DE4319291C1 - Rotor für einen Windenergiekonverter mit einer in einer zur Windrichtung senkrechten Ebene liegenden, vorzugsweise vertikal verlaufenden Drehachse des Rotors - Google Patents

Rotor für einen Windenergiekonverter mit einer in einer zur Windrichtung senkrechten Ebene liegenden, vorzugsweise vertikal verlaufenden Drehachse des Rotors

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen Windenergiekonverter der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Ein Windmotor mit vertikaler Drehachse des Rotors, bei dem die Auftriebswirkung eines schnell im Luftstrom bewegten Körpers mit windschnittigem Profil für die Energiegewinnung ausgenutzt wird, ist in der DE-PS 8 92 130 beschrieben. Unter windschnittiger Form des Profilquerschnitts soll dabei eine Form verstanden werden, bei der das Verhältnis der Dicke des Querschnitts zur Länge des Querschnitts sich etwa wie 1 : 3 bis 1 : 10 verhält; weiter soll das eine Ende mehr oder weniger stark abgerundet sein, während das andere Ende spitz ausläuft; und schließlich sollen die Seitenlinien des Querschnitts gerade oder etwas nach innen oder nach außen gekrümmt verlaufen. Letzteres bedeutet, daß hier offensichtlich ein Profilquerschnitt gemeint ist, der - bezogen auf seine Längsachse - symmetrisch gestaltet ist.
Erklärte Absicht des Gegenstandes nach der DE-PS 8 92 130 ist es, den Wirkungsgrad im Vergleich zu vorbekannten, einleitend in der Beschreibung dieser Druckschrift erwähnten Windmotoren wesentlich zu verbessern. Im Zusammenhang mit dem Hinweis darauf, daß für den Fall einer im Verlauf des Anlaufvorganges wachsenden Drehzahl (des umlaufenden Motorteils) in einem solchen Maße, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Windradflügel schließlich größer wird als die Windgeschwindigkeit, wird in dieser Druckschrift ausgeführt, daß dann die Windradflügel immer nur in einer solchen Weise von der aus Windgeschwindig­ keit und Umfangsgeschwindigkeit resultierenden Anströmgeschwin­ digkeit getroffen würden, daß sich aus der resultierenden Anblasrichtung eine Luftkraft auf den Flügel ergebe, die in jeder Stellung des Windradflügels ein Moment hervorrufe, das den gleichen in Richtung der Drehbewegung wirkenden Drehsinn habe und daher zur weiteren Erhöhung der Drehzahl beitrage. - Versuche mit Windmotoren der vorbeschriebenen Art widerlegen diese Behauptung. Vielmehr kommt es bei dem in der DE-PS 8 92 130 beschriebenen Windmotor mit symmetrischem Profilquerschnitt der Windradflügel über einen vollständigen Umlauf eines Windradflügels hinweg teilweise zu einer Umkehr der Richtung der am Windradflügel wirkenden Auftriebskraft und damit des am Windradflügel angreifenden Drehmomentes; dies geschieht darüberhinaus in einem solchen Ausmaß, daß ein derartiger Windmotor für eine rentable Energiegewinnung aus Windkraft nicht brauchbar ist.
Um den Wirkungsgrad einer Windkraftmaschine mit vertikaler Drehachse des Rotors zu verbessern, wird in der DE-OS 28 16 026 vorgeschlagen, für die Flügel der Windkraftmaschine ein von Flugzeugen her bekanntes Tragflächenprofil - also ein Profil mit unsymmetrischem Querschnitt - zu benutzen, das sich darüber­ hinaus durch zusätzliche und für Flugzeuge untypische Details des Verlaufs der Krümmung der Profilumfangslinie auszeichnen soll. Bei analytischer Beurteilung des in dieser Druckschrift beschriebenen Profils ist allerdings nicht klar erkennbar, inwiefern sich dieses Profil von einem für Flugzeuge benutzbaren Profil grundsätzlich unterscheidet. Die Bemühungen, bei einer gattungsgemäßen Windkraftmaschine mit den in der DE-OS 28 16 026 beschriebenen Details zum Profilquerschnitt den erzielbaren Wirkungsgrad nennenswert zu verbessern, so daß eine derartige Windkraftmaschine grundsätzlich eine ernsthafte Alternative zu solchen mit horizontal angeordnetem und in die Windrichtung stellbarem Rotor darstellen würde, scheitern wegen der auch bei dieser Lösung eintretenden Drehmomentenumkehr an den Flügeln während eines Umlaufes des Rotors.
