DE19526718A1 - Windkonverter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Windkonverter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Windkonverter dieser Art ist im deutschen Gebrauchsmu­ ster G 92 18 214.3 beschrieben und dient zur Stromgewin­ nung in Gebieten, in denen nur verhältnismäßig niedrige Windgeschwindigkeiten auftreten.

Auch in verhältnismäßig windschwachen Gebieten kann es, etwa bei einem Gewitter, zu so hohen Windgeschwindigkeiten kommen, daß diese einen Windkonverter der bekannten Art beschädigen können.

Soweit ein Windkonverter der bekannten Art zusammen mit mobilen Anlagen, beispielsweise Lazaretten, die in Ent­ wicklungsländern eingesetzt werden sollen, verwendet wird, ist es möglich, daß die für den Windkonverter noch zuläs­ sigen Windgeschwindigkeiten verhältnismäßig oft über­ schritten werden.

Es ist bekannt, bei Windkonvertern für Maßnahmen zu sor­ gen, die bei extremen Windgeschwindigkeiten die Beschädi­ gungen verhindern sollen. Beispielsweise ist es üblich, die gesamte Rotoranordnung so zu verschwenken, daß die Ro­ torwelle vertikal steht, so daß der im wesentlichen hori­ zontal anströmende Wind den Rotor nicht mehr antreibt. Einrichtungen dieser Art sind jedoch kompliziert und ent­ sprechend störanfällig.

Ausgehend von dieser Problemlage liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Windkonverter der eingangs genann­ ten Art dahingehend weiterzubilden, daß er auch Windge­ schwindigkeiten standhält, die für den Normalbetrieb unzu­ lässig hoch sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Hierbei sind erfindungsgemäß die Rotorblätter jeweils um eine radiale Achse schwenkbar gelagert, wobei diese Achse so gewählt ist, daß der anströmende Wind ein Drehmoment auf das jeweilige Rotorblatt aufbringt, das danach trach­ tet, den Anstellwinkel des Rotorblattes zu verkleinern.

Erfindungsgemäß wirkt auf jedes Rotorblatt geräteseitig ein Rückstellmoment ein, das so gewählt ist, daß eine Ver­ stellung des Rotorblattes und damit eine Verkleinerung seines Anstellwinkels erst dann auftritt, wenn die Windge­ schwindigkeit eine Höhe erreicht hat, bei deren Über­ schreitung mit einer Schädigung des Windkonverters zu rechnen wäre.

Der Verlauf des Rückstellmomentes in Abhängigkeit vom An­ stellwinkel des Rotorblattes kann so gewählt sein, daß das Rotorblatt, wenn es erst einmal aus seiner Betriebslage herausbewegt ist, zügig bis zu einem Anstellwinkel bewegt wird, bei welchem der anströmende Wind am Profil des je­ weiligen Rotorblattes keinen Auftrieb mehr erzeugt.

Es ist aber auch möglich, den Verlauf des Rückstellmomen­ tes so einzustellen, daß jeweils eine maximale Auftriebs­ kraft, die am Profil des Rotorblattes auftritt, nicht überschritten wird, da sich bei einer Verkleinerung des Anstellwinkels der Auftrieb verringert.

Im letztgenannten Fall ist es möglich, den erfindungsge­ mäßen Windkonverter auch bei überhöhten Windgeschwindig­ keiten noch mit maximaler Leistungsausbeute zu betreiben.

Grundsätzlich ist es möglich, jedes Rotorblatt am radial inneren und äußeren Ende mit einer Lagerausbildung zu ver­ sehen, denen entsprechende Gegenausbildungen an der Rotor­ scheibe bzw. an der Rotorummantelung zugeordnet sind. Die Anordnung zusätzlicher Streben, die den Ringraum zwischen der Rotorummantelung und der Rotorscheibe aufrechterhal­ ten, ist grundsätzlich nicht erforderlich.

