DE3626917A1 - Windturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine zur Umsetzung der Windenergie in andere Energien, insbesondere in elektrische Energie, mit einem Vertikalrotor, an dem mindestens ein im Querschnitt tragflügelartiges Windfangblatt angeordnet ist.

Windturbinen der genannten Art sind bekannt und es wurden große Anstrengungen unternommen, solche Turbinen zu verbessern, um bezüglich der Windgeschwindigkeit ein Vielfaches der Um­ laufgeschwindigkeit, d.h. hohe Drehzahlen zu erzielen. Ent­ wicklungen wurden insbesondere auf die Gestaltung der Profile der Windfangblätter, auf die Einstellbarkeit der Blätter während des Umlaufes und auf die Anordnung und Ausbildung des Rotors mit Windfangblättern gerichtet um zu verhindern, daß die Windfangblätter während des Laufes des Rotors sich gegenseitig stören.

Bei den bekannten Windturbinen mit Vertikalrotor stellt ins­ besondere das Anlaufen des Rotors ein Problem dar. In der Regel wird der Rotor über einen elektrischen Antrieb ge­ startet. Dies erfordert zum einen eine entsprechende Ein­ richtung und zum anderen wird dabei elektrische Energie ver­ braucht.

Aus der DE-OS 34 25 313 ist eine Windturbine mit Horizontal­ rotor bekannt. Für eine derartige Windturbine ist aber ein hoher Mast erforderlich, um dem Rotor den nötigen Abstand vom Erdboden zu sichern. Der Generator ist dort an der Ober­ seite des Mastes angeordnet. Windturbinen mit Vertikalrotoren sind in Schneebesenbauweise bekannt. Auch diese Wind­ turbinen sind nicht selbst anlaufend und benötigen zum Anlaufen elektrische Energie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach auf­ gebaute selbstanlaufende Windturbine zu schaffen, bei welcher kein Verstellmechanismus erforderlich ist und bei welcher der Generator geschützt angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das oder die Windfangblätter starr ausgebildet und über Radial­ streben mit der Rotorachse verbunden sind, und daß an den Windfangblättern wenigstens an einer Seite eine Staufläche ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße Rotor kann ohne bewegliche Teile ausge­ bildet sein, so daß die Windfangblätter in Leichtmetallbau­ weise oder als Extrudate hergestellt werden können. Da die Windfangblätter starr sind und keine Blattverstellung er­ forderlich ist, kann auf aufwendige Verstellmechanismen ver­ zichtet werden. Durch die Ausbildung der Stauflächen an wenigstens einer Seite der Windfangblätter wird erreicht, daß die Windturbine in der Lage ist, selbst anzulaufen, wodurch technische Einrichtungen und Energiekosten eingespart werden können.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen können die Windfangblätter parallel zur Rotorachse, nach oben zur Rotorachse divergierend angeordnet oder in Seitenansicht V-förmig ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist der Generator im Fundament der Rotorachse angeordnet, so daß er vor Wetter- und Umwelteinflüssen ge­ schützt ist. Darüber hinaus ergibt sich damit eine ästhetische Anordnung. Eine derart ausgebildete Windturbine ist für den Langsam - und Schnellauf geeignet und windrichtungsfrei, so daß sie, da sie selbstanlaufend ist, jederzeit auftretenden Wind ausnutzen kann. Die Windturbine ist sturmsicher und schwingungsfrei, so daß eine lange Lebensdauer gewährleistet ist. Infolge ihres hohen Drehmomentes ist eine große Leistung zu erreichen. Da die erfindungsgemäße Windturbine aus nur wenigen Einzelteilen und insbesondere aus starren Teilen be­ steht, ist eine leichte Montage im Großbau möglich. Die Wind­ turbine paßt sich dem Windgefälle an und kann auch bei Sturm weiterlaufen. Sie kann mit einem Voith-Getriebe und einer aerodymanischen Bremse ausgebildet sein. Eine bevorzugte Anwendungsform ist für die erfindungsgemäße Windturbine auch als Pumpe gegeben. Bei kleinem Widerstandsbeiwert weist die erfindungsgemäße Windturbine eine große Schwungmasse auf, was in einer Stabilisierung der Kreiselwirkung resultiert. Die Windturbine zeichnet sich durch einfache Reparatur und Wartungs­ freiheit aus. Sie kann leicht gegen Flugsand, gegen Blitz und Frost abgesichert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungs­ form sind die Windfangblätter beheizbar. Für einen Transport, insbesondere für den Export kann die erfindungsgemäße Wind­ turbine ohne großen Aufwand in Containern verladen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Windfang­ blätter in Knotenbauweise ausgebildet. Daraus ergibt sich bei geringem Materialaufwand und geringem Gewicht eine stabile Ausführung, die auch bei starken Winden zuverlässig arbeitet. Die Radialstreben, über welche die Windfangblätter mit der Rotorachse verbunden sind, sind vorzugsweise an Knoten der Windfangblätter angeschlossen.

