DE3606353A1 - Vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie mittels windkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie mittels Windkraft, mit einem mastartigen Gestell sowie einem daran befestigtem, wenigstens ein Rotorblatt aufweisenden Rotor, über dessen Rotorachse ein Energiewandler angetrieben wird.

Vorrichtungen dieser Art, die auch als Windkraftanlagen bekannt sind, gibt es seit geraumer Zeit und werden beispielsweise zur Erzeugung elektrischer Energie oder auch zur Erzeugung mechanischer Energieformen, beispielsweise zum Antrieb von Wasserschöpfeinrichtungen verwendet. Allen diesen bekannten Vorrichtungen gemeinsam ist ihre Anfälligkeit bei auftretenden Starkwinden, da dann die Vorrichtung zur Vermeidung ihrer Zerstörung durch Brems- und Kupplungseinrichtungen angehalten werden muß oder der Rotor aus dem Wind seitlich geschwenkt, der Blattanstellwinkel verändert oder Spoiler an den Blättern ausgefahren werden müssen, wozu darüber hinaus Bedienungspersonal oder eine geeignete Fern- oder Selbststeuerung vorhanden sein muß. In der Regel ist es jedoch nicht möglich, Vorrichtungen dieser Art bei Starkwind ausreichend zu schützen, ohne eine komplizierte Fern- oder Selbststeuerbarkeit vorzusehen, wenn diese Vorrichtung weit abgesetzt von menschlichen Behausungen, beispielsweise auf riesigen Feldern zum Schöpfen von Wasser, eingesetzt wird.

Aber selbst dann, wenn es beispielsweise durch Vorsehen einer Selbststeuerung oder durch eine Bedienungsperson möglich ist, in derartigen Einsatzfällen die Vorrichtung bei Starkwind abzuschalten, sind die bisherigen Mittel zum Festsetzen der Antriebswelle des Rotors immer wieder die kritischen Punkte gewesen, die bei Starkwind zerstört wurden. Hinzu kommt, daß gerade Starkwind zur Energieerzeugung ausgenutzt werden sollten.

Zwar ist es bei bekannten anderen Vorrichtungen in der Regel möglich, bei Starkwind den Blattanstellwinkel der Rotorblätter zu verändern, wenn sich die Stärke des Windes ändert, diese Systeme sind jedoch sehr Störanfällig und nur sehr kostenaufwendig herstellbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die sich selbstätig an die Stärke des einfallenden Windes anpaßt, ohne daß der Rotor bei Starkwind zur Vermeidung einer Zerstörung der Vorrichtung angehalten werden muß, die darüber hinaus bei einfallendem Starkwind selbstätig und optimale Leistung beibehaltend in einem sie nicht zerstörenden Zustand übergeht und bei nachlassendem Wind wiederum in eine normale, dem jeweiligen Wind angepaßte Betriebsstellung geht, die darüber hinaus leicht und kostengünstig herstellbar ist und leicht an verschiedenen Einsatzorten aufgestellt werden kann und dabei lediglich geringer Wartung bedarf.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Gestell ein auf einem Untergrund stehendes erstes freistehendes Gestellteil und ein um eine Achse am ersten Gestellteil im wesentlichen vertikal schwenkbares zweites Gestellteil umfaßt, an dessen freiem, von der Achse wegweisendem Ende der Rotor angeordnet ist.

Der Vorteil der schwenkbaren Art der Ausbildung des Gestells der Vorrichtung liegt darin, daß entsprechend der Stärke des einfallenden Windes die Rotorblattebene relativ zum einfallenden Wind immer stärker geneigt wird, je stärker der Wind den Rotor beaufschlagt. Bei sehr starken Winden stellt sich Rotorblattebene in einen zunehmend flacheren Winkel zum Wind, d.h., der Rotor bzw. seine Rotorblätter nehmen eine zunehmend stärkere Segelstellung ein, so daß die Drehung des Rotors bei zunehmendem Wind immer stärker selbstätig vermindert wird.

