente wie Windkollektoren 37 (vgl. 5) befestigt sein.Depending on the design of the wind turbine module, connection elements 11 (cf. 7 ), mudguards 12 (cf. 6 ) or other components such as wind collectors 37 (cf. 5 ) to be attached.

Die Welle 2 ist des Weiteren über eine elastische Kupplung 21 direkt mit dem Generator 1 verbunden. Der Generator 1 ist auf einer Befestigungsplatte 30 angeordnet, wie in der 4 zu erkennen ist. Die Befestigungsplatte 30 ist beispielsweise über mindestens zwei Gewindestangen 31 nebst Befestigungsmuttern 32 mit der Unterplatte 10 verbunden. Dadurch ist der Abstand zwischen dem Generator 1 und der Unterplatte 10 einstellbar. Der Generator 1 befindet sich im unteren Bereich des Windturbinenmoduls innerhalb des Stützkäfigs 5, wobei die Befestigungsplatte 30 zumindest näherungsweise in der Ebene der unteren Seitenfläche des durch den Stützkäfig 5 gebildeten Kubus liegt. Vom Generator 1 wird in an sich bekannter Weise ein 3-Phasen Drehstrom abgegriffen. Die entsprechenden Kontakte sind nicht gesondert dargestellt.The shaft 2 is also connected directly to the generator 1 via an elastic coupling 21 . The generator 1 is arranged on a mounting plate 30, as shown in FIG 4 can be seen. The fastening plate 30 is connected to the lower plate 10 for example via at least two threaded rods 31 together with fastening nuts 32 . As a result, the distance between the generator 1 and the lower plate 10 can be adjusted. The generator 1 is located in the lower area of the wind turbine module within the support cage 5, the fastening plate 30 lying at least approximately in the plane of the lower side surface of the cube formed by the support cage 5. A 3-phase alternating current is tapped from the generator 1 in a manner known per se. The corresponding contacts are not shown separately.

Der Widerstandsläufer 3 ist als Savonius-Rotor ausgebildet. Er weist zwei schaufelförmige Läufer bzw. Rotorschaufeln 13 auf. Der Widerstandsläufer 3 ist dabei derart ausgebildet, dass er zwei Ebenen 40, 41 mit jeweils zwei schaufelförmigen Läufern bzw. Rotorschaufeln 13 aufweist. Die Ebenen 40, 41 sind durch einen Zwischenboden 16 voneinander getrennt. Weiter umfasst der Widerstandsläufer 3 einen unteren Boden 15 und einen oberen Boden 22. Die Rotorschaufeln 13 sind jeweils um 180° versetzt um die vertikale, zentrisch angeordnete Welle 2 angeordnet. Die Rotorschaufeln 13 sind dabei derart angeordnet, dass sie in Form einer Halbschale 14 vom Rand des jeweiligen Bodens 15, 22 und Zwischenbodens 16 um die Welle 2 ca. ein Viertel der Gesamtöffnung der Rotorschaufeln 13 herumlaufen. Die Rotorschaufeln 13 der beiden Ebenen 40, 41 sind um 90° zueinander versetzt angeordnet.The resistance rotor 3 is designed as a Savonius rotor. It has two blade-shaped runners or rotor blades 13 . The resistance rotor 3 is designed in such a way that it has two planes 40, 41, each with two blade-shaped rotors or rotor blades 13. The levels 40, 41 are separated from one another by an intermediate floor 16. Furthermore, the resistance rotor 3 comprises a lower base 15 and an upper base 22. The rotor blades 13 are each offset by 180° around the vertical, centrally arranged shaft 2. The rotor blades 13 are arranged in such a way that they run around the shaft 2 in the form of a half-shell 14 from the edge of the respective base 15, 22 and intermediate base 16 around a quarter of the total opening of the rotor blades 13. The rotor blades 13 of the two levels 40, 41 are offset by 90 ° to each other.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausbildung des Widerstandsläufers 3 mit zwei Ebenen 40, 41 nur beispielhaft zu verstehen ist. Alternativ kann der Widerstandsläufer auch nur mit einer Ebene oder mit mehr als zwei Ebenen ausgebildet sein.It is pointed out that the formation of the resistance runner 3 with two levels 40, 41 is only to be understood as an example. Alternatively, the resistance rotor can also be designed with only one level or with more than two levels.

Der Widerstandsläufer 3 ist mit der Welle 2 über ein Kugellager 17 und ein Einwegkugellager 18 verbunden. Das Einwegkugellager 18 lässt eine Rotation nur in einer Drehrichtung zu.The resistance rotor 3 is connected to the shaft 2 via a ball bearing 17 and a one-way ball bearing 18 . The one-way ball bearing 18 only allows rotation in one direction of rotation.

