DE2840857A1 - Wind driven generator on vertical shaft - has balance weight for each blade on slide rail behind blade - Google Patents

Wind driven generator on vertical shaft - has balance weight for each blade on slide rail behind blade

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Abstract

The generator has a vertical shaft (20) which carries radial arms (4). A curved blade (1) is pivoted at the end of each arm so that it swings into the wind on the driving half of the rotation and out of it on the return half. A guide rail (2) extends backwards from the blade behind the point of pivot. A counterweight (3) for the blade slides on the rail and balances the centrifugal force of the blade as the blade swings. The counterweight is connected to the radial arm (4) by a hinged connecting rod (7). The arrangement allows quick movement.

Description

Vertikalachsen - Windrad Vertical axes - wind turbine

Die Erfindung betrifft ein Pendelflügel-Windrad mit vertikaler Achse zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare Rotationskraft u.a. für die Stromerzeugung.The invention relates to a pendulum wind turbine with a vertical axis for converting wind energy into usable rotational power, e.g. for power generation.

Derartige Anlagen erfordern Blügel, die ihrem Umlauf in Bezug auf Fliehkraftauswirkung und geringste Wirbelbildung genau entsprechen und die kontinuierlich in die Mittelstellung zurückgezogen werden. Zur Uberbrückung von Lauten ist ein Teil der Rotationskraft zu speichern.Such systems require blades that are related to their circulation The effects of centrifugal force and the slightest vortex formation correspond exactly and which are continuous be withdrawn to the middle position. For bridging sounds there is a To store part of the rotational force.

Es ist bekannt, daß zur Nutzung der Windkraft Vertikal-Turbinen mit starren Flügeln (Darrieus) und mit beweglichen Flügeln (amerikanische Giromill; D?-PS i 21 334; OE-PS 1 614; FR-PS 7 45 869; BR-PS 5 30 231) entwickelt wurden.It is known that vertical turbines are used to use wind power rigid wings (Darrieus) and movable wings (American Giromill; D? -PS i 21 334; OE-PS 1 614; FR-PS 7 45 869; BR-PS 5 30 231) were developed.

Der Darrieus-Rotor erfordert eine aufwendige Halterung, da er auch am Scheitelpunkt drehbar gelagert sein muß. Es sind nur schmale, symmetrische Flügelprofile verwendbar. Diese sind wegen der erreichbaren aber auch erforderlichen hohen Drehzahl entsprechend der Fliehkraftauswirkung gebogen. Diese Formgebung und die schmalen Flügelblätter bewirken, daß die Wind-Angriffsfläche gering ist. Durch die starren Flügel entstehen Verluste auf der gegenläufigen Seite. Der Rotor ist nicht selbststartend und für mittlere Windstärken nur in begrenzter Größe einsetzbar.The Darrieus rotor requires an elaborate bracket, since it also must be rotatably mounted at the apex. They are only narrow, symmetrical wing profiles usable. These are because of the high speed that can be achieved but also required bent according to the effect of the centrifugal force. This shape and the narrow ones The effect of wing blades is that the area exposed to the wind is small. Through the stare Wing losses occur on the opposite side. The rotor is not self-starting and can only be used in limited sizes for medium wind speeds.

