EP0389608A1 - Windgetriebener rotor - Google Patents

Windgetriebener rotor

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Publication number
EP0389608A1
EP0389608A1 EP89910622A EP89910622A EP0389608A1 EP 0389608 A1 EP0389608 A1 EP 0389608A1 EP 89910622 A EP89910622 A EP 89910622A EP 89910622 A EP89910622 A EP 89910622A EP 0389608 A1 EP0389608 A1 EP 0389608A1
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EP
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rotor
profile
arms
rotor according
wind
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Pending
Application number
EP89910622A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Moser
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0389608A1 publication Critical patent/EP0389608A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/26—Blades
    • B63H1/265—Blades each blade being constituted by a surface enclosing an empty space, e.g. forming a closed loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/212—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Darrieus type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/213—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Savonius type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/214—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Musgrove or "H"-type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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    • Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/905—Natural fluid current motor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S415/00—Rotary kinetic fluid motors or pumps
    • Y10S415/905—Natural fluid current motor
    • Y10S415/907—Vertical runner axis

Definitions

  • the invention relates to a rotor that can be driven by wind power and has a vertical axis of rotation and radial rotor arms attached to it and distributed at equal angular intervals over the circumference, which support bodies with an aerodynamic profile in such a way that one profile side has a lower air resistance when the flow is perpendicular than when it flows against the opposite side.
  • rotors with a horizontal axis of rotation are currently usually used under radial rotor arms, which operate according to the windmill or propeller principle.
  • the disadvantages of these rotors are, in particular, a high level of noise and a large investment required, which results from the need to provide high towers for their installation.
  • these known wind rotors with a horizontal axis of rotation mean that power generation units or the like have to be attached to the top of the tower unless complex transmissions are provided.
  • Rotors of the type specified at the outset are known, for example, as Darrieus rotors. These rotors consist of approximately hyperbolically curved rotor blades which are attached to a vertical axis of rotation. However, these rotors are generally not self-starting. This means that they have to be started by a servo motor. In addition, when Darrieus rotors are used, significant power is only output from wind speeds of 5 m / s.
  • Savonius rotor is also known as a vertical rotor.
  • this rotor has a very large area exposed to the wind, so that it is very likely to be subject to storms. Therefore, it is mainly used in small areas as a vent for the interior of closed transport vehicles, on the roof of which it is attached.
  • Rotors of the type specified at the outset are also known for measuring wind strengths.
  • the generic aerodynamic profile is formed by open hemispherical shells. These rotors also offer the wind a large attack surface, so that they are not suitable for generating energy on a large scale.
  • DE 3 517 752 C 2 discloses a windscreen for a horizontal turbine that can be rotated about a vertical axis.
  • This wind catcher blade consists of two wing profiles arranged next to one another in the radial direction at a distance, connected by webs and delimiting a flow channel.
  • the two wing profiles with their outer surface contours are part of the outer surface contour of a thick, self-starting airfoil and the airfoils limit the above-mentioned through-flow channel with their inner flanks that run straight in the flow direction and are arranged parallel to one another or approximately parallel to one another.
  • this known vertical rotor enables self-starting even at relatively low wind speeds.
  • the vertical rotor is unnecessarily braked as it rotates due to the throughflow channel formed between the two wing profiles.
  • the design of this rotor is very complicated due to the complicated flow and flow conditions, and very high demands are placed on the manufacture of the rotor blades, in particular the arrangement of the wing profiles with respect to one another.
  • a vertical wind turbine of the generic type is known from US Pat. No. 4,430,044, in which horizontal rotor arm parts and at the ends of which vertical rotor arm parts perpendicular to these are provided.
  • a complex control device is provided. Operating this previously known vertical turbine also requires control of the angle of attack
  • DE 3 529 474 A 1 describes a collapsible vertical wind known mill.
  • This has four main wings, which are arranged in a rhombic shape to each other.
  • auxiliary blades must be provided in addition to the main blades.
  • the individual wing arms are arranged on shafts which are articulated to one another at the corner points of the rotor. These joint connections form weakening points in the overall rotor which adversely affect the stability of the overall vertical windmill.
  • complex control is also necessary for this vertical windmill.