Diese Ausführungsform setzt allerdings aufwendige Lagerun­ gen und eine präzise Fertigung voraus; aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß besonders von Vorteil, daß radiale, starre Lagerstreben zwischen Rotorummantelung und Rotor­ scheibe angeordnet sind, die diese fest miteinander ver­ binden. Auf diesen Lagerstreben sind bevorzugt die Rotor­ blätter ihrerseits schwenkbar getragen.

Zu diesem Zweck ist es möglich, in Längsrichtung eines je­ den Rotorblattes, also in Radialrichtung des Rotors, das jeweilige Rotorblatt mit einer Lagerbohrung zu versehen.

Bevorzugt ist jedoch eine Lagerhülse vorgesehen, die am Rotorblatt angenietet, angeschweißt oder in das Rotorblatt eingegossen sein kann, und die drehbar auf die jeweilige Lagerstrebe aufgesetzt ist.

Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung liegt neben der Möglichkeit zu vereinfachter Fertigung darin, daß die La­ gerhülse aus einem für die Lagerung besonders geeigneten Material, etwa einem selbstschmierenden Kunststoff, gefer­ tigt werden kann, wodurch der wartungsfreie Langzeitbe­ trieb des erfindungsgemäßen Windkonverters ermöglicht ist.

Es ist grundsätzlich möglich, das Rückstellmoment unmit­ telbar am Rotorblatt angreifen zu lassen, beispielsweise mittels einer Zugfeder, die einerseits am vorderen oder hinteren Außenende eines jeden Rotorblattes und einer be­ nachbarten Stelle der Rotorummantelung angebracht ist.

Hierdurch würde jedoch ein Eingriff in den luftdurchström­ ten Querschnitt geschaffen, der zu Verwirbelungen und somit zu unerwünschten Verlusten führen würde.

Erfindungsgemäß ist deshalb die Lagerhülse radial nach in­ nen bis über das Rotorblatt hinaus verlängert und mit einem fest an ihr angebrachten oder angeformten Steuerzap­ fen versehen, auf den eine Rückstellkraft aufgebracht wer­ den kann.

Auch hier wäre es möglich, jedem Steuerzapfen eine eigene Rückstellfeder zuzuordnen; da aber die gleichmäßige Ab­ stimmung aller Rückstellfedern erforderlich wäre, deren Durchführung aufwendig wäre, wird es erfindungsgemäß be­ vorzugt, daß allen Steuerzapfen ein einziger, in Umfangs­ richtung der Rotorscheibe beweglicher Steuerkörper zuge­ ordnet ist, in den jeder Steuerzapfen eingreift und der in Umfangsrichtung der Rotorscheibe gegen die Wirkung einer dem Rückstellmoment entsprechenden Rückstellkraft beweg­ lich ist.

Durch Verdrehen dieses Steuerkörpers, der etwa als ring­ förmiger Triebstock ausgebildet sein könnte, zwischen des­ sen Sprossen die jeweils radial einwärts umgebogenen Enden der Steuerzapfen eingreifen, können diese und damit die Rotorblätter synchron verstellt werden.

Bevorzugt ist der Steuerkörper jedoch als eine Steuer­ scheibe ausgebildet, die bezüglich der Rotorwelle koaxial und verdrehbar angeordnet ist und nahe ihrem Umfang eine Anzahl von Steuerbohrungen aufweist, von denen jeweils eine von einem Steuerzapfen durchsetzt ist.

Diese Steuerscheibe kann zur besseren Zentrierung drehbar auf der Rotorwelle gelagert sein.

Die Steuerbohrungen sind hierbei so bemessen und gegebe­ nenfalls auch ausgebildet, daß sie eine möglichst spiel­ freie Führung der Steuerzapfen ermöglichen.

Eine Verdrehung der Steuerscheibe relativ zur Rotorscheibe um einen nur geringen Winkel führt zu einer Verschwenkung eines jeden Rotorblatts über einen vorgesehenen Schwenkbe­ reich, der beispielsweise und bevorzugt 45° betragen kann.