Der Auftriebsläufer 4 ist als H-Darrieus-Rotor ausgebildet, der mehrere parallel zur Drehachse der Welle 2 angeordnete Rotorblätter 34 aufweist. Im Ausführungsbeispiel der 5 sind drei solche Rotorblätter 34 vorgesehen. Die Rotorblätter 34 sind an Tragarmen 42 befestigt. Wie aus der 4 ersichtlich ist, ist der Auftriebsläufer 4 mit der vertikalen, zentrisch im Stützkäfig 5 angeordneten Welle 2 über jeweils einen Klemmbock 19 fest verbunden. Der Auftriebsläufer 4 ist somit fest mit der Welle 2 verbunden, während der Widerstandsläufer 3 derart mit der Welle 2 verbunden ist, das über den Widerstandsläufer 3 ein Drehmoment nur in der Drehrichtung der Windturbine auf die Welle 2 übertragen wird.The lift rotor 4 is designed as an H-Darrieus rotor, which has a plurality of rotor blades 34 arranged parallel to the axis of rotation of the shaft 2 . In the embodiment of 5 three such rotor blades 34 are provided. The rotor blades 34 are attached to support arms 42 . How from the 4 As can be seen, the lift rotor 4 is firmly connected to the vertical shaft 2 arranged centrally in the support cage 5 via a clamping block 19 in each case. The lift rotor 4 is thus firmly connected to the shaft 2, while the resistance rotor 3 is connected to the shaft 2 in such a way that a torque is transmitted to the shaft 2 via the resistance rotor 3 only in the direction of rotation of the wind turbine.

Der Widerstandsläufer 3 läuft schon mit sehr geringer Windgeschwindigkeit an, kann aber maximal mit der Geschwindigkeit des Windes drehen, d.h., er kann nicht schneller als der Wind drehen. Der Auftriebsläufer 4 läuft dagegen erst bei einer wesentlich höheren Windgeschwindigkeit an, kann aber dann schneller als die eigentliche Windgeschwindigkeit drehen. Dreht sich der Widerstandsläufer 3, so nimmt dieser über die vertikale, zentrische Welle 2 den Auftriebsläufer 4 mit und schiebt diesen sozusagen an. Ist die Geschwindigkeit erreicht, ab welcher der Auftriebsläufer 4 schneller als die Windgeschwindigkeit laufen kann, überholt der Auftriebsläufer 4 den Widerstandsläufer 3 und treibt den Generator 1 noch mehr an. Der Widerstandsläufer 3 bewegt sich relativ zur Drehgeschwindigkeit der Welle 2 bzw. des Auftriebsläufers 4 entgegen der Drehrichtung der Windturbine. Eine solche Ausgestaltung von Widerstandsläufer 3, Auftriebsläufer 4 und Welle 2 ist unabhängig von der Art der strukturellen Anordnung und Befestigung der Windturbine und kann auch bei Windturbinen eingesetzt werden, die nicht in einem Stützkäfig 5 angeordnet sind.The resistance runner 3 starts up with a very low wind speed, but can turn at the maximum with the speed of the wind, i.e. it cannot turn faster than the wind. The lift rotor 4, on the other hand, only starts up at a significantly higher wind speed, but can then turn faster than the actual wind speed. If the resistance runner 3 rotates, it takes the buoyancy runner 4 with it via the vertical, central shaft 2 and pushes it, so to speak. If the speed is reached from which the lift rotor 4 can run faster than the wind speed, the lift rotor 4 overtakes the resistance rotor 3 and drives the generator 1 even more. The resistance rotor 3 moves relative to the rotational speed of the shaft 2 or the lift rotor 4 against the direction of rotation of the wind turbine. Such a design of resistance rotor 3, lift rotor 4 and shaft 2 is independent of the type of structural arrangement and attachment of the wind turbine and can also be used in wind turbines that are not arranged in a support cage 5.

Die 12 zeigt in vergrößerter und detaillierter Darstellung eine Ausgestaltung des Widerstandsläufers 3, der über ein Einwegkugellager 18 mit der Welle 2 verbunden ist. Der durch das Einwegkugellager 18 bereitgestellte Freilauf in einer Drehrichtung hat die Aufgabe, den Kraftschluss der Verbindung mit der Welle 2 in dieser Drehrichtung aufzuheben.the 12 shows an embodiment of the resistance rotor 3, which is connected to the shaft 2 via a one-way ball bearing 18, in an enlarged and detailed representation. The freewheel provided by the one-way ball bearing 18 in one direction of rotation has the task of canceling the non-positive connection of the connection with the shaft 2 in this direction of rotation.

Das Einwegkugellager 18 umfasst einen Außenring 45, der über einen Mitnehmer 51 mit dem Widerstandsläufer 3 verbunden ist, und einen Innenring 46, der über einen Mitnehmer wie zum Beispiel eine Passfeder 47 fest mit der Welle 2 verbunden ist. Der Auftriebsläufer 4 ist drehfest mit der Welle 2 verbunden. Aufgrund der nachfolgend erläuterten Funktionsweise des Einwegkugellagers 18 klemmt der Außenring 45 in der einen Drehrichtung mit dem Innenring 46 und damit mit der Welle 2, während er in der anderen Drehrichtung frei läuft.The one-way ball bearing 18 comprises an outer ring 45, which is connected to the resistance runner 3 via a driver 51, and an inner ring 46, which is firmly connected to the shaft 2 via a driver such as a feather key 47. The lift rotor 4 is connected to the shaft 2 in a torque-proof manner. Due to the mode of operation of the one-way ball bearing 18 explained below, the outer ring 45 clamps in one direction of rotation with the inner ring 46 and thus with the shaft 2, while it runs freely in the other direction of rotation.