Grundsätzlich kann jedes beliebige geeignete Mittel bei der Vorrichtung eingesetzt werden, um auf das schwenkbare zweite Gestellteil ein Gegendrehmoment auszuüben, damit es bei Windstärken, die nicht im Gefährlichkeitsberich für die Vorrichtung liegen, in seiner im wesentlichen aufrechten Grundstellung gehalten wird, bei der die Rotorachse parallel zur Windrichtung steht. Vorzugsweise weist jedoch das zweite Gestellteil über die Achse hinausgehend am dem Rotor gegenüberliegenden Ende wenigstens ein Gegengewicht auf, daß das Gestell in aufrechter Normalstellung in stabilem Gleichgewicht bei im wesentlichen waagerechter Rotorachse hält. Das Gewicht ist dabei so dimensioniert und in einer solchen Entfernung von der Achse des ersten Gestellteils angeordnet, daß der Rotor bzw. die Rotorblattebene in vorgegebener Weise entsprechend der Stärke des einfallenden Windes zwischen aufrechter Normalstellung und einer liegenden Endstellung bei Starkwind entsprechend einer vorgegebenen Windstärke durch den einfallenden Wind verschwenkt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gegengewicht in Form eines Hohlkörpers ausgebildet, der über Leitungseinrichtungen mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden und über Ventileinrichtungen befüll- und entleerbar ist. Durch diese Art der Ausbildung des Gewichtes ist es einerseits möglich, das schwenkbare Gestellteil durch Entleeren des Behälters in eine im wesentlichen waagerechte liegende Endstellung zu verschwenken, um auf einfache Weise Wartungs- und Reparaturarbeiten am Rotor oder dem Energiewandler durchzuführen, und andererseits den Befüllungsgrad und damit das Gewicht des Behälters genau zu dimensionieren, so daß der Verschwenkungsgrad des schwenkbaren zweiten Gestellteils relativ zur Stärke des einfallenden Windes eingestellt werden kann. Diese Art der variablen Ausbildung des Gegengewichts gestattet es, daß der Verschwenkungsgrad derselben Vorrichtung bei unterschiedlichen Einsatzorten unterschiedlich den jeweiligen Windbedingungen an diesem Einsatzort angepaßt werden kann. Der Flüssigkeitsbehälter ist dabei vorzugsweise höher als der Hohlkörper angeordnet, so daß das Wasser durch die Schwerkraft in den Hohlkörper gefördert werden kann, ohne daß Flüssigkeitsförderpumpen nötig sind. Grundsätzlich kann jedoch auch die Flüssigkeit aus jedem beliebigen geeigneten Flüssigkeitsreservoir in die Behälter, gegebenenfalls über Pumpen gefördert werden.

Vorzugsweise weist der Hohlkörper eine Überlaufeinrichtung und ein Auslaufventil auf, womit einerseits ein vollständiges Befüllen des Behälters mit Flüssigkeit möglich ist, ohne daß der Behälter zerstört werden kann, und andererseits, daß mittels des Auslaufventils im Notfall oder zu Reinigungszwecken eine schnelle Entleerung der Flüssigkeit aus dem Behälter möglich ist.

Vorteilhafterweise ist das zweite Gestellteil derart gewinkelt ausgebildet, daß es einen zu der durch die Rotorblätter gebildeten Ebene im wesentlichen parallelen Abschnitt und einen bei aufrechter Normalstellung des zweiten Gestellteils im wesentlichen schräg zur Vertikalen auf die Achse zu verlaufenden Abschnitt aufweist. Durch diese Art der Ausbildung des zweiten Gestellteils wird sichergestellt, daß sein Windwiderstandsschwerpunkt, bezogen auf die Windeinfallsrichtung, hinter das feststehende Gestellteil verlagert ist, so daß der Rotor sich nach Art einer Windfahne immer stabil zur Richtung des einfallenden Windes ausrichtet.

Um auch das Gleichgewicht des zweiten Gestellteils bei allen Schwenkzuständen stabil zu halten, ist die Achse, um die das zweite Gestellteil relativ zum ersten Gestellteil geschwenkt wird, oberhalb des Schwerpunktes des zweiten Gestellteils angeordnet, so daß auch aufgrund dieser Maßnahme ein bleibendes Verschwenken in Windrichtung, beispielsweise wenn der Wind abrupt abnimmt, ausgeschlossen werden kann.