  • a vertical wind rotor is known from US Pat. No. 4,561,826, the rotor arms of which can be pivoted about the horizontal axis during the rotor rotation in such a way that the rotor arms are deflected from an orientation obliquely to the vertical axis to the horizontal.
  • This requires a complex structure of the overall rotor or the use of flexible and elastic on the one hand and materials which are resistant to permanent stresses on the other for the manufacture of the rotor arms.
  • the object of the invention is to provide a simply constructed rotor which can be produced with low investment costs and of which the efficiency is so high that
  • this object is achieved in a rotor of the generic type in that the rotor arms consist of one or more loops with aerodynamic profiles lying in vertical planes. If the rotor array consists of only one loop, a considerable energy yield can already be achieved. This can be significantly increased by placing several loops one inside the other so that the inflow th rotor areas are increased. Furthermore, the stability of the rotor arms is increased by nesting several loops.
  • the rotor arms are advantageously arranged symmetrically to a radial plane through the hub. In this sectional plane, the profiles of the rotor arms have aerodynamic profiles, specifically preferably teardrop-shaped or streamlined profiles.
  • the loops expediently consist, starting from the region of the hub, of diverging legs, the radial outer regions of which are connected to one another by curved profile strips.
  • a plurality of interlocking profile loops have the same legs, which are in different radial
  • Distances from the axis of rotation are connected to one another by arcuately curved profile strips.
  • legs which are at an angle to one another, advantageously run essentially in a straight line.
  • Legs of the rotor arms lying opposite one another by 180 ° can have the shape of a lying flat X.
  • the rotor arms are curved in a curved manner in the vertical planes intersecting the axis of rotation.
  • the rotor arms expediently have approximately a sinusoidal curve run on.
  • the rotor arms can be fastened in the region of convex, upwardly curved apexes to the axis of rotation or to the hub connected thereto.
  • the amplitude of the sinusoidal curve of the rotor arms expediently decreases radially outward.
  • the course of the curve thus has the shape of a damped sine wave.
  • This embodiment has the advantage that the flowable area is increased by the fact that the impinging wind hits parts of the rotor that are not in the slipstream of previous parts. Also in this embodiment, when the rotor is at an angle to the wind, the oblique flow of the profiles an additional torque.
  • the arms consist of straight or essentially straight radial profile strips or sheets.
  • a plurality of rotors formed by such straight profile strips or blades can be fastened on a vertical shaft at a vertical distance from one another.
  • each rotor consists of only two arms offset by 180 °, the arms of successive rotors being arranged at an angle to one another in the circumferential direction.
  • the axial distance between the rotor blades preferably corresponds to approximately twice their width.
  • the loop-shaped arms, rotor blades or profile strips have a drop-shaped or pear-shaped profile with flat-tapering profile ends.
  • the profile is expediently symmetrical to its longitudinal center telline trained.
  • the profile can be wing-shaped, but symmetrical to its center line, because the profile should not generate any lift.
  • the area of the profile between its largest diameter and its tapered end area is concavely curved. This concave curvature is particularly favorable for the inclined flow and the propulsive force generated by it.
  • this configuration is favorable for the rotation of the rotor blades by 180 ° to the wind direction, in which the wind flows against the rotor blades from behind. With this inflow, a particularly large moment is transferred from the rotor arms to the rotor shaft because the drag coefficient increases considerably.
  • the rotors according to the invention also have the advantage that they do not have to be switched off even in strong winds because their torque stabilizes itself. There is therefore only a small load on the substructure carrying the rotors.
  • the rotor arms of the generic type consist of an even number of sinusoidally curved, essentially identical strip-shaped blades transverse to the longitudinal axis, of which neighboring blades are connected to one another in the region of their apex.
  • the rotors can have sinusoidal rotor blades.
  • they have only a low stability, so that they can deform under the action of the centrifugal forces.
  • the inventive arrangement of the sinusoidal rotor blades in a composite leads to a higher stability and strength of the rotor arms.
  • the blades of the arms are expediently curved in the form of a damped sinus curve. So you have decreasing ampli- and periods.
  • the rotor blades can also be curved in the form of a zigzag line with obtuse angles and rounded corners.
  • the arms consist of circularly curved profiles which are fastened to the rotor hub by two essentially straight profiles, approximately tangentially connected to the circularly curved profiles.