Die Steuerbohrungen und Steuerzapfen können so aufeinander abgestimmt sein, daß am Ende des Schwenkbereiches der Ro­ torblätter die zugeordneten Steuerzapfen an den Enden der Steuerbohrungen verkantend anschlagen und somit die weite­ re Drehung der Steuerscheibe hemmen.

Hier besteht allerdings die Gefahr eines baldigen Aus­ schlagens.

Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Verdrehung der Steuerscheibe relativ zur Rotorscheibe durch Endanschläge begrenzt wird.

Zu diesem Zweck ist bevorzugt mindestens ein achsparallel abstehender Haltebolzen an der Rotorscheibe angebracht, der eine Spielbohrung in der Steuerscheibe mit Spiel durchsetzt. Die Größe der Spielbohrung ist so auf den Durchmesser des Haltebolzens abgestimmt, daß beim Verdre­ hen der Steuerscheibe in jeder Richtung der Anschlag des Haltebolzens an die jeweilige Begrenzung der Spielbohrung den gewünschten Endanschlag liefert.

Die Spielbohrung kann hierbei als in Umfangsrichtung ge­ krümmtes Langloch ausgebildet sein, ist aber bevorzugt als runde Bohrung ausgebildet.

Bevorzugt sind mehrere Spielbohrungen und Haltebolzen vor­ gesehen, am besten zwei, die einander gegenüberliegen. So­ weit die Steuerscheibe auf der Rotorwelle nicht sauber zentriert ist, können auch mehrere Haltebolzen und Spiel­ bohrungen zweckmäßig sein.

Die Rückstellkraft kann auf unterschiedliche Weise aufge­ bracht werden, beispielsweise mittels eines vom Generator gespeisten Elektromagneten.

Bevorzugt ist jedoch eine Federanordnung vorgesehen, deren Federkraft das erfindungsgemäße Rückstellmoment aufbringt.

Diese Federanordnung könnte zwischen dem genannten Steuer­ körper bzw. der genannten Steuerscheibe einerseits und einem Fliehkraftgewicht andererseits angeordnet sein, das auf der Rotorscheibe schwenkbar gelagert ist; das Gewicht kann dafür sorgen, daß die Rotorblätter im Betrieb mit einem Abstützmoment gehalten werden, das erheblich höher ist als das Rückstellmoment, bei zunehmender Drehzahl aber bis auf das Rückstellmoment absinkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch die Fe­ deranordnung auf der Rotorscheibe ohne Zwischenwirkung ir­ gendwelcher beweglicher Einrichtungen abgestützt, was in­ folge der erreichten baulichen Vereinfachung zu einer Er­ höhung der Betriebssicherheit führt.

Die Abstützung der Federanordnung erfolgt bevorzugt auf einer Endscheibe, die an der Rotorscheibe fest angebracht ist, und zwar bevorzugt mittels der schon oben erwähnten Haltebolzen, die zur Festlegung des Schwenkbereiches der Steuerscheibe verwendet sind.

Die Federanordnung ist bevorzugt als Blattfeder ausgebil­ det, die zu einer ebenen Spirale gebogen ist, deren eines Ende an der Steuerscheibe und deren anderes Ende an der Endscheibe angreift.

Wenn man davon ausgeht, daß der Abstand der Rotorscheibe und der Endscheibe durch die Haltebolzen festgelegt ist, dann können zwischen diesen beiden Scheiben die Steuer­ scheibe und die ebene Spiralfeder mehr oder weniger lose angeordnet werden, so daß ihre Verstellbewegungen auch oh­ ne spezielle Führung oder ständige Schmierung ungehemmt erfolgen können.

Durch geeignete Formgebung der ebenen Spiralfeder kann dieser eine Kraft-Federweg-Kennlinie mitgeteilt werden, die exakt auf das gewünschte, schon oben beschriebene Schwenkverhalten der Rotorblätter abgestimmt ist.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläu­ tert.

