DE4418092A1 - Windkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine, die eine Trag­ konstruktion und einen um eine Ratordrehachse drehbar an der Tragkonstruktion gelagerten Rotor mit mehreren um die Rator­ drehachse herum winkelversetzt angeordneten Rotorblättern um­ faßt, wobei die Rotorblätter jeweils um eine zumindest angenä­ hert entlang dem Rotorblatt verlaufende Eigendrehachse drehbar an dem Rotor gelagert sind.

Windkraftmaschinen entziehen einer Luftströmung Energie und machen diese Energie nutzbar, z. B. für den Antrieb eines elek­ trischen Generators oder einer Pumpe. In Bezug auf den Antrieb der Windkraftmaschine bzw. eines Windrades sind zwei Wirkungs­ prinzipien zu unterscheiden: Die Ausnutzung des Strömungswider­ stands an den Flächen der bewegten Teile, insbesondere der Ro­ torblätter bzw. der Flügel, und die Ausnutzung des Auftriebs an den Rotorblättern. Hinsichtlich der prinzipiellen Bauform ist zu unterscheiden zwischen Windkraftmaschinen mit horizontaler und vertikaler Ratordrehachse. Eine Übersicht über den Stand der Windenergienutzung findet sich in der Schrift "Windenergie­ nutzung - Eine Übersicht", ELEKTROTECHNIK Nr. 6, 1988, Seite 39 bis 44.

Unabhängig vom Wirkungsprinzip und der prinzipiellen Bauform sollen Windkraftmaschinen einen möglichst großen Wirkungsgrad in Bezug auf den Energieentzug aufweisen. Der Bauraum, den die Windkraftmaschine einnehmen kann, ist aber häufig beschränkt, so daß platzsparende Windkraftmaschinen benötigt werden.

Herkömmliche Windkraftmaschinen haben feststehende Rotorblät­ ter, wobei die Rotorblätter ggf. um ihre Längsachse verstellbar sein können, oder die Rotorblätter sind an dem Rotor drehbar gelagert, wobei der Wind durch unmittelbare Einwirkung auf die Rotorblätter diese innerhalb eines gemeinsamen Winkellagebe­ reichs von 180° bezogen auf die Ratordrehachse derart ver­ schwenkt, daß sich ein minimaler Strömungswiderstand ergibt. Bei der letztgenannten, den Strömungswiderstand nutzenden Wind­ kraftmaschine mit durch den Wind geschwenkten Rotorblättern ist der Winkellagebereich bezogen auf die Ratordrehachse, innerhalb dessen die Rotorblätter eine Vortriebswirkung haben, kleiner als 180° (vgl. Bild 9 der genannten Schrift, "Umklappende Flä­ chen"). Damit der Wind an den Rotorblättern angreifen kann, sind diese bezogen auf das jeweilige Rotorblatt azentrisch an einem seitlichen Ende drehbar gelagert; der für die Schwenkbe­ wegung benötigte Platz ist deshalb größer als bei einem Rotor­ blatt gleicher Fläche, dessen Drehachse bezogen auf das Rotor­ blatt mittig angeordnet ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Windkraftma­ schine der genannten Art bereitzustellen, die einen hohen Wir­ kungsgrad bei kleinem Bauraum aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei der ein­ gangs genannten Windkraftmaschine eine auf die Rotordrehung und die Windrichtung ansprechende Antriebseinrichtung vorgesehen ist, die die Rotorblätter synchron zur Rotordrehung um deren Eigendrehachsen in der Weise periodisch dreht, daß die Rotor­ blätter innerhalb eines gemeinsamen Winkellagebereichs bezogen auf die Ratordrehachse ein Maximum der Vortriebswirkung haben.

Bei einer den Strömungswiderstand nutzenden erfindungsgemäßen Windkraftmaschine dreht die Antriebseinrichtung die Rotorblät­ ter unabhängig vom Angriff des Windes an dem jeweiligen Rotor­ blatt; die Ratordrehachse braucht deshalb nicht azentrisch an einem seitlichen Ende des Rotorblatts zum Schwenken des Rotor­ blatts durch den Wind angeordnet sein. Für einen vorgegebenen Bauraum sind deshalb größere, d. h. insbesondere großflächigere Rotorblätter möglich. Da die Stellung des einzelnen Rotorblatts relativ zum Wind über die Antriebseinrichtung und nicht durch den Wind allein bestimmt wird, ermöglicht die Erfindung insbe­ sondere, daß bei dafür geeigneter Orientierung der Drehachsen der Rotorblätter relativ zur Ratordrehachse der gemeinsame Win­ kellagebereich bezogen auf die Ratordrehachse, innerhalb dessen die Rotorblätter ein Maximum der Vortriebswirkung haben, größer als 180° sein kann. Bei einer den Auftrieb an den Rotorblättern nutzenden Windkraftmaschinen bietet die zwangsweise Drehung der Rotorblätter durch eine Antriebseinrichtung neben der Rotor­ blattform einen weiteren Freiheitsgrad zum Maximieren des Wir­ kungsgrades der Windkraftmaschine. Für einen vorgegebenen bei­ stungsbedarf reichen dann kleinere Windkraftmaschinen aus.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad der Windkraftmaschine ergibt sich dann, wenn die Antriebseinrichtung die Rotorblätter derart um ihre Eigendrehachse dreht, daß sie außerhalb des gemeinsamen Winkelbereichs zumindest ein Minimum der Bremswirkung haben.

Bevorzugt dreht die Antriebseinrichtung die Rotorblätter mit einer für alle Rotorblätter gleichen, konstanten Drehrichtung um ihre jeweilige Eigendrehachse. Hierdurch ist ein einfacher Aufbau der Antriebseinrichtung möglich. Die Antriebseinrichtung kann alle Rotorblätter mit der gleichen Drehgeschwindigkeit um ihre jeweilige Eigendrehachse drehen. Dabei kann die Antriebs­ einrichtung die Rotorblätter derart um ihre Eigendrehachse dre­ hen, daß die Drehgeschwindigkeit des Rotors um die Rotordreh­ achse und die Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter um ihre je­ weilige Eigendrehachse in einem für alle Winkel lagen gleichen, vorgegebenem Verhältnis zueinander stehen. Bevorzugt ist die Ausführungsform, bei der die Drehgeschwindigkeit der Rotorblät­ ter um ihre jeweilige Eigendrehachse halb so groß ist wie die Drehgeschwindigkeit des Rotors um die Ratordrehachse.

Die Antriebseinrichtung der Rotorblätter kann ein die Rotor­ blätter mit dem Rotor mechanisch kuppelndes Getriebe umfassen. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Windkraftmaschine, bei dem die Rotorblätter rein mechanisch angetrieben werden. Die Windkraftmaschine kann deshalb mit vergleichsweise einfa­ chen Mitteln aufgebaut, gewartet und ggf. repariert werden.