  • the arms consist of angled, preferably acute-angled, mutually arranged profiles which are connected to one another in the region of their tips and to the rotor hub in the region of their inner ends.
  • cross sections of these profiles expediently have slim teardrop shapes with pointed ends.
  • rotors can be arranged one above the other in the form of a tier on an axis.
  • Another rotor which can be driven by wind power and has a vertical axis of rotation is characterized in accordance with the invention in that the rotor has a drum shape and is provided with an outer jacket-shaped ring which consists of approximately semicircular to three-quarter-circular shells, one side edge of which is approximately tangential to the jacket of the emerging shell is connected.
  • a rotor designed in this way has concave shells on one side which offer greater resistance to the wind than the convex shells on the opposite side.
  • rotors can also be arranged one above the other in several levels. It is possible to form a central axis to provide a tensioned mast, which is provided with rotors over its entire length in tiers.
  • the individual rotors can also be connected to one another, so that a single elongated rotor results.
  • the drum-shaped rotor can also drive a vertical hollow shaft, and above the drum-shaped rotor, a rotor consisting of two rotor arms with a much larger diameter can be arranged on a second shaft that is mounted in the hollow shaft and rotates independently of this, the rotor arms of this rotor into the Vertical planes intersecting the axis of rotation are curved in a curve.
  • the drum-shaped rotor can drive a first generator, for example, while the curved second rotor drives a second generator.
  • the drum-shaped rotor can also be used as a drive by means of a simply thrown transmission belt.
  • the rotor has approximately the shape of a sphere or an ellipsoid, that the shell sectors of the rotor are curved approximately in a sickle shape, have an S-shaped cross section with an approximately semicircular to three-quarter circular arc and an approximately one-quarter circular counter-arc and are connected to one another at their longitudinal edges and that the sectors are fastened to the rotor hub in the region of their tip ends.
  • This rotor can be filled with a gas that is lighter than air, so that a floating balloon results, the axis of the rotor being braced by ropes with floor-standing socks.
  • the floating rotor can then be raised up to air heights with high air flow velocity. If the wind is too strong, there is the option of the balloon-like rotor pull in over the ropes and bring them into a wind-protected position.
  • the rotor has the shape of a disc-shaped disk which, on its shell-shaped upper and lower sides, has beads which extend radially to the edge at the same angular distance from the axis and which have an approximately half-drop-shaped profile in cross section .
  • the beads can also run in an arc from the area of the axis to the outer edge.
  • disc-shaped rotors can also be arranged one above the other on several floors or can be designed in balloon form.
  • the rotor can be encased in a loop shape by rotor arms distributed at equal angular intervals over the circumference, one of the profile sides in each case having a lower air flow against the wind having a lower air resistance than with flow from the opposite side.
  • the length of the loop-shaped rotor arms projecting radially from the vertical axis of rotation is greater than the radius of the disc-shaped rotor.
  • Four loop-shaped rotor arms can preferably protrude radially from the vertical axis of rotation, a right angle being included between them.
  • a further solution according to the invention of the task set out at the outset is that an upward and a downward-pointing rotor arm are fastened to the rotor hub, these lying essentially in a vertical plane.
  • a single-bladed rotor is not only faster, but also has a better energy yield. Single-bladed rotor blades rotating around a horizontal axis have already been made, but they must have a corresponding counterweight in order to form a balanced rotor.
  • Such a single-bladed rotor has become known, for example, under the name "Monopteros".
  • Single-wing rotors have the disadvantage that ice can accumulate on the wing, so that unbalances can form, which can lead to damage or destruction of the rotor.
  • the rotor according to the invention now has the basic characteristics of a single-bladed rotor with double action and energy yield, because although two rotor arrays or rotor blades are present, but they point in opposite directions, so that they rotate in separate spaces when the rotor rotates. Since the rotor arms according to the invention therefore rotate in separate spaces, they do not influence one another and thus have the effect of two single-rotor blades. Since the two rotor arms are rotated relative to one another by 180 ° about a horizontal axis, but are otherwise identical, the rotor is statically balanced. Of course, the rotor arms have profiles which are rotated by 180 ° relative to one another in relation to their perpendicular transverse center plane.
  • the rotor according to the invention can be understood as a doubling of a single-bladed rotor, it also has the high-speed characteristic of single-bladed rotors with very good energy yield.