So werden beim Kugelfreilauf Kugeln 49 von Druck-Federn 48 in einer Drehrichtung in einen sich verengenden Spalt 50 zwischen Innenring 46 und Außenring 45 gedrückt. Treibt der Außenring 45 den Innenring 46 in Richtung der Federkraft an, so werden die Kugeln 49 eingeklemmt und es entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Außenring 45 und Innenring 46, so dass über den Widerstandsläufer 3 die Welle 2 und damit auch der Auftriebsläufer 4 angetrieben wird. Beim Antrieb durch den Innenring 45, wenn also der Auftriebsläufer 4 schneller dreht als der Widerstandsläufer 3, heben die Kugeln vom Innenring 46 ab und wird die kraftschlüssige Verbindung zum Außenring 45 und damit zum Widerstandsläufer 3 aufgehoben.In ball freewheeling, balls 49 are pressed by pressure springs 48 in a direction of rotation into a narrowing gap 50 between inner ring 46 and outer ring 45 . If the outer ring 45 drives the inner ring 46 in the direction of the spring force, the balls 49 are clamped and a non-positive connection is created between the outer ring 45 and the inner ring 46, so that the shaft 2 and thus also the buoyancy rotor 4 are driven via the resistance rotor 3. When driven by the inner ring 45, ie when the lift rotor 4 rotates faster than the resistance rotor 3, the balls lift off the inner ring 46 and the non-positive connection to the outer ring 45 and thus to the resistance rotor 3 is canceled.

Es wird darauf hingewiesen, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel die Rotorblätter 34 des Auftriebsläufers 4, die naturgemäß eine Druckseite 340 und eine Saugseite 341 ausbilden, mit ihrer Saugseite 341 zur Achse 2 hin ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, dass der Wind im Modul an der Saugseite 341 vorbei streicht und somit ein stärkerer Auftrieb erzeugt wird.It is pointed out that in the exemplary embodiment shown, the rotor blades 34 of the lift rotor 4 , which naturally form a pressure side 340 and a suction side 341 , are aligned with their suction side 341 towards the axis 2 . This ensures that the wind sweeps past the suction side 341 in the module and thus a stronger lift is generated.

Die Windturbinenmodule 100 können mit flächigen, beispielsweise rechteckigen Wind-Kollektoren 37 ausgestattet sein, die in der 5 dargestellt sind. Diese verlaufen mit ihrer dem Stützkäfig 5 zugewandten Kante entlang der vertikal verlaufenden Kante bzw. den dort ausgebildeten Rohren 61 des Stützkäfigs 5. Sie sind beispielsweise mittels der Aufnahme-Bohrungen 8 an entsprechenden Knotenblechen 7 befestigt. Die Wind-Kollektoren 37 sind in einem Winkel von 45° in Bezug auf die Würfel-Außenfläche angeordnet. Andere Ausführungsvarianten sehen vor, dass die Wind-Kollektoren 37 schwenkbar an der jeweiligen Kante ausgebildet sein. Die Wind-Kollektoren 37 vergrößern die Anströmfläche der Windturbinen und leiten den Wind auf die Turbinen. Die Wind-Kollektoren 37 können in Größe und Form variieren.The wind turbine modules 100 can be equipped with flat, for example, rectangular wind collectors 37 in the 5 are shown. These run with their edge facing the support cage 5 along the vertically running edge or the tubes 61 of the support cage 5 formed there. The wind collectors 37 are arranged at an angle of 45° with respect to the outer surface of the cube. Other design variants provide for the wind collectors 37 to be designed to be pivotable on the respective edge. The wind collectors 37 increase the inflow area of the wind turbines and direct the wind onto the turbines. The wind collectors 37 can vary in size and shape.

Die Windturbinen sind für eine maximale Drehzahl ausgelegt. Wird diese erreicht, greifen mehrere technische Einrichtungen, um die Drehzahl konstant zu halten oder im Extremfall die Turbine zu stoppen. Zum einen wird die Drehzahl durch maximale Leistungsabgabe des Generators 1 begrenzt. Reicht dies nicht aus, wird bei einer bestimmten Drehzahl eine mechanische Bremse 38 (vgl. 4) ausgelöst. Dies wird durch eine mit der Welle 2 direkt verbundenen Einrichtung vollzogen, beispielsweise durch eine Scheibenbremse, die bei einer bestimmten Drehzahl auslöst, oder durch eine fliehkraftgeregelte Bremseinrichtung nach dem Wirbelstrom-Verfahren, den Auftriebsläufer 4 und den Widerstandsläufer 3 abgebremst.The wind turbines are designed for a maximum speed. If this is reached, several technical devices come into play to keep the speed constant or, in extreme cases, to stop the turbine. On the one hand, the speed is limited by the maximum power output of the generator 1. If this is not sufficient, a mechanical brake 38 (cf. 4 ) triggered. This is accomplished by a device directly connected to the shaft 2, for example by a disc brake, which is triggered at a certain speed, or by a centrifugally controlled braking device using the eddy current method, the lift rotor 4 and the resistance rotor 3 are braked.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „vertikal“, „horizontal“, „oben“ und „unten“ sich auf ein Windturbinenmodul beziehen, das entsprechend seinem bestimmungsgemäßen Gebrauch angeordnet ist. Die Welle 2 verläuft dabei vertikal. It is noted that the terms "vertical", "horizontal", "above" and "below" refer to a wind turbine module arranged according to its intended use. The shaft 2 runs vertically.