In dieser zeigt:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten, von oben gese­ henen Horizontalschnitt durch eine Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Windkonverters, und

Fig. 2 eine Schrägansicht des Windkonverters in Fig. 1, teilweise abgebrochen und in Explosionsdarstel­ lung.

In den Figuren ist ein insbesondere für windschwache Ge­ biete vorgesehener Windkonverter 10 schematisiert darge­ stellt. Der Windkonverter 10 besteht aus einem Generator­ gehäuse 11, einem Rotor 12 und einer in dem Generatorge­ häuse 11 untergebrachten Lagereinrichtung 13, über die das Generatorgehäuse 11 um eine vertikale Drehachse 14 schwenkbar ist, welche mit der Längssymmetrieachse eines Haltemastes 15 zusammenfällt.

Das Generatorgehäuse 11 enthält einen Montagerahmen (nicht dargestellt), in dem auf einem Auflager 17 ein Generator 18, ein Getriebe 19 und ein Lager (nicht dargestellt) mon­ tiert sind. Das Auflager 17 stützt sich auf der als Dreh­ bühne ausgebildeten Lagereinrichtung 13 ab. Ein weiteres Lager (nicht gezeigt) ist am Montagerahmen in der Mitte des Endes des Generatorgehäuses 11 vorgesehen. Umgeben ist das Generatorgehäuse 11 von einem paraboloidförmigen Wind­ leitkörper 22, der mantelähnlich das Generatorgehäuse 11 unter Bildung einer Kuppe 23 und einer Auslaßöffnung (nicht dargestellt) für den Haltemast 15 umschließt, wobei auch das hintere Ende des Windleitkörpers 22 um das Lager 21 herum geschlossen ist. Der paraboloidförmige Windleit­ körper 22 ist dem Kopf eines Geschosses nachgebildet und sorgt durch eine neuartige Anordnung vor das Mittelfeld des Rotors 12 für eine turbulenzarme Ablenkung des Windes, der aus der mit dem Pfeil A angedeuteten Windanströmrich­ tung auf den Windkonverter 10 auftrifft.

Der Windleitkörper 22 weist an seiner Oberfläche Windleit­ elemente (nicht dargestellt) auf, die sich geradlinig aus dem Bereich der Kuppe 23 zu dem rückseitigen Ende des Windleitkörpers 22 erstrecken. Es sind insgesamt 16 Wind­ leitelemente vorgesehen, die gleichmäßig über die Oberflä­ che des Windleitkörpers 22 verteilt und in strömungsgün­ stiger Weise als eingeformte Längsrillen ausgebildet sind.

Der Rotor 12 weist senkrecht zur Drehachse 14 eine zentra­ le Rotorwelle 25 auf, die innerhalb des Generatorgehäuses 11 in Lagern waagrecht drehbar gelagert ist. Die Rotorwel­ le 25 ist an einer Rotorscheibe 26 befestigt und erstreckt sich bis zu dem Getriebe 19. Zwischen dem Getriebe 19 und dem Generator 18 befindet sich eine Kupplungswelle (nicht dargestellt).

Die Rotorscheibe 26 besitzt einen Durchmesser, der etwa 3/7 des Durchmessers des Rotors beträgt. Radial an der Ro­ torscheibe 26 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt insgesamt 16 Rotorblätter 28 mittig befestigt. Die Rotor­ blätter 28 sind im Betrieb jeweils zur Windanströmrichtung A um einen Anstellwinkel α schräggestellt, der etwa 45° beträgt. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 ist dieser Winkel zwischen einem Rotorblatt und der Rotorwelle 25 angegeben.