  • the rotor arms expediently close with the axis of rotation part, about which they rotate an acute angle.
  • the rotor arms can also run parallel to the transverse axis or enclose an obtuse angle with it.
  • the rotor arms can also be curved in any way.
  • the rotor arms and the profile pieces expediently have cross sections in the form of slim drops with tapering ends.
  • profile pieces At the ends of the upward and downward-pointing rotor arms, horizontally extending profile pieces can be used, the profile of which is shaped in such a way that a force component acting on the upward and downward-pointing rotor arms is balanced in the radial direction.
  • the profile piece is expediently shaped like a wing.
  • the rotor arms consist of profiles arranged in the form of brackets, the legs of which are attached to the rotor shaft or the rotor axis.
  • the bracket can have any shape.
  • brackets with symmetrically arranged geometric shapes are expedient.
  • the brackets consist of strips that have the aerodynamic profile cross-sections.
  • the profiles are expediently in the form of isosceles arranged triangles to each other.
  • the profiles can also be arranged in a rectangular shape with respect to one another.
  • the profiles are arranged in the form of brackets with legs parallel to one another, which are connected to one another in a hairpin-shaped manner at their radially outer ends by curved bracket parts.
  • the rotors arranged one above the other in several floors are expediently offset by 180 ° in a common vertical plane.
  • the length of the rotors arranged one above the other in tiers increases from top to bottom.
  • the radially outer ends of the rotors can be connected to one another by profiled strips.
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  • rotor profiles can be easily assembled from prefabricated parts. This is also easily possible, for example, for the hairpin-shaped curved temple pieces, since these rotor arm parts can be prefabricated and, as prefabricated parts, can be easily connected to the straight rotor parts during the final assembly of the rotor.
  • At least one radial rotor arm which is of the generic type, is formed in such a way that a rotor arm part, starting from the axis of rotation, points obliquely away from the center line of rotation that on each rotor arm part Another rotor arm part connects, which points obliquely to the center line of rotation and that this further rotor arm part projects beyond the center line, the profile being offset by 180 ° beyond the center line.
  • Such a rotor can be formed in one piece with the vertical axis of rotation.
  • a horizontally extending stabilizer blade can be connected to the rotor arm part which projects beyond the center line of rotation of the rotor and serves to compensate for the efforts of the rotor arm to evade the horizontal as a result of the centrifugal force.
  • further rotor arm parts can also be provided in such a way that the entire rotor arm parts together essentially form the shape of a quadrilateral standing on a tip, at least one rotor arm part protruding from the tip above the center line of the rotation.
  • a stabilizing flat rotor can additionally be provided, which is aligned horizontally and is connected to the above-described rotor in such a way that it intersects the two lateral corner points of the rotor arm square standing on the tip.
  • All of the vertical rotors according to the invention explained above can be arranged both on land or on a floating island or on a ship. Positioning vertical wind rotors in the sea is advantageous because the incoming wind usually reaches higher wind speeds due to the unobstructed surface of the sea.
  • the axis of rotation can be connected in a rotationally fixed manner to a gas-filled buoyancy body rotating in the water.
  • brush-like extensions can be formed on the outside of the buoyancy body, which extend into the water reservoir.
  • a further solution to the problem stated at the outset is that a disk is arranged on the axis of rotation, that a first rotor arm extends obliquely from the outer edge of the disk to the center line of rotation, the profile being offset by 180 ° beyond the center line, and that rotor arms extending from other disk edge points are arranged inclined toward the center axis of rotation, which act in a supportive manner on the first rotor arm.
  • the disc can also be designed as a lifting body that makes a swimming Ver 'tikalrotors on the sea surface gerizr ⁇ .
  • an essentially horizontally running stabilizer blade can additionally be arranged.
  • FIG. 1 shows a rotor, the two rotor arms (1) of which are offset by 180 ° to one another, are fastened to a vertical shaft (2) via a hub (3) carrying the rotor arms.
  • the rotor shaft (2) is mounted in a vertical tower (4), which is braced in a known manner by struts or ropes (5). Units or the like can be arranged in a room (6) arranged on the floor.
  • the height of the rotor mast (4) is arbitrary and can for example be 40 to 50 m.
