DE3420374A1

DE3420374A1 - Windturbine

Info

Publication number: DE3420374A1
Application number: DE19843420374
Authority: DE
Inventors: Erich Herter; Gunnar 6100 Darmstadt Herter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3420374C2

Description

Windturbine
Die Erfindung betrifft eine Windturbine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
Windturbinen der genannten Art sind allgemein bekannt, und es sind viele Bemühungen angestellt worden, solche Turbinen mit Horizontalrotoren zu optimieren, um in bezug auf die Windgeschwindigkeit ein Vielfaches der Umlaulgeschwindigkeit, d.h. hohe Drehzahlen, zu erreichen. Ansatzpunkte hierfür waren bspw. besondere Gestaltungen der Profile der Windfangblätter, deren Einstellbarkeit während des Umlaufes und schließlich Anordnungen und Ausbildungen des Rotors mit den Windfangblättern derart, daß sichdie Windfangblätter beim Umlauf nicht gegenseitig stören.
Wie sich gezeigt hat und insbesondere wegen der durch diese Maßnahmen schon jetzt erreichbaren hohen Drehzahlen ist es jedoch unvermeidbar, daß sich dabei am Rotor durch den Horizontalumlauf der Windfangblätterschwingungen ergeben, da diese während ihres Umlaufes gewissermaßen Belastungsschlägen ausgesetzt sind, die dadurch zustande kommen, daß die Windfangblätter in bezug auf die Windrichtung zu dieser unterschiedliche Stellungen einnehmen bzw., je nach Stellung, unterschiedlich belastet werden. Diese unterschiedlichen Belastungen beeinträchtigen natürlich den ruhigen Lauf des Rotors und auch den Grad der Energieumsetzung.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Windturbinen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß trotz hoher Drehzahlen ein ruhiger Umlauf des Rotors erreicht und damit die Energieumsetzung weiter verbessert werden kann.
Diese Aufgabe ist mit einer Windturbine der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
Durch diese Ausbildung der Windturbine ergibt sich, wie sich gezeigt hat, ein wesentlich ruhigerer Lauf des Rotors, da die unvermeidbar auftretenden Schwingungen von den elastischen Zwischengliedern aufgenommen werden und diesen am Rotor auftretenden Schwingungen nicht mehr der insoweit starre Mast gegenübersteht.
Ordnet man dabei dem Rotor am Mast einen sog. Ringgenerator zu, der eine Vielzahl von Polen aufweist, also einen Generator, der unmittelbar mit der Rotornabe gekoppelt werden kann und keiner Drehübertragungselemente bedarf, so trägt auch dies verbessernd zu einem ruhigeren Lauf und damit optimierend zu einer Energieumsetzung bei. Wesentlich ist dabei die Ausstattung des Generator mit einer Vielzahl von Polen, da damit die Zahl der Kraftübertragungsfelder in eine Vielzahl kleiner Felder aufgelöst wird, was in Rückwirkung auf den Lauf des Rotors ebenfalls beruhigend wirkt.
Durch die Verwendung eines solchen Ringgenerators, dessen Stator unmittelbar am Mast sitzt und der mit der Rotornabe gewissermaßen zu einer in sich geschlossenen Einheit zusammengefaßt ist, ergibt sich in vorteilhafter Weiterbildung eine zweckmäßige Unterbringbarkeit der elastischen Zwischenelemente derart, die Rotornabe und den oberen Bereich des Generatorläufers klauenkupplungsartig auszubilden und zwischen den ineinandergreifenden Klauen die elastischen Zwischenglieder anzuordnen, was noch näher erläutert wird.
Eine in diesem Zusammenhang der Schwingungsreduzierung vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, die im Querschnitt schlank tragflügelprofilartig ausgebildeten Windfangblätter insgesamt gebogen auszubilden und zwar mit einer innenkrümmung, die etwa der Krümmung des Umlaufkreises der Windfangblätter entspricht.
Dadurch reduziert sich närjlich die radial nach außen wirkende Auftriebskomponente und damit der "Auftriebsschlag", wenn das Windfangblatt den in bezug auf die Windrichtung entferntest liegenden Bereich durchläuft.
Die erfindungsgemäße Windturbine wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt schematisch Fig. 1 in Seitenansicht die auf einen Mast angeordnete Windturbine; Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Rotornabe; Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch die Rotornabe; Fig. 4 einen Teilschnitt durch das Windfangblatt und Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Rotors.
Gemäß Fig. 1 ist die Windturbine wie üblich gebaut, d.h., der Rotor 2 mit seinen an den Enden der Rotorarme lo angeordneten Windfangblättern 1 ist drehbar am Mast 6 gelagert. Der Rotor kann dabei, wie bekannt, am Mast auf- und abbewebar sein.
