DE202006001766U1 - Wind power plant for generating electricity has three sail surfaces of same size fitted to corner points of two triangular structures - Google Patents

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Abstract

The wind power plant has three sail surfaces of the same size fitted to the corner points of two triangular structures (5, 6). They turn with the triangular structures round the vertical axis, and also rotate at half revs in the same direction of rotation. The lower triangular structure is fixed to a vertical shaft. The upper one rotates on the second shaft, which is fitted in the first shaft.

Description

Konstruktionsbeschreibungconstruction description

Das Windkraftwerk besteht in den Hauptteilen aus zwei ineinander geschobenen, senkrecht stehenden Rohren, die beide drehbar gelagert (16) sind. Wobei das innere Rohr (2) das äußere Rohr (1) um die technisch erforderliche Länge (Breite der Plattensegel plus obere Dreieckskonstruktion plus Freiraum plus Windfahne) überragt. Das äußere Rohr (Antriebswelle) hat die Aufgabe das Windkraftwerk zu stabilisieren und die erzeugte Drehkraft an einen Generator (17) weiter zu geben. Das innere Rohr (Steuermast) hat in erster Linie die Aufgabe mittels der am oberen Ende starr befestigten Windfahne (3), die Plattensegel (4) stets optimal zur Windrichtung auszurichten und zusätzlich eine Stabilisierung der oberen Dreieckskonstruktion (6) zu gewährleisten.The wind power plant consists in the main parts of two telescoped, vertical tubes, both rotatably mounted ( 16 ) are. Where the inner tube ( 2 ) the outer tube ( 1 ) surmounted by the technically required length (width of the board sails plus upper triangle construction plus clearance plus wind vane). The outer tube (drive shaft) has the task to stabilize the wind power plant and the generated torque to a generator ( 17 ). The inner tube (control mast) has primarily the task by means of the upper end rigidly mounted wind vane ( 3 ), the board sails ( 4 ) always optimally align with the wind direction and additionally stabilize the upper triangular construction ( 6 ) to ensure.

Zusatzhinweis:Additional note:

An der unteren und oberen Dreieckskonstruktion (5 und 6) sind Verbindungsstreben angebracht, welche von oben betrachtet ein gleichschenkliges Dreieck mit drei Speichen aufzeigen.At the lower and upper triangular construction ( 5 and 6 ) connecting struts are attached, which show an isosceles triangle with three spokes viewed from above.

Die beiden Dreieckskonstruktionen sind mittels einer diagonalen Zugstrebe (7) verbunden.The two triangular constructions are by means of a diagonal tension strut ( 7 ) connected.

Die untere Dreieckskonstruktion ist starr mittels den Verbindungsstreben am oberen Ende der Antriebswelle befestigt, wodurch eine Drehung der Dreieckskonstruktion zwangsweise eine Drehung der Antriebswelle zur folge hat. An den drei Eckpunkten der unteren Dreieckskonstruktion sind die unteren Plattensegellager (8) befestigt, welche die untere Führung und Lagerung der Plattensegel gewährleisten. Die obere Dreieckskonstruktion ist baugleich mit der unteren Dreieckskonstruktion und übernimmt mittels der oberen Plattensegellager die obere Führung und Lagerung der Plattensegel. An den drei Plattensegeln sind zentrisch an den Ober- und Unterkanten Führungsbolzen angebracht, die jeweils in die zugehörigen Plattensegellager passen. An den unteren Führungsbolzen der Plattensegel ist starr ein Zahnrad (9) (Laufzahnrad) befestigt, welches mittels Zahnradkette (10) und Steuerzahnräder (11) (starr befestigte Zahnräder auf dem Steuermast) den Anstellwinkel der Plattensegel bestimmt. Die Laufradzahnräder haben exakt doppelt so viele Zähne wie die Steuerzahnräder, was einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 entspricht. Das heißt, dass bei einer 360° Drehung der Antriebswelle, alle drei Plattensegel eine Drehung von 180° vollziehen.The lower triangle construction is rigidly secured by means of the connecting struts at the upper end of the drive shaft, whereby a rotation of the triangle construction forcibly has a rotation of the drive shaft to follow. At the three corners of the lower triangle construction are the lower plate sail bearings ( 8th ), which ensure the lower guide and storage of the board sails. The upper triangular construction is identical to the lower triangular construction and takes over the upper guide and storage of the plate sails by means of the upper plate sail bearings. On the three board sails guide pins are mounted centrally on the upper and lower edges, which respectively fit into the associated plate sail bearings. At the lower guide pin of the plate sail is rigidly a gear ( 9 ) (Laufzahnrad), which by means of gear chain ( 10 ) and control gears ( 11 ) (rigidly mounted gears on the control pole) determines the angle of attack of the plate sails. The impeller gears have exactly twice as many teeth as the timing gears, which corresponds to a gear ratio of 2: 1. This means that with a 360 ° rotation of the drive shaft, all three plate sails make a 180 ° turn.