Zur Ausbildung einer Staufläche ist das Windfangblatt vorzugs­ weise an dem vorderen Ende seiner konkaven Innenseite mit einer Anformung versehen. Diese Anformung bildet die Stau­ fläche, die insbesondere zum Anlaufen der Windturbine dient.

Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind die Wind­ fangblätter an der Innenseite sägezahnartig oder wellenförmig ausgebildet.

Wenn das Windfangblatt aus einem dünnwandigen Element be­ steht, kann zur Ausbildung einer Staufläche das vordere Ende umgebogen sein.

Eine Staufläche kann auch an der Außenseite des Windfang­ blattes ausgebildet werden, indem die Außenseite sägezahn­ artig oder wellenförmig geformt ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das vordere Ende zumindest eines oberen Bereiches eines Windfang­ blattes verschwenkbar ausgebildet. Je nach Relativstellung des Windfangblattes und der Windrichtung wird infolge des Winddruckes der verschwenkbare Abschnitt des Windfangblattes verschwenkt, so daß dann an dem vorderen Ende Stauflächen frei werden, an welchen sich der Wind zum Anlaufen des Rotors staut. Die hintere Fläche des verschwenkbaren Endes kann dabei breiter sein als die benachbarte Fläche des Restblattes und in den Endschwenkstellungen ist jeweils eine der Kanten des Schwenkendes mit dem Restblatt bündig. Der Schwenkpunkt des vorderen Endes kann dabei vor oder hinter dem Schwerpunkt des schwenkbaren Abschnittes liegen.

Zur Begrenzung der Schwenkstellung kann die hintere Fläche des Schwenkendes mit Ausnehmungen ausgebildet sein und zwischen dem Schwenkende und dem Restblatt kann ein Gleitkörper ange­ ordnet werden, welcher in den Endschwenkstellungen eine Ver­ keilung des schwenkbaren Bereiches erbringt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Windfangblatt als aerodynamisches Doppelprofil ausgebildet. Dabei kann die Außenseite des radial außenliegenden Profil­ teils nach außen konvex und die Außenseite des radial inneren Profilteils nach innen konvex ausgebildet sein. Ein derartig ausgestaltetes Windfangblatt bietet die zum Anlaufen er­ forderlichen Stauflächen und die insbesondere für einen Schnellauf erforderlichen Auftriebsflächen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im vorderen Bereich des Windfangblattes eine schwenkbare Klappe angeordnet, wobei unter der Klappe eine Ausnehmung an dem Wind­ fangblattkörper ausgebildet sein kann und die Klappe in Offen­ stellung vorgespannt und durch Zentrifugalkraft in Anlage­ stellung bringbar ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am hinteren Ende des Windfangblattes eine Ausnehmung ausgebildet. Ferner kann am hinteren Ende des Windfangblattes eine Klappe angeordnet sein, die in Offenstellung vorgespannt ist und über Zentrifugalkraft in Schließstellung bringbar ist, so daß vor­ zugsweise auf der nach innen gerichteten Fläche des Windfang­ blattes eine Staufläche ausgebildet wird. Die Klappe kann auch über eine Verstellmechanik verschwenkbar sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind am vorderen Ende des Windfangblattes gegenüberliegende Ausnehmungen ausgebildet, so daß an der nach außen gerichteten Fläche und der nach innen gerichteten Fläche das Windfangblattes Stauflächen ausgebildet sind.

Zur besseren Ausnutzung des Windes können vorzugsweise an den Knoten über die Außenseite des Windfangblattes vorstehende Leitbleche angeordnet sein.

Zur Erreichung der geforderten Festigkeit ist das Windfang­ blatt vorzugsweise im Bereich des Knoten ausgeschäumt. Ferner sind vorzugsweise an den Knoten Anschlußstücke zum Anschrauben der Radialstreben vorgesehen.

Zur leichten Montage der Windfangblätter an dem Rotor sind vorzugsweise in den Enden der Windfangblätter Verstärkungs­ buchsen angeordnet und die unteren Radialstreben sind mit einem abgewinkelten Ende in die Windfangblätter eingesteckt.