Allerdings zeigt die erwähnte DE-OS 28 16 026 bereits einen Rotor für einen Windenergiekonverter, wie er im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, nämlich einen Rotor, der - aus Gründen des leichten und selbsttätig erfolgenden Anlaufens - mindestens drei gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt und unter einem Anstellwinkel zur Tangente des Umlaufkreises angeordnete, Auftrieb erzeugende Rotorblätter trägt, die einen aerodynamisch unsymmetrischen und unveränderbaren Profilquerschnitt aufweisen.
Einen Versuch, die Strömungsverhältnisse an den Flügeln eines Windenergiekonverters mit senkrechter Drehachse seines Rotors im Sinne der Erhöhung des Wirkungsgrades zu verbessern, stellt der Vorschlag nach der DE-OS 30 18 211 dar. Nach dieser Druck­ schrift soll der Profilquerschnitt der Flügel des Windrades über einen Umlauf hinweg in vorbestimmtem oder vorbestimmbarem Maße geändert werden, wodurch sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades ergeben soll. Abgesehen von dem erheblichen konstruktiven Aufwand für diese Lösung scheinen die behaupteten Vorteile aber auch nur unter Vernachlässigung der infolge der ständigen Verstellung des Profilquerschnittes sich ergebenden, offensichtlich noch schwieriger als im Fall eines unveränder­ baren Profilquerschnittes rechnerisch zu erfassenden Strömungs­ dynamik in einer ersten groben Näherung und nur theoretisch erklärbar zu sein. Jedenfalls konnte sich aber auch diese Lösung nicht in der Praxis einführen.
Aufgabe
Mit der vorliegenden Erfindung wird das Ziel angestrebt, einen Windenergiekonverter der eingangs genannten Art insoweit zu verbessern, daß - bei gleichbleibend einfacher Konstruktion - eine im Vergleich zu vorbekannten Windenergiekonvertern dieser Art erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades erzielbar ist.
Lösung
Zum Erreichen des vorstehend umrissenen Zieles wird die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Erfindung vorgeschlagen.
Vorteile
Überraschenderweise ist gefunden worden, daß - entgegen allen bisherigen Bemühungen, durch eine wie auch immer geartete grundlegende Konstruktion eine nennenswerte Verbesserung des Wirkungsgrades der zur Rede stehenden Windenergiekonverter zu erzielen - eine Anordnung der Rotorblätter am Rotor derart, daß die in Richtung des Auftriebs zeigenden, konvex gekrümmten Flächenbereiche der Rotorblätter der geometrischen Drehachse des Rotors zugekehrt sind, zu dem gewünschten Erfolg führt. Dabei ist es nach Kenntnis des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung für den Fachmann ohne weiteres und insbesondere ohne zusätzliche eigene erfinderische Bemühungen möglich, entspre­ chend den Anforderungen, auch im Hinblick auf die ortsüblichen Windgeschwindigkeiten, einen geeigneten unsymmetrischen Profil­ querschnitt für die Rotorblätter auszuwählen, bei dem während eines Umlaufes trotz sich kontinuierlich änderndem Anströmwinkel Auftrieb und Drehmoment am Rotorblatt (Windradflügel) ihre in der vorgesehenen Antriebsrichtung des Rotors wirkende Richtung - zumindest über den allergrößten Teil eines vollständigen Umlaufes des (eines) Rotorblattes hinweg - beibehalten. Dies kann bei bestimmten Profilquerschnitten bereits bei einem Anstellwinkel ρ des Rotorblattes in der Größenordnung von 0° der Fall sein. Unter dem Anstellwinkel ρ wird dabei der Winkel zwischen der Profilsehne des Profilquerschnitts und der Tangente des Umlaufkreises verstanden. Allerdings ist insbesondere im Fall von Hochauftriebsprofilen abhängig von den speziellen Profilkennlinien eine mehr oder weniger große (positive) Anstellung des Rotorblattes zur Tangente des Umlaufkreises zur Maximierung des Wirkungsgrades angebracht.