  • the diameter of the rotor is selected in a suitable manner and can be, for example, 10 to 20 m or more, depending on the average wind conditions at the location.
  • the rotor arms (1) consist of angle legs (7) arranged at an angle to one another, the outer end regions of which are connected to one another by an approximately circular arc-shaped profile part (8).
  • a further loop is inserted into the loop formed in this way in that an approximately circular arc-shaped profile piece (9) is connected to the legs (7), the radial distance from the rotor shaft being smaller.
  • the circular-arc-shaped profile parts (8) and (9) expediently consist of prefabricated profiles which only have to be plugged onto the profile legs for final assembly.
  • the rotor arms (1) are arranged in a vertical plane extending through the axis of rotation.
  • the rotor arms consist of profile strips, the cross section of which is arranged in FIG. 2 a, which shows a section along the line II in FIG. 2.
  • the profile strips thus consist of a streamlined profile which is symmetrical with its longitudinal center line (10).
  • the profile has its thickest diameter (a) in its front area. It ends in a pointed manner. Between the thickest diameter (a) and the tapered end area, the profile is provided with flanks (11) which are curved in a concave manner.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a rotor with arms offset by 180 °, which are formed by three nested loops.
  • FIGS. 4 to 6 show further exemplary embodiments of rotors which are formed from two or more loops lying one inside the other.
  • FIGS. 10 and 11 show another rotor, which consists of straight rotor blades. Each part of the rotor extending outward from the axis of rotation forms a profiled rotor arm.
  • the cross-sectional profile of the rotor arms can be seen from FIG. 10 a. This is again a symmetrical drop-shaped or streamlined profile.
  • successive rotor blades are each offset by 45 ° to one another.
  • the rotor blades (20) are at an axial distance apart of the shaft 21 as shown in FIG. 10.
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment in which the arms of the rotor blades 25 which are offset by 180 ° are curved sinusoidally.
  • the sinusoidally curved arms are attached in the region of an upwardly curved apex to a hub attached to the rotor shaft.
  • FIG. 12 shows several rotor blades (25) fastened at a distance from one another on a rotor shaft (2), which are curved in different ways.
  • the height of the curvatures expediently decreases to the outside, so the rotor blades (25) have approximately the shape of a damped sinusoidal oscillation.
  • Fig. 12 a shows the cross section through the rotor blades (25), which in turn is a symmetrical drop-shaped or streamlined profile.
  • the rotor arm shown in FIG. 13 consists of four rotor blades (31, 32, 33 and 34) with identical teardrop-shaped profiles which are sinusoidally curved in their longitudinal extent and are connected to one another in the region of their apex (35).
  • the leaves (31 to 34) are curved in the form of damped sinusoids.
  • the inner ends of the blades (31 to 34) of the rotor are attached to the rotor hub (36).
  • the rotor blades (37 to 40) are curved in the form of a zigzag line with obtuse-angled and rounded corners.
  • the inner ends of the blades of the arm are in turn attached to the rotor hub (41).
  • the leaves have a teardrop shape in cross section.
  • FIG. 15 shows a rotor with rotor arms according to FIG. 13.
  • the cross-sectional shape of the individual blades of the arms is shown in FIG. visibly.
  • the leaves of the arms are arranged mirror-symmetrically to a central horizontal plane.
  • the rotor arms consist of circularly curved profiles (41 a), which are fastened to the rotor hub (43) by two essentially linear profiles (42) connected approximately tangentially to the circularly curved profiles (41 a) are.
  • the cross section (44) of the profiles is shown in Fig. 17 a.
  • the arms of the rotor consist of straight blades (45, 46) which are connected at an angle to one another.
  • each leaf again has the teardrop shape (47) shown in FIG. 20 a.
  • a drum-shaped rotor (50) is provided, the cross-sectional shape of which can be seen in FIG. 21 a (section along the line II-II in FIG. 21).
  • the rotor (50) is on the rotor hub (51) in the form of a ring
  • a balloon-like rotor (61) is rotatably mounted on the rotor axis 60.
  • This balloon-like rotor which has the shape of a sphere or an ellipsoid, consists of shell sectors (62) which are curved approximately in the shape of a sickle.
