DE29808047U1

DE29808047U1 - Windturbine mit vertikaler oder geneigter Achse und Auftriebsausnutzung

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Publication number: DE29808047U1
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Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-05-05
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2008-05-06
Also published as: AT408022B; ATA78197A

Description

WINDTURBINE MIT VERTIKALER ODER GENEIGTER ACHSE UND

AUFTRIEBSAUSNUTZUNG

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit vertikaler oder geneigter Rotorachse und Auftriebsausnutzung, bestehend aus einem Turm an dessen Spitze über ein horizontal oder geneigt liegendes Drehlager eine Rotornabe mit Tragarmen drehbar angeordnet ist und über eine Torsionswelle die Leistung an einen oder mehrerer am Fuß des Turmes angeordneter Generatoren, Hydraulik- oder Wasserpumpen übertragen wird, wobei wenigstens zwei an Tragarmen schwenkbar angeordnete Rotorflügel vorgesehen sind, welche ein aerodynamisches Tragflügelprofil aufweisen, wobei die Flügellängsachse parallel oder in einem Winkel zur Rotorachse angeordnet ist und die Flügel während ihres Umlaufes um die Rotorachse zyklisch um eine parallel zur Flügellängsrichtung stehende Achse so gekippt werden, daß die Flügel in jeder Position entlang ihres Umlaufes immer eine möglichst große Komponente der Auftriebskraft in Richtung der Tangente des Rotationskreises erzeugen.

Die Bedeutung der Nutzung der Windenergie durch Windkraftanlagen hat in den letzten Jahren eminent zugenommen, da einerseits der Einsatz computergesteuerter Komponenten im elektrotechnischen und mechanischen Bereich die Beherrschbarkeit der Windenergie und der Wirkungsgrad der Windanlagen gestiegen sind und andererseits die erneuerbaren Energien allgemein an Bedeutung gewonnen haben, vor allem durch die Notwendigkeit der Reduzierung des CCh-Ausstoßes (ist bei der Stromerzeugung im EU-Schnitt zu 30% beteiligt) und anderer Verbrennungsgase. Der Einsatz von Windmotoren kann einen beträchtlichen Beitrag zu diesem Vorhaben leisten, wobei durch technische Optimierung der Windkraftanlagen in Verbindung mit sinnvollen Einspeisetarifen das Auslangen gefunden werden kann und somit auch aus dieser Sicht eine wirtschaftlich verwertbare Energiequelle zur Verfugung steht.

Die bisher im Einsatz befindlichen und gebauten Windräder für höhere Nennleistungen, z.B. 300-1500 KW bei einer Windgeschwindigkeit von 13,5 m/s sind meist als Propellerwindräder ausgeführt. Die Nachteile der Propellerwindräder mit horizontaler Achse sind in mehrfacher Hinsicht der Energiegewinnung aus der Windströmung hinderlich und können aus konstruktiven und aerodynamischen Gründen nicht vermieden werden. Einerseits ist es so, daß aufgrund der Kreisflächenform im Bereich innerhalb des halben Flügelradius nur mehr 25% der gesamten Fläche zur Verfugung stehen. Im Bereich zur Flügelnabe hin wird auch das gewinnbare Antriebsdrehmoment immer geringer. Derjenige Teil der Kreisfläche, welcher in der Nähe der Achse liegt kann also nicht ausgenützt werden. Zudem kommt noch, daß sich die endliche Flügelzahl besonders an den Flügelspitzen ungünstig bemerkbar macht. Die Ergebnisse der Propellertheorie tragen dem Rechnung, wobei bereits von PRANDTL anstelle des wirklichen Durchmessers D der kleinere wirksame Durchmesser Dl eingeführt wurde. Dl=D.(1-1,39(&lgr;/&zgr;)), dabei ist &zgr; Anzahl der Flügel, &lgr;...."Fortschrittsgrad" =vl/u wobei vl die

Windgeschwindigkeit vor dem Windrad, und u ....die Umfangsgeschwindigkeit darstellt. Ein weiterer Nachteil ist, daß der schwere Generator (bei großen Anlagen mehrere Tonnen) an der Turmspitze angeordnet ist und ständig der Windrichtung nachgeführt werden muß. Die Leistungsabnahme z.B. mit Schleifringen stellt einen weitern Nachteil dar. Weiters ist zu erwähnen die hohe Geräuschentwicklung infolge der hohen Geschwindigkeit an den Flügelspitzen, wobei hier bei größeren Anlagen die Geräuschbelästigung im Infraschallbereich hervorzuheben ist.

Im Bereich der Windmotoren mit vertikaler Drehachse gibt es bereits eine Reihe von Ausfuhrungsvarianten, z. B. den Savonius-Rotor oder auch S-Rotor genannt, mit den halbzylinderförmigen Schalen (Leistungsfaktor lmax=0,24), oder den Darrieus-Rotor bzw. den H-Darrieus-Rotor, welche bereits aerodynamische Flügelprofile aufweisen (siehe dazu "Windkraftanlagen" von E. HAU, 2. Aufl. 1995). Der Nachteil bei den Darrieus-Rotoren ist allerdings, daß die Flügelprofile während ihres Umlaufes nicht verstellbar sind, der Leistungsfaktor daher mit rund 0,30 daher relativ niedrig liegt.

Weiters ist auch ein Windmotor mit vertikaler Achse und Auftriebsausnutzung bekannt (Dissertation W. JUST, TH-Breslau 1936), bei welchem die senkrecht stehenden aerodynamisch geformten Flügel während ihres Umlauf zyklisch mittels eines Exzenters angesteuert werden und so in jeder Position ein positives Drehmoment um die Rotorachse erzeugt wird. In dieser Schrift wird auch bereits nachgewiesen, daß ein Windmotor mit vertikaler Achse und Auftriebsausnutzung einen um 25% höheren Leistungsbeiwert aufweist als ein Propellerwindrad mit horizontaler Achse und gleicher Anströmfläche. Was allerdings auch rein anschaulich bereits verständlich ist, da sich einerseits die Flügel bei dieser Ausführung - und im Unterschied zum Propellerwindrad - entlang ihrer gesamten Länge im gleichen großen Abstand von der Rotorachse befinden und andererseits dem Wind auch auf der hinteren Seite der bestrichenen Rotorfläche Energie entnommen wird. Diese Ausführung besitzt allerdings den Nachteil, daß sie aufgrund der mechanischen Flügelverstellung mittels Gestänge nur für kleine Leistungen geeignet ist und keine Anpassung der erforderlichen Fügelkippung an die jeweilige Windgeschwindigkeit erfolgt. Die Lagerung und Aufhängung der Flügel sind zudem aerodynamisch ungünstig. Ein weiterer Nachteil ist die nach diesem System große erforderliche Flügeltiefe, da dort davon ausgegangen wird, daß der Hauptanteil der dem Wind entzogenen Energie im vorderen Bereich des von den Flügeln bestrichenen Zylindermantels erfolgt. Das Grundprinzip dieses Systems ist auch bekannt als Voith-Schneider-Propeller in der Schiffahrt, wo es sich für die ausgezeichneten Manövriereigenschaften bestens bewährt hat.

