DE10250482A1

DE10250482A1 - Segment-Windschraube

Info

Publication number: DE10250482A1
Application number: DE10250482A
Authority: DE
Inventors: Bernd Melchior
Original assignee: BLUENERGY AG VADUZ
Current assignee: Bluenergy21 Ag Ch
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-10-26
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Windkraftkonverter (10) mit einer Windschraube (12), bestehend aus einer um ihre Längsachse (X-X) drehbar gelagerten Rotorwelle (14) und mindestens einem mit der Rotorwelle (14) drehfest verbundenen und sich entlang der Rotorwelle (14) um diese windenden Rotorflügel (16), zur Umwandlung von im Wind enthaltener kinetischer Energie in eine mechanische Drehbewegung. Die Windschraube (12) besteht in ihrer Längsrichtung aus einzelnen Segmenten, die in Bezug auf die Längsachse (X-X) der Rotorwelle (4) drehfest miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Windkraftkonverter mit einer Windschraube, bestehend aus einer um ihre Längsachse drehbar gelagerten Rotorwelle und mindestens einem mit der Rotorwelle drehfest verbundenen und sich entlang der Rotorwelle um diese windenden Rotorflügel, zur Umwandlung von im Wind enthaltener kinetischer Energie in eine mechanische Drehbewegung. Windkraftkonverter dienen der Nutzung der in strömender Luft enthaltene kinetischen Energie (Windenergie). Die Windenergie wird dabei durch Abbremsung der Luftmassen durch eine oder mehrere Windangriffsflächen, beispielsweise durch Rotorblätter, zunächst in mechanische Drehbewegung des Windrotors umgewandelt, mit Hilfe eines Generators wird dann die mechanische Energie des Windrotors in elektrische Energie überführt. Bei konventionellen Windkraftkonvertern werden hierfür meist handelsübliche, bei getriebelosen Windkraftkonvertern auch speziell konstruierte Drehstromgeneratoren verwendet.
Das Spektrum der technischen Ausführungsformen von Windkraftkonvertern ist groß. Zur Zeit und in absehbarer Zukunft werden fast ausschließlich Horizontalachsenkonverter eingesetzt. Diese Systeme haben aber unter anderem den Nachteil, dass sie erhebliche Geräusche erzeugen, die von Anliegern oftmals als störend empfunden werden.
Diesbezüglich günstiger sind sogenannte Windschrauben, die eine vertikal zum Untergrund ausgerichtete Rotorachse bzw. Rotorwelle aufweisen. Mit dieser Rotorwelle ist mindestens ein sich entlang der Rotorwelle um etwa die gesamte Rotorwelle windender Rotorflügel verbunden. Der Rotorflügel weist eine in etwa helixartige Form auf. Um eine bessere Ausnutzung der Windenergie zu erreichen, weisen derartige Windschrauben in der Regel zwei Rotorflügel auf, die, bezogen auf die Rotorwelle, einander diametral gegenüberliegen.
Beschrieben sind derartige Windschrauben beispielsweise in der WO 81/01443 und der SE 65 940.
Gegenüber anderen Windkraftkonverterkonzepten, insbesondere gegenüber den beschriebenen Horizontalachsenkonvertern zeichnen sich Windschrauben auch dadurch aus, dass eine aktive Anpassung an wechselnde Windrichtungen nicht notwendig ist. Die Rotorwelle wird unabhängig von der Windrichtung stets in Bewegung versetzt.
Trotz dieser Vorteile haben Windschrauben einen relativ geringen Anteil am Windkraftkonvertermarkt. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass ihre Herstellung relativ kostenintensiv und die Installation vor Ort aufwendig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herstellung und die Installation eines Windkraftkonverters mit Windschraube zu vereinfachen. Gleichzeitig sollen auch die Kosten sowohl für die Herstellung als auch für die Installation verringert werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Windschraube in ihrer Längsrichtung aus einzelnen Segmenten besteht, die in Bezug auf die Längsachse der Rotorwelle drehfest miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verringerung der Herstellungskosten und insbesondere eine Vereinfachung der Installation eines Windkraftkonverters mit Windschraube dann erreicht werden kann, wenn die Abmessungen der Einzelteile, insbesondere der Rotorflügel reduziert wird. Die zum Teil beträchtlichen Abmessungen der nach dem Stand der Technik einstückig ausgeführten Rotorflügel erschweren die Herstellung und führen vor allem bei der Installation vor Ort zu erheblichen Problemen.
