DE3435458C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Windturbinen dieser Art sind allgemein bekannt (DE-PS 31 21 106). Die Windfangblätter derartiger Windturbinen weisen Blattgrößen von etwa 3 bis 10 m auf. Die Fertigung solcher Windfangblätter stellt einen wesentlichen Kostenfaktor dar, da diese wegen der anzustrebenden Leichtbauweise weit­ gehend in Handarbeit hergestellt werden müssen.

In Verbindung mit einem dreiflügeligen Propeller einer Wind­ turbine mit horizontaler Rotorachse ist es bekannt geworden (ET-A2-00 95 807), jeden der Flügel aus extrudierten Profilen in Form eines dünnwandigen Hohlprofils mit innerer Aus­ steifung zusammenzustecken, welches an jeder Stelle den gleichen Querschnitt aufweist. Die Flügel dieses bekannten Propellers sind sehr kurz im Verhältnis zu den üblichen Längen der Wind­ fangblätter der Windturbinen gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

In Verbindung mit einem Propeller ist es bekannt geworden (GB-PS 6 56 797), eine metallische Ankerplatte auf einem konischen Zapfen zu befestigen und den Zapfen und die Anker­ platte gemeinsam im Inneren eines Propellerblattes anzu­ ordnen und das Propellerblatt mittels Bolzen an der Anker­ platte zu befestigen.

Außerdem ist es in Verbindung mit einer Turbinenschaufel bekannt (GB-PS 14 33 519), die Schaufel aus zusammengesetzten Fasern in mehreren Lagen aufzubauen, die wiederum an einem Metallkern befestigt sind, welcher an der Nabe des Schaufel­ rades befestigt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, Windturbinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß diese bei Wahrung großer Festigkeit einfach und kosten­ günstig erstellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale in Verbindung mit den Gattungsmerkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß erfindungsgemäß jedes bereits mit einer inneren Versteifung vorgesehene Flügelstück noch zusätzlich stabilisiert wird durch zumindest ein einsteckbares Versteifungsstück, das am Mittelstück vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich zusätzlich auch die Windfangblätter denkbar einfach und kostengünstig als fortlaufender Strang herstellen, von dem die Flügelstücke in gewünschter Länge problemlos abläng­ bar sind. Flügelstückbreiten bis zu 0,5 m lassen sich dabei ohne weiteres herstellen, so daß Längen der Flügelstücke bis zu etwa 5-10 m in Betracht gezogen werden können. Durch die gleichbleibende, also einfache Querschnittsform des bzw. der Flügel­ stücke kann aber auch eine Ausbildung aus dünnem Blech in Betracht gezogen werden, das dann, in ein Formwerkzeug eingelegt, einfach ausgeschäumt wird.

Im übrigen steht nichts entgegen, falls diese die Größe des erforderlichen Extrudier- oder Strangpreß­ mundstückes verlangen sollte, die Flügelstücke aus Längshohlprofilteilen zusammenzusetzen, die sich im zusammengesetzten Zustand zum Gesamtflügelprofil er­ gänzen. Auch solche extrudierten oder stranggepreß­ ten Profile, ob aus einem oder mehreren Teilprofilen bestehend, können, falls dies die Festigkeit erfor­ dert, natürlich ausgeschäumt werden.

Ferner ist es vorteilhaft möglich, die derart aus­ gebildeten und hergestellten Flügelstückprofile auch für die Rotorarme zu nutzen, was im einzelnen noch erläutert wird.

Die erfindungsgemäße Windturbine wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 das Bauprinzip eines Windfangblattes mit Mittel­ stück für eine Windturbine;

Fig. 2-8 im Querschnitt Ausführungsformen von Hohl­ profilen für Windfangblätter und Rotorarme;

Fig. 9 eine besondere Ausführungsform des Wind­ fangblattes und des Mittelstückes;

Fig. 10 den schwenkbaren Anschluß des Windfang­ blattes an das Ende des Rotorarmes;

Fig. 11 perspektivisch eine Windturbine mit Horizontal­ rotor;

Fig. 12 eine besondere Ausführungsform der Rotor­ arme und

Fig. 13, 14 im Schnitt eine besondere Ausführungsform des Mittelstückes.