Im übrigen wird der Fachmann bei der Auswahl eines im einzel­ nen Anwendungsfall geeigneten Profilquerschnittes, ausgehend von der zu erzielenden Leistung, zunächst die Schnellaufzahl des Rotors festlegen, für die die Blattiefe (beispielsweise das 0,3fache des Durchmessers des Umlaufkreises der Rotorblätter) ein wichtiger Parameter ist. Unter Berücksichtigung der Band­ breite der Windgeschwindigkeiten, mit denen zu rechnen ist, werden sodann die erzielbaren Anströmwinkel (Winkel zwischen Profilsehne des Profilquerschnittes und jeweiliger Anströmrichtung - insbesondere für die Verhältnisse an der Luvseite des Rotors -) ermittelt; und schließlich wird ein Profil mit einem solchen unsymmetrischen Profilquerschnitt ausgewählt, der über den Schwankungsbereich der Anströmwinkel stets - oder zumindest über den allergrößten Teil eines vollständigen Umlaufes hinweg - positive, also in der vorgesehenen Antriebsrichtung des Rotors wirkende Momente liefert.
Einen für Zwecke der vorliegenden Erfindung gut geeigneten, unsymmetrischen Profilquerschnitt weist z. B. das aus der ein­ schlägigen Literatur bekannte Profil GÖ 557 der AVA Göttingen ("Ergebnisse der aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen, I. bis IV. Lieferung") auf; ebenfalls (noch) verwendbar wäre das bekannte Kármán-Trefftz-Profil, welches etwa dem Profil GÖ 387 der AVA Göttingen entspricht.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades des Windenergie­ konverters ist erzielbar, wenn für die Rotorblätter ein - grundsätzlich an sich bekanntes - mehrteiliges Profil gewählt wird. Ein solches mehrteiliges Profil kann zum Beispiel eines sein, welches dem bekannten Kellner-Bechereau-Profil oder dem Handley-Page-Profil ähnlich ist.
Die Rotorblätter des erfindungsgemäßen Windenergiekonverters können entsprechend dem Vorschlag nach Anspruch 3 geradlinig und parallel zur geometrischen Drehachse des Rotors verlaufend angeordnet sein, oder aber auch, wie Anspruch 4 angibt, gekrümmt zu dieser verlaufend angeordnet sein.
Der mit der Erfindung erreichte Vorteil eines gegenüber vorbe­ kannten Windenergiekonvertern erheblich besseren Wirkungsgrades ist grundsätzlich auch schon mit solchen unsymmetrischen Profil­ querschnitten erzielbar, bei denen Auftrieb und angreifendes Drehmoment während eines Umlaufes des Rotors möglicherweise über einen kleineren Drehwinkel bis auf den Wert Null zurück­ gehen oder sich eventuell über einen vernachlässigbar kleinen Teil des Umlaufes des Rotorblattes von 360° geringfügig umkehren; an der grundsätzlichen Wirkungsweise im erfindungs­ gemäßen Sinn ändert sich dadurch jedoch nichts. Im Hinblick auf eine Maximierung der vom Windenergiekonverter an Verbrau­ cher und/oder Energiespeicher zu liefernden Energie sollte allerdings das Integral der in Drehrichtung des Rotors wirken­ den Kraft über einen Umlauf entsprechend 360° Drehwinkel des Rotors hinweg so groß wie möglich sein.
