DE202006012453U1 - Wind force power units has sail turning about horizontal and vertical axes with horizontal axis spaced from the sail surface and offset relative to it - Google Patents

Wind force power units has sail turning about horizontal and vertical axes with horizontal axis spaced from the sail surface and offset relative to it Download PDF

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Abstract

A wind force power unit comprises a sail (1) turnable about a horizontal axis (2) and a vertical axis with front and rear sides forming a wind-gripping surface. The horizontal axis is arranged to be spaced from one of the wind surfaces and is offset relative to this surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von Windkraft mit mindestens einem um eine senkrechte und um eine horizontale Achse drehbar gelagerten Segel, dessen Vorderseite und dessen Rückseite jeweils eine Windangriffsfläche bilden.The The invention relates to a system for using wind power with at least a rotatably mounted about a vertical and about a horizontal axis Sails, the front and the back of each form a wind attack surface.

Erfindungsgemäß ist die horizontale Achse mit Abstand vor einer der Windangriffsflächen und außermittig in Bezug auf diese Windangriffsfläche des Segels angeordnet.According to the invention horizontal axis with distance in front of one of the wind attack surfaces and off-center arranged with respect to this windfall surface of the sail.

Bevorzugt ist weiterhin mindestens ein Anschlag vorgesehen, der den Drehbereich des Segels zumindest in eine Drehrichtung um die horizontale Achse begrenzt. Vorzugsweise sind zwei Anschläge vorgesehen und derart angeordnet, dass bei Anlage einer Windangriffsfläche mit einem Anschlag auch die andere Windangriffsfläche mit dem anderen Anschlag in Anlage ist.Prefers Furthermore, at least one stop is provided which determines the range of rotation the sail at least in a rotational direction about the horizontal axis limited. Preferably, two stops are provided and arranged such that when planting a wind attack surface with a stop also the other windage area is in contact with the other stop.

Der Drehbereich des Segels um die horizontale Achse erstreckt sich somit über einen Winkel von mindestens 90°. Zudem ermöglicht der Drehbereich zumindest eine vertikale und eine horizontale Segelstellung.Of the The range of rotation of the sail about the horizontal axis thus extends over one Angle of at least 90 °. In addition allows the rotation range at least one vertical and one horizontal feathering position.

Eine derartige Anlage zur Stromgewinnung ist preiswert herzustellen und arbeitet aufgrund des bzw. der innerhalb des Drehbereiches frei beweglichen Segel effektiver als die bekannten, beispielsweise mit drei feststehenden Flügeln ausgestatteten Anlagen.A Such plant for power generation is inexpensive to produce and works freely due to the or within the range of rotation movable sails more effective than the known ones, for example with three fixed wings equipped facilities.

Vorzugsweise ist zumindest eine Windangriffsfläche in einer vertikalen Segelstellung in Anlage mit einem Anschlag. In dieser Stellung bietet das Segel dem Wind die größte Angriffsfläche dar. Von der Windkraft angetrieben dreht sich das Segel um die vertikale Drehachse. Durch die Drehung um die vertikale Achse stellt die ursprünglich dem Wind abgewandte Seite des Segels nunmehr die belastete Windangriffsfläche dar. Das Segel richtet sich dabei derart aus, das es in etwa eine Horizontalstellung einnimmt, in der es dem Wind den geringsten Widerstand entgegensetzt. Der Anschlag behindert das Segel dabei nicht.Preferably is at least one windage surface in a vertical feathered position in abutment with a stop. In this position, the sail offers the wind is the biggest attack surface. Powered by wind power, the sail turns around the vertical Axis of rotation. Due to the rotation about the vertical axis, the original is the Wind side facing away from the sail now the loaded wind attack surface. The sail aligns itself in such a way that it is approximately a horizontal position occupies the least resistance to the wind. The attack does not hinder the sail.