Fig. 1 stellt in Seitenansicht ein Windfangblatt 1 für eine Windturbine mit Horizontalrotor dar, wie sie bspw. in Fig. 11 veranschaulicht ist. Das Windfangblatt 1 umfaßt ein Mittelstück 3. Tragflügelartige Flügelstücke 4 sind mit Anschlußquerschnitten 6′ über entsprechende Anschlußstücke 6 des Mittelstückes 3 an dieses angesetzt und dort mit diesem in geeigneter Weise fest verbunden. Je nach Neigung der An­ schlußstücke 6 bzw. der Anschlußquerschnitte 6′ der Flügel­ stücke 4 sind die Flügelstücke 4 entweder in der dargestellten Form oder senkrecht oder in bezug auf die Drehrichtung (siehe Drehrichtungspfeil) nach hinten geneigt, angeschlossen. Bei den Flügelstücken 4 handelt es sich um Abschnitte eines im Strangpreßverfahren hergestellten fortlaufenden Hohlprofils aus strangpreßbarem Material, wie Kunststoff, Leichtmetall od. dgl. Dabei sind Hohlprofilformen 4′, wie sie in den Fig. 2, 3, 7 dargestellt sind, ohne weiteres herstellbar. Es ist ohne weiteres möglich, die Flügelstücke 4 aus zwei oder mehr Längsprofilteilen 4′′′, wie in Fig. 5, 6 angedeutet, zu bilden, insbesondere wenn die erforderliche Breite der Flügel­ stücke größere Abmessungen verlangt, die bspw. über 0,5 m hinausgehen. Im Falle der Fig. 6 greifen dabei die Längs­ profilteile 4′′′ ineinander und werden im Überlappungs- bzw. Anschlußbereich durch Vernieten und/oder Verkleben fest miteinander verbunden.

Bei den Hohlprofilen gemäß den Fig. 5 und 6 ergeben sich als innere Versteifungen zwangsläufig innere Versteifungsstege, während diese bei den Hohlprofilen 4′ gemäß den Fig. 2 und 3 beim Strangpressen mit vorgesehen werden können. Eine sand­ wichartige Ausbildung des Flügelstückes im Sinne der Fig. 7 ist dabei ebenfalls möglich, wobei die Punktierung eine Ausschäumung darstellt, die die innere Versteifung bildet.

Nach Fig. 9 sind die Flügelstücke 4 in ihrem mittleren Bereich 4′′ in einem Durchgriffskanal 3′′ des Mittelstücks 3 fixiert, daß mit einem dritten Anschlußstück 9 versehen ist, wobei nach den Fig. 11 und 12 zwischen diesem und einer Rotornabe 10 ein an jeder Stelle im Querschnitt gleicher Rotorarm 8 ange­ ordnet ist und der Querschnitt des Rotorarms 8 als dünn­ wandiges Hohlprofil 8′ aus strangpreßbarem Material ausge­ bildet ist, wie es z.B. in den Fig. 2 bis 8 gezeigt ist.

Eine Profilform gemäß den Fig. 4 und 8 für die Rotorarme 8 ermöglicht ein Durchstecken der Rotorarme 8 durch die Rotornabe 10. Für diesen Fall ist die Rotornabe 10 gemäß Fig. 12 mit einem Durchgriffskanal 11 versehen. Bei einer solchen Durchgriffsausbildung ist die Verwendung eines gewissermaßen strömungsneutralen Profils, wie es in den Fig. 4 und 8 gezeigt ist, erforderlich, da sich der andere Rotorarm auf der anderen Seite immer in entgegengesetzter Richtung bewegt.

Wenn ein Profil gemäß Fig. 2 oder 3 für die Rotorarme 8 verwendet wird, wie dies in Fig. 11 verdeutlicht ist, werden diese strömungsorientierten Profile an der Rotornabe 10 jeweils in entgegengesetzter Richtung angeordnet.

Das Mittelstück 3 kann als Gußstück unter Berücksichtigung entsprechender Anschlußstücke in Form von Anschlußöffnungen, Flügelansatzflächen bzw. Flügeleinstecköffnungen ausgeformt werden, wobei nach den Fig. 1, 9 an dieses Mittelstück 3 ein Anlaufhilfsflügel 12 angelenkt sein kann, der mit einem geeigneten Federelement 13 in Richtung entgegen der Zentrifugalkraftwirkung auf das Rotorzentrum gezogen wird.