Nach einer anderen Ausführungsform umfaßt die Antriebseinrich­ tung der Rotorblätter wenigstens einen Elektromotor zum Drehen der Rotorblätter um ihre jeweilige Eigendrehachse. Ein derarti­ ger Aufbau der Windkraftmaschine ist insbesondere dann vorzuse­ hen, wenn zur Maximierung des Wirkungsgrades die Drehgeschwin­ digkeit des Rotors um die Ratordrehachse und die Drehgeschwin­ digkeit der Rotorblätter um ihre jeweilige Eigendrehachse nicht in einem für alle Winkellagen gleichen, vorgegebenem Verhältnis zueinander stehen. Ein kompliziert aufgebautes, die Rotorblät­ ter mit dem Rotor mechanisch kuppelndes Getriebe kann in diesem Fall vermieden werden.

Damit die Windkraftmaschine auch bei wechselnden Windrichtungen auch mit möglichst großem Wirkungsgrad betrieben werden kann ist es zweckmäßig, wenn die Antriebseinrichtung der Rotorblät­ ter auf die Windrichtung ansprechende Ausrichtemittel, insbe­ sondere mit einer Windfahne, umfaßt, die für jedes Rotorblatt die Phase der Drehbewegung um die jeweilige Eigendrehachse derart einstellen, daß die Rotorblätter innerhalb des gemeinsa­ men Winkellagebereichs ein Maximum der Vortriebswirkung haben. Bei einer Windkraftmaschine mit rein mechanischem Antrieb der Rotorblätter ist es bevorzugt, daß die Ausrichtemittel für je­ des Rotorblatt die Phase der Drehbewegung um die jeweilige Eigendrehachse durch Einwirken auf das Getriebe einstellen. Umfaßt die Antriebseinrichtung der Rotorblätter wenigstens einen Elektromotor zum Drehen der Rotorblätter, so ist es be­ vorzugt, daß die Ausrichtemittel für jedes Rotorblatt die Phase der Drehbewegung um die jeweilige Eigendrehachse durch Einwir­ ken auf den wenigstens einen Elektromotor einstellen. In beiden Fällen ergibt sich ein einfacher Aufbau der Windkraftmaschine, und es braucht insbesondere nicht der ganze Rotor in Bezug auf die Windrichtung ausgerichtet werden.

Nach zwei bevorzugten Ausführungsformen sind die Eigendrehach­ sen der Rotorblätter parallel oder senkrecht zur Ratordrehach­ se. Besonders bevorzugt ist, daß die Ratordrehachse in vertika­ ler Richtung verläuft. Insbesondere bei parallel zu der Rator­ drehachse verlaufenden Eigendrehachsen der Rotorblätter ist hierdurch ein mechanisch einfacher und stabiler Aufbau der Windkraftmaschine bei kleinem Bauraum möglich.

Es ist zweckmäßig, daß die Tragkonstruktion einen Mast umfaßt, der zumindest bereichsweise koaxial mit der Ratordrehachse ist. Der Mast kann schwächer dimensioniert sein, wenn er durch eine zugsteife Abspannung zur Aufnahme von senkrecht zum Mast wir­ kenden Kräften gehalten ist. Eine derartige Tragkonstruktion kann auch den bei größeren Windstärken auftretenden Kräften widerstehen.

Bei einer Windkraftmaschine mit vertikaler Ratordrehachse und mit zu der Ratordrehachse parallelen Eigendrehachsen ergibt sich bei vorgegebener Rotorblattfläche ein besonders kleiner Bauraum, wenn der Angriffspunkt der Abspannung an dem Mast oberhalb der unteren Enden der Rotorblätter angeordnet ist. Hierdurch wird auch erreicht, daß die Abspannung an dem Mast in der Nähe des Schwerpunkts der Windkraftmaschine angreifen kann. Senkrecht zum Mast wirkende Kräfte werden dann besonders wirk­ sam von der Abspannung aufgenommen.

Zur Nutzung der der Luftströmung entzogenen Energie treibt der Rotor sinnvollerweise Energiewandelmittel, insbesondere eine Pumpe oder einen elektrischen Generator an.

Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Die beiden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Windkraftmaschinen, die den Strömungswiderstand an den Rotor­ blättern zum Antreiben des Rotors nutzen. Es ist aber zu beto­ nen, daß das Prinzip der Erfindung auch bei Windkraftmaschinen, die den Auftrieb an den Rotorblättern nutzen, angewendet werden kann.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Windkraftmaschine in seitlicher Ansicht mit ver­ tikaler Ratordrehachse und dazu parallelen Eigendreh­ achsen der Rotorblätter;

Fig. 1A ein vergrößertes Detail der Fig. 1;

Fig. 2 die Windkraftmaschine der Fig. 1 entlang der Linie II-II geschnitten;

Fig. 3 die Windkraftmaschine der Fig. 1 in Draufsicht (Rich­ tung III), mit einem die Rotorblätter mit dem Rotor mechanisch kuppelndem Getriebe bzw. mit wenigstens einem Elektromotor (gestrichelt gezeichnet) zum An­ treiben der Rotorblätter;

Fig. 4 eine Windkraftmaschine in seitlicher Ansicht mit ver­ tikaler Ratordrehachse und dazu senkrechten Eigendrehachsen der Rotorblätter;

Fig. 5 die Windkraftmaschine der Fig. 4 aus einer anderen Richtung;

Fig. 6 die Windkraftmaschine der Fig. 4 in Draufsicht (Rich­ tung VI).

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Windkraftmaschine 2 umfaßt einen vertikalen Mast 4, der einen Rotor 6 drehbar trägt, wobei die Ratordrehachse R (in Fig. 1 nur oberhalb und unterhalb der Windkraftmaschine 2 angedeutet) koaxial zu dem Mast 4 ist. Der Rotor 6 umfaßt eine Rotorblatthalterung 8 vorzugsweise aus Ei­ sen oder Stahl. Sie umfaßt eine ebene Kreisringscheibe 10, eine ebene Kreisscheibe 12, eine Kreiszylinderhülse 14, vier gerade Streben 16 und einen Zapfen 18. Ferner umfaßt der Rotor 6 vier Rotorblätter 20 vorzugsweise aus Eisen- oder Stahlblech oder auch aus einem leichteren Material wie z. B. Holz, die drehbar in der Rotorblatthalterung 8 zwischen der Kreisringscheibe 10 und der Kreisscheibe 12 gelagert sind, wobei die Eigendrehach­ sen B der Rotorblätter 20 (in Fig. 1 für ein Rotorblatt einge­ zeichnet) parallel zu der Ratordrehachse R sind.

Die Kreisscheibe 12 und die Kreisringscheibe 10 haben den glei­ chen (Außen-)Durchmesser und sind zueinander parallel und in vertikaler Richtung fluchtend übereinander angeordnet und durch die Kreiszylinderhülse 14 und die Streben 16 drehfest, d. h. insbesondere starr, miteinander verbunden. Die Kreiszylinder­ hülse 14 ist konzentrisch zur mit der Ratordrehachse R zusam­ menfallenden Symmetrieachse der Rotorblatthalterung 8 an der unteren Seite der Kreisscheibe 12 angeordnet und an dieser starr befestigt, insbesondere angeschweißt, oder einstückig mit dieser ausgebildet. Der Innendurchmesser der Kreiszylinderhülse 14, also der Durchmesser des von der Hülsenwand eingeschlosse­ nen Kreisraumes der Hülse, ist so bemessen, daß die Kreiszylin­ derhülse 14 den Mast 4 und, zwischen der Umfangsfläche des zu­ mindest im Bereich der Kreiszylinderhülse 14 kreiszylinderför­ migen Mastes 4 und der Innenumfangsfläche der Kreiszylinder­ hülse 14, Lagerelemente 22, insbesondere Kugellager, aufnehmen kann. Der Außendurchmesser der Kreiszylinderhülse 14, in den noch die Wandstärke der Hülse eingeht, ist wesentlich kleiner als der Durchmesser der Kreisscheibe 12.