Die erfindungsgemäße Windturbine eignet sich sehr gut für die Verwendung als Pumpe. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Pumpe in Zeiten geringen Strombedarfs zum Füllen eines hochgelegenen Speicherbeckens eingesetzt und in Zeiten großen Strombedarfs treibt die Windturbine einen Generator an, so daß zusätzlich zu dem durch das in dem Speicherbecken abfließende Wasser, das einen Stromgenerator antreibt, weiterer Strom er­ zeugt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 bis 5 verschiedene Ausführungsformen von Vertikal­ rotoren,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Windfangblatt,

Fig. 7 bis 16 verschiedene Ausführungsformen von Windfang­ blättern im Querschnitt,

Fig. 17 einen Vertikalrotor mit Windfangblättern in Doppelprofilform,

Fig. 18 ein Windfangblatt der Windturbine nach Fig. 17 im Querschnitt,

Fig. 19-21 Windfangblätter mit Stauflächen an beiden Seiten,

Fig. 22-24 Windfangblätter mit Stauflächen am hinteren Ende,

Fig. 25 u. 26 Windfangblätter mit Klappen am vorderen Ende zur Ausbildung von Stauflächen,

Fig. 27 ein als Doppelprofil ausgebildetes Windfang­ blatt,

Fig. 28 eine abgewandelte Ausführungsform eines Wind­ fangblattes in perspektivischer Darstellung,

Fig. 29 einen Schnitt längs der Linie XXIX-XXIX von Fig. 28,

Fig. 30 einen Vertikalschnitt durch ein Windfangblatt,

Fig. 31 einen Schnitt durch den Anschluß eines Wind­ fangblattes an einer unteren Radialstrebe und

Fig. 32 in schematischer Darstellung eine als Pumpe ein­ gesetzte Windturbine.

Fig. 1 zeigt eine Windturbine mit einem Vertikalrotor 10, an welchem Windfangblätter 12, 14 angeordnet sind. Die Windfang­ blätter 12, 14 sind über Radialstreben 16, 18, 20, 22 und 24, 26 mit einer Vertikalachse 28 verbunden. Die Vertikalachse 28 ist in einem Fundament 30 gelagert, welches gleichzeitig zur Aufnahme eines nicht gezeigten Generators dient. Das kegelstumpfförmig ausgebildete Fundament 30 ist über eine Tür 32 zugänglich.

Die Windfangblätter 12 und 14 sind gegenüber der Rotorachse 28 nach oben hin divergierend angeordnet und weisen einen Querschnitt auf, wie er anhand der Fig. 7 bis 16 dargestellt ist. Die Windfangblätter sind entweder in Leichtmetallbau­ weise ausgeführt oder bestehen aus extrudierten Profilen. Wie anhand von Fig. 6 zu ersehen ist, sind die Windfangblätter 12 und 14 in Knotenbauweise ausgeführt, d.h. sie weisen über ihre Längsachse in geeigneten Abständen Verdickungen 34, 36 auf, wodurch sie nach dem System ausgeführt sind, wie es aus der Natur von Stroh- oder Getreidehalmen bekannt ist. Die Radialstreben 18 bis 26 sind vorzugsweise an derartigen Knoten 34 angebunden.

Fig. 2 zeigt eine Windturbine mit einem Vertikalrotor 40, der aus mehr als zwei Windfangblättern 42, 44, 46 besteht, die über Radialstreben 48, 50 und 52 mit einer vertikalen Rotorachse 54 verbunden sind. Die Rotorachse 54 ist in einem kegelstumpfförmigen Fundament 56 gelagert, in welchem vorzugs­ weise der Generator aufgenommen ist. An der Rotorachse 54 ist ein die Windfangblätter 42, 44, 46 überragender Blitzableiter 58 angeordnet. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Windfangblätter gegenüber der Rotorachse 54 nach oben hin divergierend angeordnet. Die Ausbildung und der Querschnitt der Windfangblätter kann wie bei der Windturbine nach Fig. 1 erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine Windturbine 60, die im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform entspricht. Da die in Fig. 3 gezeigte Windturbine aber für geringere Leistung aus­ gelegt ist, sind die Windfangblätter 62, 64, 66 nur über obere Radialstreben 68 und untere Radialstreben 70 mit einer vertikalen Rotorachse 72 verbunden. Die Rotorachse 72 ist in einem Fun­ dament 74, in welchem der Generator angeordnet ist, gelagert und weist am oberen Ende einen Blitzableiter 76 auf.