Ferner hat der Erfinder aufgrund seiner Konstruktionszeichnung vom 09.05.1981 (AEROTECH, Zeichungs-Nr. 01 101 00) zwei- und dreiflügelige Windmotoren dieser Bauart hergestellt und erfolgreich in Erprobung gebracht. Die Ausführung entsprach der Konstruktion nach Fig. 22. Dabei wurden die senkrecht stehenden

Flügel -47,48- je mittels eines Gestänges -51,52-, welches an einem Exzenter -55-durch die Kugellager -56- gelagert war, je nach Windrichtung während des gesamten Umlaufes gesteuert. Eine am Exzenter -55- befestigte Windfahne -57- verstellte je nach Windrichtung den Exzenter -55-, der um den Mittelpunkt (M) drehbar war. Oben und unten angeordnete Tragarme -45,46- dienten mit den Drehpunkten -49,50-der Lagerung der Flügel -47,48-. Nachteilig bei dieser Ausführung war, daß zwar die Windrichtung automatisch bei der Flügelkippung berücksichtigt wurde, nicht jedoch die Windstärke. Es konnte lediglich die Exzentrizität (e) mittels eines Langloches von Hand verstellt werden.

Ziel der Erfindung ist es eine Windturbine zu schaffen, welche einerseits dem höchst zu erreichenden Leistungsfaktor möglichst nahe kommt und andererseits eine relativ einfache Konstruktion aufweist, damit ein wirtschaftlicher Einsatz bei preiswerter Produktion realisierbar wird. Weiters angestrebt wird die Verringerung der

Schnellaufzahl (Xs = u/v Umfangsgeschwindigkeit zu Windgeschwindigkeit), um

aus einer die Umgebung belästigenden Schallfrequenz herauszukommen.

Um dieses Ziel zu erreichen und um die Nachteile der bisher bekannten Windenergieanlagen zu beseitigen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Verstellung der Flügel, welche eine Zylindermantel-, Kegelmantel- oder eine andere durch die Kreisbewegung hergestellte Mantelfläche beschreiben, um die Achse parallel zur Flügellängsrichtung hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch oder mechanisch während des Umlaufes der Flügel, wahlweise getrennt und unabhängig voneinander automatisch zyklisch erfolgt, wobei dieser Schwenkvorgang in Abhängigkeit von der jeweiligen Windrichtung und Windgeschwindigkeit, der Windturbinendrehzahl, der erforderlichen Durchlaßfunktionen, sowie der für den Antrieb des(r) Generatoren) bzw. Pumpe notwendigen Drehzahl bzw. Drehmoment und Leistung erfolgt, z.B. unter Verwendung von elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Proportional- oder Servoventilen, oder Elektroschaltern, wobei die an den Flügeln angreifenden Verstelleinrichtungen, wie z.B. doppelt wirkende Hydraulik- od. Pneumatikzylinder, hydraulische od. elektrische Schwenkmotoren, elektrische Linearmotoren oder Hebeleinrichtungen eine integrierte oder externe Weg- bzw. Winkelaufnehmung aufweisen und ein Computer mit dem entsprechenden Rechnerprogramm laufend unter Berücksichtigung der erwähnten Parameter den augenblicklich erforderlichen Schwenkwinkel jedes einzelnen Flügels steuert bzw. regelt. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Konstruktion durch Verringerung der Flügeltiefe so ausgebildet ist, daß auch in dem - bezüglich der Windangriffsrichtung hinteren Zylinder- bzw. Kegelmantelflächenbereich - dem Wind ein höherer Energieanteil entzogen wird, also ein möglichst gleich großer an der vorderen und hinteren Zylindermantelhälfte bei einer Windturbine mit senkrecht stehender Achse, bzw. ein größerer Anteil im hinteren Bereich bei Windturbinen mit geneigter Achse und einen Kegelmantel beschreibende Umlaufbewegung der Flügel.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Erläuterung des bisher Gesagten sei eine Abhandlung der grundlegenden Zusammenhänge angeführt:

Hat der Wind weit vor dem Windrad die Geschwindigkeit vl und ist m die sekundlich durch das Windrad strömende Masse des Windes in kg ist die dazugehörige Leistung Ll = (m/2).&ngr;I². Dem Wind kann man aber nur einen Teil seiner Gesamtenergie entziehen, weil der Wind ja weiterströmen muß, d.h. die Windgeschwindigkeit vl wird im Windrad auf die Windgeschwindigkeit v2 abgebremst. Die dadurch zu erhaltene Leistung ist: L = (m/2), (vl² - v2²).

Wenn v' die Durchtrittsgeschwindigkeit des Windes durch die von den Flügeln bestrichene Fläche F ist, so ist m= p.F.v', wobei &rgr; die Luftdichte ist (p = 1,205 kg/m³). Also ist L = (p/2).F.v'.(vl² - v2²).

Die auf die Windradfläche F wirkende Schubkraft S infolge Verminderung von vl auf v2 muß gleich der sekundlichen Änderung des Impulses sein: S = m.(vl-v2).

Andererseits ist die Leistung L = S.v' = m.(vl-v2).v'=(m/2). (vl² - v2²). Daraus folgt für die Durchtrittsgeschwindigkeit v'=(vl + v2)/2.

Führt man nun die "Durchlaßfunktion" k ein, sodaß &ngr;'= k.vl ist, also daß für k=l die Luft überhaupt nicht, für k=0 völlig abgebremst wird, also 0 < k < 1, folgt:

v'=k.vl = (vl+v2)/2 oder v2 = vl.(2k -1). In die Gleichung von L eingesetzt folgt:

L = (p/2).F.k.vl.[vl² - vl².(2k -I)²] bzw. umgeformt:

L = (p/2).F.vl³.4.(k² - k³). Soll nun L ein Maximum werden ist die erste Ableitung Null zu setzen also: dL/dk = 0. Daraus folgt 2k - 3k² = 0 oder k=2/3.

Also ist Lmax = (p/2).F.&ngr;P.0,5926. Es ergibt sich also das bekannte Ergebnis, daß man höchstens 59,26% Energie dem Wind entziehen kann. Dieser Faktor wird auch als Leistungsfaktor bezeichnet, sodaß 1 = 0,5926 (Betz-Zahl). Mit anderen Worten:

Es muß der Wind auf 1/3 seiner ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst werden, um ihm die höchstmögliche Energie zu entziehen.