In Fig. 1 ist der Bereich der Kreiszylinderhülse 14 teilweise geschnitten gezeichnet, der obere Bereich dieses Schnittes ist in Fig. 1a vergrößert gezeigt. Man sieht deutlich, daß die Ro­ torblatthalterung 8 und damit der Rotor 6 mit der Kreiszylin­ derhülse 14 auf den Mast 4 aufgesetzt ist, wobei das obere Ende des Mastes 4 sich konzentrisch zur Kreiszylinderhülse 14 durch diese hindurch bis zur Unterseite der Kreisscheibe 12 er­ streckt. Die Kreisscheibe 12 greift an dieser Stelle an einem sich verjüngendem Ende des Mastes 4 an, entsprechend einer eine Drehbewegung erlaubenden Spitzenlagerung, zur Aufnahme von ver­ tikal wirkenden Kräften, insbesondere der Gewichtskraft des Rotors 6, durch den Mast 4. Die Lagerelemente 22 sind im Kreis­ ringraum zwischen dem Mast 4 und der Innenumfangsfläche der Kreiszylinderhülse 14 angeordnet. Sie sorgen für eine Zentrie­ rung des Mastes 4 relativ zu der Kreiszylinderhülse 14 und für eine Aufnahme von seitlich wirkenden, insbesondere durch Ein­ wirkung von Wind auf den Rotor 6 hervorgerufenen Kräften durch den Mast 4. In Fig. 1 bzw. Fig. 1A ist nur ein einziges, durch zwei Kugeln symbolisiertes Lagerelement 22 am oberen Ende des Mastes gezeigt. Zur sicheren Lagerung ist wenigstens ein weite­ res Lagerelement 22, insbesondere ein Lagerelement 22 im unte­ ren Bereich der Kreiszylinderhülse 14 vorgesehen, das in glei­ cher Weise zwischen Mast und Innenumfangsfläche der Kreiszylin­ derhülse 14 angeordnet ist.

Die Kreisringscheibe 10 ist mit der Kreiszylinderhülse 14 durch vier Streben 16 verbunden, wobei die Streben mit ihren jeweili­ gen Enden am unteren Ende der Kreiszylinderhülse 14 bzw. an der Oberseite der Kreisringscheibe 10 befestigt, insbesondere fest­ geschweißt sind. Die Streben 16 stehen dabei von der Kreiszy­ linderhülse 14 schräg nach unten bzw. radial nach außen ab, wobei sie bei Projektion auf eine zur Symmetrieachse der Rotor­ blatthalterung 8 senkrechten Ebene (entsprechend der Darstel­ lung in Fig. 2) jeweils zwischen benachbarten Streben 16 einen Winkel von 90° einschließen. Die unteren Enden der Streben 16 sind mit der Kreisringscheibe 10 nicht direkt an der Konturli­ nie des Kreislochs der Kreisringscheibe 10 verbunden, sondern diese sind gegenüber dieser Konturlinie etwas radial nach außen versetzt. Hierdurch kann ein Energiewandelmittel, insbesondere ein Generator 24, auf einfache Weise durch den Rotor 6 ange­ trieben werden, wie nachfolgend noch zu beschreiben ist.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus der Rotorblatthalterung 8 ist nur ein Teil des zwischen der Kreisscheibe 12 und der Kreisringscheibe 10 sich erstreckenden Abschnitts des Mastes 4 durch die Kreiszylinderhülse 14 ummantelt, während der andere Teil dieses Abschnittes des Mastes freiliegt. Dreht sich der Rotor 6, so definieren die umlaufenden Streben 16 die Mantel­ fläche eines geraden Kegelstumpfes, wobei der Innenraum des Kegelstumpfes frei von sich bewegenden Teilen ist. Hierdurch wird es möglich, daß knapp unterhalb des unteren Endes der Kreiszylinderhülse 14 eine zugsteife Abspannung 26, vorzugs­ weise aus Spanndrähten, an dem Mast 4 (genauer: an dem freilie­ genden Teil des genannten Abschnittes des Mastes) angreifen kann zur Aufnahme von senkrecht zum Mast wirkenden Kräften, insbesondere der durch Wind verursachten, von dem Rotor 6 an den Mast 4 übertragenen Kräfte. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Kreiszylinderhülse 14 nur geringfügig länger als der freilie­ gende Teil des genannten Abschnittes des Mastes. Die Abspannung 26 greift deshalb in der Nähe des Schwerpunktes der Windkraft­ maschine 2 an dem Mast 4 an, wodurch die senkrecht zum Mast 4 wirkenden Kräfte besonders wirksam durch die Abspannung 26 auf­ genommen werden. Die Abspannung 26 ist von dem Angriffspunkt am Mast 4 schräg nach unten durch das Kreisloch der Kreisring­ scheibe 10 hindurch zum Boden 28 geführt und dort kraftschlüs­ sig verankert. Auch der Mast 4 ist fest am Boden 28 verankert und kann auch in einem gewissen Maß quer am Mast 4 wirkende Kräfte aufnehmen. Entsprechende Stützbleche 30 der Verankerung des Mastes 4 sind in den Fig. 1 und 2 angedeu­ tet.

Der von dem Mast 4 und einem Spanndraht der Abspannung 26 ein­ geschlossene Winkel kann nicht beliebig groß sein. Zwischen der Abspannung 26 und dem das Kreisloch der Kreisringscheibe 10 be­ grenzenden Innenrand der Kreisringscheibe 10 muß ein ausrei­ chender Abstand auch im Fall von starker Windeinwirkung auf die Windkraftmaschine 2 und daraus resultierenden Relativbewegungen zwischen einzelnen Teilen der Windkraftmaschine 2 gewährleistet sein. Die Abspannung 26 kann seitlich am Mast 4 angreifende Kräfte allerdings um so wirkungsvoller aufnehmen, je größer der genannte Winkel zwischen dem Mast 4 und einem Spanndraht der Abspannung 26 ist. Bei der gezeigten Ausführungsform liegen die Punkte, an denen die Spanndrähte der Abspannung 26 durch die Ebene der Kreisringscheibe 10 "hindurchstoßen" auf einem in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten, zum Kreisloch der Kreis­ ringscheibe 10 konzentrischen Kreis mit kleinerem Durchmesser als das Kreisloch der Kreisringscheibe 10.