Das Gestell selbst kann aus beliebigen geeigneten Konstruktionselementen aufgebaut sein, es ist jedoch besonders vorteilhaft, das Gestellteil aus einzelnen Verbindungselementen nach Art eines Fachwerks auszubilden, da durch eine derartige Konstruktion einerseits ein sehr stabiles Gestellteil geschaffen werden kann, das andererseits aber auch ein verhältnismäßig geringes Eigengewicht aufweist. Vorzugsweise wird das Fachwerk in Form einer Rohr- oder Profilkonstruktion ausgebildet, wobei dies Verbindungen durch Schweiß- oder Schraubverbindungen hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das feststehende Gestellteil in Form eines Vierfußes ausgebildet und weist eine vertikale Achse auf, um die das zweite Gestellteil in einer horizontalen Ebene drehbar ist.

Zwar ist grundsätzlich auch ein Dreifuß oder ein Rohr möglich, beim Vier- oder Mehrfuß braucht jedoch keine starke Verbindung zum Boden geschaffen werden, was bedeutet, daß nur geringe Anforderungen an ein Fundament gestellt werden, oder es ist auch nur ein Standschlitten nötig.

Aus Stabilitätsgründen ist es vorteilhaft, am zweiten Gestellteil zwei Gegengewichte vorzusehen, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten des ersten Gestellteils angeordnet sind. Durch diese Maßnahme wird darüber hinaus das vertikale Achslager bzw. die vertikale Achse gleichmäßiger belastet als beim Vorsehen lediglich eines Gegengewichtes. Sind die Gegengewichte hierbei in Form von mit Flüssigkeit zu befüllenden Behältern ausgebildet, so ist es vorteilhaft, diese über eine Leitung miteinander zu verbinden, so daß das Befüllen und Entleeren beider Behälter gleichzeitig und in gleichem Maße erfolgen kann. Dadurch kann das Prinzip der kommunizierenden Röhren ausgenutzt werden, so daß in jedem Falle sichergestellt wird, daß beide Behälter in gleichem Maße gefüllt und entleert werden können und somit für eine beiderseitige absolut gleichmäßige Gewichtsverteilung automatisch gesorgt wird.

Vorzugsweise weist die Leitungseinrichtung eine im Bereich des ersten Gestellteils angeordnete Leitungskupplung auf, die dazu dienen kann, nachdem die Vorrichtung aufgrund stark wechselnder Winde eine Volldrehung um die vertikale Achse gemacht hat, diese wieder in einen für die Leitungseinrichtung zerstörungsfreien Grundzustand zurückzuführen. Aus dem gleichen Grunde weist vorzugsweise eine vom Energiewandler wegführende Energietransportleitung eine im Bereich des ersten Gestellteils angeordnete Transportleitungskupplung auf, wobei bei Elektrizitätskraftübertragungen auch Schleifringe an der senkrechten Achse vorgesehen sein können.

Wie schon eingangs dargestellt, ist die Vorrichtung grundsätzlich sowohl zur Erzeugung elektrischer Energie als auch mechanisch wirkender Energie geeignet. Aus diesem Grunde kann vorteilhafterweise der Energiewandler sowohl durch einen elektrischen als auch durch einen Druckluftgenerator gebildet sein, wobei darüber hinaus auch noch Anordnungen denkbar sind, bei denen sowohl ein Elektrogenerator als auch ein Druckluftgenerator o.dgl. auch dieselbe Rotorachse der Vorrichtung angetrieben werden, beispielsweise dann, wenn die Vorrichtung sowohl zur Erzeugung von elektrischer Energie als auch als windbetriebenes Schöpfwerk eingesetzt werden soll.

Der Rotor kann grundsätzlich mit einem zweiblättrigen Propellersystem ausgerüstet sein, wobei prinzipiell auch ein Rotor mit lediglich einem Rotorblatt und entsprechendem Gegengewicht möglich ist. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, den Rotor mit sechs und mehr Rotorblättern zu versehen, da diese Vielzahl der Rotorblätter dafür sorgt, daß die Vorrichtung insgesamt sehr schwingungsfrei betrieben werden kann, insbesondere dadurch, daß die sonst zu weit auseinanderstehenden Rotorblätter unterschiedliche Windzonen der Rotorkreisfläche durchlaufen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Rotorblattachsen dabei in bezug auf die Rotorachse in einem von der Radialebene abweichenden Winkel von der Richtung des in die Rotorblätter einfallenden Windes weggeneigt. Die vom Wind weg gewissermaßen geknickten Rotorblätter ergeben eine kegelförmige Rotorkreisfläche. Neigt sich der Rotor, so wird die obere Rotorkreishälfte als Fläche im Wind schneller kleiner als die untere, wodurch vorteilhafterweise bewirkt wird, daß ein Kräfteausgleich der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten der Luftschichten in der Rotorkreisfläche erfolgt. Die Neigung der Rotorblätter um einen Winkel nach hinten entlastet zudem die Biegebelastung an diesen. Da die Fliehkräfte bestrebt sind, die kegelförmige Rotorblattebene zu strecken.