Nachdem der Wind* also einen Teil seiner Energie abgegeben hat und mit der Geschwindigkeit v2 nach Verlassen des Windrades weiterströmt, könnte man auch versuchen dem Wind noch einmal Energie durch ein weiteres Windrad abzunehmen. Sodaß die Gesamtleistung wäre: Lges = Lvorn + Lhinten. Wenn man nun in obige Gleichungen einsetzt und für v2 = vl. (2k -1) setzt, erhält man wieder durch Differentieren und Nullsetzen, also (dLges/dk) = 0 den Wert für k=0,75. Der Leistungsfaktor beträgt dann 1 = 0,63. Die Steigerung wäre also nur 6,31% gegenüber einem Windrad, wodurch zwei Windräder hintereinander unwirtschaftlich wären. Allerdings ist dies - wie dies später gezeigt wird - nicht der Fall, wenn bereits mit einem Windrad mit vertikaler Achse dem Wind zweimal Energie, nämlich an der vorderen und hinteren Seite, entzogen werden kann.

Bei einem Propellerwindrad ist nun der tatsächliche Leistungsfaktor, wie bekannt, nicht 0,5926 sondern es wird aus den oben bereits angeführten Gründen (Nichtausnützbarkeit der Kreisfläche im Bereich der Nabenmitte, Flügelspitzenkorrektur usw.), bei den besten Propellerwindrädern nur der Wert 1 = 0,5926 . 0,74 = 0,44 erreicht.

Bei der Berechnung des Leistungsfaktors von Windmotoren mit vertikaler oder geneigter Achse und Aufttriebsausnutzung ist vorerst davon auszugehen, daß die Flügel so um eine vertikale bzw. geneigte Achse gekippt werden, daß die Flügel im Bereich der Windrichtungstangente zum Rotorkreis mit ihrer Profilsehne genau in Windrichtung stehen, also an diesen beiden Stellen keinen Beitrag zum Drehmoment bzw. zur Leistung liefern können. Die Durchlaßfunktion k wird also im Gegensatz zu früher jetzt variabel und ist abhängig vom jeweiligen Drehwinkel &dgr;, sodaß k = k( &dgr;). Wie aus obigem bereits bekannt, soll der Wert k möglichst nahe dem Wert 2/3 kommen. Die einfachste Konstruktion mit Hilfe eines Exzenters in der Windradmitte und mit einem Gestänge zur Flügelkippung entspricht einer variablen Durchlaßfunktion von k = 1 - x.sinö. Aus den obigen Ausführungen ist ja bekannt, daß L = (p/2).F.vl³.4.(k² - k³). Da hier die Durchlaßfunktion k nicht mehr konstant ist, folgt L - (p/2).h.vl³.4. J (k² - k³).d£. Die Bedeutung von £ ist aus der Fig.9 zu erkennen. Da &xgr; = (D/2).cos6 ist. folgt d£ = -(D/2).sin<5.d<5. Betrachtet man vorerst nur den vorderen Berich den Windmotors, also das Integral von 0 bis -&kgr;, so erhält man für die Kippbewegung, der k = 1- x. sin5 entspricht für &khgr; den Wert 0,4, bei welchem L ein Maximum wird. Eingesetzt ergibt sich dann für Lmax der Wert Lmax = (p/2).F.vl³.0,556. Der Leistungsfaktor beträgt also 1=0,556. Man sieht also, daß der Leistungsfaktor 1 bei Windturbinen mit senkrechter Achse und Auftriebsausnutzung gegenüber den Pr opeller Windrädern um rd. 25% höher Hegt.

Eine Flügelspitzenkorrektion kommt bei den Windmotoren mit vertikaler oder geneigeter Achse nicht in Frage, da man - wie an sich bekannt - an den Flügelenden Scheiben anbringt, um den induzierten Flügelwiderstand zu verringern. Berechnet man nun die Energie, welche dem Wind an der hinteren Windmotorseite entzogen wird ergibt sich - wie auch im Vorigen berechnet, bei Hintereinanderschaltung von zwei Propellerwindrädern - daß nur ein geringer Leistungszuwachs erfolgt.

Erfindungsgemäß wird jedoch vorgeschlagen, daß an der vorderen Windradseite nicht gleich die größtmögliche Energie entzogen wird, sondern nur ein Teil der möglichen Energie, damit auch im hinteren Bereich des Windrades noch ein möglichst großer zu entziehender Energieanteil entfallt. Dies wird einerseits dadurch erreicht, daß die Flügeltiefe relativ gering gehalten wird (also schmäler als nach einem Windrad nach Diss. JUST) und andererseits die Durchlaßfunktion k für die vordere und hintere Seite nicht ident gewählt wird, was aufgrund der elektronischen Computersteuerung leicht realisierbar ist, d.h. Lmax = Lvorn 4- Lhinten. Mittels eines Simulationsprogrammes kann nun bestimmt werden, wie sich die höchste

Leistungszahl 1 durch Variation der Durchlaßfunktionen k und der Flügeltiefe t realisieren läßt.

Da die Flügel während ihres Umlaufes jeweils von der linken und rechten Seite angeströmt werden, ist es sinnvoll ein symmetrisches Tragflügelprofil zu wählen (z.B. NACA 0012), wobei allerdings durch die Kreisbewegung sich ein derartiger Flügel so verhält, wie ein Flügel mit gekrümmtem Profil. Die Flügel können aber auch eine gekrümmte Profilsehne aufweisen, da sie damit im Bereich der Tangente des Windes an den Rotationskreis einen geringeren Widerstand aufweisen. Für eine zyklische Kippbewegung der Flügel, ausgehend von der Windrichtung kann ein in der Praxis leicht zu realisierbarer Wert &agr; = &agr;&ogr;. sinö (&agr;&ogr; ... max. Anstellwinkel) angegeben werden.

Berechnet man die Flügel nach der dauert sehen Theorie der nichtstationären ebenen Potentialströmung, so ergibt sich nach Diss. JUST ein Wert für die Flügelbreite von t = (1,56 . D)/[(z/2).cao.c.(c² + k*)^l/2], dabei ist

D...Windraddurchmesser, &zgr;.... Flügelanzahl, cao Auftriebsbeiwert, c = u/v

Schnellaufzahl und k'..... Mittel wert der Durchlaßfunktion k. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in der Formel anstelle von z/2 die gesamte Flügelanzahl &zgr; zu setzen, somit wird die Flügeltiefe um 50% verringert und es wird erreicht, daß auch im hinteren halbzylinderförmigen von den Flügeln bestrichenen Bereich mehr Energie dem Winde entzogen wird. Ein zusätzlicher Effekt ist die Steigerung der Drehzahl. Der Wert c=u/v (Schnellaufzahl) ist nicht so hoch wie bei den Propellerwindrädern (c=5 bis 15), sondern wird in der Größenordnung den Wert c = 2 erreichen. Dies ist aber erwünscht, um die Geräusche und die Belastung der Flügel zu verringern.