Bei den bisher konstruierten Pendelflügel-Windrädern, mit und ohne Flügel-Gegengewicht, erfolgt die Rückführung in die Mittelstellung durch Federkraft, Eigenspannung des Materials oder ein Schwerkraftgewicht. Bei der Giromill ist nur ein gefederter Anschlag vorgesehen. Grundsätzlich ist aber davon auszugehen, daß die Fliehkraft durch diese bisherigen Systeme nicht ausgeglichen werden kann. Dieser Mangel ist der Hauptgrund dafür, daß alle bisherigen so vielversprechenden Pendelflügel- Konstruktionen versagten, denn bei schnell rotierenden Vertikal-Windrädern wird auch der Flügel mit Gegengewicht, wenn vom Wind schräg gestellt, stark den unterschiedlichen Fliehkräften ausgesetzt0 Wird der Flügel nach innen gedrückt, dominiert das nach außen ragende Gegengewichte Wenn der Flügel (auf der Leeseite) vom Wind nach außen gedrückt wird - und das ist die stärkste Auswirkung - dominiert das Gewicht des Flügels, woduroh das Windrad sofort extrem abgebremst wird. Erst wenn das Windrad soweit abgebremst ist, daß die Federkraft oder das Rückholgewicht dominiert, erfolgt die Rücksteflung in die Mittelposition.With the pendulum vane wind turbines constructed so far, with and without Sash counterweight, the return to the central position is carried out by spring force, Internal stress of the material or a gravity weight. The Giromill is only a spring-loaded stop is provided. In principle, however, it can be assumed that the centrifugal force cannot be compensated by these previous systems. This Deficiency is the main reason why all previous so promising pendulum wing Constructions failed, because with fast rotating vertical wind turbines the wing will too with a counterweight, if tilted by the wind, strongly the different centrifugal forces exposed0 If the wing is pushed inwards, the one protruding outwards dominates Counterweights When the wing (on the leeward side) is pushed outwards by the wind - and that is the strongest impact - the weight of the wing dominates, what does it do? the wind turbine is immediately braked extremely. Only when the wind turbine is braked that far if the spring force or the return weight dominates, the return takes place in the middle position.

Außerdem bestehen die Flügel bei den bisherigen Vertikal-Windrädern aus ebenen Flächen oder symmetrischen Profilen.In addition, the blades of the previous vertical wind turbines exist from flat surfaces or symmetrical profiles.

Diese müssen sehr schmal gehalten werden, um einen möglichst gleichmäßigen Rundlauf ohne Flattern zu erzielen. Das wiederum erfordert zusätzliche Flügel mit dazugehörigen Speichen sowie Verstärkungen, um ausreichende Windangriffsfläche zu schaffen.These must be kept very narrow in order to be as uniform as possible To achieve concentricity without flutter. That in turn requires additional wings with Corresponding spokes as well as reinforcements in order to have sufficient surface exposed to wind create.

Reibungsverluste treten neben dem erhöhten Xaterialaufwand jedoch trotzdem auf.However, friction losses occur in addition to the increased material expenditure anyway on.

Die bisherigen Anlagen besitzen keinen Energiespeicher.The previous systems have no energy storage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fliehkräfte an den Pendelflügeln in jeder Flügelstellung durch Gegengewicht auszugleichen, eine kontinuierliche Rückholspannung des Flügels - ansteigend mit der Schrägstellung und der Geschwindigkeit des Windrades - zu ersielen, die Flügelform und das Profil so zu gestalten, daß ein verlustfreier Umlauf ermöglicht wird sowie außerdem einen Teil der gewonnenen Rotationakraft su speichern.The invention is based on the object of reducing the centrifugal forces on the pendulum blades To be balanced in every wing position with a counterweight, a continuous return tension of the wing - increasing with the inclination and the speed of the wind turbine - to ersielen to design the wing shape and the profile so that a lossless Circulation is enabled as well as part of the rotational force gained, see below to save.

Diese Aufgabe wird erfindungsniäßig durch ein Pendelflügel-System gelöst, bei dem die unterschiedlichen Fliehkräfte von einem beweglichen Gegengewicht ausgeglichen werden. Das bewegliche Gegengewicht bewirkt zusätzlich, daß der Flügel des rotierenden Windrades mit ansteigender Spannung in die Mittelstellung zurückgezogen wird.This task is achieved according to the invention by a pendulum wing system solved, in which the different centrifugal forces of a movable counterweight be balanced. The movable counterweight also causes the wing of the rotating wind turbine is withdrawn into the middle position with increasing tension will.

Der verlustireie Rundlauf ohne Flattern wird durch periphere Wölbung des Flügels (entsprechend seiner Umlaufbahn) erreicht.The lossy concentricity without fluttering is ensured by the peripheral curvature of the wing (according to its orbit).

Diese Wölbung trägt zur Stabilisierung des Flügels bei.This curvature helps stabilize the wing.