Die in Fig. 4 gezeigte Windturbine 80 weist eine in einem Fundament 82 drehbar gelagerte Rotorachse 84 auf, an welcher über Radialstreben 86 und 88 in Seitenansicht V-förmig aus­ gebildete Windfangblätter 90, 92, 94 befestigt sind. Die An­ zahl der Windfangblätter wird entsprechend der gewünschten Leistung und der örtlichen Gegebenheiten gewählt. Am oberen Ende der Rotorachse 84 ist ein Blitzableiter 96 angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine Windturbine 100, deren Rotorachse 102 auf der Oberseite eines Mastes 104 drehbar gelagert ist, der über Abspannungen 106 stabilisiert ist. Der Rotor der Windturbine besteht aus Windfangblättern 108, 110, 112, die über Radial­ streben 114 und 116 mit der Rotorachse 102 verbunden sind. Die Windfangblätter 108, 110 und 112 sind parallel zur Rotor­ achse 102 angeordnet. An dem oberen Ende der Rotorachse 102 ist ein Blitzableiter 116 vorgesehen.

Die anhand der Fig. 1 bis 5 gezeigten Windturbinen sind wind­ richtungsfrei und weisen starre Windfangblätter oder Flügel ohne Blattverstellung auf. Die Windfangblätter oder Flügel sind in Leichtmetallbauweise ausgeführt oder bestehen aus extrudierten Profilen. Vorzugsweise sind die Windfangblätter in Knotenbauweise ausgebildet, um die für ihre Länge erforder­ liche Festigkeit zu erreichen. Der Generator der gezeigten Windturbinen ist vorzugsweise am Boden im Fundament für die Rotorachse angeordnet, so daß ein optimaler Schutz gegenüber Flugsand und Frost erreicht wird. Die Windfangblätter oder Flügel können beheizbar ausgebildet sein, so daß Eisbildung mit damit verbundenem unrunden Lauf verhindert werden. Die erfindungsgemäße Windturbine zeichnet sich durch hohen Auftrieb aus und ist für Langsam- und Schnellauf geeignet. Sie weisen ein hohes Drehmoment auf und laufen schwingungs­ frei bei geringem Wind und bei Sturm. Die erfindungsgemäßen Windturbinen sind für den Großbau geeignet und bestehen aus wenigen leicht zu montierenden Teilen, welche relativ wartungs­ frei sind und einfach repariert werden können. Sie können an ein Windgefälle angepaßt werden und auch bei Sturm weiter­ laufen. Neben der Erzeugung von Strom sind sie hervorragend geeignet zum Antreiben von Pumpen. Die Rotoren weisen einen geringen Widerstandsbeiwert bei großer Schwungmasse auf, wodurch eine Stabilisierung der Kreiselwirkung erreicht wird. Die Windturbinen können mit einem Voith-Getriebe und einer aerodynamischen Bremse betrieben werden.

Fig. 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Windfang­ blattes im Querschnitt, wie es bei den Windturbinen nach den Fig. 1 bis 5 Verwendung findet. Das Windfangblatt 120 ist über Radialstreben 122 mit der Rotorachse verbunden. Die Auf­ triebsfläche 124 wird über ein nach außen konvex gebogenes Profil gebildet. Am in Drehrichtung vorderen Ende ist an dem Windfangblatt eine Anformung 126 vorgesehen. Für diese Anformung 126, die aus Metall oder Kunststoff hohl oder ausge­ füllt ausgebildet sein kann, wird eine Staufläche 128 ge­ schaffen, an welcher sich von innen auf das Windfangblatt 120 auftreffender Wind staut, so daß das Windfangblatt und damit der Rotor in Drehung versetzt werden. Damit ist es möglich, daß die Windturbine selbst anläuft.

Derartige Stauflächen zur Erreichung eines Selbstanlaufens der Windturbinen sind bei allen anhand der Fig. 8 bis 16 gezeigten Windfangblättern ausgebildet.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein Windfang­ blatt 130 an der Innenseite mit sägezahnförmigen Ausnehmungen 132, 134 und 136 ausgebildet ist. Das Windfangblatt 130 ist über Radialstreben 138 mit der Vertikalachse des Rotors ver­ bunden.

Bei dem in Fig. 9 im Querschnitt gezeigten Windfangblatt 140 sind an der Innenseite wellenförmige Ausnehmungen 142 und 144 ausgebildet, so daß Stauflächen 146 bzw. 147 geschaffen werden.

Das Windfangblatt 140 ist über Radialstreben 148 mit der Vertikalachse des Rotors verbunden. Wie das in Fig. 8 gezeigte Windfangblatt ist das in Fig. 9 gezeigte Windfangblatt vorzugs­ weise als extrudiertes Profil ausgebildet.