Bevorzugt sind - unter Berücksichtigung der Schnellaufzahl des Rotors - Profilquerschnitt und Anstellwinkel des Rotorblattes derart gewählt, daß das am einzelnen Rotorblatt angreifende Drehmoment über einen vollständigen Umlauf des Rotors hinweg seine Richtung nicht ändert. Eine derartige Vorgabe läßt nicht nur eine relativ hohe Energieausbeute erwarten, sondern bewirkt außerdem, daß Schwingungen des Rotorblattes (als Folge insbe­ sondere des Einflusses sich mehr oder weniger kontinuierlich ändernder Auftriebskräfte am Rotorblatt) gering gehalten werden können. Darüberhinaus sollte dieses Drehmoment vorzugsweise auf möglichst hohem Niveau liegen und in seiner Stärke über einen Umlauf des Rotors so gering wie möglich schwanken.
Erläuterung der Erfindung an Ausführungsbeispielen
Anhand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Rotor eines Windenergiekonverters in der Seitenansicht,
Fig. 2 den Rotor nach Fig. 1 in der Aufsicht im Schnitt entsprechend Schnittlinie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen anderen erfindungsgemäßen Rotor eines Windenergiekonverters in der Aufsicht im Schnitt ähnlich der Darstellung in Fig. 2,
Fig. 4 einen weiteren erfindungsgemäßen Rotor eines Windenergiekonverters in der Aufsicht im Schnitt ähnlich der Darstellung in Fig. 2,
Fig. 5 einen symmetrischen Profilquerschnitt für Rotorblätter an Rotoren für Windenergiekonverter, wie sie zum vorbekannten Stand der Technik gehören, und
Fig. 6 ein Kennlinienfeld mit vergleichender Darstellung der mit den Profilquerschnitten der Rotorblätter nach den Fig. 1 bis 5 erzielbaren Drehmomentenbeiwerte in Abhängigkeit vom Drehwinkel des betreffenden Rotor­ blattes über einen vollständigen Umlauf des jeweiligen Rotorblattes hinweg.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Rotor 1 eines im übrigen nicht näher dargestellten Windenergiekonver­ ters, der im Bereich seines statischen Teils wie an sich bekannt beispielsweise einen elektrischen Generator und elektrische/ elektronische Schalt- und/oder Regelmittel enthält, die u. a. auch zur Beeinflussung der Leistungsentnahme abhängig von der Dreh­ zahl im Hinblick auf leichtes Anlaufen des Rotors und zur Drehzahlbegrenzung im Hinblick auf sehr hohe Windgeschwindigkeiten dienen können.
Der Rotor 1 trägt auf einer Welle 2 eine zu dieser konzentrische Rotorscheibe 3. Auf der Rotorscheibe 3 sind die einen Enden von Rotorblättern 4 befestigt, deren andere Enden auf einer zur Welle 2 ebenfalls konzentrischen Rotorscheibe 5 befestigt sind. Die geometrische Drehachse des aus den Rotorscheiben 3 und 5 mit Rotorblättern 4 sowie Welle 2 gebildeten Rotors 1 ist mit 6 bezeichnet.
In Fig. 2 ist die angenommene Windrichtung durch Pfeile 7, die aus der Anordnung der Rotorblätter 4 resultierende Drehrichtung des Rotors 1 durch den Pfeil 8 angegeben.
Fig. 2 zeigt einander entsprechende Rotorblätter 4 mit stark unsymmetrischem Profilquerschnitt; ein derartiger Profilquer­ schnitt ist unter der Bezeichnung GÖ 557 aus der einschlägigen Literatur ("Ergebnisse der aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen - I. bis IV. Lieferung", AVA Göttingen) als sogenann­ tes Hochauftriebsprofil bekanntgeworden. Erfindungsgemäß sind die Rotorblätter 4 mit den in Richtung des Auftriebs zeigenden, konvex gekrümmten und mit 9 bezeichneten Flächenbereichen der geometrischen Drehachse 6 des Rotors 1 zugekehrt an diesem angeordnet.
