DE202012101790U1

DE202012101790U1 - Wind turbine

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Publication number: DE202012101790U1
Application number: DE202012101790U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

Windkraftanlage (A), umfassend einen Hochspannungsmast (M) mit einem Traggerüst (T) für daran gehaltene elektrische Leitungen (L), und einen windgetrieben in Bewegung versetzbaren Rotor (R), der in einem von dem Traggerüst (T) umgrenzten Innenraum (I) des Mastes (M) aufgenommen und an einer im aufgestellten Zustand des Mastes (M) vertikal noch oben ausgerichteten Welle (W) drehbar gelagert ist, und durch einen Generator (G) zum Erzeugen von Strom, der mechanisch mit der Welle (W) gekoppelt oder mit dieser koppelbar ist.A wind power plant (A), comprising a high-voltage pylon (M) with a supporting frame (T) for electrical lines (L) held thereon, and a rotor (R) which can be set in motion in a wind-driven manner and which is located in an interior space (I ) of the mast (M) and is rotatably mounted on a shaft (W) that is still vertically aligned upwards in the erected state of the mast (M), and by a generator (G) for generating electricity that is mechanically connected to the shaft (W) is coupled or can be coupled with this.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Energieerzeugungstechnik und insbesondere eine Windkraftanlage gemäß Anspruch 1.The invention relates to the field of power generation technology, and more particularly to a wind turbine according to claim 1.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Seit einigen Jahren wir die Erzeugung von Strom unter Nutzung der Windkraft deutlich ausgebaut. Ein Hauptproblem bei der Aufstellung herkömmlicher Windkraftanlagen besteht jedoch darin, dass Flurschäden nicht zu vermeiden sind, derartige Anlagen oft als das Landschaftsbild störend wahrgenommen werden und deren Betrieb oft als Lärmbelästigung empfunden wird. Gleichzeitig sind diese Anlagen teuer, erfordern eine lange Bauzeit, sind hernach störungsanfällig und verursachen selbst Wildschäden durch Vogelschlag.For several years, we have significantly expanded the production of electricity using wind power. A major problem with the installation of conventional wind turbines, however, is that land damage can not be avoided, such facilities are often perceived as the landscape disturbing and their operation is often perceived as noise pollution. At the same time, these systems are expensive, require a long construction time, are subsequently prone to failure and even cause game damage due to bird strike.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehenden Nachteile zu überwinden und eine Windkraftanlage zur Verfügung zu stellen, die eine effiziente und umweltverträgliche Erzeugung von Strom zulässt.The object of the present invention is to overcome the above drawbacks and to provide a wind turbine that allows an efficient and environmentally friendly generation of electricity.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche, die in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.This object is achieved with the features of claim 1. Additional embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, which can be combined with each other in a technologically meaningful manner and show further advantages of the invention. The description, in particular in connection with the figures, additionally characterizes and specifies the invention.

Vorgesehen ist demnach eine Windkraftanlage, umfassend einen Hochspannungsmast mit einem Traggerüst für daran gehaltene elektrische Leitungen, und einen windgetrieben in Bewegung versetzbaren Rotor, der in einem von dem Traggerüst umgrenzten Innenraum des Mastes aufgenommen und an einer im aufgestellten Zustand des Mastes vertikal noch oben ausgerichteten Welle drehbar gelagert ist, und durch einen Generator zum Erzeugen von Strom, der mechanisch mit der Welle gekoppelt oder mit dieser koppelbar ist.Accordingly, a wind power plant is provided, comprising a high-voltage mast with a support frame for held there electrical lines, and a wind-driven movable rotor, which housed in an area bounded by the support frame interior of the mast and at a vertically raised in the erected state of the mast shaft is rotatably supported, and by a generator for generating electricity which is mechanically coupled to the shaft or can be coupled thereto.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung besteht darin, dass ein herkömmlicher Hochspannungsmast als Bestandteil einer vorstehend beschriebenen Windkraftanlage Verwendung findet. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, eine solche Anlage an einem Baukran, einem Oberleitungsmasten oder einer ähnlichen Gerüststruktur zu verwirklichen, solange diese nur hoch genug aufragt, um ausreichend windbeaufschlagt zu werden. Da gerade ein Hochspannungsmast eine nicht unerhebliche Mindesthöhe zum Halten der elektrischen Leitungen aufweisen muss, ist dieser aber in besonderem Maße geeignet.An essential point of the invention is that a conventional high-voltage mast is used as part of a wind turbine described above. In principle, it is of course also possible to realize such a system on a construction crane, a catenary masts or a similar framework structure, as long as it rises only high enough to be sufficiently windbeaufschlagt. Since just a high voltage mast must have a significant minimum height for holding the electrical lines, but this is particularly suitable.