Mehrere Windturbinenmodule 100 gemäß den 1-5 können neben- und/oder übereinander angeordnet werden, wobei sie eine Windturbinenanlage bilden. Die Würfelform des Stützkäfig 5 ermöglicht dabei, mehrere Windturbinen in sehr engem Abstand zueinander zu positionieren. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 und 7 sind zwei Windturbinenmodule identischer Bauart derart miteinander verbunden, dass das obere Windturbinenmodul gestürzt, d. h. kopfüber auf dem unteren Windturbinenmodul angeordnet ist. Eine zweite Windturbine 35 des oberen Windturbinenmoduls ist somit kopfüber auf einer ersten Windturbine 36 des unteren Windturbinenmoduls angeordnet. Die zweite Windturbine 35 dreht dabei in entgegengesetzter Richtung wie die erste Windturbine 36.Several wind turbine modules 100 according to the 1-5 can be arranged side by side and/or one above the other, forming a wind turbine installation. The cube shape of the support cage 5 makes it possible to position several wind turbines at a very close distance from one another. According to the embodiment of 6 and 7 two wind turbine modules of identical design are connected to one another in such a way that the upper wind turbine module is overturned, ie is arranged upside down on the lower wind turbine module. A second wind turbine 35 of the upper wind turbine module is thus arranged upside down on a first wind turbine 36 of the lower wind turbine module. The second wind turbine 35 rotates in the opposite direction to the first wind turbine 36.

Durch diese Anordnung von zwei Windturbinen 35, 36 werden bei der Rotation des Auftriebsläufers 4 entstehende Unwuchten reduziert. Dabei ist zu beachten, dass die Strömung auf den sich vertikal erstreckenden Rotorblättern 34 des Auftriebsläufers 4 beim Erreichen der windabgewandten Seite kurz abreißt, wodurch eine Unwucht entsteht. Diese Unwucht ist in ihrer Intensität von der jeweiligen Drehzahl, Windgeschwindigkeit und Winderscheinung, abhängig. Um dieser Unwucht entgegenzuwirken, ist die zweite Windturbine 35 gestürzt auf der ersten Windturbine 36 angeordnet. Dabei dreht sie in entgegengesetzter Richtung wie die erste Windturbine 36. Dadurch wird erreicht, dass sich die Unwuchten der beiden Windturbinen 35, 36 zumindest teilweise aufheben.This arrangement of two wind turbines 35, 36 reduces imbalances that occur during the rotation of the lift rotor 4. It should be noted here that the flow on the vertically extending rotor blades 34 of the lift rotor 4 breaks off briefly when it reaches the leeward side, as a result of which an imbalance occurs. The intensity of this imbalance depends on the respective speed, wind speed and wind phenomenon. In order to counteract this imbalance, the second wind turbine 35 is arranged overturned on the first wind turbine 36 . It rotates in the opposite direction to the first wind turbine 36. This means that the imbalances in the two wind turbines 35, 36 are at least partially offset.

Um diesen Effekt zu unterstützen, kann die Schwingungsfrequenz einer der Turbinen beispielsweise wie folgt geregelt werden. Über einen Schwingungssensor 43, der in der 6 schematisch dargestellt ist, wird die momentane Unwucht aufgenommen und in einer elektronischen Regelung (nicht dargestellt) verarbeitet. Dabei wird eine von den zwei Windturbinen bei Zunahme der Schwingungen und Vibrationen entlastet oder belastet. Beim Entlasten wird die abgegebene Generatorleistung verringert, das heißt die Drehzahl wird erhöht und beim Belasten wird die Generatorleistung erhöht, das heißt die Drehzahl wird verringert. Dabei bezieht die elektronische Regelung die erforderliche Energie aus der erzeugten Energie der Windturbinen.In order to support this effect, the oscillation frequency of one of the turbines can be regulated as follows, for example. Via a vibration sensor 43 in the 6 is shown schematically, the current imbalance is recorded and processed in an electronic control system (not shown). One of the two wind turbines is relieved or loaded when the oscillations and vibrations increase. When the load is relieved, the generator output is reduced, ie the speed is increased, and when the load is applied, the generator output is increased, ie the speed is reduced. The electronic control draws the required energy from the energy generated by the wind turbines.

In den 6 und 7 sind Schutzbleche 12 zu erkennen, die an den Knotenblechen 7 angeordnet sind. Die Schutzbleche 12 sind so angeordnet, dass die Oberplatte 9 und die Unterplatte 10 schwingen können. Dabei ragen die Schutzbleche 12 mit ausreichendem Abstand über die Oberplatte 9 und Unterplatte 10.In the 6 and 7 protective plates 12, which are arranged on the gusset plates 7, can be seen. The fenders 12 are arranged so that the top panel 9 and the bottom panel 10 can vibrate. The protective plates 12 protrude with a sufficient distance over the upper plate 9 and lower plate 10.