Die Rotorblätter 28 weisen in radialer Richtung ein kon­ stantes aerodynamisches Auftriebsprofil bzw. Flugzeugflü­ gel-Querschnittsprofil auf. Wie in Fig. 1 zur Vereinfa­ chung an nur einem einzigen Rotorblatt angedeutet, weist dieses Querschnittsprofil eine gering gewölbte bzw. flache Profilfläche auf, die gegen die Windanströmrichtung A schräg orientiert bzw. angestellt ist. Die Rotorummante­ lung 29 hat den Zweck, das eine Bremswirkung auf den Rotor 12 ausübende radiale Hinausschleudern der Luftströme zu verhindern. Die Breite jedes Rotorblattes 28 beträgt etwa 1/6 bis 1/5 des Rotordurchmessers.

Die Breite der Rotorummantelung 29 ist so bemessen, daß ein auf den Rotor wirkender Bremseffekt durch Luftstau, Reibung und Wirbelbildung minimiert ist. Sie beträgt etwa 1/5 bis 1/4 des Rotordurchmessers. Die Rotorummantelung 29 schließt, wie aus Fig. 1 ersichtlich, etwa mit der hin­ teren Kante der Rotorblätter 28 ab und erstreckt sich ent­ gegen der Windanströmrichtung bis über den Endabschnitt 30 des paraboloidförmigen Windleitkörpers 22 hinaus.

Aus Vereinfachungsgründen wurden bei der schematischen Darstellung elektrische Anschlußleitungen des Generators und ähnliche Einzelheiten weggelassen.

Der erfindungsgemäße Windkonverter 10 eignet sich beson­ ders für Schwachwindgebiete, in denen eine Windgeschwin­ digkeit von 20 bis 25 km/h, also etwa 3 Baufort, herrscht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konzeption vermag der er­ findungsgemäße Windkonverter bei derartigen Windgeschwin­ digkeiten fünf- bis sechsmal mehr Energie der bewegten Luftmassen umzusetzen als die derzeit bekannten Zwei- bis Dreiflügler bei gleichem Rotordurchmesser D. Bei 20 km/h erreichte ein Prototyp des erfindungsgemäßen Windkonver­ ters eine Drehzahl von 200 Umdrehungen pro Minute.

Durch die vorgesehene Lagerung des Generatorgehäuses 11 auf dem Haltemast 15 und durch eine Länge des paraboloid­ förmigen Windleitkörpers 22, die etwa das 0,7-fache des Rotordurchmessers beträgt, wird zudem beim Betrieb des Konverters eine selbsteinstellende Ausrichtung des Wind­ konverters unter Ausnutzung der Windkräfte in der Form er­ reicht, daß der paraboloidförmige Windleitkörper 22 sich automatisch gegen die Windanströmrichtung A ausrichtet.

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind zwischen der Rotorscheibe 26, die drehfest auf der Rotorwelle 25 befestigt ist, und der Rotorummantelung 29 an der Anbringungsstelle eines je­ den Rotorblatts 28 jeweils starre Lagerstreben 31 radial befestigt.

Jedes Rotorblatt 28 weist eine Lagerhülse 32 auf, die in der Längsrichtung des Rotorblattes 28 an diesem befestigt oder ausgebildet ist.

Die Lagerhülsen sitzen so über den Lagerstreben 31, daß die Rotorblätter 28 im Ringraum zwischen der Rotorscheibe 26 und der Rotorummantelung 29 eine Schwenkbewegung durch­ führen können, die von dem in Fig. 1 gezeigten Winkel α unter dessen Verkleinerung bis zu einer Stellung reicht, in der sich das Rotorblatt mit seinem Querschnitt im we­ sentlichen in Richtung der Windanströmung A erstreckt, so daß der anströmende Wind die Rotorblätter 28 so umströmt, daß auf diese im wesentlichen keine in Umfangsrichtung wirkende Auftriebskraft mehr aufgebracht wird.

Die Lagerhülse 32 ist radial nach innen über die Unterkan­ te des Rotorblattes 28 hinaus verlängert und weist einen Lagerzapfen 33 auf, der bezüglich der Lagerhülse 32 im we­ sentlichen radial absteht.