Die mit Abstand vor einer Windangriffsfläche und zudem außermittige Anordnung der horizontalen Drehachse bewirkt, dass das Segel bei fehlender Windlast auf seine Windangriffsflächen eine Ruhestellung einnimmt, die einer Schrägstellung entspricht. Ein kleinerer Segelabschnitt kommt dabei oberhalb und ein größerer Segelabschnitt unterhalb der horizontalen Achse zu liegen. Ferner ist das Gewichtsverhältnis der beiden Segelabschnitte zueinander derart ausgelegt, dass die Schrägstellung eingenommen werden kann. Vorzugsweise ist die Schrägstellung des Segels bei Windstille eine Stellung, die zur vertikalen oder horizontalen Stellung innerhalb des Drehbereichs um einen Winkel von 45° gedreht ist. Dies hat den Vorteil, dass wenn Wind aufkommt, das Segel dem Wind eine Angriffsfläche bietet. Dabei stellt der größere, unterhalb der horizontalen Achse liegende Segelabschnitt eine größere Windangriffsfläche dar, als der kleinere, oberhalb der Achse liegende Segelabschnitt. Um der Windlast nachzugeben dreht sich das Segel um die horizontale Achse. Wirkt die Windlast auf die in Ruhestellung nach unten weisende Windangriffsfläche dreht sich das Segel in eine Horizontalstellung, während sich das Segel bei Windlast auf die in Ruhestellung nach oben weisende Windangriffsfläche in die Vertikalstellung dreht, in der zumindest eine Windangriffsfläche in Anlage mit einem Anschlag ist.The by far in front of a wind attack surface and also off-center Arrangement of the horizontal axis of rotation causes the sail at lack of wind load occupies a resting position on its wind attack surfaces, that of an inclination equivalent. A smaller section of sail is above and a larger sail section lie below the horizontal axis. Furthermore, the weight ratio of both sail sections designed to each other such that the inclination can be taken. Preferably, the skew is of the sail in calm conditions a position that is vertical or horizontal position within the range of rotation by an angle turned 45 ° is. This has the advantage that when wind comes up, the sail the Wind a attack surface offers. It represents the larger, below the horizontal axis lying sail section is a larger wind attack surface, as the smaller, above the axis lying sail section. Around to give way to the wind load, the sail turns around the horizontal Axis. Acts the wind load on the at rest down facing Windage The sail turns into a horizontal position, while the Sail under wind load on the at rest upwardly pointing wind attack surface in the Vertical position turns, in the at least one windage surface in plant with a stop.

Bevorzugt weist das Segel eine rechteckige Grundform auf.Prefers The sail has a rectangular basic shape.

Weiterhin bevorzugt bildet die Längsachse eines vertikalen Mastes die vertikale Drehachse eines oder mehrerer Segel. Beispielsweise können zwei, drei oder mehr Segel in einer horizontalen Ebene um den Mast herum angeordnet sein. Vorzugsweise sind vier Segel in einer Ebene, jeweils um 90° versetzt angeordnet, so dass bei Wind zumindest immer eine Windangriffsfläche eines Segels belastet ist und die Anlage in Gang setzt, egal aus welcher Richtung der Wind erfolgt. Zum Betrieb der Anlage bedarf es demnach keiner weiteren elektronischer oder elektrotechnischer Einrichtungen.Farther Preferably, the longitudinal axis forms a vertical mast the vertical axis of rotation of one or more sails. For example, two, three or more sails in a horizontal plane around the mast be arranged. Preferably, four sails are in one plane, respectively offset by 90 ° arranged so that when wind is at least always a wind attack surface of a Sailed is loaded and the plant in motion, no matter which Direction the wind is done. Accordingly, it is necessary to operate the system no other electronic or electrical equipment.

Die Längsachse eines horizontalen Trägers bildet die horizontale Drehachse eines Segels, wobei jedem Segel ein eigener Träger zugeordnet ist.The longitudinal axis forms a horizontal beam the horizontal axis of rotation of a sail, each sail its own carrier assigned.