Die 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eine Windturbinenanlage, die zwei übereinander angeordnete und miteinander verbundene Windturbinenmodule aufweist.the 11 shows a further exemplary embodiment of a wind turbine installation which has two wind turbine modules which are arranged one above the other and are connected to one another.

Dabei ist vorgesehen, dass der Widerstandsläufer 3 und der Auftriebsläufer 4 in unterschiedlichen Modulen 100a, 100b ausgebildet sind, was durch den modularen Aufbau möglich ist. So weist das eine Modul 100a einen Widerstandsläufer 3 und das andere Modul 100b einen Auftriebsläufer 4 auf.It is provided that the resistance runner 3 and the buoyancy runner 4 are formed in different modules 100a, 100b, which is possible due to the modular design. Thus, one module 100a has a resistance runner 3 and the other module 100b has a lift runner 4 .

Der Widerstandsläufer 3 und der Auftriebsläufer 4 sind dementsprechend jeweils in einem separaten Stützkäfig 5 untergebracht. Dabei ist der Widerstandsläufer 3 derart mit einer vertikal, zentrischen Welle 2 des Moduls 100a verbunden, dass über den Widerstandsläufer 3 ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die Welle 2 übertragen wird, während der Widerstandsläufer 3 entgegen der definierten Drehrichtung frei läuft. Im Modul 100b ist der Auftriebsläufer 4 fest mit der Welle 2 dieses Moduls 100b verbunden.The resistance runner 3 and the buoyancy runner 4 are accordingly each housed in a separate support cage 5 . The resistance rotor 3 is connected to a vertical, central shaft 2 of the module 100a in such a way that a torque is transmitted via the resistance rotor 3 to the shaft 2 only in a defined direction of rotation, while the resistance rotor 3 runs freely counter to the defined direction of rotation. In the module 100b, the buoyancy rotor 4 is firmly connected to the shaft 2 of this module 100b.

Weiter ist vorgesehen, dass die beiden Wellen 2 der beiden Module 100a, 100b mittels einer elastischen Kupplung verbunden ist. Somit bleibt das Prinzip der Anlaufhilfe erhalten. Der Auftriebsläufer 4 kann dadurch besser von Wind durchströmt werden und somit auf den zur Mitte gerichteten, konvexen Auftriebsprofilflächen 34 mehr Unterdruck erzeugen und somit mehr Energie aus dem Wind generieren.It is further provided that the two shafts 2 of the two modules 100a, 100b are connected by means of an elastic coupling. The principle of start-up assistance is therefore retained. As a result, the wind can flow better through the lift rotor 4 and thus generate more negative pressure on the convex lift profile surfaces 34 directed towards the center and thus generate more energy from the wind.

Die beiden Wellen sind beispielsweise über ein Planetengetriebe 44 miteinander verbunden. Das Planetengetriebe 44 übersetzt die Drehbewegung der Welle 2 des Widerstandsläufers 3 derart, dass die Welle 2 des Auftriebsläufers 4 schneller läuft als die Welle 2 des Widerstandsläufers. Somit erreicht der Auftriebsläufer 4 schneller seine optimale Strömungssituation, um eigenständig zu laufen.The two shafts are connected to each other via a planetary gear 44, for example. The planetary gear 44 translates the rotational movement of the shaft 2 of the resistance rotor 3 in such a way that the shaft 2 of the lift rotor 4 runs faster than the shaft 2 of the resistance rotor. The lift rotor 4 thus reaches its optimal flow situation more quickly in order to run independently.

Stützkäfige 5 mit Auftriebsläufer 4 und Widerstandsläufer 3 können in beliebiger Anzahl kombiniert werden.Support cages 5 with lift runners 4 and resistance runners 3 can be combined in any number.

Die 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere modulare Stützkäfige 5 gemäß 1 mittels Verbindungselementen 23 zu einem Mast 24 zusammengesetzt sind. Dabei sind die Seiten des jeweiligen Stützkäfigs 5 entsprechend der 2 mit Verstrebungen 25 ausgestattet, welche die Stabilität erhöhen. Der Mast kann mit einem Beton-Fundament 26 verbunden sein, welches in die Erde eingegraben ist. An der Spitze des Mastes 24 sind zwei Windturbinenmodule 100 entsprechend den 6 und 7 oder gemäß 11 angeordnet. Alternativ kann auch eine davon abweichende Anzahl von Windturbinenmodulen im Mast 24 implementiert sein. Es kann weiter vorgesehen sein, dass an der Mastfläche Solar-Paneele 29 angeordnet sind. Dabei wird darauf hingewiesen, dass die Anordnung von einem oder mehreren Windturbinenmodulen mit quaderförmigen Stützkäfig natürlich auch an einem in anderer Weise gebildeten Mast möglich ist.the 8th shows an embodiment in which several modular support cages 5 according to 1 are assembled into a mast 24 by means of connecting elements 23 . The sides of the respective support cage 5 are in accordance with the 2 equipped with struts 25, which increase stability. The mast can be fitted with a concrete foundation ment 26, which is buried in the ground. At the top of the mast 24 are two wind turbine modules 100 according to the 6 and 7 or according to 11 arranged. Alternatively, a different number of wind turbine modules can also be implemented in the mast 24 . Provision can also be made for solar panels 29 to be arranged on the mast surface. It is pointed out here that the arrangement of one or more wind turbine modules with a cuboid support cage is of course also possible on a mast formed in a different way.