Funktionsprinzip Windkraftwerk:Working principle wind power plant:

Selbst bei leichter Windgeschwindigkeit, wird die am Steuermast befestigte Windfahne (3) nach bekanntem Prinzip automatisch aus dem Wind gedreht und bewegt somit den Steuermast (2). Über den Steuermast und den an diesem befestigten drei Steuerzahnrädern (11), werden mittels Zahnradketten (10) und jeweiligen Laufzahnräder (9) die Anstellwinkel der drei Plattensegel (4) verändert. Hierbei ist immer eine volle Fläche eines Plattensegels an der äußersten Dreieckskonstruktion (90°) voll im Wind. Bei einer gedachten Linie der Windrichtung zum Steuermast, bzw. Antriebswelle (3), steht jedes der drei Plattensegel, bei einer 360° Drehung des Windkraftwerks einmal mit 90° an dem längsten Hebel der Dreieckskonstruktio zur Windrichtung. Bei der Gegendrehung (in Windrichtung) kommt jedes Plattensegel mit einer 180° Drehung am gegenüberliegenden Scheitelpunkt der Dreieckskonstruktion vorbei, weshalb die Gegenströmung keine Angriffsfläche findet und somit die volle Hebelwirkung aller drei Plattensegel mit der ganzen Fläche zum Einsatz kommt. Selbst die Andrehung und Abdrehung der Plattensegel werden über einen Winkel von ca. 320° noch als zusätzliche Verstärkung der Drehkraft genutzt. Hierbei kommt nach dem Prinzip von Segelschiffen, die hart am Wind segeln, zusätzlich verwertbare Kraft an der Antriebswelle zum Tragen.Even at light wind speeds, the wind vane attached to the control mast becomes 3 ) automatically turned out of the wind according to the known principle and thus moves the control mast ( 2 ). About the control mast and attached to this three timing gears ( 11 ), by means of gear chains ( 10 ) and respective running gears ( 9 ) the angles of attack of the three board sails ( 4 ) changed. Here, a full surface of a board sail at the outermost triangle construction (90 °) is always in the wind. With an imaginary line of the wind direction to the control mast, or drive shaft ( 3 ), each of the three board sails, with a 360 ° turn of the wind power plant, once stands at 90 ° to the longest lever of the triangle construction to the wind direction. When counter-rotating (downwind), each plate sail passes with a 180 ° rotation at the opposite vertex of the triangle construction, which is why the counterflow is no attack surface and thus the full leverage of all three plate sail with the entire surface is used. Even the rotation and twisting of the plate sails are used over an angle of about 320 ° still as an additional gain of the torque. Here, according to the principle of sailing ships, which sail hard on the wind, additionally utilizable force on the drive shaft comes into play.