Obwohl durch die Art der Ausbildung des zweiten schwenkbaren Gestellteils mit dem daran angeordneten Rotor sich grundsätzlich selbstätig in Windrichtung aufrichten kann, kann es zur Stabilisierung und zum schnellen Einpendeln in Windrichtung vorteilhaft sein, das zweite Gestellteil an der den Rotorblättern abgewandten Seite und dieser im wesentlichen gegenüberliegendend einen Windleitkörper nach Art einer Windfahne vorzusehen. Der Windleitkörper selbst kann vorteilhafterweise derart ausgebildet sein, daß er in sich den Energiewandler gehäuseartig umschließt und dadurch dieses verhältnismäßig empfindliche Vorrichtungsteil vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung durch Staub o. dgl. schützt.

Der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht in aufrechter Normalstellung,

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in der Ansicht von vorn und

Fig. 3 in gegenüber den Darstellungen von Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab eine Teilansicht des in Form eines Vierfußes ausgebildeten ersten Gestellteils und einen mit der Vorrichtung über Leitungen verbundenen Flüssigkeitsbehälter sowie eine von der Vorrichtung wegführende Energietransportleitung.

Die Vorrichtung 10 umfaßt im wesentlichen ein mastartiges Gestell 11, wobei dieses wiederum aus einem ersten und einem zweiten Gestellteil 110, 111 besteht, die über eine im wesentlichen parallel zu einem Untergrund 16 angeordnete Achse 17 schwenkbar verbunden sind. Das erste Gestellteil 110 ist ein feststehendes Teil, das auf einem Untergrund abgestellt bzw. angeordnet werden kann.

Das zweite Gestellteil 111 ist schwenkbar, und zwar um die Achse 17, die am oberen Ende des ersten feststehenden Gestellteils 110 angeordnet ist.

Am zweiten schwenkbaren Gestellteil 111 ist an seinem freien, vom festen ersten Gestellteil 110 abgewandten Ende 18 ein Rotor 12 vorgesehen, der in aufrechter Normalstellung mit seiner Rotorachse 13 im wesentlichen parallel zur Ebene des einfallenden Windes 41 ausgerichtet ist. Die Rotorachse 13 ist auf bekannte Weise mit einer Mehrzahl von Rotorblättern versehen, wobei es sich bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform um einen sechsblättrigen Rotor 12 handelt. Die Rotorachse 13 ist über hier nicht im einzelnen dargestellte Keilriemen oder Zahnradeinrichtungen mit dem Energiewandler 15 verbunden.

Im wesentlichen parallel zur Rotorblattebene 30 weist das zweite schwenkbare Gestellteil 111 einen Gestellabschnitt 112 auf, an den bei aufrechter Normalstellung des zweiten Gestellteils 111 ein im wesentlichen schräg vertikal verlaufender Gestellabschnitt 113 anschließt, der über die Achse 17 hinausgehend ausgebildet ist. Am dem Rotor 12 gegenüberliegenden freien Ende 19 sind zwei Gegengewichte 20, 200 ausgebildet, die bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform in Form von behälterartigen Hohlkörpern ausgebildet sind. Diese Hohlkörper sind über Leitungseinrichtungen, wie später noch eingehend beschrieben wird, mit einem Flüssigkeitsreservoir verbunden.