Die Erfinderin hat weithin erkannt, dass eine Aufteilung der Windschraube in einzelne Segmente nur dann möglich und sinnvoll ist, wenn diese bei der Installation vor Ort in Bezug auf die Längsachse bzw. die Rotorwelle der Windschraube drehfest miteinander verbindbar sind. Dies meint, dass die durch die Abbremsung der Luftmassen auftretenden Kräfte nicht dazu führen dürfen, dass sich die einzelnen Segmente gegeneinander um die Längsachse verschieben.
Die Erfinderin hat eine Vielzahl möglicher Varianten entwickelt, um die Windschraube in einzelne erfindungsgemäße Segmente aufzuteilen. Unter dem Begriff Segment wird im Sinne dieser Erfindung ein Teilabschnitt der Windschraube verstanden.
Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich beispielhaft auf eine Windschraube mit zwei Rotorflügeln, die sich entlang der Rotorwelle einander diametral gegenüberliegend erstrecken.
In einer ersten Ausführungsvariante sind lediglich die Rotorflügel in einzelne Segmente aufgeteilt. Ein solches vorzugsweise einstückiges Rotorflügelsegment besteht aus einem auf die Rotorwelle aufschiebbaren Ring, der jeweils mit zwei einander gegenüberliegenden Rotorflügelteilen verbunden ist. Der aufgeschobene Ring bzw. das aufgeschobene Rotorflügelsegment wird mit der Rotorwelle drehfest verbunden, beispielsweise verschraubt. Im fertig montierten Zustand erstrecken sich die Windangriffsflächen der Rotorflügelteile in der gewünschten Ebene, also im Wesentlichen vertikal zum Untergrund. Anschließend wird das nächste Rotorflügelsegment auf die Rotorwelle aufgeschoben und mit dieser verbunden. Aus der Gesamtheit der aufgeschobenen Rotorflügelsegmente, die jeweils einen entsprechenden Abschnitt der Windschraube bzw. ihrer Rotorflügel ausbilden, ergibt sich schließlich die gewünschte Windschraube.
Die einzelnen Rotorflügelteile können im aufgesteckten Zustand auf Stoß aneinander anliegen, sie können sich aber auch zum Teil überlappen. In beiden Fällen können sie Mittel zur formschlüssigen, kraftschlüssigen, kraftformschlüssigen, lösbaren oder nicht lösbaren Verbindung miteinander aufweisen. Denkbar sind beispielsweise Schnapp- oder Rastverbindungen, aber auch ein Verschrauben oder Verschweißen kann je nach Bedingungen, beispielsweise bei starkem zu erwartendem Winden oder auch ausgesprochen großen Windschrauben sinnvoll sein. Die Art der Verbindung ist individuell zu wählen, beispielsweise können gleichartige Windschrauben mit unterschiedlichen Verbindungen ausgeführt sein. Auch können Mischformen der verschiedenartigen Verbindungen an ein und derselben Windschraube vorgesehen sein. Möglich ist auch, dass lediglich die Ringe entsprechend miteinander verbunden werden, die Rotorflügelteile selbst jedoch nicht.
Anstelle durch Verschraubung können die Ringe auch auf andere Art und Weise mit der Rotorwelle verbunden werden. Beispielsweise können die Ringe in ihrem Innenumfang eine sich im aufgesteckten Zustand in Richtung der Längsachse der Windschraube erstreckende Nut aufweisen, die auf eine sich ebenfalls in Richtung der Längsachse der Rotorwelle erstreckende und aus dieser hervortretende Feder aufgeschoben werden können. Auch die umgekehrte Anordnung, also Federn in den Ringen und eine Nut in der Rotorwelle, ist möglich. Je nach Größe der Windschraube können auch mehrere, umfänglich verteilte Nuten und Federn vorgesehen sein.