Im Fall der Darstellung nach Fig. 2 ist die mit 10 bezeichnete Profilsehne des Profilquerschnitts der Rotorblätter 4 gegen die mit 11 bezeichnete Tangente des Umlaufkreises mit dem Radius 12 der Rotorblätter 4 mit einem festen - also mit einem während der Drehbewegung des Rotors 1 unveränderten - Anstellwinkel von etwa 0° angestellt. Infolge der unterschiedlichen Strömungsver­ hältnisse auf der der Windrichtung zugekehrten Seite (Luvseite) des Rotors 1 einerseits und der der Windrichtung abgekehrten Seite (Leeseite) des Rotors 1 andererseits werden sich auf der Luvseite andere, nämlich größere (positive) Anströmwinkel für den Profilquerschnitt ergeben als auf der Leeseite. Dies resul­ tiert aus der erheblich geminderten, allgemein mit etwa 2/5 der auf der Luvseite gegebenen Windgeschwindigkeit angenommenen Windgeschwindigkeit auf der Leeseite - also im Innern - des Rotors. Dennoch wird sich für den Fall einer Anordnung wie in Fig. 2 dargestellt über einen vollständigen Umlauf, nämlich über einen Drehwinkel von 360° um die geometrische Drehachse 6, eines Rotorblattes 4 hinweg ein stets in Antriebsdrehrichtung wirkendes Drehmoment am Rotor 1 entsprechend dem Pfeil 8 einstellen (siehe auch entsprechende, dem Profilquerschnitt des Rotorblattes 4 zugeordnete Kennlinie des Drehmomentenbeiwertes Cm in Fig. 6).
Der - als reine Zahl dimensionslose - "Drehmomentenbeiwert" (Cm), gelegentlich auch als "Momentenzahl" bezeichnet, stellt ein Maß für das Drehmoment dar, welches sich aus der auf das Rotorblatt wirkenden Luftkraft ergibt unter Bezug auf eine - für die rechnerische Behandlung - passend ausgewählte Bezugsachse; bei Flügeln mit Profilquerschnitten entsprechend den hier zur Rede stehenden Rotorblättern wird aus praktischen Gründen als Bezugsachse die zur Profilebene senkrechte Linie durch den Schnittpunkt der Sehne der Druckseite des Flügels bzw. des Rotorblattes (Profilsehne) mit der dazu senkrechten Tangente an dessen Anströmrand gewählt. Der drehwinkelabhängige Drehmo­ mentenbeiwert steht in direktem Zusammenhang mit dem an der Welle 2 des Rotors 1 des Windenergiekonverters angreifenden Drehmoment.
Durch eine Anstellung der Rotorblätter 4 - die bei ruhendem Rotor 1 vorgenommen werden kann - mit einem Anstellwinkel ρ von beispielsweise +9° gegenüber der Tangente 11 des Umlauf­ kreises kann sogar noch eine Verbesserung des Verlaufs des Drehmomentenbeiwertes erreicht werden, so daß die erzielbare Energieausbeute entsprechend größer ist.
Fig. 3 zeigt in einer der Darstellungsweise nach Fig. 2 ent­ sprechenden Darstellungsweise einen Rotor 13 mit Rotorblättern 14. Bei den Rotorblättern 14 handelt es sich um ein extremes Hochauftriebsprofil mit einem zweifach unterteilten Profilquer­ schnitt. Derartige Profilquerschnitte mit Unterteilung sind bei­ spielsweise bekannt als Kellner-Bechereau-Profil oder auch als Handley-Page-Profil. Die Rotorblätter 14 sind im Fall der Dar­ stellung in Fig. 3 mit einem Winkel ρ von etwa +9° gegenüber der Tangente 11 des Umlaufkreises angestellt (Winkel zwischen der mit 20 bezeichneten Profilsehne des Rotorblattes 14 und der Tangente 11 des Umlaufkreises); die in Richtung des Auftriebs zeigenden, konvex gekrümmten Flächenbereiche des Rotorblattes 14 sind dabei zusammenfassend mit 19 bezeichnet. Rotorblätter dieser Art erfordern zum Ausnutzen ihrer Möglichkeiten im Hin­ blick auf maximale Energieausbeute des Windenergiekonverters eine mehr oder weniger große Anstellung in Richtung auf höher positive Anstellwinkel zu. Fig. 6 zeigt vergleichsweise die mit dem Profilquerschnitt des Rotorblattes 14 nach Fig. 3 erziel­ baren Drehmomentenbeiwerte für den Fall einer Anstellung der Rotorblätter 14 von etwa +9°.