Die Hohlkörper 20, 200 weisen gemäß der Darstellungen von Fig. 1 und 2 eine zylindrische Querschnittsform auf, sie können jedoch auch eine entsprechende andere geeignete Form aufweisen, um einen bestimmten Verschwenkungsgrad des schwenkbaren Gestellteils 111 entsprechend einer bestimmten einfallenden Windgeschwindigkeit zu erreichen, da durch die Behälter, die Gegengewichte 20, 200 sind, das Gegendrehmoment zur Windkraft entsprechend ihrer Form für den jeweiligen Verschwenkungsgrad festlegbar ist. Die als Behälter ausgebildeten Gegengewichte 20, 200 weisen an ihrer Oberseite jeweils eine Überlaufeinrichtung 28 und an ihrer Unterseite ein Auslaufventil 29 auf, so daß einerseits die Behälter vollständig gefüllt werden können und andererseits über die Auslaufventile 29 in Notsituationen oder zu Reinigungszwecken die im Behälter befindliche Flüssigkeit ausgelassen werden kann.

Das erste feststehende Gestellteil 110 kann als Vierfuß 31 mit vier Beinen 310, 311, 312, 313 ausgebildete sein, wodurch auf dem Untergrund 16 ein relativ stabiler Stand der Vorrichtung 10 erreichbar ist. Grundsätzlich kann jedoch das feststehende Gestellteil 110 jede beliebige andere geeignete Form haben, soweit dadurch sichergestellt ist, daß die Vorrichtung 10 insgesamt sicher auf einem Untergrund 16 plaziert werden kann. Das erste Gestellteil 110 weist an seiner zur horizontalen Achse 17 weisenden Oberseite eine vertikale Achse 32 auf, über die das zweite Gestellteil 111 in einer horizontalen Ebene nach Art einer umlaufenden Windfahne entsprechend dem Pfeil 42 drehbar ist.

Wie in Fig. 3 schematisch angedeutet, umfaßt die Vorrichtung 10 ein Flüssigkeitsbehälter 25, der über Leitungseineinrichtungen 21, 22, 23 und 24 mit einer Verbindungsleitung 36 verbunden ist, die die als Gegengewicht 20, 200 ausgebildeten Behälter am freien Ende 19 des schwenkbaren Gestellteils 111 verbindet. Die Leitungseinrichtung 24, die im wesentlichen über Leitungseinrichtung 23 vertikal durch das feststehende erste Gestellteil 110 in Richtung auf ds zweite Gestellteil 111 zugeführt wird, mündet in die Verbindungsleitung 36 zwischen den beiden Behältern über einen Verteiler 360, der als einfaches T-Rohrstück ausgebildet sein kann und der im wesentlichen vertikal oberhalb der vertikalen Achsen 32 angeordnet ist. Durch diese Art der Ausgestaltung der Verbindungsleitung 36 zwischen den beiden Behältern ist sichergestellt, daß beide Behälter nach Art der kommunizierenden Röhren gleichmäßig mit Flüssigkeit befüll- und entleerbar sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Vorrichtung 10 mit größtmöglicher Sicherheit auch in Querrichtung stabil auf einem Untergrund 16 stehen kann.

Von dem Energiewandler 15, der beispielsweise ein elektrischer Generator oder auch ein Druckluftgenerator oder ein sonstiger beliebiger geeigneter anderer Energiewandler sein kann, führt eine teilweise nicht dargestellte Energietransportleitung 38 am Bereich der horizontalen Achse 17 vorbei und von dort durch das erste Gestellteil 110 zu den entsprechenden, hier ebenfalls nicht dargestellten, Verbrauchern.

Sowohl die Leitungseinrichtung 23 zur Förderung oder Ablassung der Flüssigkeit für die Behälter als auch die Energietransportleistung 38 weisen im Bereich des feststehenden Gestellteils 110 Kupplungen 37, 39 auf, die bei der dargestellten Ausführungsform dazu dienen, nach einer Volldrehung der Vorrichtung diese wieder in einen Zustand zu überführen, bei dem die Flüssigkeitsleitung 23 und die Energietransportleitung 39 nicht miteinander verdreht sind. Es ist jedoch auch denkbar, diese Leitungen derart im Drehzentrum der vertikalen Achse 32 des ersten feststehenden Gestellteils 110 anzuordnen, das Vollkreisdrehungen der Vorrichtung um die vertikale Achse 32 möglich sind, und zwar durch Elektroschleifringe und eine Drehbare Flüssigkeitskupplung. Um den Energiewandler 15 gegen Witterungseinflüsse und verschmutzende Einflüsse zu schützen, sind die Seiten 180 des freien Endes 18 des Gestellteils 111 mit Verkleidungen versehen, wobei diese Verkleidungen, die hier nicht gesondert dargestellt sind, einen Windleitkörper 40 bilden, wodurch das sich in den Windstellen des Rotors 12 verbessert wird.