Bei vier in einer horizontalen Ebene angeordneten Segeln besitzt die Anlage vier horizontale Träger, die radial, jeweils um 90° versetzt um den Mast herum angeordnet sind. Bevorzugt ist jeder Träger als Kragarm ausgebildet und mastseitig derart mit dem Mast verbunden, dass einerseits eine Drehbewegung des Trägers um die Längsachse des Mastes möglich ist, andererseits über die Drehbewegung des Trägers eine Kraftübertragung auf eine ebenfalls drehbar gelagerte vertikale Achse erfolgen kann. Das jeweils freie Ende eines Trägers ist über eine Seilabspannung mit dem Mast verbunden. Bevorzugt laufen die Seilabspannungen der Träger an der Mastspitze zusammen, die derart ausgebildet ist, dass sie frei um die Längsachse des Mastes drehen kann. Zumindest muss jedoch gewährleistet sein, dass die Seilabspannungen der Drehbewegung ihres Trägers folgen können.at four arranged in a horizontal plane sails has the Plant four horizontal beams, the radial, each offset by 90 ° are arranged around the mast. Preferably, each carrier is as Cantilever formed and mast side connected to the mast, on the one hand a rotational movement of the carrier about the longitudinal axis the mast possible is, on the other hand, over the rotational movement of the carrier a power transmission can be done on a likewise rotatably mounted vertical axis. The free end of a carrier is over a Seilabspannung connected to the mast. Preferably run the Seilabspannungen the carrier at the mast top, which is designed to be free around the longitudinal axis of the mast can turn. At least, however, must be guaranteed be that the Seilabspannungen follow the rotational movement of their wearer can.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage sieht eine Anordnung mehrerer Segelebenen übereinander vor, das heißt, dass über den vier in einer horizontalen Ebene angeordneten Segeln mindestens eine weitere Ebene mit vier Segeln angeordnet ist.A further embodiment of the system according to the invention provides for an arrangement of several levels of sail above one another, that is to say above the four arranged in a horizontal plane sails at least one further level with four sails is arranged.

In einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Anlage somit zur Erzeugung von Strom genutzt werden. Aber auch andere Einsatzbereiche einer erfindungsgemäßen Anlage sind denkbar, wie beispielsweise der Einsatz als Wasserpumpe.In one of the embodiments described above, the plant according to the invention thus be used to generate electricity. But also other applications a plant according to the invention are conceivable, such as the use as a water pump.

Konkrete Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt:concrete Embodiments of the invention are in the following drawings shown:

1a) bis d) zeigen verschiedene Segelstellungen; 1a ) to d) show different feathering positions;

2 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage mit vier in einer horizontalen Ebene angeordneten Segeln; 2 shows a plant according to the invention with four arranged in a horizontal plane sails;

3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anlage mit mehreren übereinander angeordneten Segelebenen entsprechend 2. 3 shows a further system according to the invention with a plurality of superposed levels of sail accordingly 2 ,