Die 9 und 10 zeigen Ausführungsvarianten einer Windturbinenanlage mit Mast 24, bei denen das Fundament 27 auf dem Boden angeordnet und durch Stützkäfige 5 gebildet ist, die in einer oder in mehreren Ebenen horizontal miteinander verschraubt sind. Die verschraubten Würfel, die das Fundament 27 bilden, können mit Sand oder Kies gefüllt und nach außen mit Böden und Wänden 28 ausgestattet werden. Des Weiteren können Abspannungen z.B. in Form von Stützen oder Seilen 52 an den Ecken des Mastes 24 angeordnet sein, um die Stabilität des Mastes 24 zu erhöhen.the 9 and 10 show embodiment variants of a wind turbine system with mast 24, in which the foundation 27 is arranged on the ground and formed by support cages 5, which are screwed together horizontally in one or more levels. The bolted cubes that form the foundation 27 can be filled with sand or gravel and equipped with floors and walls 28 on the outside. Furthermore, guy lines, for example in the form of supports or cables 52 , can be arranged at the corners of the mast 24 in order to increase the stability of the mast 24 .

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. It is further pointed out that any of the features described can be used separately or in combination with any other features, provided they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and encompasses all combinations and sub-combinations of one or more features described herein. If ranges are defined, these include all values within these ranges as well as all sub-ranges that fall within a range.

BezugszeichenlisteReference List

11
Generatorgenerator
22
vertikale, zentrische Wellevertical central shaft
33
Widerstandsläuferresistance runner
44
Auftriebsläuferlift runner
55
modularer Stützkäfigmodular support cage
66
Rahmenkonstruktionframe construction
77
Knotenblechgusset plate
88th
Aufnahme-Bohrungenrecording holes
99
Oberplattetop plate
1010
Unterplattesub-plate
1111
Verbindungs-Elementeconnecting elements
1212
Schutzblechefenders
1313
Rotorschaufelnrotor blades
1414
Halbschalehalf shell
1515
unterer Bodenlower floor
1616
Zwischenbodenintermediate floor
1717
Kugellagerball-bearing
1818
Einweg-KugellagerDisposable ball bearings
1919
Klemmblockterminal block
2020
Kugellager mit FlanschBall bearing with flange
2121
Elastische KupplungElastic coupling
2222
oberer Bodentop floor
2323
Verbindungs-Elementeconnecting elements
2424
Mastmast
2525
Verstrebungenbraces
2626
Beton-Fundamentconcrete foundation
2727
Fundament mit StützkäfigenFoundation with support cages
2828
Wände und Bödenwalls and floors
2929
Solar-Panelssolar panels
3030
Befestigungsplattemounting plate
3131
Gewindestangenthreaded rods
3232
Befestigungsmutternmounting nuts
3333
Dämpfungs-Elementedamping elements
3434
Auftriebsflügel / RotorblattLift wing / rotor blade
340340
Druckseite RotorblattPressure side rotor blade
341341
Saugseite Rotorblattsuction side rotor blade
3535
zweite Windturbinesecond wind turbine
3636
erste Windturbinefirst wind turbine
3737
Wind-Kollektorwind collector
3838
mechanische Bremsemechanical brake
4040
obere Ebene des Widerstandsläufersupper level of the resistance runner
4141
untere Ebene des Widerstandsläuferslower level of the resistance runner
4242
Tragarme des AuftriebsläufersSupport arms of the buoyancy runner
4343
Sensorsensor
4444
Planetengetriebeplanetary gear
4545
Außenring EinwegkugellagerOuter ring one-way ball bearing
4646
Innenring EinwegkugellagerInner ring one-way ball bearing
4747
Mitnehmer Nut Innenring/WelleDriver groove inner ring/shaft
4848
Druckfedercompression spring
4949
Kugelnballs
5050
Spaltgap
5151
Mitnehmer Nut Außenring/AuftriebsläuferDriver groove outer ring/buoyancy rotor
5252
Abspannseile/AbspannstrebenGuy ropes/guy struts
6161
vertikale Rohrevertical tubes
6262
horizontale Rohrehorizontal tubes
100100
Windturbinenmodulwind turbine module
100a100a
Windturbinenmodul nur mit WiderstandsläuferWind turbine module with resistance rotor only
100b100b
Windturbinenmodul nur mit AuftriebsläuferWind turbine module with lift rotor only

Claims (16)