Eine andere Möglichkeit der Aufteilung der Windschraube in Segmente ergibt sich dann, wenn die Windschraube komplett, also auch die Rotorwelle selbst in Segmente aufgeteilt wird. Anstelle des Ringes weisen dann Windschraubensegmente als Verbindungselement zwischen den Rotorflügelteilen einen Rotorwellenteilabschnitt auf. Anders ausgedrückt besteht ein Windschraubensegment somit aus einem Teilabschnitt der Rotorwelle mit daran angeformten Rotorflügelteilen.
Zur Fertigung bzw. Installation der endgültigen Windschraube werden die Rotorwellenteilabschnitte und/oder die Rotorflügelteile drehfest miteinander verbunden.
Beispielsweise können die Rotorwellenteilabschnitte als Stecksystem ausgebildet sein. Zu diesem Zweck weisen sie an ihrem einen Ende eine Ausnehmung und am gegenüberliegenden anderen Ende ein Steckelement auf. Die Ausnehmungen und Steckelemente sind derart ausgeformt, dass sie ineinandersteckbar sind. Eine drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch Verschraubung, ein Feder/ Nut System oder einen sich durch beide Teile erstreckenden Sicherungsstift erreicht werden. Die Montage bzw. das Zusammenfügen derartiger Rotorflügelsegmente ist außerordentlich schnell und einfach zu bewerkstelligen.
Aueh bei diesem System können die einzelnen Rotorflügelteile im zusammengesteckten Zustand auf Stoß aneinander anliegen oder sich zum Teil überlappen, und Mittel zur formschlüssigen, kraftschlüssigen, kraftformschlüssigen, lösbaren oder nicht lösbaren Verbindung miteinander aufweisen. Denkbar sind auch bei diesem System beispielsweise Schnapp- oder Rastverbindungen, ein Verschrauben oder Verschweißen der Einzelteile oder die Realisierung mehrerer verschiedener Verbindungsarten an ein und derselben Windschraube.
Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit sieht vor, die Segmente aus einzelnen Rotorflügelteilen zu bilden, wobei einander gegenüberliegenden Rotorflügelteile nicht einstückig ausgeführt sind, also nicht über einen Ring oder einen Rotorwellenteilabschnitt miteinander verbunden sind. Die Rotorflügelteile werden vielmehr einzeln mit der Rotorwelle drehfest verbunden. Beispielsweise kann die Rotorwelle für jeden auszubildenden Rotorflügel eine Längsrichtung verlaufende Nut aufweisen, in die die einzelnen Rotorflügelteile eingeschoben werden, beispielsweise über jeweils eine an die Nut angepasste Feder. Nut und Feder müssen dann entsprechend dimensioniert und ausgeführt sein, um die auftretenden Windkräfte aufnehmen zu können. Auch bei diesem System kann der Aufbau einer Windschraube ausgesprochen schnell und einfach durchgeführt werden.
Entsprechend den bereits beschriebenen Systemen können die einzelnen Rotorflügelteile auch bei diesem System im zusammengesteckten Zustand auf Stoß aneinander anliegen oder sich zum Teil überlappen, und Mittel zur formschlüssigen, kraftschlüssigen, kraftformschlüssigen, lösbaren oder nicht lösbaren Verbindung miteinander aufweisen. Denkbar sind auch bei diesem System beispielsweise Schnapp- oder Rastverbindungen, ein Verschrauben oder Verschweißen der Einzelteile oder die Realisierung mehrerer verschiedener Verbindungsarten an ein und derselben Windschraube.
Ein erfindungsgemäßes System kann auch eine Beschichtung der Rotorflügel mit Solarzellen beinhalten. Gerade Windschrauben sind für eine kombinierte Sonnen- und Windkraftnutzung geeignet, da sie durch ihre Drehung um die zum Untergrund vertikal verlaufende Achse von der Richtung des Sonnenlichtes bzw. der Windrichtung unabhängig sind. Dadurch, dass der Wind aus jeder Richtung kommend die Windschraube in Drehung versetzt, ist eine Ausrichtung des Systems in Abhängigkeit der Windrichtung nicht notwendig. Somit sind auch die mit Solarzellen beschichteten Flächen ständig in Drehung und dem Sonnenlicht damit nie langfristig abgewandt. Besonders vorteilhaft ist die Beschichtung der Rotorflügel mit einer biegsamen und/ oder folienartigen Solarzellenschicht. Folien-Solarzellen sind ausgesprochen leicht und können flexibel an nahezu jegliche Untergrundform angepasst werden. Auch ein gekrümmter Rotorflügel kann problemlos und schnell mit Solarzellen beschichtet werden.