Die Rotorblätter 20 weisen jeweils in der Mitte des Blattes entlang der Blattlängsrichtung eine Welle 32 auf, die drehfest mit dem jeweiligen Rotorblatt 20 verbunden ist. Die Wellen ha­ ben unterschiedliche Länge und sind länger als die Länge der Rotorblatthalterung 8 (dies ist die Abmessung der Rotorblatt­ halterung parallel zur Symmetrieachse einschließlich der Dicken der Kreisringsscheibe 10 und der Kreisscheibe 12) und damit länger als die Rotorblätter 20, die alle die gleichen Abmessun­ gen aufweisen. Die unteren Enden der Wellen 32 überragen gleich weit die unteren Enden der Rotorblätter 20 und sind drehbar in der Kreisringscheibe 10 gelagert. Die oberen Enden der Wellen 32 überragen folglich die oberen Enden der Rotorblätter 20 un­ terschiedlich weit, wobei sie sich durch hierfür vorgesehene Lageröffnungen in der Kreisscheibe 12 auf die andere Seite die­ ser Kreisscheibe erstrecken. Natürlich sind die oberen Enden der Wellen 32 in der Kreisscheibe 12 drehbar gelagert und es ist insbesondere eine möglichst reibungsarme Lagerung der Wel­ len in der Kreisscheibe 12 und in der Kreisringscheibe 10 vor­ gesehen. Über die Wellen 32 und die zugeordneten Lager in der Kreisscheibe 12 und der Kreisringscheibe 10 werden insbesondere die bei Windeinwirkung an den Rotorblättern 20 senkrecht zu der jeweiligen Eigendrehachse B wirkenden Kräfte an die Rotorblatt­ halterung 8 übertragen. Bei geeigneter Orientierung der Rotor­ blätter 20 zueinander und zu der Windrichtung wird hierdurch - wie nachfolgend noch genau beschrieben - der Rotor 6 in Drehbe­ wegung versetzt.

Die Wellen 32 dienen nicht nur zur Drehlagerung der Rotorblät­ ter 20, sondern haben auch eine versteifende Funktion, was ins­ besondere für Rotorblätter 20 aus leichten Materialien wie z. B. Holz von Bedeutung ist. Im Fall von Rotorblättern 20 aus festeren Materialien, insbesondere bei Rotorblättern 20 aus Eisen- oder Stahlblech, können statt einer durchgehenden Welle 32 an jedem Rotorblatt 20 auch zwei Wellenabschnitte vorgesehen sein, die jeweils am oberen bzw. am unteren Ende des zugeord­ neten Rotorblatts 20 befestigt, insbesondere angeschweißt, sind und in gleicher Weise, wie vorstehend im Bezug auf eine durch­ gehende Welle 32 beschrieben, in der Kreisringscheibe 10 bzw. in der Kreisscheibe 12 gelagert sind.

Die vier Rotorblätter 20 sind im Bezug auf die Symmetrieachse der Rotorblatthalterung 8 symmetrisch in der Rotorblatthalte­ rung 8 angeordnet, d. h. die in Fig. 2 als Punkte eingezeich­ nete Wellen 32 bilden die Eckpunkte eines Quadrates, dessen Mittelpunkt auf der Symmetrieachse liegt. Gegenüber dem (äuße­ ren) Rand der Kreisscheibe 12 bzw. der Kreisringscheibe 10 sind die Lagerpunkte der Wellen 32 etwas radial nach inner versetzt. Im vorliegenden Fall teilt eine die Symmetrieachse schneidende Gerade zwischen zwei Eckpunkten des genannten Quadrates den Winkel von 90° zwischen zwei benachbarten Streben 16 in zwei Winkel von 45° Die Querabmessung der Rotorblätter 20 kann des­ halb größer sein. Bei der Dimensionierung des Rotors 6 muß Sor­ ge getragen werden, daß die bei der Umdrehung des Rotors 6 ro­ tierenden Rotorblätter 20 nicht mit Teilen der Rotorblatthalte­ rung 8 oder mit Spanndrähten der Abspannung 26 in Berührung kommen. Bei der gewählten Anordnung ist für die Querabmessung der Rotorblätter 20 der Abstand zwischen der Welle 32 und dem die Spanndrähte der Abspannung 26 repräsentierenden gestrichel­ ten Kreis in Fig. 2 maßgeblich. In Fig. 2 (und auch in Fig. 3) sind ferner auch Kreise gestrichelt eingezeichnet, die jeweils den Weg eines Punktes an einer seitlichen Endfläche des jewei­ ligen Rotorblatts 20 infolge der Rotation des Rotorblatts 20 beschreiben. Bei einer Dimensionierung des Rotors 6 bzw. der Rotorblätter 20 entsprechend Fig. 2 besteht keine Gefahr, daß die Rotorblätter 20 während ihrer Rotation infolge der Rotation des Rotors 6 an einem Teil der Rotorblatthalterung 8, an einem Spanndraht der Abspannung 26 oder an einem sonstigen Teil der Windkraftmaschine 2 anstoßen.

Bei der Darstellung der bevorzugten Windkraftmaschine in den Fig. 1, 2, 3 ist ein von links kommender Wind, dargestellt durch einen die Windrichtung angebenden Pfeil W, vorausgesetzt. Der Rotor 6 dreht sich aufgrund der Einwirkung des Windes auf die Rotorblätter 20, im vorliegenden Fall in der Darstellung der Fig. 2 und 3 mit einer Drehrichtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. (Die Drehrichtungen des Rotors und der Rotor­ blätter sind durch Pfeile angedeutet.) Die Rotorblätter 20 sind derart mit dem Rotor 6 gekoppelt, daß sie sich bei dieser Dre­ hung des Rotors 6 mit entgegengesetzter Drehrichtung, also im Uhrzeigersinn, drehen, wobei ein für alle Winkel lagen des Ro­ tors 6 gleiches, festes Verhältnis zwischen den Drehgeschwin­ digkeiten des Rotors 6 und der Rotorblätter 20 besteht. Eine Drehung des Rotors 6 um 360° bewirkt eine Drehung der Rotor­ blätter 20 um 180°. Das in der Darstellung der Fig. 1 vordere Rotorblatt 20, dies ist das untere Rotorblatt in der Darstel­ lung der Fig. 2, ist quer zum Wind ausgerichtet und erzeugt deshalb in dieser Momentanstellung des Rotors 6 maximalen Vor­ trieb. Das gegenüberliegende Rotorblatt 20, also das hintere Rotorblatt in der Darstellung der Fig. 1 bzw. das obere Rotor­ blatt in den Darstellungen der Fig. 2 und 3 ist parallel zur Windrichtung ausgerichtet; es bietet deshalb dem Wind nur die durch die Dicke des Rotorblattes 20 festgelegte Seitenfläche dar, wodurch die Rotation des Rotors 6 durch dieses Rotorblatt 20 nur minimal abgebremst wird. Das linke und das rechte Rotor­ blatt 20 sind schräg zur Windrichtung ausgerichtet, mit einem Winkel von 45° bzw. 135°. Bei dieser Windrichtung haben diese Rotorblätter 20 mit der in Fig. 2 und 3 gezeigten Orientierung folglich ebenfalls eine Vortriebswirkung, die die Drehung des Rotors 6 antreibt.