  • These cladding sectors have an S-shaped cross section with a semicircular to three-quarter circle arch (63) and a quarter circular counter arch (64). This structure is shown in particular in the cross-sectional representation of the ball.
  • Fig. 23 can be seen.
  • the jacket sectors are connected to one another at their longitudinal edges.
  • two balloon-like rotors (61 a) and (61 b) are arranged one above the other on the rotor axis (60).
  • the jacket sectors of these two balloon-like rotors are oriented in such a way that the balloon-like rotor (61 a) with the angular velocity i and the balloon-like rotor (61 b) with the angular velocity 2 rotate in exactly the opposite direction animals. Stabilization of the double rotor floating in the air is thus achieved.
  • the rotor consists of a disc-shaped disk (75).
  • the disc-shaped disk (75) is provided on its shell-shaped upper side (76) and its approximately mirror-image underside (77) with ridges (78) which run from the area of the axis (79) to the edge (80).
  • the beads (78) have an approximately half-drop-shaped profile that can be seen from FIG. 24 a.
  • the beads (78) can be curved in an arc in plan view.
  • the disc-shaped disks (75) can be arranged one above the other in tiers in the manner shown in FIG. 26. As can be clearly seen in FIG. 26, the diameter of the disks (75) can increase continuously from the top disk to the bottom disk. According to this exemplary embodiment, all disks (75) are connected to a shaft (2) in a rotationally fixed manner.
  • the disc-shaped disc rotor (75) can, however, also be designed in the manner shown in FIG. 27 as a balloon corresponding to FIG. 22, again being filled with a gas which is lighter than air.
  • two disc-shaped disk rotors (75) designed as a balloon are arranged in such a way that they run in opposite directions and thus lead to a centering of the entire rotor in the air.
  • the disc discs are encased in loop form by rotor arms (81) distributed at equal angular intervals over the circumference.
  • the rotor arms again each have one of the profile sides, which has a lower air resistance when the wind flows vertically than when it flows from the opposite side.
  • the length of the loop-shaped rotor arms projecting radially from the vertical axis of rotation is greater than the radius of the disc-shaped rotor.
  • the loop-shaped rotor arms can be brought to windier heights without the need for a complex scaffolding for a vertical rotor axis from the ground to the rotors.
  • the current can be generated by means of a ring generator (not shown) arranged inside the rotor and via suitable lines be directed to the ground.
  • the free-floating rotors can be pulled down over the guying (70) if the wind is too strong or bad weather.
  • the guying (70) can be rolled up by means of cable winches (not shown) and thereby shortened.
  • FIG. A rotor (102) which is rotatably mounted about a vertical axis is held on a braced vertical mast (101).
  • the rotor blades are fastened to a hub or to a shaft (103).
  • the rotor has two rotor blades arranged at 180 ° to one another.
  • Each rotor blade consists of a radial profile piece (104, 104 '), at the end of which an arm (105) pointing obliquely downward and an arm (105') pointing obliquely upward are fastened.
  • the arms (105, 105 ') taper towards their ends.
  • the profile pieces (104, 104 ') and the arms (105, 105') have the symmetrical teardrop shape shown in cross section.
  • the cross sections of the profile pieces (104, 104 ') and the arms (105, 105') are each rotated by 180 °, so that the wind blows the profiles of the arms once from behind and once from the front.
  • a propeller effect also occurs when blowing obliquely.
  • the rotor shown has the double effect of a single-bladed rotor, since the angled arms rotate in spaces which do not overlap and do not penetrate one another.
  • a generator can be connected to the rotor hub and the rotor shaft (103) in the usual way.
  • 31 a shows the aerodynamic and approximately drop-shaped cross-sectional profile of the profile pieces (104, 104 ') and the arms (105) and (105').
  • 31b shows the profile of the stabilizer blades (106) and (106 ') and has approximately a teardrop shape halved in the symmetry center line.
  • This stabilizer wing resembles a wing. The final shape of the stabilizer wing depends on the force component that has to be generated in order to balance the force component acting on the arms (105) and (105 ') by the centrifugal force in the bending direction.
  • FIG. 32 shows a further embodiment in which the rotor blades are in turn fastened to the shaft (103).
  • Each rotor blade consists of a radial profile piece (104) and (104 '), at the ends of which an arm (105) and (105') pointing obliquely downwards and upwards are fastened.