Um den Aufwand und die Kosten für die Wartung und Instandhaltung der beschichteten Windschraube gering zu halten, wird deshalb in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung jeder Solarzelle eine Bypassdiode (Freilaufdiode) zugeordnet, welche im Falle der Abschattung die Solarzelle überbrückt und somit einer Zerstörung vorbeugt. Alternativ kann auch mehreren Solarzellen, beispielsweise 24 Solarzellen, gemeinsam eine Bypassdiode zugeordnet sein. Die Erfindung umfasst diesbezüglich die Nutzung aller denkbaren und technisch sinnvollen Systeme.
Wesentlich im Sinne der Erfindung ist, dass die Solarzellen-Beschichtungen der einzelnen Segmente beim Zusammenfügen der endgültigen Windschraube elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch Steckersysteme erfolgen. Die Segmente können hierzu an ihren einander zugewandten Kanten jeweils miteinander korrespondierende Buchsen und Stecker aufweisen, die beim Aufbau der Windschraube ineinander schiebbar sind. Alternativ kann die Rotorwelle einen durchgehenden elektrischen Leiter aufweisen, mit dem die einzelnen Segmente elektrisch leitend verbunden werden. Schließlich wäre auch eine externe Verbindung möglich, die Segmente werden also zunächst zusammengefügt und die elektrische Verbindung nachträglich, unabhängig von der mechanischen Verbindung durchgeführt. Grundsätzlich sind eine Vielzahl bekannter Verbindungs- und Schaltungsmöglichkeiten für elektrische Leiter einsetzbar, die durch die Erfindung mitumfasst sein sollen, aber hier nicht alle im Einzelnen aufgeführt werden.
Die Übertragung der photovoltaisch gewonnenen Energie an den Generator kann über Schleifringe erfolgen, die beispielsweise im Bereich der Welle des Generators angeordnet sind. Ebenfalls denkbar ist eine Übertragung mittels Induktion. Schließlich wäre auch denkbar, dass der Generator eine zusätzliche mitdrehende Wicklung aufweist, die mit den übrigen Wicklungen des Generators in Kontakt steht. Somit kann neben der aus der Windkraft gewonnenen Energie auch die photovoltaisch gewonnene Energie in den Generator eingespeist werden. Auch wäre eine von der Windenergienutzung unabhängige Nutzung der photovoltaisch gewonnenen Energie denkbar.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Windschraube in einzelne Segmente können bei der Herstellung Formkosten eingespart werden. In der Serienfertigung können eine Vielzahl gleichförmiger Segmente, die letztlich aber in verschieden großen Windschrauben eingesetzt werden, mit nur einer Form geformt werden. Bei Fehlproduktionen können nur einzelne Segmente und nicht zwangsläufig die gesamte Windschraube oder der gesamte Rotorflügel betroffen sein. Es reicht dann aus, lediglich die einzelnen Segmente auszutauschen. Dies kann zum Beispiel auch dann besonders sinnvoll sein, wenn einzelne Segmente mit Solarzellen beschichtet sind und diese im Laufe der Zeit Defekte aufweisen. Wartungsarbeiten vor Ort können sich in diesem Fall auf den Austausch der schadhaften Segmente beschränken, während die Reparatur der Solarzellen in einer Werkstadt oder einem Labor durchgeführt wird.
Unabhängig davon ist der Transport erfindungsgemäßer Windkraftkonverter einfacher und somit in der Regel auch kostengünstiger. Gleiches gilt für die Installation des Windkraftkonverters vor Ort. Es kann nahezu jede beliebige Höhe geschaffen werden, da lediglich die entsprechenden Segmente ausgewählt und miteinander verbunden werden müssen. Dies hat auch den Vorteil, dass sogar die Größe der Windschraube während der Nutzungsdauer, also nach der ersten Installation jederzeit variiert werden kann.