Für eine maximale Vortriebswirkung der Rotorblätter 20 in ihrer jeweiligen momentanen Position während der Umdrehung des Rotors 6 muß die aufgrund des Angriffs des Windes am jeweiligen Rotor­ blatt 20 resultierende Tangential am Rotor 6 wirkende Kraft maximal sein. Bei dem vorderen und dem linken und dem rechten Rotorblatt 20 in der Darstellung der Fig. 1 ist dies der Fall, und das hintere Rotorblatt 20 hat ein Minimum der Bremswirkung. Während ihres ganzen Umlaufs bei der Umdrehung des Rotors 6 erzeugen die Rotorblätter 20 eine Vortriebswirkung, nur nicht in der Stellung entsprechend dem hinteren Rotorblatt 20 in der Darstellung der Fig. 1, wobei allerdings die Dicke der Rotor­ blätter und eine sicherlich in einem gewissen Maß auftretende Abschattung des rechten Rotorblatts 20 durch das linke Rotor­ blatt 20 nicht berücksichtigt ist. Die Rotorblätter 20 sollten - unter Gewährleistung einer ausreichenden Steifheit - so dünn wie möglich sein für einen minimalen Strömungswiderstand bei paralleler Ausrichtung der Rotorblätter 20 zur Windrichtung. In den Figuren sind die Rotorblätter mit relativ großer Dicke ein­ gezeichnet, um die Stellung der schräg stehenden Rotorblätter in der seitlichen Ansicht der Fig. 1 gut sichtbar zu machen.

Damit sich die Rotorblätter 20 bei der Drehung des Rotors 6 in der beschriebenen Art und Weise drehen, sind sie gemäß einer in Fig. 3 mit durchgezogenen Linien gezeichneten gezeigten Ausfüh­ rungsform über ein Getriebe mechanisch mit dem Rotor 6 gekop­ pelt. Hierzu sind an den oberen Enden der Wellen 32 Getriebe- Kreisscheiben 34 drehfest angebracht. Die auf verschiedenen Höhen angeordneten Getriebe-Kreisscheiben 34 weisen vorzugs­ weise jeweils entlang ihres Umfangs eine Führungsnut zur Füh­ rung eines jeweils zugeordneten Riemens 36 auf. Die Riemen ver­ laufen um die jeweilige Getriebe-Kreisscheibe 34 und um einen in der Mitte zwischen dem Getriebe-Kreisscheiben 34 angeordne­ ten, kreiszylindrischen Stator 38, der vorzugsweise entspre­ chende Führungsnuten zur Führung der Riemen 36 aufweist.

Der Stator 38 ist als Hülse ausgebildet und auf dem Zapfen 18 der Rotorblatthalterung 8 drehbar gelagert, wozu zwischen dem Zapfen 18 und der Innenumfangsfläche des Stators 38 Lagerele­ mente 40 vorgesehen sind. Der Zapfen 18 ist ebenfalls kreiszy­ lindrisch ausgebildet und in der Mitte der Kreisscheibe 12 an dieser an deren Überseite vorzugsweise durch Schweißen ange­ bracht oder mit der Kreisscheibe 12 einstückig ausgebildet. Der Zapfen 18 stellt gewissermaßen eine Verlängerung des Mastes 4 dar, ohne mit diesen verbunden zu sein bzw. den gleichen Durch­ messer aufweisen zu müssen. An dem Stator 38 ist eine Windfahne 42 starr angebracht, die durch den Wind ausgerichtet wird und folglich den Stator 38 festhält, so daß er sich nicht mit dem Rotor 6 mitdreht.

Durch die Riemen 36 sind die Getriebe-Kreisscheiben 34 und der Stator 38 zur Übertragung einer Drehbewegung miteinander gekup­ pelt. Bei festgehaltenem Rotor 6 würde sich eine Drehung des Stators 38 über die Riemen 36 und die Getriebe-Kreisscheiben 34 auf die Rotorblätter 20 übertragen, mit einem durch die Durch­ messer des Stators 38 und der Getriebe-Kreisscheiben 34 festge­ legten Übersetzungsverhältnis. Dem entspricht der hier interes­ sierende Fall, bei dem der Stator 38 feststeht und der Rotor 6 rotiert. (Die beiden Fälle lassen sich durch eine einfache Ko­ ordinatentransformation - Übergang von einem unbewegten in ein sich drehendes Koordinatensystem - ineinander überführen.) Die Drehung des Rotors 6 wird aufgrund der Kupplung mit dem Stator 38 über die Getriebe-Kreisscheibe 34 und den Riemen 36 auf die Rotorblätter 20 übertragen. Im vorliegenden Fall ist der Durch­ messer der Getriebe-Kreisscheiben 34 doppelt so groß als der Durchmesser des Stators 38, woraus sich eine Untersetzung von 2 : 1 ergibt, die Rotorblätter 20 drehen sich also halb so schnell wie der Rotor 6.

Bei einem einfachen, unstrukturierten Riemen 36 besteht nur eine reibschlüssige Kupplung zwischen den genannten Drehbewe­ gungen. Um das Auftreten von Schlupf auszuschließen, sind die Riemen 36 vorzugsweise als Zahnriemen ausgebildet, wobei für die Zähne der Riemen in den Führungsnuten der Getriebe-Kreis­ scheiben 34 und dem Stator 38 entsprechende Ausnehmungen vor­ gesehen sind. Die Getriebe-Kreisscheiben 34 können auch als Zahnräder ausgebildet sein, wobei statt der Riemen 36 Ketten vorgesehen sind, die um die Zahnräder und um zugeordnete Zahn­ reihen auf dem Stator 38 verlaufen und mit den Zahnrädern und den Zahnreihen ineinandergreifen.

Beim Zusammenbau einer Windkraftmaschine 2 mit der beschriebe­ nen mechanischen Kupplung zwischen dem Rotor 6 und den Rotor­ blättern 20 müssen die Winkellagen der Rotorblätter 20 und des Stators 38 aufeinander abgestimmt werden, so daß sich eine zu Fig. 3 äquivalente Anordnung ergibt. D. h., befindet sich die Welle eines Rotorblatts 20 genau unterhalb der Windfahne 42, so muß das Rotorblatt 20 gegenüber der Windfahne 42 schräg mit einem Winkel von 45° angeordnet sein. Das diametral gegenüber­ liegende Rotorblatt 20 muß gegenüber dem Rotorblatt 20 direkt unter der Windfahne 42 um 90° verdreht sein. Die beiden übrigen Rotorblätter 20 sind parallel zur Windfahne bzw. senkrecht zur Windfahne angeordnet, wobei sich die Orientierung aus der durch die von den beiden ersten Rotorblättern 20 vorbestimmten Dreh­ richtung des Rotors 6 ergibt. Das in Drehrichtung des Rotors 6 auf das unterhalb der Windfahne 42 sich befindende nachfolgende Rotorblatt 20 muß parallel zur Windfahne 42 ausgerichtet sein, während das diesem Rotorblatt 20 diametral gegenüberliegende Rotorblatt 20 senkrecht zur Windfahne 42 ausgerichtet sein muß. Es versteht sich von selbst, daß entgegengesetzte Drehrichtun­ gen des Rotors 6 und der Rotorblätter 20 zu den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Drehrichtungen möglich sind.