Anhand von Zeichnungen soll nun der Erfindungsgegenstands näher erläutert werden:

Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Windturbine in Seitenansicht;

Fig. 2 die Windturbine in Draufsicht:

Fig. 3 in Vogelperspektive;

Fig. 4 zeigt die Lagerung der Flügel;

Fig. 5, 6 und 7 zeigen Formen der Tragarme;

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen das Schema für die Funktion bzw. für die Berechnung;

Fig. 10, 11 und HA zeigen eine weitere Ausführungsform;

Fig. 12,13 und 14 zeigen einen Windmotor mit kegelförmiger Rotorfläche;

Fig. 15 eine weitere Ausführung mit geneigetner Achse;

Fig. 16 und Fig. 17 ein Großwindrad;

Fig. 18 und Fig. 19 Ausführungen von Flügelenden;

Fig. 20 und Fig. 21 weitere Ausführungen der Flügel bzw. Tragarme;

Fig. 22 eine Ausführung zum Stand der Technik;

Fig. 23,24 und 25 weitere Varianten von Flügelformen;

.7

Fig. Fig. 26 und Fig. 27 eine Windturbine mit einem großen Verhältnis Höhe zu Durchmesser;

Fig. 28 und Fig. 29 Flügelstellungen;

Fig. 30 hydraulisches Steuerschema;

Fig. 31 Abtriebssituation;

Fig. 32 Antrieb der Generatoren;

Fig. 33 bis Fig. 36 verschiedene Generatorschaltungen.

Die Fig. 1, 2 und Fig.3 zeigen eine Windturbine der erfindungsgemäßen Art, wobei die Erfindungsmerkmale aus diesen Zeichungen noch nicht hervorgehen, jedoch der grundsätzliche Aufbau bereits gegeben ist. Auf einem rohrförmigen Mast -l-, meist ein Stahlrohr, befindet sich oben ein waagrecht liegendes Drehlager -2-, an welchem eine Rotornabe -3- drehbar befestigt ist. Mittels der Tragarme -4,4a;5,5a;6,6agelagert befinden sich um Umfang angeordnet, senkrecht stehende aerodynamisch geformte Flügel -7,8,9-. Die Tragarme -4,4a;5,5a;6,6a- sind mittels diagonal angeordneten Verstrebungen -5b- verstärkt, wobei sowohl alle Tragarme 4,4a;5,5a;6,6a-, als auch die Verstrebungen aerodynamisch geformte Profile darstellen, um den Luftwiderstand so gering wie möglich zu halten. Im Beispiel nach Fig. 1,2 und Fig.3 sind auch konkrete Maße eingetragen um die Relationen besser ,darstellen zu können. Es handelt sich dabei um eine 600 KW Anlage. Die angeströmte Windfläche errechnet sich dabei zu F = D.h. An der Unterseite des Turmes -1- befindet sich eine Türe -la- und seitlich ist eine Auftstiegshilfe -Ibangeordnet, welche vorzugsweise jedoch innen vorgesehen sein wird. Der Generator befindet sich am Fuße des Turmes -1-. Da es sich um einen hohen Turm -1- handelt (im Beispiel ca. 50 m) bietet sich an oben am Turm -1- eine Aussichtsterrasse -Icvorzusehen. Im Beispiel nach Fig. 2 ist ein symmetrisches Flügelprofil angegeben z.B. NACA 0012, welches auch bei den ausgeführten Windturbinen des Erfinders bereits Anwendung gefunden hat.

Fig. 4 zeigt die Lagerung der Flügel -7,8,9-. Ein Tragarm -4-, welcher schwenkbar um die Achse -16- angeordnet ist, besitzt an seinem vorderen Ende eine Lagerstelle 14- in welcher ein Lagerblech -10- schwenkbar gelagert ist, welches den Flügel -8-trägt. Ein Hydraulikzylinder -11- greift an der Lagerstelle -13- in das Lagerblech ein und ist gleichzeitig am Tragarm -4- beim Punkt -12- gelagert. Mittels der Hydraulikleitungen -19,20- wird der Hydraulikzylinder -11- mit Drucköl versorgt. Die Kippbewegung der Flügel -7,8,9- kann auch mitttels hydraulischer Schwenkmotoren realisiert werden. Der Tragarm -4- ist mittels der Laschen -15,15amit der Rotornabe -3- verbunden. Diese Ausführung ist für alle drei Flügel -7,8,9-gleich. Die unteren Tragarme -4a,5a,6a- benötigen normalerweise keinen eigenen Schwenkzylinder -11-, jedoch ein Schwenklager, welches axial mit dem Lager -14-zusammenfällt. Die waagrecht liegenden Lagerachsen -17,18- sind die weiteren Lagerstellen für die beiden anderen Lagerarme -5,6-. Ebenso schwenkbar sind die unteren Lagerarme -4a, 5a, 6a-. Durch diese Schwenkmöglichkeit sind die Komponenten wesentlich einfacher zu montieren. Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen

einen Schnitt A-B durch den Lagerarm -4- und zeigen verschiedene aerodynamische Ausbildungen der Tragarmprofile -4',4 ",4"'-. Günstigerweise befindet sich die Lagerstelle -14- in Höhe des Druckpunktes des Profiles der Tragflügel -7,8,9-, um das erforderliche Schwenkmoment so gering als möglich zu halten.

Fig. 8 zeigt das Schema der Steuerung während des Umlaufes des senkrecht stehenden Flügels -7-. Der Wind strömt mit vl auf die vordere Seite des Flügels -7-auf, wobei der Flügel gegenüber der x-Achse so geneigt ist, daß die resultierende Geschwindigkeit vR aus Umfangsgeschwindigkeit u und vl in einem Anstellwinkel a zum Flügelprofil steht, sodaß ein Auftrieb A entsteht, mit einer Tangente At zum Rotationskreis -21-. Ebenso entsteht an der hinteren Seite, wo der Wind nur mehr die abgebremste Geschwindigkeit v2 aufweist, ein Auftrieb A' zur Verstärkung des Drehmomentes. Die Flügel -7,8,9- werden nun so gesteuert, daß sie in jeder Position - ausgenommen wenn die Flügel -7,8,9- genau in Windrichtung stehen - ein positives Antriebsmoment A.r, bzw. At.R erzeugen. In Fig. 8 ist ferner der Schwenkwinkel &phgr; dargestellt, der Winkel zwischen Profilsehne und der jeweiligen Tangente zum Rotationskreis. Da die Flügel -7,8,9- unabhängig voneinander steuerbar sind, kann eine unterschiedliche mittlere Durchlaßfunktion an der Vorder- und Rückseite - in Bezug auf die Windrichtung - der Windturbine realisiert werden. Wenn also dem Wind z.B. vorne (also von 0 bis &pgr;) und von hinten (von &pgr; bis 2.&tgr;&tgr;) gleich viel Leistung entnommen werden soll, muß die Abbremsung im vorderen Bereich von &ngr; I auf v2 wie folgt sein:

Da die sekundliche Gesamtenergie des Windes vor dem Windrad Lo = (p/2).F.vl³ beträgt und der Wind nur max. auf 1/3 seiner ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst werden kann, um ihm die größtmögliche Leistung zu entziehen, kann man damit die Durchlaßftinktionen kv (vorne) und kh (hinten) berechnen. Da vorne und hinten dann nur mehr 1/3 von der Gesamtenergie entzogen wird ergibt sich: Lv = Lh = (pjai72).F.vl³.(l/3)=(p/2).F.vl³.4.(kv² - kv³). Daraus folgt (kv² - kv³) = 1/12; d.h. die Durchlaßfunktion vorne ist etwa kv =1/3. Im vorderen Bereich verliert also der Wind nur ca. 1/3 seiner Geschwindigkeit (v2 =(1/3).vl), im hinteren Bereich dann das weitere Drittel. Die Durchlaßfunktion k = 1 - x.sinö und damit der Wert &khgr; ist abhängig vom jeweiligen Anstellwinkel a des Flügels -7-. Werden z.B. die Flügel -7,8,9- im vorderen Bereich von O bis &khgr; so gesteuert, daß diese zur resultierenden Windrichtung vR immer so stehen, daß kein Auftrieb entsteht, ist k = 1, der Wind wird nicht abgebremst, d.h. &khgr; = O. Der Wert &khgr; ist ein Maß für den maximalen Verstellwinkel &phgr; und somit für den Anstellwinkel &agr;. Bei zunehmendem Anstellwinkel &agr; wird dem Wind mehr Energie entzogen werden. Der Wert &khgr; ist ferner ein Maß für die Exzentrizität e nach Fig. 22, d.h. im einfachen Fall ist e = cl+ c2.x, (cl,c2 ....Konstante). In eine Mikroprozessorsteuerung kann nun der Wert &khgr; für die vordere kv und hintere Durchlaßfunktion kh eingeben werden, bzw. wird automatisch im Computer aufgrund der geforderten Antriebsdaten generiert. Fig. 9 wurde bereits bei der mathematischen Ableitung erwähnt.

Fig. 10 zeigt eine beispielsweise Ausführung eines erfindungsgemäßen Windmotors, wobei die radial angeordneten Tragarme -4,4a;6,6a- mit Hilfe eines Tragflächenstückes -23,23a- ein Gelenkviereck -24,24a,25,25a- bilden. Mit Hilfe eines Seilzuges -22,22a- und einer nicht dargestellten Seilwinde oder eines Hydraulikzylinders -22b- kann das Gelenkviereck -24,24a,25,25a- mit den um die Achsen -14,14- verstellbaren Flügeln -7,8- in vertikaler Richtung gehoben oder gesenkt werden. Beim Absenklen ergibt sich somit ein kleinerer Durchmesser D', dies kann z.B. bei Sturm angebracht sein und mittels automatischer Regelung erfolgen. Die Tragarme -4,4a;6,6a- bestehen zumindest im äußeren Bereich aus Tragflächenprofilen, wie in der Fig. 11, welche den Schnitt C-D darstellt, ausgeführt ist. Durch entsprechende Ausbildung entsteht somit ein Auftrieb A", da die Tragarme -4,4a;6,6a- mit der Geschwindigkeit u" angeblasen werden. Der Auftrieb A "verringert nun die Lagerbelastung des Drehlagers -2-, womit Reibungsenergie eingespart werden kann. In Fig. HA ist ein Schnitt X-X dargestellt, der zeigt, daß das Verbindungsstück -23,23a- ebenfalls als Tragflächenprofil ausgebildet ist, wodurch in diesem Bereich ein "Doppeldeckersystem" entsteht, mit dem Effekt eines höheren Auftriebes. An der Spitze der Rotornabe -3- ist eine Windmeßeinrichtung 99-vorgesehen, welche sowohl die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung laufend mißt und an eine Mikroprozessorsteuerung weitergibt. Ebenfalls laufend gemessen wird die Position der Tragarme -4,5,6- in Bezug auf die jeweilige Windrichtung und die augenblickliche Winkelstellung der Flügel -7,8,9-. Die Mikroprozessorsteuerung regelt somit laufend die Flügelstellung während ihres Umlaufes unter Bezugnahme auf die gewünschten Leistungsparameter, wie Drehzahl, Drehmoment usw. In Fig. 10 ist ferner die Verankerung -Ib- der Windturbine erkennbar, wobei - wie an sich bekannt - im Boden ein Betonring mit Stahlstreben zum Montagesockel vorgesehen ist, an welchem der zylinder - oder kegelförmige Rohrturm -I- aufgeschraubt wird.

Fig. 12,13 und Fig. 14 (Schnitt durch den Flügel -28-) zeigen einer erfindungsgemäße Variante, bei welcher die Rotornabe -35- in einem Winkel &bgr; schräg steht. Die Flügel -27,28,29,30- bewegen sich auf einer Kegelmangelfläche mit einem Spitzenwinkel von etwa 90°. Die Flügel -27,28,29,30- sind ebenfalls um eine Lagerung -33- verdrehbar angeordnet, um den jeweils optimalen Anstellwinkel zu erzielen. Wie in Fig. 13 erkennbar ist dabei die Anströmfläche eine Ellipse -31-. Im oberern Bereich ist sowohl ein Drehlager -34- als auch ein Schwenklager -36-vorgesehen. Eine Verstrebung -32- verhindert, daß die Flügel -27,28,29,30- nach außen wandern. Hier wird also dem Wind hauptsächlich auf der hinteren Seite Energie entzogen, da die Flügel -27,28,29,30- im oberen Bereich eine waagrechte Position durchlaufen. Der Generator -38- kann hier ebenfalls im Bereich des Turmfußes angeordnet sein, wobei die Leistungsübertragung mittels einer Welle -37- und zwei Kardangelenken -37a,37b- erfolgt. Durch das Anströmen des Windes auf der konkaven Seite des Windrades ergibt sich ein zusätzlicher Staueffekt, womit eine Erhöhung des Leistungsfaktors zu erwarten ist. Fig. 15 zeigt eine ähnliche Windturbine, wobei der Turm -26a- bis nach unten schräg verlaufend vorgesehen ist

^: 10

und die Drehung in Windrichtung erst an einem unter Lager -36a-, welches auf einem Sockel motiert ist, erfolgt. Die Windturbinen nach Fig.12 und Fig.15 richten sich automatisch zum Wind, können aber zusätzlich mit einer elektrischen Windrichtungsverstelleinrichtung ausgerüstet sein.