Die aufgeführten Ausführungsbeispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt der sich für das erfindungsgemäße Verfahren ergebenden Möglichkeiten dar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in der Figurenbeschreibung und den Unteransprüchen enthalten.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Windschraube,
Fig. 2 einen Querschnitt einer Windschraube gemäß Schnittlinie I-I,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Windschraube mit angedeuteten Segmenten,
Fig. 4 zwei erfindungsgemäße Rotorflügelsegmente auf einer Rotorwelle in Seitenansicht,
Fig. 5 die Rotorwelle gemäß Fig. 3 im Querschnitt,
Fig. 6 das Rotorflügelsegment gemäß Fig. 3 im Querschnitt,
Fig. 7 zwei erfindungsgemäße Windschraubensegmente in Seitenansicht,
Fig. 8 ein Windschraubensegment mit Blickrichtung in eine Ausnehmung eines Rotorwellenteilabschnitts,
Fig. 9 ein Windschraubensegment mit Blickrichtung auf ein Steckelement des Rotorwellenteilabschnitts,
Fig. 10 die Rotorwelle und ein mit dieser verbindbarer Rotorflügel im Querschnitt.
Fig. 11 zwei erfindungsgemäße Windschraubensegmente und ein dazwischen angeordnetes Verstärkungselement in perspektivischer Darstellung.
Einen Windkraftkonverter 10, der eine Windschraube 12 mit einer um ihre Längsachse X-X drehbar gelagerten Rotorwelle 14 aufweist, zeigt Fig. 1. Zwei Rotorflügel 16 erstrecken sich entlang der Rotorwelle 14 und sind mit dieser verbunden. Dabei sind die beiden Rotorflügel 16 jeweils derart um die Rotorwelle 14 in sich verwunden, dass sich insgesamt etwa die Form einer Helix ergibt. Dies wird auch aus Fig. 2 deutlich, die einen Querschnitt gemäß der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie I-I zeigt.
Die Rotorflügel 16 bieten Wind eine Angriffsfläche, bremsen diesen ab und wandeln dessen kinetische Energie in eine Drehbewegung der Windschraube 12 bzw. der Rotorwelle 14 um. Durch die besondere Ausformung der Rotorflügel 16 wird erreicht, dass diese dem Wind aus jeder Windrichtung eine Angriffsfläche bieten, sie müssen also nicht in den Wind gedreht bzw. auf die Windrichtung eingestellt werden.
Grundsätzlich ist auch die Verwendung nur eines oder auch mehrerer Rotorflügel 16 möglich.
In einem Gehäuse 18 ist ein Generator 20 untergebracht, dessen Welle 22 sich durch eine Öffnung 24 vertikal nach oben durch ein Dach 26 des Gehäuses 18 erstreckt. Die Welle 22 ist über ein unteres Lager 30 an einem Boden 28 des Gehäuses 18 und ein oberes Lager 32 im Dach 26 des Gehäuses 18 drehbar gelagert. Das Gehäuse 18 kann aus beliebigen Materialen gefertigt sein (z. B. Mauerwerk, Kunststoff, Holz oder ähnliches). Je nach Größe kann das Gehäuse 18 auch aus Stahlbeton unmittelbar vor Ort gegossen oder aus Stahlbetonfertigteilen hergestellt werden. Der Generator 20 ist in dem Gehäuse 18 gegen korrodierende Atmosphären geschützt, wodurch Wartungsintervalle verlängert und langfristig Ersatzteile verringert werden. Der Generator 20 ist am Boden zugänglich und kann jederzeit ohne Hilfsmittel, wie Krähne o. ä. gewartet werden.
Je nach örtlichen Gegebenheiten, beispielsweise in Gegenden mit ausgesprochen geringem Niederschlag, kann aber auch auf das Gehäuse 18 auch gänzlich verzichtet werden.
Die Windschraube 12 kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollflächig mit Solarzellen 42 beschichtet sein. Hierbei bieten sich aufgrund der gekrümmten Oberfläche der Windschraube 12 Folien-Solarzellen an, die biegsam bzw. flexibel, ausgesprochen dünn und damit sehr leicht sind. Beispielsweise können Halbleiter-Dünnschichten aus Kupfer, Indium, Gallium oder Selen (CIGS) auf Kunststofffolien aufgedampft werden. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Art der Folien-Solarzellen beschränkt, sondern umfasst alle für eine Beschichtung der Windschraube 12 geeigneten und photovoltaisch nutzbaren Materialien.