Damit steht eine Windkraftanlage zur Verfügung, die alle vorstehend genannten Nachteile nicht mehr aufweist. Denn Hochspannungsmasten befinden sich oft schon vor Ort und zudem in Gebieten, von denen eine Bebauung ausreichend beabstandet sein muss, so dass auch eine Lärmbelästigung nicht mehr auftreten kann. Insofern beschränkt sich der Installationsaufwand einer solchen Anlage auf eine Nachrüstung der bereits vorhandenen Masten, die sogleich auch noch eine Einspeisung des gewonnenen Stroms in die daran gehaltenen elektrischen Leitungen erlauben. Durch den um eine vertikale Achse drehenden Rotor ist der Wind zudem aus allen Himmelsrichtungen nutzbar, so dass keine aufwändige Ausrichtung der Anlage zu erfolgen hat.This is a wind turbine available, which no longer has all the disadvantages mentioned above. Because pylons are often already on site and also in areas of which a building must be sufficiently spaced, so that no noise pollution can occur. In this respect, the installation cost of such a system is limited to a retrofit of existing poles, which also allow a feed of the electricity obtained in the held there electrical lines. By rotating around a vertical axis rotor, the wind is also available from all directions, so that no complex alignment of the system has to be done.

Bevorzugt kann der Rotor dabei als ein Darrieus-Rotor, H-Rotor, Savonius-Rotor, Flettner-Rotor oder eine Kombination aus diesen Rotoren ausgeführt sein, so dass eine hohe Flexibilität gegeben ist, was die Optimierung der Anlage auf eine möglichst hohe Energieausbeute unter den örtlichen Wind- und Wetterbedingungen betrifft. Natürlich können dabei auch mehrere – gleiche oder unterschiedliche Typen von – Rotoren im Innenraum des Traggerüsts, z. B. übereinander angeordnet sein. Idealerweise ist der Rotor oder sind die Rotoren aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, um Gewicht einzusparen und das Traggerüst nicht übermäßig zu belasten.Preferably, the rotor can be designed as a Darrieus rotor, H rotor, Savonius rotor, Flettner rotor or a combination of these rotors, so that a high flexibility is given, which optimizes the system to the highest possible energy yield concerning the local wind and weather conditions. Of course, several - same or different types of - rotors in the interior of the framework, z. B. be arranged one above the other. Ideally, the rotor or rotors are made of a plastic material to save weight and not overstress the shoring.

Um seitliche Windstöße abzufangen, ist die Welle des Rotors bevorzugt über elastisch rückfedernde Lager mit dem Traggerüst verbunden. Diese können z. B. federgelagert oder in besonders einfacher Weise in elastischen Materialien gehalten sein, die zudem eine hohe Witterungsbeständigkeit aufweisen. Ein besonders verschleiß- und reibungsarmer Lauf dieser Lager ist dabei bevorzugt dadurch gewährleistet, dass die Lager der Welle als Kugel-, Wälz- und/oder Gleitlager ausgeführt sind.In order to absorb lateral gusts of wind, the shaft of the rotor is preferably connected to the support frame via elastically rebounding bearings. These can be z. B. spring-loaded or kept in a particularly simple manner in elastic materials, which also have a high weather resistance. A particularly low-wear and low-friction running of these bearings is preferably ensured by the fact that the bearings of the shaft are designed as ball, roller and / or plain bearings.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Lager der Welle über Trägerplatten mit dem Traggerüst verbunden sind. Diese könne sich im Querschnitt des vom Traggerüst umgrenzten Innenraums erstrecken und sind idealerweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Werden diese Platten im aufgestellten Zustand des Mastes horizontaler Ausrichtung angebracht, kann dadurch der Wind gleichsam in eine für die optimale Anströmung des Rotors bevorzugte Richtung gelenkt werden. Alternativ oder auch gleichzeitig können die Lager der Welle in bevorzugter Art und Weise aber auch an innenliegenden Querträgern des Traggerüstes befestigt werden, sofern diese vorhanden sind.Another advantage results from the fact that the bearings of the shaft are connected via carrier plates with the support frame. This could extend in the cross section of the frame bounded by the support frame and are ideally made of a plastic material. If these plates mounted in the erected state of the mast horizontal orientation, thereby the wind can be steered as it were in a direction preferred for the optimum flow of the rotor. Alternatively or at the same time, the bearings of the shaft can be fastened in a preferred manner but also on internal cross members of the support frame, if they are present.