Das in Fig. 10 gezeigte Windfangblatt 150 besteht aus einer in Leichtmetallbauweise ausgebildeten oder extrudierten Wandung, die am vorderen Ende mit einer Umbiegung 152 ver­ sehen ist. Durch die Umbiegung 152 wird ein Raum 154 ge­ schaffen, in welchem von der Innenseite auf das Windfang­ blatt auftreffender Wind gefangen wird, so daß das Windfang­ blatt 150, das über Radialstreben 156 mit der Vertikalachse des Rotors verbunden ist, in Drehung versetzt wird.

Bei dem in Fig. 11 angedeuteten Windfangblatt 160, das in Leichtmetallbauweise wabenförmig ausgebildet ist, sind an der Außenseite sägezahnartige Anformungen 162 angeordnet, so daß Stauflächen für von außen auf das Windfangblatt auf­ treffenden Wind geschaffen werden, um einen Selbstanlauf der Windturbine zu bewirken.

Das in Fig. 12 im Querschnitt gezeigte Windfangblatt 170 ist in Leichtmetallbauweise wie der Tragflügel eines Flug­ zeugs ausgebildet. An der Innenseite des in Drehrichtung vorderen Endes des Windfangblattes 170 ist ein Ansatz 172 angeordnet, durch welchen eine Staufläche 174 geschaffen wird. Von innen her auf das Windfangblatt 170 auftreffender Wind gelangt gegen die Staufläche 174 und versetzt das Wind­ fangblatt und damit den Rotor in Drehung. Mit der unterbrochenen Linie 176 ist angedeutet, daß die Ausbildung eines Ansatzes 172 nur an begrenzten Abschnitten vorgesehen sein muß, während ansonsten ein Profil gebildet wird, das an der Innenseite der Linie 176 entspricht.

Das anhand der Fig. 13a und 13b im Querschnitt gezeigte Windfangblatt 180 besteht im oberen Bereich aus einem in Dreh­ richtung hinteren Abschnitt 182 und einem in Drehrichtung des Rotors vorderen Abschnitt 184. Der vordere Abschnitt 184 ist über ein Lager 186 verschwenkbar gegenüber dem hinteren Abschnitt 182. Das Lager 184 ist an dem unteren Teil des Wind­ fangblattes angeordnet, welcher keinen schwenkbaren Abschnitt aufweist. Der vordere Abschnitt 184 wird je nach Auftreffen des Windes um das Lager 186 nach außen oder nach innen ver­ schwenkt, so daß sich eine äußere Staufläche 188 bzw. eine innere Staufläche 190 ausbilden kann. Dazu weist der hintere Abschnitt auf dem dem vorderen Abschnitt 184 zugerichteten Bereich gegenüber dem anderen Körper des Windfangblattes eine verringerte Breite auf, so daß an dem nicht verringerten unteren Teil des Windfangblattes eine Schulter 192 ausgebildet wird. Durch die automatische und nicht gesteuerte Ver­ schwenkung des vorderen Abschnittes 184 werden Anfahrhilfen zum Selbstanlaufen der Windturbine geschaffen.

Fig. 14 zeigt einen Windfangflügel 200, welcher zumindest über einen Teil seiner Länge mit Ausnehmungen 202, 204 aus­ gebildet ist, so daß hinter dem in Drehrichtung vorderen Ende 206 Windstauflächen 208 bzw. 210 geschaffen werden. Je nach Windrichtung staut sich der Wind an der Fläche 208 oder 210 und bewirkt ein Antreiben des Windfangblattes.

Fig. 15a und 15b zeigen eine Ausführungsform eines Windfang­ blattes 220, die im Prinzip dem anhand der Fig. 13a und 13b gezeigten Windfangblatt entspricht. Ein Längenbereich des Windfangblattes 220 ist im vorderen Bereich mit einer Ver­ jüngung 222 ausgebildet und das in Drehrichtung vordere Ende 224 ist über ein Lager 226 schwenkbar gelagert. Je nach Wind­ richtung, der über die Pfeile 228 bzw. 230 angedeutet ist, wird das Ende 224 verschwenkt, so daß sich Stauflächen 232 bzw. 234 ausbilden, an welchen sich der Wind 236 bzw. 238 fängt. Die aufeinander zugerichteten Flächen 240 bzw. 242 der Abschnitte 244 bzw. 224 sind jeweils konkav ausgebildet und zwischen den Körpern 244 und 224 ist ein Verschiebe­ körper 246 vorgesehen, der in den Endschwenkstellungen des vorderen Abschnitts 224 eine Schwenkbegrenzung erbringt.