Nach einer anderen, in Fig. 3 gestrichelt eingezeichneten Aus­ führungsformen ist den Rotorblättern 20 wenigstens ein Elektro­ motor 144 zugeordnet, der die Rotorblätter 20 bei Rotation des Rotors 6 dreht. Ist nur ein Elektromotor 144 zum Drehen aller Rotorblätter 20 vorgesehen, so wird die Drehung über entspre­ chende Getriebemittel, insbesondere Riemen, Zahnriemen oder Ketten, zu den anderen Rotorblättern 20 übertragen. Es ist aber auch denkbar, für jedes Rotorblatt 20 einen eigenen Elektromo­ tor vorzusehen; in diesem Fall kann bei geeigneter Konstruktion auf derartige Getriebemittel verzichtet werden.

Eine Steuereinheit 146 steuert den wenigstens einen Elektromo­ tor 144 an, so daß sich die Rotorblätter bei Rotation des Ro­ tors 6 in der gewünschten Art und Weise drehen. Die Steuerein­ heit 146 empfängt hierzu Signale von einem dem Rotor 6 zugeord­ neten Sensor 148, der die momentane Winkellage des Rotors 6 oder die momentane Drehgeschwindigkeit des Rotors 6 repräsen­ tieren. Des weiteren empfängt die Ansteuereinheit 146 Signale von einem Sensor 150, die die momentane Windrichtung repräsen­ tieren. Hierzu weist der Sensor 150 eine Windfahne 142 auf, wobei eine direkt am Rotor 6 bzw. an der Rotorblatthalterung 8 angeordnete Windfahne 42 entfällt. Bevorzugterweise gibt der wenigstens eine Elektromotor 144 Signale an die Ansteuereinheit 146 ab, die die momentane Winkellage des bzw. der Rotorblätter 20 repräsentieren. Ist jedem Rotorblatt 20 ein eigener Elektro­ motor 144 zugeordnet, so ist der Aufbau der Windkraftmaschine 2 beträchtlich vereinfacht, da die Ausrichtung der Rotorblätter 20 relativ zu Orientierung der Windfahne 142 allein durch ent­ sprechende Ansteuerung der Elektromotoren 144 erfolgen kann. In diesem Fall lassen sich auf einfache Weise, nämlich nur durch entsprechende Auslegung bzw. Programmierung der Ansteuereinheit 146, vollkommen andere Beziehungen zwischen der Drehung des Rotors 6 und der Drehung der einzelnen Rotorblätter 20 reali­ sieren. Insbesondere können sich die einzelnen Rotorblätter 20 mit einer von der Winkellage des jeweiligen Rotorblatts 20 bzw. des Rotors 6 abhängigen Drehgeschwindigkeit drehen, wobei ver­ schiedene Rotorblätter 20 verschiedene Drehgeschwindigkeiten haben können. Prinzipiell wäre es auch denkbar, daß sich die Drehrichtung der einzelnen Rotorblätter 20 während der Drehung des Rotors 6 ändert. Die Art der Ansteuerung der Elektromotoren 146 könnte auch von der Windstärke abhängig sein; hierzu wäre ein entsprechender Windstärkensensor vorzusehen. Neben mögli­ cher Optimierung des Wirkungsgrads der Windkraftmaschine 2 in Bezug auf die Windstärke könnten die Rotorblätter 20 bei zu großer Windstärke, insbesondere bei Sturm, parallel zur Wind­ richtung ausgerichtet werden, so daß die an der Windkraftma­ schine 2 wirkenden Kräfte minimiert und eine mögliche Gefahr für die Windkraftmaschine 2 so weit wie möglich vermindert ist.

Die Windkraftmaschine 2 der Fig. 1 bis 3 weist einen Generator 24 zur Erzeugung von elektrischem Strom auf. Der Generator 24 ist mit seinem Gehäuse 52 am Mast 4 mittels eines Trägers 54 unterhalb der Rotorblatthalterung 8 angebracht. Er weist eine Antriebswelle 56 und ein auf dieser Antriebswelle 56 drehfest angebrachtes Antriebsrad 58 auf. Das Antriebsrad 58 ist auf der Ebene der Kreisringscheibe 10 angeordnet und greift am Innen­ umfang der Kreisringscheibe 10 an. Das Antriebsrad 58 kann als Zahnrad ausgebildet sein, das mit einem Innenzahnkranz der Kreisringscheibe 10 ineinandergreift. Alternativ können die Kreisringscheibe 10 und das Antriebsrad 58 des Generators 24 auch durch Reibschluß miteinander gekuppelt sein. Dreht sich der Rotor 6, so wird die Drehbewegung auf die geschilderte Art und Weise an den Generator übertragen, wobei das Übersetzungs­ verhältnis der Drehungen des Rotors 6 und des Antriebsrads 58 vom Innendurchmesser der Kreisringscheibe 10 und dem Durchmes­ ser des Antriebsrads 58 abhängt. Bei der gezeigten Ausführungs­ form ist der Durchmesser des Antriebsrads 58 des Generators 24 wesentlich kleiner als der Innendurchmesser der Kreisring­ scheibe 10; das Antriebsrad 58 dreht sich dementsprechend deut­ lich schneller als der Rotor 6.

Reicht der Wind aus, um den Rotor 6 und damit den Generator 24 anzutreiben, so wird der durch den Generator 24 erzeugte Strom durch Stromleitungsmittel, insbesondere durch Stromkabel 60 abgeleitet und kann dem Netz, einem elektrischen Speicher (Akkumulator) oder einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden. Es ist auch denkbar, daß der Rotor 6 statt eines Gene­ rators 24 eine Pumpe oder dergleichen antreibt, z. B. für Be- bzw. Entwässerungszwecke. In diesem Fall sind entsprechende Abtriebsmittel zur Übertragung der Drehbewegung des Rotors 6 auf die Pumpe vorzusehen, insbesondere wenn diese separat von der Windkraftmaschine 2 angeordnet ist. Derartige Abtriebsmit­ tel können auch zum Antreiben eines Generators 24 vorgesehen sein, wenn dieser z. B. auf dem Boden 28 und nicht am Mast 4 der Windkraftmaschine 2 angeordnet sein soll.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine Windkraftmaschine mit grund­ sätzlich anderem Aufbau als die Windkraftmaschine der Fig. 1 bis 3. Die in den Fig. 4 bis 6 gezeigte Windkraftmaschine 202 umfaßt einen vertikalen Mast 204, einen drehbar gelagerten Rotor 206 mit einer ein kreiszylindrisches Gehäuse aufweisenden Rotorblatthalterung 208 und mit vier in der Rotorblatthalterung 280 drehbar gelagerten Rotorblättern 220. Die Rotordrehachse ist koaxial zu dem Mast 204, während die Eigendrehachsen der Rotorblätter 220 senkrecht zum Mast 204 bzw. zu der Rator­ drehachse sind.