  • the arms (105) and (105 ') also taper towards their ends in this embodiment. At the tapered ends of the arms (105) and (105 ') again almost horizontal stabilizer blades are attached.
  • Each rotor blade thus has almost the shape of a lying X.
  • FIG. 32 a shows the cross section through the profile pieces (104, 104 ') and the arms (105) and (105').
  • 32 b shows the cross section through the stabilizer blades (106) and (106 ').
  • FIG. 33 shows an embodiment according to the invention with a rotor with a plurality of rotor arms arranged one above the other in the form of triangular brackets.
  • Tubular hubs (202) are rotatably mounted on a vertical, fixed axis and braced by cables (201), on which rotor arms (203) are fastened in the form of isosceles triangles.
  • Below the guy ring (204) are in Triangular rotor arms, one above the other, are fastened to the hub (202) and their radial length increases from floor to floor from top to bottom.
  • the rotor arms (203) are each offset by 180 ° to one another and lie in a vertical plane. It is also possible for more than two rotor arms to be fastened to the hub on each floor with the same angular distances from one another.
  • 33 a shows the drop-shaped and streamlined cross-sectional profile of the rotor arms (203).
  • FIG. 34 shows a rotor corresponding essentially to FIG. 1 in a somewhat modified form.
  • triangular rotor arms (203) are initially fastened one above the other on hubs (202), each of which has the same length in the radial direction. Adjacent peaks of triangular rotor arms (203) are extended by triangular rotor arms (204), so that a diamond-shaped profile boundary results in the plan view. Two adjacent triangular rotor arms (204) can in turn be extended at their tips by a triangular rotor arm (205). As shown in FIG. 35, this can take place in a step-like manner such that, despite the use of the same rotor arms in a triangular shape, rotors with a radius that is distributed differently over the height are formed.
  • the rotor shape presented here is characterized in particular by the fact that the same prefabricated parts are used and that the rotor, depending on the place of use, i.e. depending on the prevailing wind conditions, can be adapted in a modular manner.
  • FIG. 36 shows a further rotor shape, in which rotor arms (203) are arranged one above the other in the form of isosceles triangles, with the same radial length.
  • the Spit zen of the triangles are connected to each other with a straight profile part (220).
  • all of the rotor arms shown here each have the cross-sectional area shown, for example, in FIG. 33 a.
  • horizontal rotor blades (206-) are arranged on the hub (202) at equal intervals one above the other and are connected to one another by vertical outer edge profiles (207).
  • Fig. 38 shows a similar embodiment to Fig. 37, which differs only in that above the guy ropes another rotor which is somewhat smaller in size with horizontal rotor arms (206 '), which are also connected by external vertical edge profiles (207) are formed.
  • hairpin-shaped rotor arms (208) are attached to the hub (202).
  • the rotor arms (208) consist of legs (208 '), (208 2') which run parallel to one another and are connected to one another by arcuate profile pieces (209). All components of the rotor arms (208), in particular the arcuate profile pieces (209), can be prefabricated and assembled as prefabricated parts for final assembly simply by plugging them together and connecting them to form the finished rotor arm.
  • Fig. 40 essentially shows a rotor arrangement like Fig. 39, but here the legs (208 'and (208 » ') run obliquely towards one another. In this embodiment, too, both legs are formed by prefabricated arcuate profile pieces (209 ) connected with each other.
  • rotor arms (210) curved in the shape of a hairpin are arranged one above the other in stages, with adjacent rotor arms additionally being connected to one another by curved profile pieces (211). Successive curved profile pieces (211, 211 ') each have different radial distances from the rotor hub (202).
  • the embodiment of the rotor acc. Fig. 42 corresponds to that of Figs. 33 and 34, but with the difference that the radially outer tips of the triangular rotor arms are connected to one another by inclined profile pieces (213).
  • rotor blades (214) which run horizontally and parallel one above the other are arranged on the hub (202) and are connected to one another at their radially outer ends by inclined profiles (215).
  • the rotor blades (214 ') running parallel to one another are connected to one another at their free ends by profiles (216, 217) which have the shape of isosceles triangles.
  • the rotor arms formed by the profile pieces are expediently offset from one another by 180 ° and thus lie in a vertical plane.