Die Vorrichtung 10 kann aufgrund ihres sehr einfachen Aufbaus ohne große Mühe auch an die abgelegensten Einsatzorte transportiert werden und wird dort in die aufrechte Normal- bzw. Betriebsstellung aufgerichtet. Vor dem Aufrichten des schwenkbaren Gestellteils 111 sind die beiden behälterartigen Gegengewichte 20, 200 leer. In diesem Zustand liegt das zweite Gestellteil 111 um die Achse 17 geschwenkt auf dem Untergrund auf. Zwischen den Leitungseinrichtungen 21, 22, die den Flüssigkeitsbehälter 25 mit den behälterartig ausgebildeten Gegengewichten verbinden, ist eine Ventileinrichtung 26 angeordnet, die geöffnet wird. Eine weitere Ventileinrichtung 27, die als Ablaßventil in der Leitung 22 angeordnet ist, ist geschlossen. Durch Öffnen der Ventileinrichtungen 26 fließt Flüssigkeit über die Leitung 21, 22, 23 und 24 über den Verteiler 360 und über die Verbindungsleitung 36 in die beiden Behälter. Durch das Füllen dieser Behälter werden diese schwerer und über ein Drehmoment auf das schwenkbare Gestellteil 111 um die Achse 17 aus. Infolgedessen wird das zweite Gestellteil 111 in eine aufrechte Normalstellung geschwenkt. Die Behälter sind so dimenisioniert, daß bei dieser aufrechten Normalstellung der Flüssigkeitsspiegel in den Behältern die Überlaufeinrichtungen 28 berührt. Weiter einfließende Flüssigkeit drückt im oberen Raum der Behälter die Restluft geringfügig zusammen, so daß zuviel einfließende Flüssigkeit über die Überlaufeinrichtungen 28 nach außen gedrückt wird. Dann wird die Ventileinrichtung 26 geschlossen.

Soll die Vorrichtung 10 bestimmungsgemäß entsprechend der zu erwartenden Windstärke bzw. Leistungsabnahme bestimmten Einsatzorten in einer vorbestimmten Schräglage arbeiten, so wird die Ventileinrichtung 26 schon dann geschlossen, wenn die vorbestimmte Schräglage erreicht ist.

Das Absenken des zweiten schwenkbaren Gestellteils 111 vollzieht sich in gleicher Weise, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Dabei bleibt die Ventileinrichtung 26 geschlossen, und es wird zur Einleitung des Absenkvorganges die als Auslaßventil vorgesehene Ventileinrichtung 27 geöffnet. Unter der Voraussetzung, daß die Leitungseinrichtungen 22, 23, 24, 36 zu den beiden Behältern mit Flüssigkeit gefüllt sind, ist die Flüssigkeitssäule vom Verteiler 360 bis zu den Ausläufen der Leitungen 36 in den Behältern weniger hoch als die Flüssigkeitssäule vom Verteiler 360 bis zur Ablaßventileinrichtung 27 und die Flüssigkeit wird nach dem Heberprinzip aus den Flüssigkeitstanks abgesogen. Infolgedessen senkt sich das zweite schwenkbare Gestellteil 111 soweit ab, bis es auf dem Untergrund 16 aufliegt, wie es in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist.

Werden die Ventileinrichtungen 26, 27 in größerem Abstand von der Vorrichtung 10 angeordnet, kann man die Vorrichtung 10 insgesamt fernsteuern und sie dabei entweder vollständig abschalten, oder aber auf die zu erwartende Windgeschwindigkeit bzw. Leistungsabnahme einstellen. Das kann auch dadurch geschehen, daß die Ventileinrichtungen 26, 27 unmittelbar am Einsatzort der Vorrichtung 10 vorgesehen sind, die Ventileinrichtungen 26, 27 jedoch ferngesteuert werden, beispielsweise dadurch, daß man diese Ventile als Elektromagnetventile ausbildet.