Der Mast 204 ist im Boden 228 zur Aufnahme von quer zum Mast 204 wirkenden Kräften, insbesondere der bei Windeinwirkung vom Rotor 206 an den Mast 204 übertragenen Kräfte, im Boden 228 verankert. Zusätzlich kann eine am Mast 204 angreifende Ab­ spannung vorgesehen sein.

Die Rotorblätter 220 weisen drehfest mit diesen verbundene Wel­ len 232 auf, die derart in der Rotorblatthalterung 20 drehbar gelagert sind, daß senkrecht zu der jeweiligen Welle 232 wir­ kende Kräfte durch die Rotorblatthalterung 208 aufgenommen wer­ den. Bei Windeinwirkung wird hierdurch bei geeigneter Orientie­ rung der Rotorblätter 220 zur Windrichtung der Rotor 206 in Drehbewegung versetzt. Die Wellen 232 erstrecken sich zur Ver­ stärkung des zugeordneten Rotorblatts 220 vorzugsweise entlang des ganzen zugeordneten Rotorblatts 220.

Die Rotorblatthalterung 208 ist bei der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 konzentrisch um einen Stator 238 angeordnet und an diesem drehbar gelagert. Der Stator 238 ist konzentrisch mit dem wenigstens im Bereich des Stators 238 kreiszylindrisch aus­ gebildeten Mast 204, und drehbar um diesen gelagert. Der Stator 238 und die Rotorblatthalterung 208 haben somit die gleiche vertikale Drehachse.

An dem Stator 238 ist eine Windfahne 242 starr angebracht, die bei Auftreten von Wind durch diesen ausgerichtet wird und folg­ lich den Stator 238 festhält, so daß er sich bei einer Drehung des Rotors 206 nicht mit diesem mitdreht.

Bei der Darstellung der Windkraftmaschine der Fig. 4 bis 6 ist ein von links kommender Wind (Fig. 4, 5) bzw. eine zur Zeichnungsebene senkrechte, in die Zeichnung zeigende Windrich­ tung (Fig. 5) vorausgesetzt und durch einen die Windrichtung angebenden Pfeil W dargestellt. Der Rotor dreht sich aufgrund der Einwirkung des Windes auf die Rotorblätter 220 im vorlie­ genden Fall, in der Darstellung der Fig. 6, mit einer Drehrich­ tung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. (Die Drehrichtungen des Rotors und der Rotorblätter sind durch Pfeile angedeutet). Die Rotorblätter 220 sind mit dem Rotor 206 gekoppelt, so daß eine Drehung des Rotors 206 um 360° eine Drehung der Rotorblätter 220 um 180° zur Folge hat. Die Drehgeschwindigkeiten des Rotors 206 und der alle die gleiche Drehgeschwindigkeit aufweisenden Rotorblätter 220 stehen in einem festen Verhältnis zueinander.

Die Drehrichtung der Rotorblätter 220 ist im Prinzip beliebig, bei der gezeigten Ausführungsform in der Darstellung der Fig. 4 dreht sich das nach vorne weisende Rotorblatt 220 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn. Es ist im Prinzip denkbar, daß sich die Rotorblätter 220 mit unterschiedlichen Drehrichtungen dre­ hen; bevorzugterweise haben aber alle Rotorblätter 220 die gleiche Drehrichtung.

Das vordere Rotorblatt 220 der Fig. 4 bzw. das rechte Rotor­ blatt 220 der Fig. 5 sind parallel zur Ratordrehachse und damit quer zum Wind ausgerichtet und erzeugen deshalb in dieser Mo­ mentanstellung des Rotors 206 maximalen Vortrieb. Das gegen­ überliegende Rotorblatt 220, also das hintere Rotorblatt 220 der Fig. 4 bzw. das linke Rotorblatt 220 der Fig. 5, ist senk­ recht zur Ratordrehachse und damit parallel zur Windrichtung ausgerichtet; es bietet deshalb dem Wind nur die durch die Dicke des Rotorblatts 220 festgelegte Seitenfläche dar, wodurch die Rotation des Rotors 206 durch dieses Rotorblatt 220 nur minimal abgebremst wird. Die Drehachsen dieser beiden Rotor­ blätter 220 sind senkrecht zur Windfahne 242 und damit zur Windrichtung orientiert.

Die Drehachsen der beiden übrigen Rotorblätter 220 sind parallel zur Windfahne 242 und damit parallel zur Windrichtung orientiert. Sie bieten deshalb dem Wind nur eine durch die Dicke der Rotorblätter 220 festgelegte Endfläche dar. Diese Rotorblätter 220 haben keine Vortriebswirkung, aber auch so gut wie keine Bremswirkung. Sie sind bei der in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Momentanstellung des Rotors 206 schräg zur Vertikal­ richtung ausgerichtet, mit einem Winkel von 45° bzw. 135°.

Die Vortriebswirkung des rechten Rotorblatts 220 der Fig. 5 nimmt bei fortschreitender Rotordrehung kontinuierlich ab. Nach einer Rotordrehung von 90° hat dieses Rotorblatt 220 keine Vor­ triebswirkung und so gut wie keine Bremswirkung. Bei weiterer Drehung des Rotors 206 setzt eine erst zunehmende und dann wie­ der abnehmende Bremswirkung dieses Rotorblatts 220 ein, wobei die Bremswirkung nach einer Gesamtdrehung von 180°, ein Minimum einnimmt. Bei weiterer Drehung des Rotors 206 setzt die Brems­ wirkung dieses Rotorblatts 220 wieder ein, wobei sie erst zu und dann wieder abnimmt, bis nach einer Gesamtdrehung von 270° wieder so gut wie keine Bremswirkung auftritt. Bei weiterer Drehung des Rotors 206 setzt eine kontinuierlich zunehmende Vortriebswirkung dieses Rotorblatts 220 ein, bis nach einer Gesamtdrehung von 360° ein Maximum der Vortriebswirkung er­ reicht ist.

Maßgeblich für die Vortriebswirkung bzw. für die Bremswirkung eines Rotorblatts 220 ist die durch Projektion des Rotorblatts auf eine zur Windrichtung senkrechte Ebene sich ergebende wirk­ same Fläche des jeweiligen Rotorblatts 220. Hieraus folgt die beschriebene Zu- und Abnahme der Vortriebs- bzw. der Bremswir­ kung. Nur bei einer Rotorstellung entsprechend einer Verdrehung des Rotors 206 aus der Stellung der Fig. 5 um ± 45° bzw. ± 135° ist die gesamte Bremswirkung aller bremsenden Rotorblätter 220 genauso groß wie die gesamte Vortriebswirkung aller vortreiben­ den Rotorblätter 220. In allen anderen Momentanstellungen des Rotors 206 überwiegt die gesamte Vortriebswirkung die gesamte Bremswirkung der Rotorblätter 220. Der Rotor 206 wird deshalb wirksam durch Windeinwirkung in Drehbewegung versetzt.