Gemäß Fig. 2, 3 ist die Rotornabe 7 zusammen mit dem Ringgenerator 3 wie folgt ausgebildet: Die ganze Nabe 7 hat bei diesem Ausführungsbeispiel etwa die Fcrm einer Scheibe, stellt insoweit auch eine Schwungscheibe dar, an der in geeigneter Weise die beiden Rotorarme lo befestigt sind. Zum darunter angeordneten Ringgenerator 3, dessen Stator 5 fest am Mast 6 sitzt, was aber nicht ausschließt, daß der Stator 5 und damit der ganze Rotor 2, wie dargestellt, am Mast vertikal verstellbar angeordnet ist, ist die Nabe 7 mit Klauen 9 versehen und der Läufer 8 des Ringgenerators 3 mit nach oben gerichteten Klauen 9'. Die Ringsegmente bildenden Klauen 9, 9' schließen gemäß Fig. 3 Spalte 12 ein und weisen an ihren gegenseitigen radialen Flächen halbzylindrische Ausnehmungen 13 auf, so daß zwischen den Klauen 9,9' entsprechend zylindrische, elastische Zwsichenstücke 4 einsetzbar sind, wie dies insbesondere aus Fig. 3 erKennbar ist. Die Enden der Rotorarme lo sitzen bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in elastischen Hülsen 14.
Aus den genannten Gründen ist der Ringgenerator 3, was nicht dargestellt ist, mit einer Vielzahl von Polen versehen und außerdem natürlich mit entsprechenden Stromabführungsleitungen, die ebenfalls nicht dargestellt sind.
Die Drehbewegung des Rotors 2 kann sich also bei dieser Ausbildung unter Ausschluß von Getriebeelernenten unmittelbar auf den Läufer 8 übertragen und zwar nur über die elastischen Zwischenstücke 4.
Der Läufer 8 ist in geeigneter Weise mit Lagern 15,15' in diesem speziellen Fall an einer am Mast 6 auf- und abbewetbaren Hülse 16 gehalten, mit der der Stator 5 fest verbunden ist. Beim Lager 15 handelt es sich um ein Axiallager, das sich auf einem an der Hülse 16 sitzenden Träger 17 abstützt.
Eine solche elastische Abpufferung ist auch bei der Ausbildung des Rotors 2 mit einer Nabengestaltung im Sinne der Fig. 5 möglich, die einer kardanischen Aufhängung entspricht. Entweder sind hierbei die elastischen Zwischenstücke 4', wie dargestellt, lediglich an den inneren Enden der Rotorarme lo angeordnet und/oder auch zwischen der eigentlichen Nabe 7' und dem Ringgenerator 3 bei entsprechender Gestaltung wie zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2,3 beschrieben.
Unabhängig davon, wie nun die Nabe 7 bzw. 7 gestaltet ist, aber im Zusammenhang mit der Schwingungsdämpfung stehend, sind die Windfangblätter 1 gemäß Fig. 4 in Richtung des Umlaufbereiches 11 der Windfangblätter gekrümmt, wodurch und wie erwähnt, der radial nach außen gerichtete"Auftriebsschlag" reduziert wird, der sich unvermeidbar im dargestellten Durchlaufbereich des Windfangblattes 1 zur Windrichtung (Pfeile 18) ergibt.
Abgesehen vom mit einer solchen Windturbine sich ergebenden ruhigen Lauf bei jeder Drehzahl hat die in der Gesamtkombination beschriebene Windturblne den Vorteil, daß Nabe 7 und Generator 3 zu einer kompakten Einheit zusammengefaßt und keine Drehübertragungselemente erforderlich sind.
Die an sich hier aus Gründen der Schwingungsdämpfung vorgesehene Ausbildung der Windfangblätter 1 gemäß Fig. 4 führt gleichzeitig dazu, daß der Rotor 2 auch selbst anlaufend ist.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche: 1. Windturbine zur Umsetzung der Windenergie in andere Energieformen, bestehend aus an einem Mast dreYoar gelagerten, mit einem Generator gekoppelten Horizontalrotor, an dem vertikal und optimal auf die Anströmrichtung einstellbar mindestens ein Windfangblatt am Rotorarm angeordnet ist, d a à u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem die Windfangblätter (1) tragenden Rotor (2) und/oder dem Rotorarm (lo) unddem Generator (3) elastische, schwingungsaufnehmende Zwischerglieder (4) angeordnet sind.
2. Windturbine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Generator (3) als vielpoliger Ringgenerator ausgebildet und dieser mit seinem ringförmigen Statorteil (5) mit dem Mast (6) als Zentrum an diesem unmittelbar unter dem Rotor (2) angeordnet ist.
3. Windturbine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t,daß die Nabe (,) des Rotors (2) und der obere Bereich des Generatorläufers (8) klauenkupplungsartig ausgebildet und zwischen den ineinandergreifenden Klauen (9,9') die elastischen Zwischenglieder (4) angeordnet sind.
4. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 - 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die im Querschnitt schlank tragflugelprofilartig ausgebildeten, an den Armen (lo) des Rotors (2) sitzenden Windfargblätter (1, in.gesrjmt gebogen ausgebildet sind und zwar mit einer Krümrung die der Krümmung des Umlaufkreises(ll) der Windfangblätter (1) entspricht.