Speicherung eines Teils der gewonnenen Rotationskraft erfolgt in der Weise, daß ein Schwungrad über ein Wasser-Rührwerk in Rotation versetzt wird.Part of the rotational force gained is stored in the Way that a flywheel is set in rotation via a water stirrer.

Busfuhrung und Wirkungsweise der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen Fig.1 Vorderansicht des Windrotors. Die Pendelflügel 1 besitzen vorn eine Gleitschiene 2 für das bewegliche Gegengewicht 3.Bus guide and mode of operation of the invention are shown in the drawings shown. 1 shows the front view of the wind rotor. The pendulum wings 1 have at the front a slide rail 2 for the movable counterweight 3.

Die Speichen 4 an der Vertikalachse 20 sind mit einem oder mehreren Seilen 5 abgespannt und laufen in einer Gabel 6 aus, an der die Flügel schwenkbar im Drehpunkt 10 gelagert sind. The spokes 4 on the vertical axis 20 are with one or more Ropes 5 guyed and run out in a fork 6 on which the wings can be pivoted are mounted in the pivot point 10.

Fig.2 Draufsicht, verschiedene Flügelstellungen bei Strömungseinwirkung. Die bei veränderten Stellungen ebenfalls veränderte Position des Gegengewichtes 3 auf der Gleitschiene 2 schafft nicht nur den erforderlichen Gewichtsausgleich sondern bewirkt, daß jeweils der in das Radinnere ragende Teil des Pendelflügels gewichtsmäßig dominiert und somit tton der Fliehkraft stärker wieder in die Mittelstellung gezogen wird. Die Führungsstange 7 ist am jeweiligen Ende gelenkig mit dem Gegengewicht 3 und der Speiche 4 verbunden und zwar exakt so, daß in der Mittelstellung des Pendelflügels das Fliehkraft-Gegengewioht 3 genau das Flügelgewicht ausgleicht.Fig. 2 top view, different wing positions with the effect of flow. The position of the counterweight also changed with changed positions 3 on the slide rail 2 not only creates the necessary weight compensation but causes that part of the pendulum wing that protrudes into the inside of the wheel dominated in terms of weight and thus tton of the centrifugal force stronger again in the middle position is pulled. The guide rod 7 is articulated with the counterweight at the respective end 3 and the spoke 4 connected exactly so that in the middle position of the pendulum wing the centrifugal force counterweight 3 exactly balances the weight of the sash.

Fig. 3 Ansicht einer Gesamtanlage mit Schwungrad 100, Getriebe 8 und Generator 9.Fig. 3 is a view of an overall system with flywheel 100, transmission 8 and Generator 9.

Fig.4 Funktion des SchwungradantrisbsO Über Getriebe 8 wird mittels schwenkbarer Antriebsplatten 11 Wasser in der Trommel 12 in Rotation versetzt. Das rotierende Wasser setst nun über Mitnehmer 13 das gesamte Schwungrad 100 nach und nach in immer schneller rotierende Bewegung, Fig05 Bei Windstille wirken umgekehrt die Mitnehmer 13 des rotierenden Schwungrades 100 auf das Wasser in der Trommel 12, die Antriebsplatten 11 schwenken auf und übernehmen so die gespeicherte Rotationskraft, um sie wieder an das Getriebe 8 zu geben.Fig. 4 Function of the flywheel drive is via gear 8 by means of pivotable drive plates 11 set water in the drum 12 in rotation. That rotating water now set the entire flywheel via driver 13 100 gradually in ever faster rotating movement, Fig05 act when there is no wind conversely, the driver 13 of the rotating flywheel 100 on the water in the Drum 12, the drive plates 11 pivot open and thus take over the stored Rotational force to give it back to the gearbox 8.

Fig.6 Darstellung des Pendelflügels 1 mit Gleitschiene 2 und einem auf dieser gleitenden Gegengewicht 3.Fig. 6 Representation of the pendulum wing 1 with slide rail 2 and a on this sliding counterweight 3.