Den 1a) bis d) sind die vier Stellungen eines Segels 1 in Positionen jeweils um 90° um eine vertikale Achse gedreht in einer zeitlichen Abfolge zu entnehmen. 1a) zeigt das Segel 1 zunächst in Ruhestellung, wobei sich das Segel 1 in Schräglage befindet und die nach oben weisende Segelseite dem aufkommenden Wind (Pfeile A) eine Angriffsfläche bietet. Bei auf die nach oben weisende Windangriffsfläche des Segels wirkender Windlast dreht das Segel 1, wie in 1b) dargestellt, in die Vertikalstellung, in der mindestens eine Windangriffsfläche des Segels 1 in Anlage mit einem Anschlag 3 ist. Eine Drehung über die Vertikalstellung hinaus ist aufgrund des bzw. der Anschläge 3 nicht möglich, so dass das Segel dem Wind Widerstand leistet und mittels Windkraft um die vertikale Achse der Anlage gedreht wird. 1c) zeigt dasselbe Segel 1 nunmehr um weitere 90° gedreht, wobei die Ober- und Unterseite des Segels dem Wind keine Angriffsfläche mehr bieten, so dass das Segel 1 zurück in die Ruhestellung, das heißt in die Schrägstellung dreht. Bei entsprechend großer Windlast ist der Antrieb so groß; dass das Segel 1 weiter um die vertikale Achse gedreht wird und nunmehr, wie in 1d) dargestellt, die nach unten weisende Seite des Segels 1 der Windlast ausgesetzt ist, so dass sich das Segel 1 in dem Wind ausrichtet, indem es eine Horizontalstellung einnimmt.The 1a ) to d) are the four positions of a sail 1 to take in positions each 90 ° about a vertical axis rotated in a time sequence. 1a ) shows the sail 1 initially at rest, being the sail 1 in an inclined position and the upward-facing side of the sail offers an attack surface to the rising wind (arrows A). When acting on the upward-facing wind attack surface of the sail wind load turns the sail 1 , as in 1b ), in the vertical position, in the at least one wind attack surface of the sail 1 in abutment with a stop 3 is. A rotation beyond the vertical position is due to the stop (s) 3 not possible, so that the sail resist the wind and is rotated by wind power around the vertical axis of the plant. 1c ) shows the same sail 1 now rotated by another 90 °, with the top and bottom of the sail the wind no attack surface more so that the sail 1 back to the rest position, that is turning in the inclination. With correspondingly large wind load, the drive is so large; that the sail 1 continues to turn around the vertical axis and now, as in 1d ), the down-facing side of the sail 1 exposed to the wind load, so that the sail 1 aligns in the wind by taking a horizontal position.

1a) bis d) können aber auch als Momentaufnahme der unterschiedlichen Segelstellungen einer erfindungsgemäßen Anlage mit vier in einer horizontalen Ebene angeordneten Segeln 1 betrachtet werden, in der beispielsweise das erste Segel eine Stellung nach 1a), das zweite Segel nach 1b), das dritte Segel nach 1c) und das vierte Segel nach 1d) einnimmt. Es ist ersichtlich, dass, egal aus welcher Richtung der Wind kommt, zumindest immer ein Segel dem Wind eine Angriffsfläche bietet. 1a ) to d) but can also be used as a snapshot of the different feathering positions of a plant according to the invention with four arranged in a horizontal plane sails 1 in which, for example, the first sail follows a position 1a ), the second sail after 1b ), the third sail after 1c ) and the fourth sail after 1d ) occupies. It can be seen that no matter which direction the wind is coming from, at least one sail always provides the wind with an attack surface.

Eine solche Anlage ist in 2 perspektivisch dargestellt. Jedes der vier Segel 1 ist an einem horizontalen Träger 4 angeordnet, dessen Längsachse die horizontale Drehachse 2 eines Segels 1 bildet. Jeweils ein Ende eines Trägers 4 ist drehbar um eine vertikale Achse 5 gelagert, welche der Längsachse eines vertikalen Mastes 6 entspricht. Das jeweils freie Ende eines Trägers 4 ist über eine Seilabspannung 7 mit der Mastspitze 8 verbunden, die ebenfalls um die Längsachse des Mastes 6 drehbar gelagert ist.Such a facility is in 2 shown in perspective. Each of the four sails 1 is on a horizontal support 4 arranged, whose longitudinal axis is the horizontal axis of rotation 2 a sail 1 forms. One end each of a carrier 4 is rotatable about a vertical axis 5 stored, which is the longitudinal axis of a vertical mast 6 equivalent. The free end of a carrier 4 is about a rope guy 7 with the mast top 8th connected, which is also about the longitudinal axis of the mast 6 is rotatably mounted.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage, bei der mehrere Segelebenen, jeweils aus vier in einer horizontalen Ebene angeordneten Segeln 1 bestehend, übereinander angeordnet sind. Dabei sind die horizontalen Träger 4 auch untereinander über Seile 9 verspannt. 3 shows a further embodiment of the system according to the invention, in which several levels of sailing, each consisting of four arranged in a horizontal plane sails 1 consisting, are arranged one above the other. Here are the horizontal beams 4 also with each other over ropes 9 braced.