Um eine Beschädigung evtl. abgedeckter oder aus anderen Gründen nicht ausreichend beschienener Solarzellen 42 zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Nutzung von Bypassdioden vorgesehen. Eine solche Bypassdiode ist antiparallel zur Solarzelle 42 bzw. zu einem Solarstrang geschaltet und überbrückt diese im Falle der Abschattung. Sind mehrere Solarzellen 42 gemeinsam einer Bypassdiode zugeordnet, (beispielsweise 24 Solarzellen 42) fallen zwar im Falle der Abschattung gleich mehrere Solarzellen 42 aus, aus betriebswirtschaftlichen Erwägungen kann dies jedoch dennoch sinnvoll sein.
Aus Fig. 3 wird das Prinzip der erfindungsgemäßen Aufteilung der Windschraube 12 in einzelne Segmente entlang ihrer Längsrichtung, die der Richtung der Erstreckung der Längsachse X-X entspricht, deutlich. Die einzelnen Segmente bilden in ihrer Gesamtheit die vollständige Windschraube 12. Die in der Fig. 3 angedeuteten Spalte zwischen den Segmenten dienen lediglich der Verdeutlichung des Systems. Grundsätzlich sind solche Spalte natürlich zu vermeiden, um dem Wind eine möglichst durchgängige Angriffsfläche zu bieten.
Fig. 4 zeigt eine erste erfindungsgemäße Möglichkeit der Aufteilung einer Windschraube 12. Gezeigt sind zwei erfindungsgemäße Rotorflügelsegmente 44 in Seitenansicht, aufgeschoben auf eine abschnittsweise dargestellte Rotorwelle 14. Solche vorzugsweise einstückigen Rotorflügelsegment 44 bestehen aus einem Ring 46, der mit zwei einander gegenüberliegenden Rotorflügelteilen 48 verbunden ist. Es können auch nur ein einziges Rotorflügelteil 48 oder mehrere Rotorflügelteile 48 vorgesehen sein. Der Ring 46 weist eine Ringöffnung 50 (vgl. Fig. 6) auf, die auf die Rotorwelle 14 aufschiebbar ist. Der Ring 46 kann durch Verschraubung, Vernietung oder ähnliches drehfest mit der Rotorwelle 14 verbunden werden.
Eine Möglichkeit der Sicherung gegen Verdrehen des Rotorflügelsegments 44 gegenüber der Rotorwelle 14 verdeutlichen die Fig. 5 und 6. Fig. 5 zeigt die Rotorwelle 14 im Querschnitt, Fig. 6 das korrespondierende Rotorflügelsegment 44, ebenfalls gemäß Fig. 3 im Querschnitt. Die Rotorwelle 14 weist auf ihrem Außenumfang mindestens eine, hier jedoch zwei Nuten 52 auf, deren Haupterstreckungsrichtung entlang der Rotorwelle 14 verläuft. Der Ring 46 weist aus seinem Innenumfang hervortretende, mit den Nuten 52 zusammenwirkende und auf diese aufschiebbare Federn 54 auf. Wird der Ring 46 nun auf die Rotorwelle 14 aufgeschoben, sind das Rotorflügelsegment 44und die Rotorwelle 14 drehfest um die Längsachse X-X der Rotorwelle 14 miteinander verbunden.
Die Fig. 7, 8 und 9 verdeutlichen ein weiteres erfindungsgemäßes Verbindungssystem. Diesem liegt zugrunde, dass die Windschraube 12 komplett, also einschließlich der Rotorwelle 14, in Segmente aufgeteilt wird. Anstelle des Ringes 46 weisen dann Windschraubensegmente 56 als Verbindungselement zwischen den Rotorflügelteilen 48 einen Rotorwellenteilabschnitt 58 auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rotorwellenteilabschnitte 58 vorteilhafterweise als Stecksystem ausgebildet. Zu diesem Zweck weisen sie an ihrem einen Ende eine Ausnehmung 60 und am gegenüberliegenden anderen Ende ein Steckelement 62 auf. Die Ausnehmungen 60 und die Steckelemente 62 sind ineinandersteckbar ausgeformt, sodass eine vollständige Windschraube 12 durch Ineinanderstecken der Rotorwellenteilabschnitte 58 problemlos und schnell gebildet werden kann.
Eine drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch Verschraubung, ein Feder/Nut System oder einen sich durch beide Teile erstreckenden Sicherungsstift erreicht werden.