Der Generator ist im aufgestellten Zustand des Mastes bevorzugt in dessen Fußbereich verankert, um eine Belastung des Traggerüstes über seine gesamte Höhe hinweg zu vermeiden. Insbesondere wird dadurch auch eine Biegebelastung auf Grund des Windes ausgeschlossen, der an einem höher angebrachten Generator angreifen würde. Grundsätzlich kann der Generator z. B. im Fundament des Mastes verankert sein. Mit Blick auf die passgenaue Kopplung von Generator und Welle des Rotors, den Transport und die Montage der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ist es aber von Vorteil, wenn der Generator an dem Traggerüst des Mastes befestigt ist. The generator is preferably anchored in the erected state of the mast in the footer, in order to avoid loading of the support frame over its entire height. In particular, thereby a bending load due to the wind is excluded, which would attack on a higher-mounted generator. In principle, the generator z. B. anchored in the foundation of the mast. With a view to the precise coupling of generator and shaft of the rotor, the transport and installation of the wind turbine according to the invention, it is advantageous if the generator is attached to the support frame of the mast.

Grundsätzlich kann die Welle des Rotors über eine Transmission mit einer Welle des Generators gekoppelt sein. Eine besonders einfache und verlustarme Kopplung entsteht aber dann, wenn der Rotor und der Generator eine gemeinsame Welle aufweisen.In principle, the shaft of the rotor can be coupled via a transmission to a shaft of the generator. A particularly simple and low-loss coupling but arises when the rotor and the generator have a common shaft.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the embodiments illustrated in the drawings. The same or equivalent parts are provided with the same reference numerals. Show it:

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage, und 1 a side view of a wind turbine according to the invention, and

2 einen Mastabschnitt mit dem Rotor der Windkraftanlage der 1. 2 a mast section with the rotor of the wind turbine 1 ,

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage A, die einen Hochspannungsmasten M mit daran gehaltenen elektrischen Leitungen L umfasst. In dem vom Traggerüst T des Masten M umgrenzten Innenraum I ist ein Rotor R aufgenommen, der an einer vertikalen Welle W drehbar gelagert ist. Die Welle W ist am oberen und an unterem Ende des Rotors R gelagert, wobei die Lager B in einer Trägerplatte aufgenommen sind, die sich im Innenraum I horizontal erstreckt. Diese Trägerplatten P leiten zugleich den Wind in eine für die Anströmung des Rotors R optimale Richtung, um eine größtmögliche Energieeffizient der Anlage zu gewährleisten. 1 shows a side view of a wind turbine A according to the invention, comprising a high-voltage mast M with electrical lines L held thereon. In the bounded by the support frame T of the mast M interior I, a rotor R is accommodated, which is rotatably mounted on a vertical shaft W. The shaft W is supported at the upper and lower ends of the rotor R, the bearings B being received in a support plate extending horizontally in the inner space I. At the same time, these carrier plates P guide the wind in an optimum direction for the flow of the rotor R in order to ensure the highest possible energy efficiency of the system.

Der Rotor R kann über eine geeignete Transmission (nicht dargestellt) mit einem Generator G gekoppelt sein, der bei Drehung des Rotors R in Bewegung versetzt wird und Strom erzeugt. Dieser erzeugte Strom kann über entsprechende Kabel in die elektrischen Leitung L an dem Mast M eingespeist werden. Idealerweise weist dabei der Rotor R und der Generator G eine gemeinsame Welle W auf, wodurch sich diese lediglich senkrecht nach unten erstrecken müsste, um mit dem am Fuß des Mastes M verankerten Generator zusammenzuwirken. Grundsätzlich kann aber auch eine geeignete Transmission vorgesehen sein, wenn es erforderlich ist, den Generator G außerhalb einer Richtung der Welle W zu platzieren.The rotor R may be coupled via a suitable transmission (not shown) to a generator G which is set in motion upon rotation of the rotor R and generates electricity. This generated power can be fed via appropriate cable in the electrical line L to the mast M. Ideally, in this case, the rotor R and the generator G on a common shaft W, whereby this would only extend vertically downwards to cooperate with the anchored at the foot of the mast M generator. In principle, however, a suitable transmission can also be provided if it is necessary to place the generator G outside a direction of the shaft W.

Durch die Verwendung des um eine vertikale Achse drehbar gelagerten Rotors R ist dieser zum einen ideal in dem Innenraum I aufnehmbar und gleichzeitig unabhängig von der Windrichtung in Drehung zu versetzen. Die Anlage A ist deshalb besonders einfach in herkömmlichen Masten M nachrüstbar und muss zudem bei jeder Windrichtung betreibbar. Da eine Bebauung auch immer einen gewissen Mindestabstand zu derlei Masten M einhalten muss, ist eine Lärmbelästigung auszuschließen. Als Rotor R kann ein Darrieus-Rotor, ein H-Rotor, ein Savonius-Rotor, ein Flettner-Rotor oder eine Kombination aus diesen Rotoren Verwendung finden, die in einfacher Weise z. B. auch übereinander auf einer gemeinsamen Welle W anordenbar sind.By using the rotatably mounted about a vertical axis rotor R this is the one ideal in the interior I can be accommodated and at the same time to enable independent of the wind direction in rotation. The system A is therefore particularly easy to retrofit in conventional masts M and must also be operable in any wind direction. Since a building must always comply with a certain minimum distance to such masts M, noise pollution is ruled out. As rotor R, a Darrieus rotor, a H rotor, a Savonius rotor, a Flettner rotor or a combination of these rotors can be used, in a simple manner z. B. also on each other on a common shaft W can be arranged.