Claims (11)

Anlage zur Nutzung von Windkraft mit mindestens einem um eine senkrechte Achse (5) und um eine horizontale Achse (2) drehbar gelagerten Segel (1), dessen Vorderseite und dessen Rückseite jeweils eine Windangriffsfläche bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Achse (2) mit Abstand vor einer der Windangriffsflächen und außermittig in Bezug auf diese Windangriffsfläche des Segels (1) angeordnet ist.Plant for using wind power with at least one about a vertical axis ( 5 ) and about a horizontal axis ( 2 ) rotatably mounted sails ( 1 ), the front side and the rear side of which each form a wind attack surface, characterized in that the horizontal axis ( 2 ) at a distance in front of one of the wind attack surfaces and off-center with respect to this wind attack surface of the sail ( 1 ) is arranged. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlag (3) vorgesehen ist, der den Drehbereich des Segels zumindest in eine Drehrichtung um die horizontale Achse (2) begrenzt.Plant according to claim 1, characterized in that at least one stop ( 3 ) is provided, the rotation of the sail at least in a rotational direction about the horizontal axis ( 2 ) limited. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drehbereich des Segels (1) um die horizontale Achse (2) über einen Winkel von mindestens 90° erstreckt, der zumindest eine vertikale und eine horizontale Segelstellung ermöglicht.Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the range of rotation of the sail ( 1 ) about the horizontal axis ( 2 ) extends over an angle of at least 90 °, which allows at least a vertical and a horizontal feathering. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vertikalen Segelstellung zumindest eine Windangriffsfläche in Anlage mit einem Anschlag (3) ist.Installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that in a vertical feathered position at least one windage surface in contact with a stop ( 3 ). Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Segel (1) bei fehlender Windlast auf einer seiner Windangriffsflächen eine Schrägstellung einnimmt, vorzugsweise eine Stellung, die zur vertikalen oder horizontalen Stellung innerhalb des Drehbereichs um einen Winkel von 45° gedreht ist.Installation according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sail ( 1 ) in the absence of wind load on one of its wind attack surfaces assumes an inclined position, preferably a position which is rotated to the vertical or horizontal position within the rotation range by an angle of 45 °. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Segel (1) eine rechteckige Grundform aufweist.Installation according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sail ( 1 ) has a rectangular basic shape. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse eines vertikalen Mastes (6) die vertikale Drehachse (5) eines oder mehrerer Segel (1) bildet.Installation according to one of claims 1 to 6, characterized in that the longitudinal axis of a vertical mast ( 6 ) the vertical axis of rotation ( 5 ) one or more sails ( 1 ). Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse eines horizontalen Trägers (4) die horizontale Drehachse (2) eines Segels (1) bildet.Installation according to one of claims 1 to 7, characterized in that the longitudinal axis of a horizontal support ( 4 ) the horizontal axis of rotation ( 2 ) of a sail ( 1 ). Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) als Kragarm ausgebildet und sein freies Ende vom Mast (6) abgespannt ist.Plant according to claim 8, characterized in that the carrier ( 4 ) designed as a cantilever and its free end from the mast ( 6 ) is taut. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vier Segel (1) in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, wobei jedes Segel (1) um eine horizontale Achse (2) und um eine gemeinsame vertikale Achse (5) drehbar gelagert ist.Installation according to one of claims 1 to 9, characterized in that four sails ( 1 ) are arranged in a horizontal plane, each sail ( 1 ) about a horizontal axis ( 2 ) and about a common vertical axis ( 5 ) is rotatably mounted. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über den vier in einer horizontalen Ebene angeordneten Segeln (1) mindestens eine weitere Ebene mit vier Segeln (1) angeordnet ist.Plant according to claim 10, characterized in that over the four arranged in a horizontal plane sails ( 1 ) at least one further level with four sails ( 1 ) is arranged.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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ITGE20110051A1 (en) * 2011-05-02 2012-11-03 Carlo Dodino WIND TURBINE WITH AXIS BOTH VERTICAL AND HORIZONTAL TO PRODUCE ENERGY BY MEANS OF LOADS TURN FREE AND UNBALANCED ON THE SPOKES.

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