Sturmsicherung:Storm protection:

Den Überlastungsschutz bei extrem hohen Windgeschwindigkeiten übernimmt eine rein mechanische Sicherheitskonstruktion, die am Steuermast befestigt ist. Diese ist in der Lage, die ansonsten arretierte Windfahne, auf dem Steuermast zu verdrehen und somit, wie bereits im "Funktionsprinzip Windkraftwerk" beschrieben, die Plattensegel in ihrem Einstellwinkel zu verändern. Die Angriffsfläche der Plattensegel wird somit reduziert, wobei das Windkraftwerk vor Überlastung geschützt ist. Die Leistungsabgabe ist hierbei nicht wesentlich beeinträchtigt, da die hohe Windgeschwindigkeit den Verlust an Wirkungsgrad vom Windkraftwerk kompensiert.The overload protection at extremely high wind speeds takes over a purely mechanical Safety construction attached to the control mast. These is capable of the otherwise locked wind vane, on the control mast to twist and thus, as already described in the "operating principle wind power plant", the Change the sails in their setting angle. The attack surface of the Slab sail is thus reduced, the wind power plant from overloading protected is. The power output is not significantly affected, because the high wind speed causes the loss of efficiency Wind power plant compensated.

Funktionsprinzip Sturmsicherung: Die Windfahne ist durch ein Rohrstück (12), welches drehbar auf dem Steuermast geschoben ist gelagert. Eins Bohrung im Steuermast (90° zur Windfahne) unmittelbar unter der Windfahnenlagerung, ist zur Aufnahme des Hebels (13) angebracht. Der Hebel, in L-Form, ist mit dem kurzen Schenkel in der Bohrung des Steuermastes drehbar gelagert. Am Ende des langen Schenkels ist eine Platte (14) angebracht, die horizontal im Anstellwinkel von ca. 18° bis 28° zur Windrichtung steht. Bei hohen Windgeschwindigkeiten wird die Platte von der Windströmung nach oben (zum Steuermast) gedrückt. Die hierbei erzeugte Drehbewegung am kurzen Schenkel vom Hebel, wird mittels Mitnehmer (15) auf die Lagerung der Windfahne übertragen, welche dadurch radial auf dem Steuermast verschoben wird. Der Wirkungsgrad vom Windkraftwerk wird somit erheblich herabgesetzt, da die Plattensegel nun keine volle Segelfläche mehr am maximalen Hebelarm einstellen können. Die nun vollflächig zur Windrichtung stehende Platte wird nur durch die Windströmung gehalten. Bei deutlich nachlassender Windgeschwindigkeit geht mittels Schwerkraft der Hebel und die darauf montierte Platte, in seine ursprüngliche Lage zurück und stellt somit das Windkraftwerk wieder auf maximale Leistung.Working principle of storm protection: The wind vane is blocked by a piece of pipe ( 12 ), which is rotatably mounted on the control mast is stored. A hole in the control mast (90 ° to the wind vane) immediately under the wind vane bearing, is for receiving the lever ( 13 ) appropriate. The lever, in L-shape, is rotatably mounted with the short leg in the bore of the control mast. At the end of the long thigh is a plate ( 14 ), which is horizontal at an angle of about 18 ° to 28 ° to the wind direction. At high wind speeds, the plate is pushed up by the wind flow (towards the control boom). The generated here rotary motion on the short leg of the lever is by means of driver ( 15 ) transmitted to the storage of the wind vane, which is thereby displaced radially on the control mast. The efficiency of Wind power plant is thus significantly reduced because the plate sails now can not set a full sail area at the maximum lever arm. The now fully flat to the wind direction plate is held only by the wind flow. When the wind speed drops significantly, the lever and the plate mounted on it retracts to its original position by gravity, thus restoring the wind power plant to maximum performance.

Anmerkung:Annotation:

Selbst bei kurz nachlassenden Stürmen, kann sich das Windkraftwerk selbstständig sofort wieder in den maximalen Leistungsbereich schwenken.Even in the case of short-term storms, can the wind power plant independently Immediately return to the maximum power range.

Die Winkeleinstellung an der Platte ist von der Größe des Windkraftwerks und von der statischen Beschaffenheit der Anlage abhängig.The Angle adjustment on the plate is of the size of the wind power plant and of depending on the static nature of the system.

Bei einer Größe der Plattensegel von 8 Quadratmeter und mehr, wird die Sturmsicherung mittels verdrehen der einzelnen Steuerzahnräder auf dem Steuermast mittels Servomotore bewerkstelligt.at a size of the plate sails of 8 square meters and more, the storm lock will twist by means the individual control gears accomplished on the control mast by servo motors.