Die Fig. 8 und 9 zeigen jeweils ein Windschraubensegment 56. Fig. 8 zeigt dabei eine Ansicht auf die Ausnehmung 60, Fig. 9 eine Ansicht auf das gegenüberliegende Steckelement 62. Es wird deutlich, dass auch die Ausnehmung 60 und das Steckelement 62 ein korrespondierendes, ineinanderschiebbares Nut-Feder-System aufweisen können, um ein Verdrehen der Windschraubensegmente 56 gegenüber der Rotorwelle 14 zu verhindern. Alternativ kann zur Sicherung beispielsweise auch ein Splint durch quer zur Längsrichtung verlaufende Bohrungen durch das Steckelement 62 und die Ausnehmung 60 geschoben werden. Eine Verschrauben der beiden Teile miteinander ist ebenfalls möglich.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verbindungssystem zeigt Fig. 10. Hierbei sind die Segmente aus einzelnen Rotorflügelteilen 48 gebildet, wobei einander gegenüberliegenden Rotorflügelteile 48 nicht einstückig ausgeführt sind. Die beiden Rotorflügel 16 sind also jeweils in einzelne Segmente unterteilt, also nicht über einen Ring 46 oder einen Rotorwellenteilabschnitt 58 miteinander verbunden sind. Die Rotorflügelteile 48 werden vielmehr einzeln mit der Rotorwelle 14 drehfest verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Rotorwelle 14 für jeden auszubildenden Rotorflügel 16 eine Längsrichtung der Rotorwelle 14 verlaufende Nut 52 auf, in die eine Feder 54 der einzelnen Rotorflügelteile 48 eingeschoben werden können. Die Nut 52 und die Feder 54 müssen dann entsprechend dimensioniert und ausgeführt sein, um die auftretenden Windkräfte aufnehmen zu können.
Sollten die Rotorflügel 16 eine Beschichtung mit Solarzellen 42 aufweisen, so ist bei allen beschriebenen Systemen eine elektrische Verbindung zwischen den Segmenten vorzusehen. Diese kann beispielsweise durch Steckverbindungen gebildet sein.
Fig. 11 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung. Aufgrund der hohen Belastung der Rotorflügel 16 bzw. der Rotorflügelsegmente 44 durch Wind und Turbulenzen kann es auf Dauer zu Ermüdungserscheinungen und Bruch des Materials kommen. Dies ist insbesondere mit Zunahme der Größe der Windkraftkonverter 10 kritisch. Daher ist es zweckmäßig, zwischen den einzelnen Rotorflügelsegmente 44 Verstärkungselemente 64 aus einem widerstandsfähigen Material, beispielsweise aus Stahl, anzuordnen, die über Haltemittel 66, beispielsweise mit Haltestiften drehfest mit den anliegenden Rotorflügelsegmente 44 verbunden sind. Die Verstärkungselemente 64 weisen etwa den gleichen Querschnitt wie die Rotorflügelsegmente 44 auf, so dass eine durchgängige, kantenfreie Oberfläche der Rotorflügel 16 bzw. Windangriffsfläche ausgebildet ist. Hierfür weisen die Rotorflügelsegmente 44 Bohrungen 68 zur Aufnahme der Haltemittel 66 auf. Anstelle der in Fig. 11 gezeigten Haltestifte ist auch die Verwendung von sich durch alle Rotorflügelsegmente 44 erstreckenden Haltemitteln denkbar.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle im Sinne der Erfindung wirkenden und sich die Erfindung zunutze machenden Systeme. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Windschraube 12 auch derart ausgestaltet sein, dass ein bestimmtes Segment an verschiedenen Positionen der Windschraube 12 angeordnet werden kann, die einzelnen Segmente also formgleich sind. Je nach Position des Segmentes auf der Rotorwelle 14 bzw. der Längsachse X-X muss dieses nur entsprechend ausgerichtet bzw. um die Längsachse verdreht werden. Die Windschraube 12 wird entsprechend einer Wendeltreppe durch Positionierung gleichartiger Segmente geschaffen.
Die Rotorflügelsegmente 44 können beispielsweise unter Verwendung von aus Polyurethan-Schaum hergestellt werden. Dabei kann ein innerer Kern aus einem widerstandsfähigen Material, beispielsweise Stahl zur Verstärkung vorgesehen sein. Die Oberfläche bzw. Außenschicht der Rotorflügelsegmente 44 kann mit glasfaserhaltigen Material verstärkt sein.
Großturbinen können außerdem aus Stahl oder geschäumtem Aluminium hergestellt werden und gegebenenfalls als Schweißkonstruktion ausgeführt sein. Die Rotorflügelsegmente 44 wären also dann miteinander verschweißt.