Es ist allerdings eine deutliche Steigerung der gesamten Vor­ triebswirkung auf den Rotor 206 möglich. Hierzu müssen sich die Rotorblätter 220 derart nichtkontinuierlich drehen, daß sie innerhalb eines gemeinsamen Winkellagebereichs von 180° bezogen auf die Ratordrehachse dem Wind eine maximale wirksame Fläche darbieten und dementsprechend eine maximale Vortriebswirkung haben, während sie innerhalb des übrigen gemeinsamen Winkella­ gebereichs von 180° dem Wind nur eine minimale wirksame Fläche darbieten und dementsprechend auch nur eine minimale Bremswir­ kung haben. Das rechte Rotorblatt 220 der Fig. 5 müßte also bei fortschreitender Rotordrehung parallel zur Ratordrehachse orientiert bleiben, und dann bei einer Rotorstellung entspre­ chend einer Rotordrehung von 90° um 90° gedreht werden, so daß es anschließend senkrecht zur Ratordrehachse orientiert ist. Bei fortschreitender Rotordrehung müßte dieses Rotorblatt 220 in dieser Orientierung verbleiben; es hätte damit minimale Bremswirkung. Erst nach einer Gesamtdrehung von 270° müßte die­ ses Rotorblatt 220 wieder um 90° mit beliebiger Drehrichtung gedreht werden, damit es für die nächsten 180° der Rotordrehung wieder maximale Vortriebswirkung hat.

Die Kopplung der Drehbewegung des Rotors 206 und der Rotorblät­ ter 220 erfolgt durch ein Getriebe oder wenigstens einen Elek­ tromotor, die innerhalb der Rotorblatthalterung 208 angeordnet sind. Insbesondere für die Realisierung einer nichtkontinuier­ lichen Drehung der Rotorblätter 220 zur Maximierung der ge­ samten Vortriebswirkung auf den Rotor 206 wie im vorstehenden Absatz beschrieben, sollte für jedes Rotorblatt 220 ein eigener Elektromotor vorgesehen sein. Auch ein Generator kann innerhalb der Rotorblatthalterung 208 angeordnet sein, wobei die Drehbe­ wegung des Rotors 206 den Generator antreibt, woraufhin dieser elektrischen Strom erzeugt.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Windkraftmaschine mit einem drehbar gelagerten Rotor und mit mehreren an dem Ro­ tor drehbar gelagerten Rotorblättern. Es ist eine Antriebsein­ richtung vorgesehen, die bei Drehung des Rotors die Rotorblät­ ter zwangsweise um ihre Eigendrehachse dreht. Hierdurch läßt sich der von den Rotorblättern insgesamt auf den Rotor übertra­ gene Vortrieb steigern.

Claims (19)

1. Windkraftmaschine, umfassend

• - eine Tragkonstruktion (4; 204),
• - einen um eine Ratordrehachse (R) drehbar an der Tragkonstruktion (4; 204) gelagerten Rotor (6, 206) mit mehreren um die Ratordrehachse (R) herum winkelversetzt angeordneten Rotorblättern (20; 220), von denen jedes um eine zumindest angenähert entlang dem Ratorblatt (20; 220) verlaufenden Ei­ gendrehachse (B) drehbar an dem Rotor gelagert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Rotordrehung und die Windrichtung ansprechende Antriebseinrichtung (34, 36, 38; 144, 146, 148, 150) die Rotorblätter (20; 220) synchron zur Ratordrehung um deren Eigendrehachsen (B) in der Weise periodisch dreht, daß die Rotorblätter (20; 220) innerhalb eines gemeinsamen Winkellagebereichs bezogen auf die Ratordrehachse (R) ein Maximum der Vortriebswirkung haben.

2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (34, 36, 38; 144, 146, 148, 150) die Rotorblätter (20; 220) derart um ihre Eigendrehachse (B) dreht, daß sie außerhalb des ge­ meinsamen Winkelbereichs zumindest ein Minimum der Bremswirkung haben.

3. Windkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (34, 36, 38; 144, 146, 148, 150) die Rotorblätter (20; 220) mit einer für alle Rotorblätter (20; 220) gleichen, konstanten Drehrichtung um ihre jeweilige Eigendrehachse (B) dreht.

4. Windkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (34, 36, 38; 144, 146, 148, 150) alle Rotorblätter (20; 220) mit der glei­ chen Drehgeschwindigkeit um ihre jeweilige Eigen­ drehachse (B) dreht.

5. Windkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (34, 36, 38; 144, 146, 148, 150) die Rotorblätter (20; 220) derart um ihre Eigendrehachse dreht, daß die Drehgeschwindigkeit des Rotors (6; 206) um die Ratordrehachse (R) und die Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter (20; 220) um ihre jeweilige Eigendrehachse (B) in einem für alle Winkellagen gleichen, vorgegebenem Verhältnis zueinander stehen.

6. Windkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter (20; 220) um ihre jeweilige Eigendrehachse (R) halb so groß ist wie die Drehgeschwindigkeit des Rators (6; 206) um die Ratordrehachse (R).

7. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung der Rotorblätter (20) ein die Rotorblätter (20) mit dem Rotor (6) mecha­ nisch kuppelndes Getriebe (34, 36, 38) umfaßt.

8. Windkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung der Rotorblätter wenig­ stens einen Elektromotor (144) zum Drehen der Rotor­ blätter (20) um ihre jeweilige Eigendrehachse (B) umfaßt.

9. Windkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung der Rotorblätter (20; 220) auf die Windrichtung ansprechende Ausrichtemit­ tel (38; 146, 150; 238), insbesondere mit einer Windfahne (42; 142; 242), umfaßt, die für jedes Ro­ torblatt (20; 220) die Phase der Drehbewegung um die jeweilige Eigendrehachse (B) derart einstellen, daß die Rotorblätter (20; 220) innerhalb des gemeinsamen Winkellagebereichs ein Maximum der Vortriebswirkung haben.

10. Windkraftmaschine nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtemittel (38, 42) für jedes Rotor­ blatt (20) die Phase der Drehbewegung um die jewei­ lige Eigendrehachse (B) durch Einwirken auf das Ge­ triebe (34, 36, 38) einstellen.

11. Windkraftmaschine nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtemittel (146, 150) für jedes Rotor­ blatt (20) die Phase der Drehbewegung um die jewei­ lige Eigendrehachse (B) durch Einwirken auf den we­ nigstens einen Elektromotor (144) einstellen.

12. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigendrehachsen (B) der Rotorblätter paral­ lel zu der Ratordrehachse (R) sind.

13. Windkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigendrehachsen der Rotorblätter senkrecht zur Ratordrehachse sind.

14. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ratordrehachse (R) in vertikaler Richtung verläuft.

15. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion einen Mast (4; 204) umfaßt, der zumindest bereichsweise koaxial mit der Rator­ drehachse (R) ist.

16. Windkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (4) durch eine zugsteife Abspannung (26) zur Aufnahme von senkrecht zum Mast (4) wirken­ den Kräften gehalten ist.

17. Windkraftmaschine nach den Ansprüchen 12, 14 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffspunkt der Abspannung (26) an dem Mast (4) oberhalb der unteren Enden der Rotorblätter (20) angeordnet ist.

18. Windkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6; 206) Energiewandelmittel, insbe­ sondere eine Pumpe oder einen elektrischen Genera­ tor (24), antreibt.