Fig.7 Draufsicht des Pendelflügels in der Mittelstellung0 Aus dieser Zeichnung ist deutlich zu ersehen, daß das bewegliche Gegengewicht 3 einen doppelt so langen Weg bis zum Ende der Schiene zurücklegen muß, wenn der Flügel nach außen gedrückt wird. Die Wirksamkeit des Fliehkraft-Gegengewicht es steigt auf diese Weise extrem an.Fig. 7 Top view of the pendulum wing in the middle position 0 From this Drawing can clearly be seen that the movable counterweight 3 is a double must travel as long as the end of the rail when the wing is out is pressed. The effectiveness of the centrifugal counterweight it increases in this way extremely on.

Wird der Flügel vom Wind nach innen gedrückt, ist der Weg des Gegengewichtes 3 bis zum Anschlag sehr kurz, und der Flügel wird vom eigenen dominierenden Gewicht in die Mittelatellung gezogen. If the wing is pushed inwards by the wind, this is the way of the counterweight 3 very short to the stop, and the wing is dominated by its own weight pulled into the middle position.

Strömungsgerechte Verstärkung 14 in der Verlängerung der Gleitschiene 2 quer über den Flügel 1. Streamlined reinforcement 14 in the extension of the slide rail 2 across the wing 1.

Je nach Bauweise ist ein abgefederter Anschlag des Pendelfliigels vorzusehen, um starke Windstöße beim Anlaufen des Windrades aufzufangen. Depending on the design, there is a cushioned stop on the pendulum leaf to be provided in order to absorb strong gusts of wind when the wind turbine starts up.

Fig.8 Schnitt von einer Gleitschiene 2 mit einem rollengelagerten Gegengewicht 3.8 section of a slide rail 2 with a roller bearing Counterweight 3.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (1)

Patentansprüche Vertikalaohsen-Windrad mit vertikal schwingenden Pendelflügeln und Schwungkraft speicher, gekennzeichnet durch ein Pendeiflügelsystem, bei dem die Flügel (1) mit einem auf einer Gleitschiene (2) beweglichen Gegengewicht (3) versehen sind, das beim rotierenden Windrad das Fliehkraftgewicht des Flügels in jeder Stellung nicht nur ausgleicht sondern außerdem bewirkt, daß der Pendelflügel (1) durch die Gewichtsverlagerung kontinuierlich und mit ansteigender Spannung von der Fliehkraft in die Mittelstellung zurEckgezogen wird, Pendelfldgel (1), die zur Erzielung einea verlustfreien Rundlaufs peripher gewölbt sind, einen Schwnngkraftspeicher (100), der einen Teil der gewonnenen Rotationskraft zur tberbrUckung von Lauten aufnehmen kann, indem über das Getriebe (8) schwenkbare Antriebsplatten (11) das Wasser in der Schwungradtrommel (12) in Rotation versetzen, wodurch über Mitnehmer (13) nach und nach der Schwungkraftspeicher (100) in immer schnellere Drehbewegung versetzt wird und auf diese Weise Rotationskraft speichert, die bei eintretender Windstille in umgekehrtem Sinne vom Schwungkraftspeicher (100) über das von den Mitnehmern (13) in Rotation gehaltene Wasser und die aufschwenkenden Antriebsplatten (11) an das Getriebe (8) zurückgegeben wird. Claims vertical ohms wind turbine with vertically oscillating Pendulum wings and inertia storage, characterized by a pendulum wing system, in which the wing (1) with a counterweight movable on a slide rail (2) (3) are provided, which is the centrifugal weight of the wing when the wind turbine is rotating in every position not only compensates but also causes the pendulum wing (1) by shifting weight continuously and with increasing tension of the centrifugal force is withdrawn to the middle position, pendulum wing (1), which for Achieving a loss-free concentricity are curved peripherally, an oscillating force storage (100), which uses part of the rotational force gained to bridge sounds can take up by the drive plates (11) which can be pivoted via the gear (8) Set the water in the flywheel drum (12) in rotation, causing the driver (13) little by little the flywheel energy store (100) in ever faster rotary motion is displaced and in this way stores the rotational force that occurs when Calm in the opposite sense from the flywheel energy storage device (100) via that of the Carriers (13) kept in rotation water and the swing-open drive plates (11) is returned to the gearbox (8).
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