Claims

1. Windkraftkonverter (10) mit einer Windschraube (12), bestehend aus einer um ihre Längsachse (X-X) drehbar gelagerten Rotorwelle (14) und mindestens einem mit der Rotorwelle (14) drehfest verbundenen und sich entlang der Rotorwelle (14) um diese windenden Rotorflügel (16), zur Umwandlung von im Wind enthaltener kinetischer Energie in eine mechanische Drehbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass die Windschraube (12) in ihrer Längsrichtung aus einzelnen Segmenten besteht, die in Bezug auf die Längsachse (X-X) der Rotorwelle (14) drehfest miteinander verbunden sind.

2. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorflügel (14) aus einzelnen Rotorflügelteilen (48) gebildet ist, die jeweils mit einem Ring (46) verbunden sind, wobei der Ring (46) eine Ringöffnung (50) derart aufweist, dass er auf die Rotorwelle (14) aufschiebbar ist.

3. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windschraube (12) zwei Rotorflügel (14) aufweist, die durch Rotorflügelsegmente (44) gebildet sind und jeweils aus dem Ring (46) mit zwei daran angeformten Rotorflügelteilen (48) bestehen.

4. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) an ihrem Außenumfang eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle (14) verlaufende Nut (52) aufweist, die mit einer in diese einführbaren, in der Ringöffnung (50) angeordneten Feder (54) zusammenwirkt.

5. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windschraube (12) einzelne Windschraubensegmente (56) aufweist, die jeweils aus einem Rotorwellenteilabschnitt (58) mit mindestens einem daran angeformten Rotorflügelteil (48) bestehen, wobei die Rotorwellenteilabschnitte (58) der einzelne Windschraubensegmente (56) drehfest miteinander verbindbar sind.

6. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellenteilabschnitte (58) an ihrem einen Ende eine Ausnehmung (60) und am gegenüberliegenden anderen Ende ein Steckelement (62) derart aufweisen, dass die Windschraubensegmente (56) über ihre Rotorwellenteilabschnitte (58) nach Art einer Steckverbindung miteinander verbindbar sind.

7. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckelement (62) eine sich in Längsrichtung der Rotorwelle (14) verlaufende Nut (52) aufweist, die mit einer in diese einführbare und in der Ausnehmung (60) angeordneten Feder (54) zusammenwirkt.

8. Windkraftkonverter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotorflügel (16) aus einzelnen Rotorflügelteilen (48) gebildet ist, wobei jedes Rotorflügelteil (48) eine Feder (54) aufweist, die in eine am Außenumfang der Rotorwelle (14) angeordnete und sich in Längsrichtung der Rotorwelle (14) erstreckende Nut (52) einführbar ist.

9. Windkraftkonverter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente zumindest teilweise eine Beschichtung aus Solarzellen (42) aufweisen, die im zusammengefügten Zustand der Windschraube (12) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

10. Windkraftkonverter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente über Verbindungsmittel aus der Gruppe der formschlüssigen, kraftschlüssigen, kraftformschlüssigen, lösbaren oder nicht lösbaren Verbindungen miteinander verbunden sind.

11. Windkraftkonverter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Segmenten Verstärkungselemente (64) angeordnet sind, die drehfest mit den Segmenten verbunden sind und einen derartigen Querschnitt aufweisen, dass sie jeweils mit den anliegenden Segmenten eine durchgängige, kantenfreie Oberfläche der Rotorflügel 16 bzw. Windangriffsfläche bilden.