Fig. 4 zeigt als möglichen Grenzfall im Sinne der Erfindung einen Rotor 15 mit Rotorblättern 16, deren Profilquerschnitt nur schwach unsymmetrisch ist. Wie im Fall der Rotorblätter 4 bzw. 14 nach den Fig. 1 und 2 bzw. Fig. 3 sind aber jedenfalls auch die Rotorblätter 16 derart zur geometrischen Drehachse 6 des Rotors 15 zwischen Rotorscheiben 3, 5 angeordnet, daß diese mit den in Richtung des Auftriebs zeigenden, konvex gekrümmten und mit 17 bezeichneten Flächenbereichen der geometrischen Drehachse 6 des Rotors 15 zugekehrt an diesem angeordnet sind. Die dem Profilquerschnitt der Rotorblätter 16 - bei angenommener tangentialer Anstellung (Winkel ρ zwischen der mit 21 bezeich­ neten Profilsehne des Rotorblattes 16 und der Tangente 11 des Umlaufkreises der Rotorblätter ist also etwa 0° groß) der Rotorblätter 16 - zugeordnete Kennlinie für den Drehmomenten­ beiwert ist ebenfalls dem Diagramm nach Fig. 6 zu entnehmen.
Fig. 5 schließlich zeigt einen symmetrischen Profilquerschnitt 18 mit einer - hier also mittig durch den Profilquerschnitt des Rotorblattes verlaufenden - Profilsehne 22 für Rotorblätter an Rotoren für Windenergiekonverter, wie sie zum vorbekannten Stand der Technik gehören, und zwar bei Windenergiekonvertern mit solchen Rotorblättern, deren Profilquerschnitt unveränderbar ist. Die Kennlinie für den Drehmomentenbeiwert für diesen Profilquerschnitt ist ebenfalls dem Diagramm nach Fig. 6 zu entnehmen, und zwar für einen Anstellwinkel ρ von 0°.
Nach der vorstehenden Beschreibung ist klar, daß es nicht unbedingt notwendig ist, daß die - rechnerisch oder empirisch zu ermittelnde - Kennlinie für den Drehmomentenbeiwert eines Profilquerschnittes über einen vollständigen Umlauf des betref­ fenden Rotors bzw. Rotorblattes hinweg sich stets auf nur einer Seite der Abzisse des Diagramms befindet; vielmehr kann im Fall einer - im Hinblick auf Maximierung der Energieumwandlung allerdings ungünstigen - speziellen Anordnung und Gestaltung der Rotorblätter auch ein bezogen auf einen zurückgelegten Drehwinkel von 360° geringfügiger Wechsel des Drehmomenten­ beiwertes in Kauf genommen werden, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung schon verlassen würde. Bevorzugt wird aber selbstverständlich eine Ausführung, bei der einerseits kein Richtungswechsel der am einzelnen Rotorblatt angreifenden Kräfte stattfindet, bei der darüberhinaus der Verlauf der Kennlinie für den Drehmomentenbeiwert (wegen möglichst geringer Wechselkräfte am Rotorblatt) möglichst ausgeglichen ist und bei der schließlich das Integral des Drehmomentenbeiwertes über einen Umlauf des Rotors hinweg möglichst groß ist.