Fig. 16 zeigt ein Windfangblatt 250, das im wesentlichen dem in Fig. 14 gezeigten Windfangblatt entspricht. Durch eine Ausnehmung 252 zumindest über einem Bereich des Wind­ fangblattes 250 an der Innenseite wird eine Windstaufläche 254 geschaffen, über welche von unten an das Windfangblatt auftreffender Wind dieses in Drehung versetzt.

Fig. 17 zeigt eine Windturbine 260, bei welcher Windfang­ blätter 262 und 264 über Radialstreben 266 und 268 mit einer vertikalen Rotorachse 270 verbunden sind. Die Rotorachse 270 ist in einem Fundament 272 drehbar gelagert. In dem Fundament 272 ist der Generator zur Erzeugung von Strom vorgesehen.

Die Windfangblätter 262 und 264 sind als aerodynamische Doppelprofile ausgebildet, deren Querschnitt aus Fig. 18 ersichtlich ist. Das Doppelprofil 274 besteht aus einem nach außen konvex gekrümmten Profilteil 276 und einem nach innen konvex gekrümmten Profilteil 278. Die Innenseiten der Profil­ teile 276 und 278 sind über einen Verbindungskörper 280 miteinander verbunden. Zumindest an einem Abschnitt des Profilkörpers 276 ist dieser an dem in Drehrichtung vorderen Ende mit einer Umbiegung 282 ausgebildet, welche als Stau­ fläche wirkt, um einen Selbstanlauf der Turbine zu ermöglichen. Eine analoge Umbiegung 284 ist an dem Profilteil 278 vorge­ sehen, durch welche ebenfalls eine Staufläche für den Wind geschaffen wird.

Fig. 19 bis 21 zeigen im Querschnitt Windfangblätter 290, 292 bzw. 294, welche am vorderen, führenden Ende sowohl an der nach innen gerichteten als auch der nach außen gerichteten Fläche Stauflächen 296 und 298, 300 und 302, 304 und 306 auf­ weisen. Die Dickenreduzierung des Staukörpers sowie die Aus­ bildung der Windangriffsfläche kann dabei je nach Gegebenheit ausgebildet sein. Mit Hilfe dieser Stauflächen wird erreicht, daß die Turbine bei relativ geringen Windgeschwindigkeiten selbst anläuft, da der Wind, unabhängig von der Blasrichtung an einer der Stauflächen gestaut wird und somit das Windfang­ blatt in Drehung versetzt.

Fig. 22 bis 24 zeigen Windfangblätter 308, 310 bzw. 312 im Querschnitt. Am hinteren Ende des Windfangblattes 310 ist eine Ausnehmung 314 ausgebildet, so daß eine Staufläche 316 ge­ schaffen wird. An dem Windfangblatt 308 ist am hinteren Ende eine Klappe 318 angelenkt, die zur Rotorachse hin vorgespannt ist, so daß sich eine Staufläche 320 für den Wind ergibt. Sobald der Rotor, an welchem das Windfangblatt geordnet ist, eine ausreichende Drehgeschwindigkeit erreicht, wird die Klappe 318 über die Zentrifugalkraft nach außen gezogen, so daß die Staufläche 320 verschwindet.

Bei dem Windfangblatt 312 ist eine Klappe 322 über eine Ver­ stellmechanik 324 verstellbar. Bei dem in Fig. 24 gezeigten Zustand ist die Klappe 322 um ein Lager 326 nach außen ver­ schwenkt, so daß eine Staufläche 328 ausgebildet wird.

Fig. 25 und 26 zeigen Windfangblätter 330 bzw. 332. An dem Windfangblatt 330 ist im vorderen Bereich der nach innen ge­ richteten Fläche eine Ausnehmung 334 ausgebildet, die über eine Klappe 336 abgedeckt werden kann. Die Klappe 336 ist über ein Lager 338 an dem Windfangblatt 330 angelenkt.

An der Innenseite des Windfangblattes 332 ist eine Ausnehmung 340 ausgebildet, über die eine Klappe 342 verschwenkbar ist. Bei Stillstand oder sehr langsamen Lauf der Rotoren, an welchem die Windfangblätter 330 bzw. 332 angeordnet sind, sind die Klappen 336 bzw. 342 zur Rotorachse hin vorgespannt, so daß durch die Ausnehmungen 334 bzw. 340 und die Klappen 336 bzw. 342 Stauräume geschaffen werden, in welchen sich der Wind fängt, so daß die Rotoren in Drehung versetzt werden.