Windturbinenanlage, die vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule (100) aufweist, wobei die Windturbinenmodule (100) jeweils aufweisen: - eine Windturbine in vertikaler Bauweise, die eine vertikale, zentrisch angeordnete Welle (2), mindestens einen mit der Welle (2) verbundenen drehbaren Läufer (3, 4) und einen über die Welle (2) angetriebenen elektrischen Generator (1) aufweist, - wobei die Windturbine innerhalb eines quaderförmigen Stützkäfigs (5) angeordnet ist, und wobei - die Windturbinenmodule (100) über ihre Stützkäfige (5) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - die Windturbinenanlage zwei vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule (100a, 100b) aufweist, wobei das eine Windturbinenmodul (100a) eine Windturbine umfasst, die einen Widerstandsläufer (3) aber keinen Auftriebsläufer (4) aufweist, und das andere Windturbinenmodul (100b) eine Windturbine umfasst, die einen Auftriebsläufer (4) aber keinen Widerstandsläufer (3) aufweist, - wobei über den Widerstandsläufer (3) ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die Welle (2) des zugeordneten Windturbinenmoduls (100a) übertragbar ist, während der Widerstandsläufer (3) entgegen der Drehrichtung frei läuft, - wobei die Wellen (2) der beiden Windturbinenmodule (100a, 100b) miteinander gekoppelt sind, und wobei - zwei solcher vertikal übereinander angeordneter Windturbinenmodule (100a, 100b), deren Wellen (2) miteinander gekoppelt sind, gestürzt, d. h. Kopf über auf zwei weiteren solcher vertikal übereinander angeordneten Windturbinenmodulen (100a, 1 00b), deren Wellen (2) miteinander gekoppelt sind, angeordnet sind.Wind turbine installation, which has wind turbine modules (100) arranged vertically one above the other, the wind turbine modules (100) each having: - a wind turbine of vertical construction, which has a vertical, centrally arranged shaft (2), at least one rotatable rotor connected to the shaft (2). (3, 4) and an electrical generator (1) driven via the shaft (2), - the wind turbine being arranged within a cuboid support cage (5), and - the wind turbine modules (100) being connected to one another via their support cages (5). are connected, characterized in that - the wind turbine system has two wind turbine modules (100a, 100b) arranged vertically one above the other, one wind turbine module (100a) comprising a wind turbine which has a resistance rotor (3) but no lift rotor (4), and the other Wind turbine module (100b) comprises a wind turbine which has a lift rotor (4) but no resistance rotor (3), - wherein a torque can be transmitted via the resistance rotor (3) to the shaft (2) of the associated wind turbine module (100a) only in a defined direction of rotation, while the resistance rotor (3) runs freely counter to the direction of rotation, - the shafts (2) of the two wind turbine modules (100a, 100b) are coupled to one another, and wherein - two such wind turbine modules (100a, 100b) arranged vertically one above the other, whose shafts (2) are coupled to one another, have fallen, i.e. upside down on two further such wind turbine modules (100a, 1st 00b) whose shafts (2) are coupled to one another are arranged. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wellen (2) der beiden vertikal übereinander angeordneten Windturbinen jeweils über ein Übersetzungsgetriebe (44) miteinander gekoppelt sind, wobei das Übersetzungsgetriebe (44) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine mit Auftriebsläufer (4) größer ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine mit Widerstandsläufer (3).wind turbine plant claim 1 , characterized in that the two shafts (2) of the two wind turbines arranged vertically one above the other are each coupled to one another via a transmission gear (44), the transmission gear (44) being arranged and designed in such a way that the rotational speed of the wind turbine with lift rotor (4) is greater than the rotational speed of the wind turbine with drag rotor (3). Windturbinenanlage, die vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule (100) aufweist, wobei die Windturbinenmodule (100) jeweils aufweisen: - eine Windturbine in vertikaler Bauweise, die eine vertikale, zentrisch angeordnete Welle (2), mindestens einen mit der Welle (2) verbundenen drehbaren Läufer (3, 4) und einen über die Welle (2) angetriebenen elektrischen Generator (1) aufweist, - wobei die Windturbine innerhalb eines quaderförmigen Stützkäfigs (5) angeordnet ist, und wobei - die Windturbinenmodule (100) über ihre Stützkäfige (5) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine jedes Windturbinenmoduls mindestens einen Widerstandsläufer (3) und mindestens einen Auftriebsläufer (4) umfasst, wobei der Auftriebsläufer (4) mit der Welle (2) fest verbunden ist und der Widerstandsläufer (3) derart mit der Welle (2) verbunden ist, dass über den Widerstandsläufer (3) ein Drehmoment nur in einer definierten Drehrichtung auf die Welle (2) übertragbar ist, während der Widerstandsläufer (3) entgegen der Drehrichtung frei läuft, und wobei die Windturbinenanlage zwei vertikal übereinander angeordnete Windturbinenmodule (100) identischer Bauart aufweist, wobei das obere Windturbinenmodul gestürzt, d. h. Kopf über auf dem unteren Windturbinenmodul angeordnet ist, wobei die Windturbinen (35, 36) der beiden Windturbinenmodule (100) mit unterschiedlicher Drehrichtung laufen.Wind turbine installation, which has wind turbine modules (100) arranged vertically one above the other, the wind turbine modules (100) each having: - a wind turbine of vertical construction, which has a vertical, centrally arranged shaft (2), at least one rotatable rotor connected to the shaft (2). (3, 4) and an electrical generator (1) driven via the shaft (2), - the wind turbine being arranged within a cuboid support cage (5), and - the wind turbine modules (100) being connected to one another via their support cages (5). are connected, characterized in that the wind turbine of each wind turbine module comprises at least one resistance rotor (3) and at least one lift rotor (4), the lift rotor (4) being firmly connected to the shaft (2) and the resistance rotor (3) being connected to the Shaft (2) is connected in that a torque can only be transmitted to the shaft (2) in a defined direction of rotation via the resistance runner (3), while the resistance rotor (3) runs freely counter to the direction of rotation, and the wind turbine system has two wind turbine modules (100) of identical design arranged vertically one above the other, the upper wind turbine module being arranged upside down, ie upside down on the lower wind turbine module, the wind turbines (35, 36) of the two wind turbine modules (100) run with different directions of rotation. Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützkäfige (5) mit Verstrebungen (25) zu einem stabilen Mast (24) verbunden sind.Wind turbine installation according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of support cages (5) are connected with struts (25) to form a stable mast (24). Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (5) durch eine Rahmenkonstruktion (6) gebildet ist, die die Kanten des durch den Stützkäfig gebildeten Quaders bildet.Wind turbine plant according to one of the preceding claims, characterized in that the support cage (5) is formed by a frame construction (6) which forms the edges of the cuboid formed by the support cage. Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei vertikal beabstandete Platten, eine Oberplatte (9) und eine Unterplatte (10), die jeweils mit dem Stützkäfig (5) verbunden sind und zwischen denen die Windturbine angeordnet ist.Wind turbine plant according to one of the preceding claims, characterized by two vertically spaced plates, an upper plate (9) and a lower plate (10), which are each connected to the support cage (5) and between which the wind turbine is arranged. Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine jeweils über Dämpfungselemente (33) vom Stützkäfig (5) entkoppelt ist.Wind turbine installation according to one of the preceding claims, characterized in that the wind turbine is decoupled from the supporting cage (5) via damping elements (33). Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Ecke des Stützkäfigs (5), an der zwei Kanten des durch den Stützkäfig gebildeten Quaders zusammenstoßen, ein Knotenblech (7) angeordnet ist, das Aufnahme-Bohrungen (8) zur Befestigung weiterer Komponenten aufweist.Wind turbine installation according to one of the preceding claims, characterized in that a gusset plate (7) is arranged at a corner of the support cage (5) at which two edges of the cuboid formed by the support cage meet, which has receiving bores (8) for fastening further has components. Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (5) kubisch ausgebildet ist.Wind turbine installation according to one of the preceding claims, characterized in that the support cage (5) is cubic. Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkäfig (5) zusätzliche Verstrebungen (25) aufweist, die jeweils in der Ebene einer Seitenfläche des Stützkäfigs (5) angeordnet sind.Wind turbine installation according to one of the preceding claims, characterized in that the support cage (5) has additional struts (25) which are each arranged in the plane of a side face of the support cage (5). Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Windturbinenmodul (100) jeweils des Weiteren mindestens einen Wind-Kollektor (37) umfasst, der an einer vertikal verlaufenden Kantenstruktur (61) des Stützkäfigs (5) angeordnet ist.Wind turbine plant according to one of the preceding claims, characterized in that the wind turbine module (100) further comprises at least one wind collector (37) which is arranged on a vertically running edge structure (61) of the support cage (5). Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsläufer (3) jeweils über ein oder mehrere Einwegkugellager (18) mit der Welle (2) verbunden ist.Wind turbine installation according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance rotor (3) is connected to the shaft (2) via one or more one-way ball bearings (18). Windturbinenanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsläufer (3) jeweils zwei Schaufelanordnungen umfasst, die in zwei vertikal beabstandeten Ebenen (40, 41) der Windturbine angeordnet ist.Wind turbine plant according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance runner (3) comprises two blade arrangements in each case, which are arranged in two vertically spaced planes (40, 41) of the wind turbine. Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsläufer (3) jeweils als Savonius-Rotor ausgebildet ist und mindestens zwei schaufelförmige Läufer (13) umfasst, die versetzt angeordnet sind.Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance rotor (3) is in each case designed as a Savonius rotor and comprises at least two blade-shaped rotors (13) which are arranged offset. Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebsläufer (4) jeweils als H-Darrieus-Rotor ausgebildet ist, der mindestens zwei parallel zur Drehachse angeordnete, an Tragarmen (42) befestigte Rotorblätter (34) aufweist.Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the lift rotor (4) is designed as an H-Darrieus rotor which has at least two rotor blades (34) arranged parallel to the axis of rotation and fastened to support arms (42). Windturbine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (34) eine Saugseite (341) und eine Druckseite (340) aufweisen, wobei die Saugseite (340) zur Drehachse (2) der Windturbine gerichtet ist.wind turbine after claim 15 , characterized in that the rotor blades (34) have a suction side (341) and a pressure side (340), the suction side (340) being directed towards the axis of rotation (2) of the wind turbine.
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