Bezugszeichenliste
 1 Rotor
 2 Welle (des Rotors 1)
 3 Rotorscheibe (des Rotors 1)
 4 Rotorblatt (des Rotors 1)
 5 Rotorscheibe (des Rotors 1)
 6 Drehachse - geometrische - (der Rotoren)
 7 Pfeile (Windrichtung)
 8 Pfeil (Drehrichtung des Rotors)
 9 Flächenbereich (des Rotorblattes 4)
10 Profilsehne (des Profilquerschnittes des Rotorblattes 4)
11 Tangente (an den Umlaufkreis der Rotorblätter)
12 Radius (des Umlaufkreises der Rotorblätter)
13 Rotor
14 Rotorblatt (des Rotors 13)
15 Rotor
16 Rotorblatt (des Rotors 15)
17 Flächenbereich (des Rotorblattes 16)
18 Profilquerschnitt - symmetrisch - 19 Flächenbereich (des Rotorblattes 14)
20 Profilsehne
21 Profilsehne
Cm Drehmomentenbeiwert
0° bis 360° - Drehwinkel des Umlaufes eines Rotorblattes 4, 14, 16 oder (18) um die geometrische Drehachse 6

Claims (5)

1. Rotor (1) für einen Windenergiekonverter mit einer in einer zur Windrichtung senkrechten Ebene liegenden, vorzugsweise vertikal verlaufenden Drehachse (6) des Rotors (1), der mindestens drei gleichmäßig über seinen Umfang verteilt und unter einem Anstellwinkel ρ zur Tangente (11) des Umlauf­ kreises angeordnete, Auftrieb erzeugende Rotorblätter (4) mit aerodynamisch unsymmetrischem, unveränderbarem Profilquer­ schnitt trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4) mit den in Richtung des Auftriebs zeigenden, konvex gekrümmten Flächenbereichen (9) der geometrischen Drehachse (6) des Rotors (1) zugekehrt an diesem angeordnet sind.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rotorblätter (14) ein mehrteiliges Profil gewählt ist.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4, 14, 16) geradlinig und parallel zur geometrischen Drehachse (6) des Rotors (1, 13, 15) verlaufend angeordnet sind.
4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4, 14, 16) gekrümmt zur geometrischen Drehachse (6) des Rotors (1, 13, 15) verlaufend angeordnet sind.
5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Profilquerschnitt und Anstellwinkel ρ der Rotorblätter (4, 14, 16) derart gewählt sind, daß das am einzelnen Rotorblatt (4, 14, 16) angreifende Drehmoment über einen vollständigen Umlauf des Rotors (1, 13, 15) hinweg seine Richtung nicht ändert.
DE4319291A 1993-06-11 1993-06-11 Rotor für einen Windenergiekonverter mit einer in einer zur Windrichtung senkrechten Ebene liegenden, vorzugsweise vertikal verlaufenden Drehachse des Rotors Expired - Fee Related DE4319291C1 (de)

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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996001368A1 (de) * 1993-06-11 1996-01-18 Hans Erich Gunder Windenergiekonverter mit vertikaler drehachse
DE102005049938B3 (de) * 2005-10-19 2007-03-01 Zeki Akbayir Rotor für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine
DE102006003903A1 (de) * 2006-01-27 2007-08-02 Weißenberger, Dietmar Antriebsflügel für Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorachse
EP2003336A2 (de) * 2006-03-29 2008-12-17 Qiang Yan Verfahren zur installation von schaufeln eines windgenerators mit vertikaler welle
EP2098723A2 (de) 2008-03-05 2009-09-09 Gerd Eisenblätter GmbH Optimierter Rotor für eine Windkraftanlage und Windkraftanlage zur Montage auf einem Gebäude
ITPI20090096A1 (it) * 2009-07-31 2011-02-01 Atzeni Davide Aerogeneratore con rotore a flusso interno libero
WO2011127420A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 Gift Technologies, Llc Multi-element wind turbine airfoils and wind turbines incorporating the same
AT510210A1 (de) * 2010-08-10 2012-02-15 Riegerbauer Hermann Vorrichtung zur umsetzung der energie eines strömenden mediums
EP3052801A1 (de) * 2013-09-30 2016-08-10 Electricfil Automotive Rotor für eine windturbine mit vertikaler achse
EP3470668A1 (de) * 2017-10-16 2019-04-17 Georg Kunz Windkraftanlage zur umwandlung von windenergie in mechanische und elektrische energie sowie land- oder wasserfahrzeug mit einer solchen windkraftanlage als antrieb