In Fig. 2 ist nur ein Rotorblatt 32 mit zugehöriger Lager­ strebe 31 und Lagerhülse 32 eingezeichnet; die Lagen der 15 anderen Rotorblätter sind nur gestrichelt auf der Ro­ torscheibe 26 angedeutet.

In der Rotorscheibe 26 sitzen einander bezüglich der Ro­ torwelle 25 gegenüberliegend und radial innerhalb der In­ nenenden der Lagerstreben 31 zwei sich axial bezüglich der Rotorwelle 25 erstreckende Haltebolzen 37, die zum strom­ abwärts gelegenen Ende des Windkonverters 10 hin abstehen.

Über die Haltebolzen und die Rotorwelle 25 ist eine Steuerscheibe 34 aufgeschoben, die an der Rotorwelle 25 verdrehbar, aber im wesentlichen spielfrei gelagert ist und zwei einander gegenüberliegende Spielbohrungen 36 auf­ weist, deren Durchmesser erheblich größer ist als der der Haltebolzen 37, und die von diesen durchsetzt werden.

Die Steuerscheibe 34 ist auf der Rotorwelle 25 in Richtung der Pfeile B hin- und herdrehbar, aber nur soweit, bis die Haltebolzen 37 am einen oder anderen Ende der jeweils zu­ gehörigen Spielbohrung 36 anschlagen.

Nahe dem Außenumfang weist die Steuerscheibe 34 einen Kranz von Steuerbohrungen 35 auf, die so angeordnet sind, daß sie jeweils von einem Steuerzapfen 33 durchsetzt wer­ den. (In der Explosionsdarstellung der Fig. 2 sind der ge­ zeigte Steuerzapfen 33 und die zugehörige Steuerbohrung 35 voneinander entfernt.)

Wie ersichtlich, führt ein Verschwenken der Steuerscheibe 34 in Richtung der Pfeile B zu einem entsprechenden Ver­ schwenken der Rotorblätter 28, wobei der eine, von den Spielbohrungen 36 gebildete Endanschlag die in Fig. 1 ge­ zeigte Betriebslage mit einem Anstellwinkel α von etwa 45° zeigt, während der andere Endanschlag der Schwenklage der Rotorblätter 28 entspricht, in welcher der in Richtung A anströmende Wind auf sie keinen nennenswerten Einfluß aus­ übt.

Am Ende der (in der Zeichnung der besseren Darstellung halber übertrieben lang dargestellten) Haltebolzen ist an diesen eine Endscheibe 39 befestigt und somit bezüglich der Rotorscheibe 26 fest verankert.

Dabei durchsetzt die Rotorwelle 25 die Mitte der Rotor­ scheibe 39 und kann dort mittels einer Wellenmutter oder dergleichen befestigt sein.

Auf der Scheibe 34 ist an der gezeigten Stelle 38 ein er­ ster Feder-Ankerpunkt angeordnet, der der besseren Dar­ stellung halber auch auf der Endscheibe 39 gezeigt ist. Diese weist einen zweiten Feder-Ankerpunkt 40 auf.

Zwischen dem ersten und zweiten Feder-Ankerpunkt 38, 40 ist eine Blattfeder 41 angeordnet, die die Form einer ebe­ nen Spirale aufweist, welche um die Rotorwelle 25 herum­ gelegt ist.

Die Wirkungsweise des gezeigten Windkonverters ist wie folgt:
Durch die Kraft der ebenen Spiralfeder 41 wird die Steuer­ scheibe 34 in der einen Richtung B verdreht, bis die Hal­ tebolzen 37 an der zugehörigen Spielbohrung 36 anschlagen. Dabei werden die Rotorblätter 28 über den Eingriff der Steuerzapfen 33 in die jeweilige Steuerbohrung 35 in die Betriebslage verschwenkt und dort gehalten, die aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Die Lage der Lagerhülse 32 ist so gewählt, daß der gegen jedes Rotorblatt 28 anströmende Wind danach trachtet, auf dieses ein solches Drehmoment auszuüben, daß der Anstell­ winkel α verkleinert wird (in Fig. 1 im Uhrzeigersinn).