Fig. 16 zeigt eine Großwindanlage mit z.B. D =120 m Durchmesser. Die weit ausladenden Tragarme -4,4a,5,5a- sind wie in Fig. 17 (Schnitt E-F) erkennbar durchgehend als Tragflächenprofile ausgebildet, ebenso wie die senkrechten Verstrebungen -4b-. Stahlseile -40,41- halten die Tragarme -4,4a,5,5a- nach oben. Ansonsten sind die Flügel -7,8,9- ebenso wie vorhin beschrieben durch die Zylinder -11- steuerbar. An diesem Beispiel ist erkennbar, daß es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausführung sehr leicht möglich ist Windturbinen mit sehr hoher Leistung zu realisieren; im dargestellten Beispiel mit ca. 2000 KW Nennleistung. In Fig. 16 sind die Flügel -7,8,- an beiden Seiten bereits mit Endscheiben -42-versehen, zur Verringerung des induzierten Widerstandes an den Flügelenden. In Fig. 18 ist eine Endscheibe -42- dargestellt. Eine weitere Möglichkeit den induzierten Widerstand an den Flügelenden zu verringern besteht darin, daß man mehrere schmälere Flügel -43,43a,43b- hintereinander vorsieht. Dieses Prinzip wurde von den Vogelflügeln abgeschaut.

Fig. 20 zeigt eine Ausführung für die Tragflügelkonstruktion der umlaufenden Flügel -8a-, bei welcher der hintere Flügelteil als Klappe -8b- zur Veränderung der Auftriebszahl schwenkbar ausgebildet ist. Es muß somit nicht der gesamte Flügel 7,8,9- um die Schwenkachse -14- geschwenkt werden, sondern nur ein kleinerer Flügelanteil -8b- mit der Drehachse -44-. Die Verstellung in die Positionen -8b - und 8b"- kann hier ebenfalls elektrohydraulisch oder elektromechanisch usw. erfolgen. Die Einbindung des Flügels -8a- in den Tragarm -4- kann hier auf einfache Weise starr, mittels des Verbindungsbleches -10- durchgeführt werden. Fig. 21 zeigt, daß auch die Tragarme -4,4a- mittels Hochauftriebshilfen -4c,4c- einem veränderbaren Auftrieb zugeführt werden können, sodaß während des Umlaufes der Tragarme 4,4a- diese in Abhängigkeit von der jeweiligen Windanblasegeschwindigkeit (vw) an der Vorder- und Rückseite mittels des Computerprogrammes so gesteuert werden können, daß alle Tragarme -4,5,6- immer einen gleich großen Auftrieb erhalten, zur gleichmäßigen Entlastung des Drehlagers -2-.

Fig. 22 zeigt die bereits Eingangs beschriebene Ausführungsform eines bekannten vom Erfinder gebauten Windmotors. Die Laschen -53,54- sind an den Flügeln 47,48- dieses zweiflügeligen Modells angeschraubt. Um eine erfindungsgemäße Windturbine zu konstruieren ist es notwendig, die starren Steuerstangen -51,52- z.B. durch Hydraulikzylinder zu ersetzen und eine automatische Verstellung der Exzentrizität (e) ebenfalls mittels eines elektrohydraulischen oder elektromechanischen Verstellelementes umzusetzen. In der Ausführung nach Fig. 22 erfolgt die Verstellung nach der Windrichtung durch die Windfahne -57- rein mechanisch, ein System, daß für kleinere Leistungen (bis 200 KW) durchaus positiv

zu beurteilen ist. Für die Computersteuerung für große Anlagen könnte als Basis ein Rechenmodell nach dem Bewegungsschema nach Fig.22 erstellt werden. Da nach Fig.22 die Steuerstangen -51,52- gleich lang sind ergibt sich je nach der erforderlichen Exzentrizität (e) ein unterschiedlicher Gierwinkel &egr;, der die Richtung des Mittelpunktes M zum Lagerpunkt -56- der Exzenternocke -55- beschreibt. Je kleiner nun die Windgeschwindigkeit ist um so größer muß die Exzentrizität (e) sein, um die Flügel -47,48- in die optimale Auftriebsposition zu bringen. Die Flügel 47,48- beschreiben einen Rotationskreis -21-, während die Steuerstangen -51,52-dazu exzentrische Kreise beschreiben. Die Flügel -47,48- sind in dem Beispiel als symmetrische Flügel ausgebildet, es können jedoch auch gekrümmte Profile vorgesehen werden.

Die Fig. 23,24 und 25 beschreiben unterschiedliche Flügelfqrmen. Nach Fig. 23 sind die Flügel -60,61- mit dem Radius (RF) gekrümmt ausgeführt. Mittels Seilen 66- können die Flügel -60,61- zusätzlich gehalten werden. Die Flügelverschwenkung erfolgt dabei um die senkrecht stehenden Achsen -14'-. Fig. 24 zeigt eine Ausführung mit geknickten Flügeln -62,63-, wobei die Tragarme als Fachwerke ausgebildet sind, ähnlich wie bei Kranauslegern, wie auch in Fig. 24A dargestellt. Allerdings sollten dabei die Rohre aus aerodynamisch oder ovalförmig geformten Profilen bestehen. In Fig. 25 sind Tragflügel -64,65- mit nach außen hin konkaver Form dargestellt; es soll mit den gekrümmten Profilen -60,61,62,63,64,65- den Belastungen durch die Fliehkräfte besser Rechnung getragen werden. Fig. 26 zeigt eine dreiflügelige Windturbine der erfindungsgemäßen Bauart, welche durch mehrere Etagen gebildet wird. Dabei ist das Verhältnis Höhe h zu Durchmesser D, also h/D besonders groß, somit erhöht sich auch die Drehzahl der Turbine. Zwischen mehreren Tragsternen -67- befinden sich die Flügel -7,8,9-, welche jeweils um die Achsen -14,14a,l4b- schwenkbar sind. Die Windturbine sowie der Mast -1- sind nach oben hin verjüngend ausgebildet. Die Fig. 28 und Fig. 29 zeigen verschiedene Flügelsteilungen. In Fig. 28 ist die Sturmstellung dargestellt; alle Flügel -7,8,9- werden ab einer gewissen Höhe der Windgeschwindigkeit ständig in Windrichtung stehend geregelt. Das Windrad steht dabei. Fig. 29 zeigt ein Schema für den Anlauf des Windrades, die Positionen des Flügels -7- während der Startphase. Hierbei arbeitet das Windrad als Widerstandsläufer; bei Erreichen einer gewissen Drehzahl werden die Flügel automatisch auf Auftriebssteuerung umgeschaltet.

Fig. 30 zeigt einen beispielsweisen elektrohydraulischen Regelkreis anhand eines Servoventiles bzw. Proportionalventiles -71-. Der Servo-Verstellzylinder -11- für die Flügelverstellung der Flügel -7,8,9- weist ein integriertes Wegmeßsystem -69- mit einer Auswerteelektronik -70- auf. Das Regelventil -71- regelt den Hub des Servozylinders -11-, wobei über einen Ventilverstärker -72- der Magnet des Regelventiles -71- erregt wird. Ein Positionsregler -73- vergleicht nun die Stellung des Kolbens des Servozylinders -11- mit dem in der übergeordneten Steuerung -74-vorgegeben augenblicklichen Wert.