Da die Flügelstücke 4 am Mittelstück 3 angeordnet sind, ist es auch möglich, das Mittelstück 3 zur Anlenkung am Rotorarmende 8′ mit entsprechenden Gelenkansätze bzw. Gelenkeingriffs­ öffnungen zu versehen, wie dies in Fig. 10 verdeutlicht ist, wobei dann ein Federelement 13′ die Zentrifugalkraftregelung hinsichtlich eines günstigen Selbstanlaufverhaltens für das gesamte Windfangblatt 1 übernimmt.

Alle diese Möglichkeiten erfordern eine entsprechende Bearbeitung nur am Mittelstück 3, d.h. die Flügelstücke selbst bedürfen im wesentlichen keiner Bearbeitung.

Nach den Fig. 13 und 14 ist das Mittelstück 3 mit angegossenen bzw. in einem Stück ausgeformten Einsteckhülsen 6′′ versehen, die besonders geeignet sind, die beträchtlichen Kräfte aufzu­ nehmen, die im Ansatzbereich der Flügelstücke 4 am Mittelstück 3 bei den hohen Drehzahlen auftreten, die mit solchen Horizontal­ rotoren erreichbar sind. Solche fortsatzartige Einsteckhülsen 6′′ bieten außerdem die Möglichkeit, den Anschluß zum Rotorarm 8, wie dargestellt, gabelartig auszubilden, wobei die Gabelenden an den Einsteckhülsen 6′′ angelenkt sind.

Am Mittelstück 3 sind stangen- bzw. rohrförmige Versteifungs­ stücke 3′ angeordnet, auf die die Flügelstücke 4 aufsteckbar sind. Dadurch ist auf einfache Weise ein sehr biegesteifer Anschluß der Flügelstücke 4 an das Mittelstück 3 gegeben.

Claims (10)

1. Windturbine mit einem an einem Mast (7) drehbar gelagerten Horizontalrotor mit vertikaler Drehachse (2), an dessen Rotornabe (10) über zugeordnete Rotorarme (8) im Querschnitt tragflügelartige Windfangblätter (1) angebracht sind, von denen jedes ein am zugeordneten Rotorarm (8) gelagertes Mit­ telstück (3) aufweist, an das sich zwei Flügelstücke (4) mit gleicher Orientierung anschließen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flügelstücke (4) als dünnwandige Hohlprofile mit an jeder Stelle gleichem Quer­ schnitt und innerer Versteifung (5) vorgesehen sind und daß jedes Mittelstück (3) mit mindestens einem in die Flügelstücke (4) einsteckbaren Versteifungsstück (3′) ver­ sehen ist.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Versteifung in Längsrichtung der Flügelstücke (4) verlaufende Versteifungsstege (5) und/oder verschäumbarer Kunststoff, wie Polyurethan-Schaum vorgesehen sind.

3. Windturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Mittelstück (3) zwei Anschluß­ stücke (6) aufweist, deren Anschlußquerschnitt (6′) dem der Flügelstücke (4) entspricht.

4. Windturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anschlußstücke (6) in Form von Einsteckhülsen (6′′) ausgebildet sind.

5. Windturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mittelstück (3) mit einem dritten Anschlußstück (9) für den zugeordneten, an jeder Stelle im Querschnitt gleichen Rotorarm (8) ver­ sehen ist, der als dünnwandiges Hohlprofil (8′) aus extrudier- oder strangpressbarem Material wie Kunststoff, Leichtmetall oder dergleichen ausgebildet ist.

6. Windturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dünn­ wandige Hohlprofil (4′) der Flügelstücke (4) aus extrudier- oder strangpreßbarem Material wie Kunst­ stoff, Leichtmetall oder dergleichen gebildet ist.

7. Windturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flügelstück (4) aus mindestens zwei Längsprofilteilen (4′′′) zusammengesetzt ist.

8. Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Längsprofilteile (4′′′) teilweise ineinan­ derfügbar ausgebildet und in ihrem Anschlußbereich mitein­ ander verbunden sind.

9. Windturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche und An­ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorarm (8) mit einem symmetrischen, strömungsgünstigen Quer­ schnittsprofil versehen ist, die Rotornabe (10) in einem Durchgriffskanal (11) entsprechenden Querschnittes durchgreift und an der Rotornabe (10) befestigt ist.

10. Windturbine nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotorarm (8) im Querschnitt dem Querschnitt der Flügelstücke (4) entsprechend ausgebildet ist.