Bei einer Anströmung A mit zulässiger Geschwindigkeit ist das von der Feder 41 über die Steuerscheibe 34, die Steuerbohrung 35 und die Steuerzapfen 33 auf die Rotor­ blätter 28 ausgeübte Rückstellmoment stets größer als das vom Wind auf dasselbe Rotorblatt aufgebrachte, gegensinni­ ge Drehmoment.

Erreicht die Windanströmung A eine unzulässige Geschwin­ digkeit, dann beginnt das von ihr auf das Rotorblatt 28 ausgeübte Drehmoment, das Rückstellmoment, das von der Fe­ der 41 ausgeht, zu überwinden, und der Anstellwinkel α verkleinert sich.

In Abhängigkeit von der Federkennlinie der Feder 41 bewegt sich das Rotorblatt 28 entweder rasch in seine andere End­ lage und verbleibt dort, bis die Auslösegeschwindigkeit der Anströmung A wieder deutlich verringert wird, oder der Anstellwinkel α verringert sich nur um ein weniges und wird mit dann noch weiter zunehmender Anströmgeschwindig­ keit aus der Richtung A immer kleiner, bis er letztlich die Endlage erreicht.

Claims (23)

1. Windkonverter (10) mit einer im wesentlichen horizon­ tal gelagerten und um eine vertikale Achse schwenkbaren Rotorwelle (25), mit der ein Generator (18) und ein Rotor (12) betrieblich verbunden sind, der eine mittige Rotor­ scheibe (26), eine zu dieser konzentrische, unter Bildung eines Ringraumes mit Radialabstand zu dieser angeordnete, rohrstutzenförmige Rotorummantelung (26) und sich im we­ sentlichen radial durch den Ringraum erstreckende Rotor­ blätter (28) aufweist, deren axiale Querschnittsfläche je­ weils ein aerodynamisches Auftriebsprofil aufweist, das in seiner Betriebslage um einen Anstellwinkel (α) schräg zur Axialrichtung ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (28) jeweils um eine im wesentlichen radiale Schwenkachse gegen die Wirkung eines Rückstellmo­ mentes in einer den Anstellwinkel (α) verkleinernden Rich­ tung schwenkbar sind, und daß die Lage der Schwenkachse in bezug auf die Querschnittsfläche des Rotorblatts (28) so gewählt ist, daß eine Anströmgeschwindigkeit, die einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein Drehmoment auf das jeweilige Rotorblatt (28) aufbringt, das größer ist als das Rückstellmoment.

2. Windkonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rotorscheibe (26) und die Rotorummantelung (29) durch radiale, starre Lagerstreben (31) verbunden sind, die zu den jeweiligen Schwenkachsen koaxial verlau­ fen und jeweils eines der Rotorblätter (28) schwenkbar tragen.

3. Windkonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes der Rotorblätter (28) radial verlaufend eine Lagerhülse (32) aufweist, die die zugehörige Lager­ strebe (31) drehbar umgibt.

4. Windkonverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerhülse (32) radial nach innen bis über das Rotorblatt (28) hinaus verlängert ist und an ihrer Verlängerung einen abstehenden Steuerzapfen (33) zur Ein­ leitung des Rückstellmomentes aufweist.

5. Windkonverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß auf der Rotorscheibe (26) ein in deren Umfangs­ richtung beweglicher Steuerkörper (34) angeordnet ist, der in alle Steuerzapfen (33) eingreift und gegen die Wirkung einer dem Rückstellmoment entsprechenden Rückstellkraft beweglich ist.

6. Windkonverter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Steuerkörper als eine Steuerscheibe (34) aus­ gebildet ist, die bezüglich der Rotorwelle (25) koaxial und verdrehbar angeordnet ist und nahe ihrem Umfang eine Anzahl von Steuerbohrungen (35) aufweist, von denen jede jeweils von einem Steuerzapfen (33) weitgehend spielfrei durchsetzt ist.