Ist die Vorrichtung in aufrechter Normalstellung ausgerichtet, befindet sie sich in einem stabilen Gleichgewicht. Durch den Druck des Windes 41 wird der Rotor 12 über die Rotorblätter 14 angetrieben, wobei die Rotorachse wiederum den Energiewandler 15 antreibt und dieser infolgedessen Energie liefert. Wird die Stärke des Windes 41 größer, schwenkt das zweite Gestellteil 111 um die Achse 17 vom Wind weg, wobei die Gegengewichte 20, 200 nach vorn in Richtung des kommenden Windes pendeln. Infolgedessen ziehen nur reine Widerstandskräfte des Rotors 12 und des schwenkbaren Gestellteils 111 an den Lagern der Achse 17. Das bedeutet, daß die Vorrichtung 10 grundsätzlich ohne ein Fundament auskommen kann und auch auf einem Schlitten o.dgl. angeordnet werden kann. Bei stäker werdendem Wind wird sich der Rotor 12 infolgedessen immer weiter absenken und die Rotorblattebene 30 wird sich bei Starkwind im wesentlichen immer mehr parallel zur Richtung des Windes 41 einstellen, wie es in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 160 dargestellt ist. Der Rotor 12 bzw. die Rotorblätter 14 segeln dann gewissermaßen das übermäßige Energieangebot des Windes ab, ohne daß aufwendige Maßnahmen zum Anhalten des Rotors oder Sicherungs- oder Kupplungseinrichtungen vorgesehen werden müssen. Läßt der Wind 41 in seiner Stärke nach, richtet sich das zweite Gestellteil 111 mit dem dort angebrachten Rotor 12 entsprechend der Stärke des Windes wieder auf. Aus jedem Windangebot wird dadurch die möglichst größte Energiemenge gewonnen.

Versuche an einer Modellvorrichtung mit einer ungefähren Höhe von 0,75 m ergaben, daß die Drehzahl bei einem Wind von 80 km/Std. entsprechend 22,22 m/sec. stark abnahm. Bei einem ca. 8 m hohen Prototyp wurde noch bei einem Wind von 31 m/sec. volle Leistung abgegeben.

Gemäß der Darstellung von Fig. 1 kann das in Form eines Wasserbehälters ausgebildete Gegengewicht 20, 200 jeweils mit einem höhenverstellbaren Wasserauslauf 43 versehen sein. Dieser Wasserauslauf 43, der am zweiten Gestellteil 111 längs diesem höhenverstellbar angeordnet sein kann, dient als Sicherung für extreme Starkwinde. Wenn die Vorrichtung 10 infolge eines extremen Starkwindes in eine sehr starke Schräglage verdreht wird, läuft die Flüssigkeit aus den behälterartigen Gegenwichten 20, 200 ab und die Vorrichtung 10 senkt sich infolgedessen langsam auf den Untergrund 16 ab, auf dem sie dann fest zu liegen kommt. Entsprechend der Neigung des Wasserauslaufs 43 aus der Vertikalen heraus, kann ein Flüssigkeitsspiegel 44 entsprechend der in Fig. 1 dargestellten strichpunktierten Linie vorbestimmt werden, an dem das sich in den Behältern befindliche Wasser aus dem Wasserauslauf 43 herausläuft.

Um jedoch nicht bei jeder Windböe das Ansprechen dieser Sicherung zu veranlassen, kann in dem als Behälter ausgebildeten Gegengewichten 20, 200 jeweils eine Dämpfungseinrichtung 45 angeordnet sein, die verhindert, daß die Flüssigkeit im Behälter sich beim Verschwenken der Vorrichtung 10 insgesamt in Richtung des Wasserauslaufes stoßartig verlagert. Die Dämpfungseinrichtung 45 kann in Form einer die jeweiligen Behälter abtrennenden Wand ausgebildet sein, wobei diese Wand Öffnungen aufweist, die ca. 50% der Trennwandfläche bilden.

Durch Steuerung der Pumpe oder Ventile 26/27 über die Leistung abtastende Elektronik kann die Frequenz (z.B. 50 Hertz) vorgesteuert werden. Böenausgleich durch Pendeln.