Ein Versuchsmodel des Windkraftwerks mit einer Segelfläche von Insgesamt 3.6 Quadratmeter, kann ab dem 5.5.2006 bei einer Voranmeldung unter der Telefonnummer 08076/1760 besichtigt werden.One Experimental model of the wind power plant with a sail area of A total of 3.6 square meters, can be booked from 5.5.2006 by appointment be visited on the phone number 08076/1760.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wir anhand der 1 bis 3 erläuter.An embodiment of the invention, we are based on the 1 to 3 erläuter.

1 Teiledarstellung 1 parts Diagram

2 Vorderansicht mit Generatorantrieb. 2 Front view with generator drive.

3 Schematisch Draufsicht mit Windrichtung und Drehrichtungsanzeige. 3 Schematically top view with wind direction and direction indicator.

Claims (5)

Windkraftwerk, gekennzeichnet durch drei gleichgroße Segelflächen, die mittig (oben und unten) an den jeweiligen Eckpunkten zweier Dreieckskonstruktionen (oben und unten) gelagert sind und mit diesen um eine senkrechte Achse kreisen und dabei mit halber Drehzahl in gleicher Drehrichtung rotieren, wobei die untere Dreieckskonstruktion fest mit einer senkrecht stehenden Welle verbunden ist, während die obere Dreieckskonstruktion drehbar auf einer zweiten Welle gelagert ist, wobei diese wiederum in der ersten Welle gelagert ist.Wind power plant, characterized by three equal sail areas, the central (top and bottom) at the respective vertices of two triangular constructions (top and bottom) are stored and with these around a vertical Axis revolve and thereby at half speed in the same direction rotate, with the lower triangle construction fixed with a vertical standing wave is connected while the upper triangular construction rotatably mounted on a second shaft is, which in turn is stored in the first wave. Windkraftwerk, gekennzeichnet durch Steuerung bzw. Ausrichtung der Segelflächen über die zweite Welle an deren oberen Ende starr eine Windfahne befestigt ist, und an deren unterem (sichtbaren) Ende drei Zahnräder starr befestigten sind, welche mittels Zahnradketten und Zahnräder an den Segelflächen eine genau definierte Drehung der Segelflächen (gemäß Anspruch 1) bei einer Drehung der Dreieckskonstrucktion herbeiführt.Wind power plant, characterized by control or Alignment of sail surfaces over the second Wave at the top of a rigid wind vane is fixed, and at the lower (visible) end of which three gears are rigidly fastened, which by means of gear chains and gears on the sail surfaces a well-defined rotation of the sail surfaces (according to claim 1) during a rotation the Dreieckskonstrucktion brought about. Windkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zwar über Zahnräder und Ketten erfolgt, jedoch bei großdimensionierten Windkraftwerken die Steuerung gemäß Anspruch 1 über Servomotore erfolgen kann.Wind power plant according to claim 2, characterized in that that the controller over though gears and chains, but in large-scale wind power plants the controller according to claim 1 via servo motors can be done. Windkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windfahne zwar starr mit der zweiten Welle verbunden ist, jedoch zur Sturmsicherung einen Hebelmechanismus aufweist, der bei hohen Windgeschwindigkeiten eine horizontal schräg gestellt Platte hochdrückt. Mit dessen Hebel der an der zweiten Welle gelagert ist, wird die Windfahne verdreht und somit der Wirkungsgrad des Windkraftwerks reduziert.Wind power plant according to claim 2, characterized in that that the wind vane is rigidly connected to the second shaft, However, for storm protection has a lever mechanism at high wind speeds pushing up a horizontally slanted plate. With whose lever is mounted on the second shaft, the wind vane is rotated and thus reduces the efficiency of the wind power plant. Windkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windfahne zur Sturmsicherung zwar verdreht wir, jedoch bei großdimensionierten Windkraftwerken die Sturmsicherung über Servomotore nach Anspruch 3 erfolgen kann.Wind power plant according to claim 4, characterized that the wind vane for storm protection, although we twisted, however at large dimensions Wind power plants the storm protection via servo motors according to claim 3 can be done.
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