Fig. 27 zeigt ein über eine Radialstrebe 344 mit einer Rotor­ achse verbundenes Windfangblatt 346, das ähnlich wie das Windfangblatt nach Fig. 18 als Doppelprofil mit einem äußeren Profilteil 348 und einem inneren Profilteil 350 ausgebildet ist. Zwischen den hinteren Enden der Profilteile 348 und 350 kann Wind zwischen die Profilteile gelangen, wobei der Wind sich dann in den vorderen umgebogenen Bereichen der Profil­ teile 348 und 350 fängt, um den Rotor in Drehung zu versetzen.

Fig. 28 zeigt ein Windfangblatt 352, das ähnlich wie das Wind­ fangblatt nach Fig. 10 ausgebildet ist, in perspektivischer Darstellung. Im Bereich der Knoten 354 und 356, an welchen Radialstreben 358 bzw. 360 angeschlossen sind, sind Leit­ bleche 362 bzw. 364 angeordnet, die sowohl nach außen über die Außenseite des Windfangblattes hervorstehen, als auch an der Innenseite den umgebogenen Bereich 366 und die Ver­ längerung des umgebogenen Bereichs 366 bis zum Ende der Außen­ fläche 368 überbrücken, so daß das Windfangblatt 352 in Ver­ tikalrichtung unterteilte Abschnitte 370, 372 und 374 auf­ weist. Durch diese Leitbleche 362 und 364 an den Knoten sowie Leitbleche 376 und 378 an den Enden wird erreicht, daß auch Wind mit geringer Geschwindigkeit für ein Selbstanlaufen der Windturbine sorgt.

Fig. 29 zeigt einen Querschnitt durch das Windfangblatt 352, aus welchem die Form und Erstreckung des Leitbleches 362 ersichtlich ist.

Fig. 30 zeigt eine Ausbildung eines Windfangblattes, die ähnlich der nach Fig. 6 ist. Das im Inneren hohle Windfang­ blatt 380 ist im Bereich der Knoten 382, 384 mit einem Material 386 ausgeschäumt. Ferner sind an den Knotenbereichen Anschluß­ stücke 388 vorgesehen, in welche Radialstreben 390 einge­ steckt und befestigt sind. Das in Fig. 30 gezeigte Windfang­ blatt ist vorzugsweise ein extrudiertes oder stranggepreßtes Profil.

Fig. 31 zeigt im Schnitt das untere Ende eines Windfangblattes 392, das an einer unteren Radialstrebe 394 befestigt ist. Im Inneren des Windfangblattes 392 sind Verstärkungsbuchsen 396 und 398 eingesteckt und befestigt. In die innere Buchse 398 ist ein umgebogenes Ende 400 der Radialstrebe 394 aufgenommen. Der Eckbereich der Radialstrebe 394 ist mit einem Material 402 ausgeschäumt, um die erforderliche Festigkeit zu erbringen.

Fig. 32 zeigt in schematischer Darstellung eine Windturbine 404, die an der Staumauer 406 eines Pumpspeicherbeckens 408 angeordnet ist. Die Turbine 404 arbeitet als Pumpe, die über eine Leitung 410 Wasser aus einem unteren Becken 412 in das Pumpspeicherbecken 408 pumpt. Dies geschieht zu den Zeiten, in welchen der Strombedarf gering ist. Wenn mehr Strom ge­ braucht wird, kann eine Leitung 414 geöffnet werden, so daß Wasser aus dem Pumpspeicherbecken 408 durch diese Leitung 412 nach unten fließen kann, um eine Turbine 414 anzutreiben. Gleichzeitig kann die Windturbine 404 entweder weiter als Pumpe arbeiten oder ebenfalls einen Generator antreiben, um zusätzlich Strom zu liefern.

Claims (35)

1. Windturbine zur Umsetzung der Windenergie in andere Energien, insbesondere in elektrische Energie, mit einem vertikalen Rotor, an dem mindestens ein im Querschnitt tragflügel­ artiges Windfangblatt angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das oder die Windfang­ blätter (12, 14; 42, 46; 62, 64, 66; 90, 92, 94; 108, 110, 112; 262, 264) starr ausgebildet und über Radial­ streben (16-26; 48-52; 68, 70; 86, 88; 114, 116; 266, 268) mit der Rotorachse (28, 54, 72, 84, 102, 270) verbunden sind, und daß an den Windfangblättern wenigstens an einer Außenfläche eine Staufläche ausgebildet ist.

2. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Windfangblätter (108-112) parallel zur Rotorachse (102) angeordnet sind.

3. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Windfangblätter (12, 14; 42, 44, 46; 62, 64, 66; 262, 264) nach oben zur Rotorachse (28, 54, 72, 270) divergierend angeordnet sind.

4. Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Windfangblätter (90, 92, 94) in Seitenansicht V-förmig sind.

5. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator im Fundament (30, 56, 74, 82, 272) der Rotorachse (28, 54, 72, 84, 270) angeordnet ist.

6. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windfangblätter in Knotenbauweise ausgebildet sind.

7. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windfangblätter in Leichtmetallbauweise ausgebildet sind.

8. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windfangblätter extrudierte Profile sind.

9. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windfangblätter beheizbar sind.

10. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt (120) an dem in Rotationsrichtung vorderen Ende der konkaven Innenseite zumindest teilweise mit einer Anformung (126) ausgebildet ist.

11. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt (130) an seiner Innenseite sägezahnartig (132, 134, 136) aus­ gebildet ist.

12. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt (140) an seiner Innenseite wellenförmig (142, 144) ausgebildet ist.

13. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt an seinem in Drehrichtung vorderen Ende mit einer Umbiegung (152) ausgebildet ist.

14. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt (160) an seiner Außenseite sägezahnartig oder wellenförmig aus­ gebildet ist.

15. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende (184, 224) des Windfangblattes (180, 220) verschwenkbar ausge­ bildet ist.

16. Windturbine nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hintere Fläche des verschwenk­ baren Endes (184) breiter ist als die benachbarte Fläche des Restblattes (182), und daß in den Endschwenkstellungen jeweils eine der Kanten des verschwenkbaren Endes (184) und des Restblattes (182) bündig verlaufen.

17. Windturbine nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkpunkt (186, 226) des vorderen Endes (184, 224) vor oder hinter dem Schwerpunkt dieses vorderen verschwenkbaren Endes liegt.

18. Windturbine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Fläche des verschwenkbaren Endes mit Ausnehmungen ausgebildet ist, und daß zwischen dem Schwenkende (224) und dem hinteren festen Bereich (244) des Windfangblattes (220) ein Gleit­ körper (246) zur Begrenzung der Schwenkbewegung des schwenkbaren Endes (224) angeordnet ist.

19. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt (262, 264) als aerodynamisches Doppelprofil ausgebildet ist.

20. Windturbine nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenseite des radial außen­ liegenden Profilteils (276) nach außen konvex und die Außenseite des radial inneren Profilteils (278) nach innen konvex ausgebildet ist.

21. Windturbine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest Bereiche des in Drehrichtung vorderen Endes der Profilteile (276, 278) nach hinten umgebogen sind.

22. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Bereich des Windfangblattes (330, 332) eine schwenkbare Klappe (336, 342) angeordnet ist.

23. Windturbine nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter der Klappe (336, 342) eine Ausnehmung (334, 340) an dem Windfangblattkörper (330, 332) ausgebildet ist.

24. Windturbine nach Anspruch 22 oder 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Klappe (336, 342) in Offenstellung vorgespannt ist und durch Zentrifugal­ kraft in Anlagestellung bringbar ist.

25. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende des Windfangblattes (310) eine Ausnehmung (314) ausgebildet ist.

26. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende des Windfangblattes (308, 312) eine Klappe (318, 322) ange­ ordnet ist.

27. Windturbine nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Klappe (318) in Offenstellung vorgespannt ist und über Zentrifugalkraft in Schließ­ stellung bringbar ist.

28. Windturbine nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Klappe (322) über eine Ver­ stellmechanik (324) verschwenkbar ist.

29. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß am vorderen Ende des Windfangblattes (290, 292, 294) gegenüberliegende Aus­ nehmungen (296, 298; 300, 302; 304, 306) ausgebildet sind.

30. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der Vertikal­ erstreckung vorzugsweise an den Knoten (354, 356) über die Außenseite (372) des Windfangblattes (352) vorstehende und die Innenseiten (376, 372) verbindende Leitbleche (362, 364, 376, 378) angeordnet sind.

31. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Windfangblatt (380) im Bereich der Knoten (382, 384) ausgeschäumt ist.

32. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß an den Knoten (382) Anschlußstücke (388) zum Befestigen der Radialstreben (390) vorgesehen sind.

33. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß in den Enden des Wind­ fangblattes (392) Verstärkungsbuchsen (396, 398) ange­ ordnet sind, und daß die untere Radialstrebe (394) mit einem abgewinkelten Ende (400) in das Windfangblatt (392) eingesteckt ist.

34. Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 33, gekennzeichnet durch die Verwendung als Pumpe.

35. Windturbine nach Anspruch 34, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die über den Rotor (404) ange­ triebene Pumpe in Zeiten geringen Strombedarfs zum Füllen eines Speicherbeckens (408) und in Zeiten großen Strom­ bedarfs als Generator eingesetzt wird.