Bezugszeichenliste

10  Vorrichtung
11  mastartige Gestell
110 erste Gestellteil
111 zweites Gestellteil
112 Gestellabschnitt
113 Gestellabschnitt
12  Rotor
13  Rotorachse
14  Rotorblatt
140 Rotorblattachse
141 Radialwinkel
15  Energiewandler
16  Untergrund
17  Achse
18  freies Ende des Gestellteils
180 Seite des Gestellteils
19  freies Ende des Gestellteils
20  Gegengewicht
200 Gegengewicht
21  Leitungseinrichtung
22  Leitungseinrichtung
23  Leitungseinrichtung
24  Leitungseinrichtung
25  Flüssigkeitsbehälter
26  Ventileinrichtung
27  Ventileinrichtung
28  Überlaufeinrichtung
29  Auslaufeinrichtung
30  Rotorblattebene
31  Vierfuß
310 Vierfußbein
311 Vierfußbein
312 Vierfußbein
313 Vierfußbein
32  vertikale Achse
34  Gestellteilseite
35  Gestellteilseite
36  Verbindungsleitung
360 Verteiler
37  Leitungskupplung
38  Energietransportleitung
39  Transportleitungskupplung
40  Windleitkörper
41  Wind
42  Drehbewegung der vertikalen Achse
43  Wasserauslauf
44  Wasserspiegel
45  Dämpfungseinrichtung

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Energie mittels Windkraft, mit einem mastartigen Gestell sowie einem daran befestigten, wenigstens ein Rotorblatt aufweisenden Rotor, über dessen Rotorachse ein Energiewandler angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (11) ein auf einem Untergrund (16) stehendes erstes feststehendes Gestellteil (110) und ein um eine Achse (17) am ersten Gestellteil (110) im wesentlichen vertikal schwenkbares zweites Gestellteil (111) umfaßt, an dessen freiem, von der Achse (17) wegweisenden Ende (111) der Rotor (12) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gestellteil (111) über die Achse (17) hinausgehend am dem Rotor (12) gegenüberliegenden Ende (19) wenigstens ein Gegengewicht (20) aufweist, daß das Gestell (11) in aufrechter Normalstellung in stabilem Gleichgewicht bei im wesentlichen waagerechter Rotorachse (13) hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (20) in Form eines Hohlkörpers ausgebildet ist, der über Leitungseinrichtungen (21, 22, 23, 24) mit einem Flüssigkeitsbehälter (25) verbunden und über Ventileinrichtungen (26, 27) befüll- und entleerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper eine Überlaufeinrichtung (28) und ein Auslaufventil (29) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gestellteil (111) derart gewinkelt ausgebildet ist, daß es einen zu der durch die Rotorblätter (14) gebildeten Ebene (30) im wesentlichen parallelen Abschnitt (112) und einen bei aufrechter Normalstellung des zweiten Gestellteils (111) im wesentlichen schräg zur Vertikalen auf die Achse (17) zu verlaufenden Abschnitt (113) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (17) oberhalb des Schwerpunktes des zweiten Gestellteils (111) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestellteil (111) aus einzelnen Verbindungselementen nach Art eines Fachwerks ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Gestellteil (110) in Form eines Vierfußes (31) ausgebildet ist und eine vertikale Achse (32) aufweist, um die das zweite Gestellteil (111) in einer horizontalen Ebene drehbar ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gestellteil (111) zwei Gegengewichte (20, 200) aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten (34, 35) des ersten Gestellteils (110) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Form von Flüssigkeitsbehältern ausgebildeten Gegengewichtern (20, 200) diese über eine Leitung (36) miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungseinrichtung (23) eine im Bereich des ersten Gestellteils (110) angeordnete Leitungskupplung (37) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Energiewandler (15) wegführende Energietransportleitung (38) eine im Bereich des ersten Gestellteils (110) angeordnete Transportleitungskupplung (39) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler (15) durch einen elektrischen Generator gebildet wird.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiewandler (15) durch einen Druckluftgenerator gebildet wird.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblattachsen (140) in bezug auf die Rotorachse (13) in einem von der Radialebene abweichenden Winkel (141) von der Richtung des in die Rotorblätter (14) einfallenden Windes weggeneigt sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gestellteil (111) an der den Rotorblättern (14) abgewandten Seite (180) und diesen im wesentlichen gegenüberliegend einen Windleitkörper (40) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Windleitkörper (40) derart ausgebildet ist, daß er den Energiewandler (15) gehäuseartig umschließt.