Fig. 31 und Fig. 32 zeigen ein Antriebsschema für den Generatorantrieb. In Fig. 31 ist das Drehlager -2- dargestellt, welches eine Innenverzahnung aufweist, wobei der Innenring des Drehlagers -2- mit der Rotornabe -3- fest verbunden ist. Das Drehlager -2- nimmt alle Querkräfte und senkrechten dynamischen und statischen Kräfte der kreisenden Bauteile auf. In die Verzahnung des Innenringes des Drehlagers -2- greift ein Ritzel -75- ein, welches mit einer nach unten führenden Welle -77-, am besten einer Hohlwelle - verbunden ist. Durch Lagerungen -76-geführt wird die Welle -77- über eine Kupplung -77a- zum Getriebe -78,78a- geführt und treibt über eine Übersetzung mit schrägverzahnten Stirnrädern z.B. zwei oder auch mehrere Generatoren -81,82- an. Bei der Verwendung von mehreren Generatoren -81,82- können diese je nach Windanfall digital zu- oder abgschaltet werden, wobei dies mittels Elektromagnetkupplungen -79,80- oder steuerbaren hydrodynamischen Kupplungen (Wahdlergetrieben) - wie an sich bekannt durchführbar ist. Über Transformatoren -83,84- wird die Leistung in das Netz -85-eingespeist.

Die Fig.33 bis Fig. 36 zeigen beispielsweise Ausführungen für die Schaltung von Asynchron -bzw. Synchrongeneratoren zur Netzeinspeisung. In Fig. 33 ist ein Asynchrongenerator -87- mit direkter Netzeinspeisung dargestellt. Die Windturbine 98- treibt über einen Antriebsstrang -77- das Getriebe -78- an, welches über die Kupplung -80- mit dem Generator -87- in Verbindung steht. Für kleinere Leistungen ist dieser Aufbau brauchbar; bei größeren Asynchronmotoren ohne besondere Vorrichtungen ist der entstehende Netzaufschaltstoß jedoch unerwünscht. Da der Blindleistungsbedarf eines Asynchrongenerators leistungsabhängig ist, kann eine statische Kompensation nur für einen bestimmten Betriebspunkt gelten. Der Asynchrongenerator -87- wird mit einer konstanten Drehzahl, z.B. 1500 Upm, betrieben. Über den Trafo -90- wird in das Hochspannungsnetz eingespeist. Fig. 34 bis Fig. 36 zeigen drehzahlvariable Generatorsysteme. Fig. 34 zeigt einen Synchrongenerator -87a- mit statischem Frequenzumformer -93,94-. Mit dieser Konzeption ist ein großer Drehzahlbereich der Windturbine möglich, da der Gleichstromzwischenkreis eine völlige Entkopplung der Generatordrehzahl von der Drehzahl der Windturbine und damit von der Netzfrequenz bewirkt. Das Generatormoment kann über eine geeignete Steuerung des Gleichstromzwischenkreises geregelt werden. Fig. 35 zeigt einen Asynchrongenerator -88- mit übersynchroner Stromrichterkaskade -95,96-. Die normalerweise verlorene Schlupfleistung des Läufers kann durch Rückspeisung mittels eines einfachen Zwischenkreises, bestehend aus einem ungesteuerten Gleichrichter und einem netzgeführten Wechselrichter genutzt werden. Ein Nachteil ist der hohe Blindleistungsbedarf dieser Konzeption. Fig. 36 beschreibt einen doppeltgespeisten Asynchrongenerator mit Direktumrichter -97-. Dieses System wurde bei Großwindanlagen eingesetzt und kann im über- oder untersynchronen Drehzahlbereich sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden. Mit Hilfe einer geeigneten Regelung wird die vom Umrichter -97- erzeugte Frequenz der

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Frequenz des Läuferdrehfeldes überlagert, sodaß die abgegebene überlagerte Frequenz unabhängig von der Läuferdrehzahl konstant bleibt. Bei Verwendung von mehrerer Generatoren besteht auch die Möglichkeit, die verschiedenen Konzeptionen sinnvoll miteinander zu verknüpfen, um somit eine höhere Leistungsausbeute zu erzielen. Die Mikroprozessorsteuerung verarbeitet laufend die einlaufenden Signale der Sensoren, wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Position der Tragarme 4,5,6- zur jeweiligen Windrichtung, Kippwinkel &phgr; der Flügel -7,8,9- zur Tangente des Rotationskreises -21-, Auftrieb der Tragarme -4,5,6-, Position der Auftriebsklappen -4c,4c- der Tragarme -4,5,6-, Windturbinendrehzahl, Generatordrehzahl, Spannung und Frequenz; sowie laufende Überwachung und Statistik der in das Netz eingespeisten Arbeit in KWh. Mittels Bildschirm kann ständig der Betriebszustand überprüft werden, wobei laufend Kontrollfunktionen durchgeführt werden. Eine Fernüberwachung mittels Datenübertragung an eine zentrale Stelle garantiert den effizienten und sicheren Einsatz einer derartigen Windenergieanlage.

Damit sind einige Beispiele der erfindungsgemäßen Windturbine beschrieben, wobei im Rahmen der Grundidee weitere Variationen denkbar wären. Z.B. könnte die Achse der Rotornabe -3- als Spezialfall auch völlig waagrecht angeordnet sein; der Nachteil ist allerdings, daß die Windturbine dann ständig der Windrichtung nachzuführen wäre. Betreffend des Antriebes wäre auch denkbar, daß über eine vom Triebstrang -77- angetriebene regelbare Hydraulikpumpe der bzw. die Generatoren) betrieben werden. Die Steuerung der Hydraulikpumpe könnte dann so erfolgen, daß unabhängig von der Drehzahl der Windturbine der Generator stets mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird. Wird eine Windturbine nur zur Warmwasserbereitung verwendet, kann ein Hydrauliköl mittels eines geschlossenen Kreislaufes ständig über eine verstellbare Drossel, im Kreis gepumpt werden und das so erhitzte Öl mittels einer Wärmetauscherspirale in einem Wassertank das darin befindliche Wasser erwärmen.

Da die Flügel -7,8,9,- gegenüber den Flügeln der herkömmlichen Propellerwindräder nicht verschränkt sein müssen und die Flügel -7,8,9- über ihre gesamte Länge den gleichen Querschnitt aufweisen, sind diese auch billiger herzustellen. Als Material kann z.B. gewählt werden Alu-Blech oder Kunststoffplatten (Polycarbonat) oder die Flügel -7,8,9- werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder Kohlefaserverbundwerkstoffen gefertigt.