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LV12775B (lv) * 2001-01-05 2002-02-20 Leon�ds NIKITINS Rotortipa vēja dzinējs
CN1873220A (zh) * 2006-06-28 2006-12-06 严强 垂直轴风力发电机叶片与风轮的安装方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE892130C (de) * 1951-08-03 1953-10-05 Johann Dr-Ing Cassens Windmotor
DE2816026A1 (de) * 1978-04-13 1979-10-25 Univ Gakko Hojin Tokai Windkraftmaschine mit vertikaler achse
DE3018211A1 (de) * 1980-05-13 1981-11-26 Eisenwerke Kaiserslautern Entwicklungsgesellschaft mbH, 6750 Kaiserslautern Windrad

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR554160A (fr) * 1922-07-07 1923-06-06 Perfectionnements aux moteurs à vent
DE634948C (de) * 1934-02-28 1936-09-07 Carl Boettcher Windrad mit mehreren Gruppen von Treibschaufeln
US4012163A (en) * 1975-09-08 1977-03-15 Franklin W. Baumgartner Wind driven power generator
GB1518151A (en) * 1976-05-14 1978-07-19 Peck A Energy extracting machine
DE4319291C1 (de) * 1993-06-11 1994-07-21 Hans Erich Gunder Rotor für einen Windenergiekonverter mit einer in einer zur Windrichtung senkrechten Ebene liegenden, vorzugsweise vertikal verlaufenden Drehachse des Rotors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE892130C (de) * 1951-08-03 1953-10-05 Johann Dr-Ing Cassens Windmotor
DE2816026A1 (de) * 1978-04-13 1979-10-25 Univ Gakko Hojin Tokai Windkraftmaschine mit vertikaler achse
DE3018211A1 (de) * 1980-05-13 1981-11-26 Eisenwerke Kaiserslautern Entwicklungsgesellschaft mbH, 6750 Kaiserslautern Windrad

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996001368A1 (de) * 1993-06-11 1996-01-18 Hans Erich Gunder Windenergiekonverter mit vertikaler drehachse
DE102005049938B3 (de) * 2005-10-19 2007-03-01 Zeki Akbayir Rotor für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine
DE102007003088B3 (de) * 2005-10-19 2007-08-30 Zeki Akbayir Strömungsmaschine in einem angetriebenen Rotor
DE102006003903A1 (de) * 2006-01-27 2007-08-02 Weißenberger, Dietmar Antriebsflügel für Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorachse
EP2003336A2 (de) * 2006-03-29 2008-12-17 Qiang Yan Verfahren zur installation von schaufeln eines windgenerators mit vertikaler welle
EP2003336A4 (de) * 2006-03-29 2013-04-03 Qiang Yan Verfahren zur installation von schaufeln eines windgenerators mit vertikaler welle
EP2098723A2 (de) 2008-03-05 2009-09-09 Gerd Eisenblätter GmbH Optimierter Rotor für eine Windkraftanlage und Windkraftanlage zur Montage auf einem Gebäude
DE102008012587A1 (de) 2008-03-05 2009-09-10 Gerd Eisenblätter Gmbh Optimierter Rotor für eine Windkraftanlage und Windkraftanlage zur Montage auf einem Gebäude
WO2011013105A2 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Massai, Andrea Aerogenerator with free internal flow rotor
WO2011013105A3 (en) * 2009-07-31 2011-04-07 Massai, Andrea Aerogenerator with free internal flow rotor
ITPI20090096A1 (it) * 2009-07-31 2011-02-01 Atzeni Davide Aerogeneratore con rotore a flusso interno libero
WO2011127420A1 (en) * 2010-04-09 2011-10-13 Gift Technologies, Llc Multi-element wind turbine airfoils and wind turbines incorporating the same
AT510210A1 (de) * 2010-08-10 2012-02-15 Riegerbauer Hermann Vorrichtung zur umsetzung der energie eines strömenden mediums
AT510210B1 (de) * 2010-08-10 2012-09-15 Riegerbauer Hermann Vorrichtung zur umsetzung der energie eines strömenden mediums
EP3052801A1 (de) * 2013-09-30 2016-08-10 Electricfil Automotive Rotor für eine windturbine mit vertikaler achse
EP3470668A1 (de) * 2017-10-16 2019-04-17 Georg Kunz Windkraftanlage zur umwandlung von windenergie in mechanische und elektrische energie sowie land- oder wasserfahrzeug mit einer solchen windkraftanlage als antrieb

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