Eine übermäßige Belastung des Traggerüstes durch das Gewicht des Rotors R und der Trägerplatten P kann dadurch vermieden werden, indem diese Teile aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Gleichzeitig sind diese Materialien nicht elektrisch leitfähig, sodass eine entsprechende Isolierung des Stromerzeugungssystems gegenüber dem Mast M gegeben ist. Auch die Welle W kann dabei aus einem nicht elektrisch leitfähigen Verbundwerkstoff wie z. B. aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt sein.Excessive loading of the support frame by the weight of the rotor R and the support plates P can be avoided by these parts are made of a plastic material. At the same time, these materials are not electrically conductive, so that a corresponding insulation of the power generation system is given to the mast M. The wave W can be made of a non-electrically conductive composite material such. B. be made of a glass fiber reinforced plastic.

Die 2 zeigt einen Mastabschnitt mit dem Rotor R der Windkraftanlage der 1. Die Lager B der Welle W and den Trägerplatten P sind als Kugellager ausgeführt, um eine möglichst verschleiß- und reibungsarme Drehung des Rotors R zu sichern. Grundsätzlich ist aber auch eine Ausführung als Wälzlager oder Gleitlager denkbar, wenn die Welle W z. B. stärker geführt werden soll. Idealerweise sind die Lager B elastisch rückfedernd aufgehängt, um seitliche Windstöße aufzunehmen, die auf den Rotor R und damit auch auf das Traggerüst T des Masten M wirken.The 2 shows a mast section with the rotor R of the wind turbine of 1 , The bearings B of the shaft W and the support plates P are designed as ball bearings to ensure the lowest possible wear and low-friction rotation of the rotor R. Basically, however, a design as a rolling bearing or sliding bearing is conceivable when the shaft W z. B. should be led stronger. Ideally, the bearings B are resiliently spring-loaded to absorb lateral gusts of wind, which act on the rotor R and thus also on the support frame T of the mast M.

Im Ergebnis entsteht damit eine Windkraftanlage, die an bereits gegebenen Infrastrukturen nachrüstbar und ohne weitere Aufwendungen unter allen Windverhältnissen betreibbar ist, und die somit eine effiziente Erzeugung von Strom zulässt. Gleichzeitig ist sie zuverlässig und umweltverträglich, so dass sich weder mit ihrem Betrieb noch mit ihrer Akzeptanz Probleme ergeben.The result is a wind turbine that can be retrofitted on already existing infrastructures and operated without any additional expenses under all wind conditions, thus allowing an efficient generation of electricity. At the same time, it is reliable and environmentally friendly, so that there are no problems with its operation or its acceptance.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SIGNS

A

Wind turbine

B

Bearing of the shaft

G

generator

I

Interior of the scaffold

L

Electric lines

M

Pylon

P

support plate

R

rotor

T

shoring

W

Wave of the rotor

Claims

A wind turbine (A), comprising a high-voltage mast (M) with a support frame (T) for electrical lines (L) held thereon, and a rotor (R) which can be driven in motion by wind and which are mounted in an interior (I) bounded by the support frame (T) ) of the mast (M) and is rotatably mounted on a in the erected state of the mast (M) vertically upwardly oriented shaft (W), and by a generator (G) for generating electricity mechanically with the shaft (W) coupled or can be coupled with this.

Wind turbine (A) according to claim 1, wherein the rotor (R) is designed as a Darrieus rotor, H rotor, Savonius rotor, Flettner rotor or a combination of these rotors.

Wind turbine (A) according to claim 1 or 2, wherein the rotor (R) is made of a plastic material.

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, in which the shaft (W) of the rotor (R) is connected to the support frame (T) via elastically resilient bearings (B).

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, in which the bearings (B) of the shaft (W) are designed as ball, roller and / or plain bearings.

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, wherein the bearings (B) of the shaft (W) via support plates (P) to the support frame (T) are connected.

Wind turbine (A) according to claim 6, wherein the carrier plates (P) are made of a plastic material.

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, in which the bearings (B) of the shaft (W) are connected to cross members of the support frame (T).

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, wherein the generator (G) is anchored in the erected state of the mast (M) in the footer region.

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, in which the generator (G) is fastened to the support frame (T) of the mast (M).

Wind turbine (A) according to one of the preceding claims, in which the rotor (R) and the generator (G) have a common shaft (W).

Use of a high-voltage mast (M) as part of a wind turbine according to one of the preceding claims.