7. Windkonverter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Rotorscheibe (26) mindestens ein achspa­ rallel abstehender Haltebolzen (37) angebracht ist, der (jeweils) einen bevorzugt als Spielbohrung (37) ausgebil­ deten Durchbruch in der Steuerscheibe (34) mit einem Spiel durchsetzt, das die Drehbewegung der Steuerscheibe (34) relativ zur Rotorscheibe (26) und damit die Schwenkbewe­ gung der Rotorblätter (28) begrenzt.

8. Windkonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rückstellmoment von der Rückstellkraft einer Federanordnung (41) aufgebracht wird.

9. Windkonverter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (41) zwischen dem Steuerkörper bzw. der Steuerscheibe (34) und einer Ge­ genlageranordnung (40) angeordnet ist, die drehfest mit der Rotorscheibe (26) verbunden ist.

10. Windkonverter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gegenlageranordnung (40) auf einer Endscheibe (39) angeordnet ist, die fest, bevorzugt mittels der Hal­ tebolzen (37), an der Rotorscheibe (26) angebracht ist.

11. Windkonverter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federanordnung als ebene Spiralfeder (41) ausgebildet ist, die zwischen einem ersten Ankerpunkt (38) an der Steuerscheibe (34) und einem zweiten Ankerpunkt (40) an der Endscheibe (39) angreift und sich in einer im wesentlichen radialen Ebene erstreckt.

12. Windkonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Generator (18) in einem Ge­ neratorgehäuse (11) angeordnet ist, das als paraboloidför­ miger Windleitkörper (22, 23, 30) ausgebildet ist, der in Windanströmrichtung (A) koaxial vor dem Rotor (12) ange­ ordnet ist, und dessen Durchmesser sich zum Rotor (12) hin auf etwa 3/7 des Rotordurchmessers erweitert.

13. Windkonverter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Länge des paraboloidförmigen Windleitkörpers (22, 23, 30) etwa das 0,7-fache des Rotordurchmessers (D) beträgt.

14. Windkonverter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Windleitkörper (22) an seiner Ober­ fläche Windleitelemente aufweist, die sich geradlinig vom Bereich seiner Kuppe (23) zu seinem Endbereich (30) er­ strecken.

15. Windkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die ringförmige Rotorumman­ telung (29) entgegen der Windanströmrichtung (29) von dem Ende der daran befestigten Rotorblätter (28) bis über den Endbereich (30) des Windleitkörpers (22) erstreckt.

16. Windkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite der ringförmigen Ro­ torummantelung (29) etwa 1/5 bis 1/4 des Rotordurchmessers beträgt.

17. Windkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (28) in radialer Richtung ein konstantes Flugzeugflügel-Quer­ schnittsprofil aufweisen.

18. Windkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite jedes Rotorblatts (28) etwa 1/6 bis 1/5 des Rotordurchmessers beträgt.

19. Windkonverter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rotorblätter (28) in ihrer Betriebs­ stellung zur Windanströmrichtung (A) um einen Winkel (α) von etwa 45° schräggestellt sind, wobei die geringe ge­ wölbte bzw. flache Profilfläche gegen die Windanströmrich­ tung (A) orientiert ist.

20. Windkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) 16 Rotorblätter (28) aufweist.

21. Windkonverter nach einem der Ansprüche 12 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (28) an einer zentralen Rotorscheibe (26) befestigt sind, deren Durch­ messer etwa 3/7 des Rotordurchmessers beträgt.

22. Windkonverter nach einem der Ansprüche 14 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß über die Oberfläche des Wind­ leitkörpers (22) 16 Windleitelemente gleichmäßig verteilt sind.

23. Windkonverter nach einem der Ansprüche 14 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Windleitelemente als Längs­ rillen in den Windleitkörper (22) eingeformt sind.