Abschließend soll noch erwähnt werden, daß der erforderliche Einspeisetarif für eine wirtschaftliche Nutzung der Windenergie bei der beschriebenen Konstruktion nicht so hoch zu sein braucht wie bei den Propellerwindrädern, da durch den um 25% höheren Leistungsbeiwert die Anlage bei gleicher Leistung kleiner baut und durch das Konstruktionsprinzip selbst die Herstell- und Wartungskosten vergleichsweise weit niedriger sind.

Claims

!.Windturbine mit vertikaler oder geneigter Rotorachse und Auftriebsausnutzung, bestehend aus einem Turm an dessen Spitze über ein horizontal oder geneigt liegendes Drehlager eine Nabe mit Tragarmen drehbar angeordnet ist und über eine Torsionswelle die Leistung an einen oder mehrerer am Fuß des Turmes angeordneter Generatoren, Hydraulik- oder Wasserpumpen übertragen wird, wobei wenigstens zwei an Tragarmen schwenkbar angeordnete Rotorflügel vorgesehen sind, welche ein aerodynamisches Tragflügelprofil aufweisen, wobei die Flügellängsachse parallel oder in einem Winkel zur Rotorachse angeordnet ist und die Flügel während ihres Umlaufes um die Rotorachse zyklisch um eine parallel zur Flügellängsrichtung stehende Achse so gekippt werden, daß die Flügel in jeder Position entlang ihres Umlaufes immer eine möglichst große Komponente der Auftriebskraft in Richtung der Tangente des Rotationskreises erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung 'der Flügel (7.8,9; 27,28,29,30; 47,48; 60,61; 62,63; 64,65), welche eine Zylindermantel-, Kegelmantel- oder eine andere Rotationsfläche beschreiben, um die Achse (14,14; 14", 14") parallel zur Flügellängsrichtung hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch oder mechanisch während des Umlaufes der Flügel (7,8,9; 27,28,29,30; 47,48; 60,61; 62,63; 64,65), wahlweise getrennt und unabhängig voneinander automatisch zyklisch erfolgt, wobei dieser Schwenkvorgang zur Erreichung des jeweiligen Schwenkwinkel^? (&phgr;) in Abhängigkeit von der jeweiligen Windrichtung und Windgeschwindigkeit (vl), der Windturbinendrehzahl, der erforderlichen Durchlaß funktionen (k), sowie der für den Antrieb des(r) Generators(en) (81,82,87,87a,88,89) bzw. Pumpe notwendigen Drehzahl bzw. Drehmoment und Leistung erfolgt, z.B. unter Verwendung von elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Proportional- oder Servo ventilen (71), oder Elektroschaltern, wobei die an den Flügeln (7,8,9; 27,28,29,30; 47,48; 60,61; 62,63; 64,65) angreifenden Verstelleinrichtungen, wie z.B. doppelt wirkende Hydraulik- od. Pneumatikzylinder (11), hydraulische od. elektrische Schwenkmotoren, elektrische Linearmotoren oder Hebeleinrichtungen eine integrierte oder externe Weg- bzw. Winkelaufnehmung (69) aufweisen und ein Computer mit dem entsprechenden Rechnerprogramm laufend unter Berücksichtigung der erwähnten Parameter den in der augenblicklichen Position erforderlichen Schwenkwinkel (&phgr;) jedes einzelnen Flügels (7,8,9; 27,28,29,30; 47,48; 60,61; 62,63; 64,65) steuert bzw. regelt.
2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßfunktionen (kv,kh) für den vorderen und hinteren Bereich in Bezug auf die Windrichtung, dargestellt durch die Beiwerte (x) als freie Parameter in eine Mikroprozessorsteuerung eingebbar sind, bzw. im Automatikbetrieb in Anpassung an die geforderten Leistungsparameter selbsttätig generiert werden.
3. Windturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtungen (11,51,52) für die Flügelverstellung um den jeweiligen Winkel (&phgr;) an einem Lagerblech (10), welches in Form einer Endscheibe fur die Flügel (7,8,9) ausgebildet ist, angreifen.
4. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (4,4a;5,5a;6,6a) ein Gelenkviereck (24.24a.25,25a) bilden, welches mittels eines Seilzuges (22,22a) oder eines Hydraulikzylinders (22b) in einer senkrechten Ebene ist.
5. Windturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (4,4a;5,5a;6,6a) und Versteifungsstreben (4b) - wie an sich bekannt - ein aerodynamisches Profil aufweisen, wobei die Flügelenden als verstellbare Klappen (4cAc^) ausgebildet sind.
6. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Rotornabe (35) schräg gestellt ist und die Flügel (27,28,29,30) einen Kegelmantel mit einem Spitzenwinkel (&ggr;) von ca. 90° beschreiben und der Wind von der konkaven Seite des Kegelmantels die Windturbine anströmt, wobei die Flügel (27,28,29,30) im oberen Bereich eine waagrechte Position durchlaufen.
7. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Flügeln (7,8,9) ein zweiter Flügel (23,23a) (Doppeldeckerprinzip) vorgesehen ist, der starr oder ebenfalls schwenkbar ausgebildet sein kann.
8. Windturbine nach Anspruch 1 bis 7, daß die Flügelenden - wie an sich bekannt mit den induzierten Widerstand verringernden Vorrichtungen versehen sind, wie z.B. Enscheiben (42) oder mehrere, fächerartig angeordnete kurze Flügel (43,43a,43b).
9. Windturbine nach, Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur der hintere Teil eines Flügels (8a) als um die Achse (44) schwenkbare Klappe (8b) ausgebildet ist und der vordere Flügelteil (8a) starr mit dem Tragarm (4) verbunden ist.
10. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Windfahne (57) die mechanischen Verstelleinrichtungen in Form von Stangen (51,42) mittels hydraulischer oder elektromechanischer Verstellglieder ergänzt bzw. ersetzt werden und daß die Exzentrizität (e) ebenfalls hydraulisch oder dgl. verstellbar ist bzw. automatisch mittels Mikroprozessorsteuerung angepaßt wird.
11. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (60,61 ;62,63;64,65) in Längsrichtung gekrümmt ausgebildet sind.
12. Windturbine nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Flügelprofile -wie an sich bekannt - symmetrische oder asymmetrische Profile Verwendung finden.
13. Windturbine nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere, vorzugsweise am Turmfuß angeordnete Generatoren (81,80; 87,88,89), mittels Elektromagnet- oder Strömungskupplungen (79,80) digital -je nach Bedarf zu- oder wegschaltbar sind.
14. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (2), an welchem die Rotornabe (3) befestigt ist an seinem Innenring eine Verzahnung aufweist, in welche ein Ritzel (75) mit einer nach unten führenden Hohlwelle (77) eingreift.