  • more than two rotor blades can also be arranged in a horizontal plane, which are then arranged according to their number at uniform angular distances from one another.
  • the rotor blades or arms arranged by simple lines in the figures each have an elongated streamline or drop shape in cross section, as they do horizontal rotor arms (206 '), which are also connected by outer vertical edge profiles (207), are formed.
  • hairpin-shaped rotor arms (208) are attached to the hub (202).
  • the rotor arms (208) consist of legs (208 '), (208 2') which run parallel to one another and are connected to one another by arcuate profile pieces (209). All components of the rotor arms (208), in particular the arcuate profile pieces (209), can be prefabricated and assembled as prefabricated parts for final assembly simply by plugging them together and connecting them to form the finished rotor arm.
  • Fig. 40 essentially shows a rotor arrangement like Fig. 39, but here the legs (208 'and (208' ') run obliquely towards one another. In this embodiment, too, both legs are formed by prefabricated circular-arcuate profile pieces (209 ) connected with each other.
  • rotor arms (210) curved in the shape of a hairpin are arranged one above the other in stages, with adjacent rotor arms additionally being connected to one another by curved profile pieces (211). Successive curved profile pieces (211, 211 ') each have different radial distances from the rotor hub (202).
  • the embodiment of the rotor acc. Fig. 42 corresponds to that of Figs. 33 and 34, but with the difference that the radially outer tips of the triangular rotor arms are connected to one another by inclined profile pieces (213).
  • 46 c shows a further embodiment of the embodiment according to FIG. Fig. 46 shown, in which a stabilizing flat rotor (306) is additionally provided, which is aligned horizontally and passes through the two lateral corner points of the rotor arm quadrilateral which is formed by the rotor arm parts (303) and (304).
  • the stabilizing flat rotor can essentially have a shape as shown in FIGS. 10, 10 a and 11.
  • the embodiment according to. 48 essentially corresponds to that in FIG. 46, only that one side of the further rotor arm part (304) has not been extended beyond the center line (304 '). Furthermore, this embodiment has no stabilizer wing.
  • the pivot bearing is encapsulated in the base.
  • the use of such a rotor could therefore be particularly suitable in very cold areas, such as permafrost areas.
  • the rotor arms can be made hollow and filled with heated gas in order to prevent the rotor blades from icing up.
  • the rotor blades (300) acc. 45 to 47 can also be arranged on a mast (310) braced by holding ropes (311), a corresponding bearing for the rotor (300) then having to be provided at the tip of the mast (310).
  • a rotor (300) can, as shown in Fig. 49, also on a Ship are arranged.
  • the use of a vertical wind rotor on a ship has the advantage that the unbraked wind energy can be used on the high seas.
  • a ship equipped with a wind energy converter can be used for decentralized energy generation.
  • the electricity obtained with the generator can be used to produce hydrogen, which can be stored in corresponding hydrogen stores in the ship.
  • each of the vertical rotor shapes described in the context of this invention can advantageously use decentralized energy generation on a ship (320). It is also possible to use it outside of a so-called energy recovery ship, for example for supplying energy to a conventional paging or cargo ship, which can accordingly have several smaller wind energy converters with vertical rotors.
  • a corresponding pit (340) is dug in the ground (330).
  • the pit (340) is filled with water.
  • a buoyancy body (350) floats within the water. This buoyancy body is centered in the pit (340) filled with water, which is to be indicated schematically in FIG. 50 by the corresponding triangular tip.
  • the drive body (350) is gas-filled.
  • the vertical rotor (300) is arranged in a rotationally fixed manner on the buoyancy body (350). As a result, the drive body (350) rotates in the pit (340) filled with water.
  • a generator for power generation can be arranged in an encapsulated area of the pit (340), which is not shown here, and is connected to the compensating body and thus to the rotor (300) by a correspondingly watertight rotary leadthrough. Also not shown in FIG. 50 are brushes protruding from the buoyancy body (350), which on the one hand cause deceleration and braking due to the rotation of the buoyancy body (350) in the water-filled space (340) on the other hand lead to an increase in temperature due to the friction.
  • the water heated in this way can also be used for energy, so that the overall efficiency for gaining energy from the available wind can be improved in this exemplary embodiment.
  • a calculating rotor (400) which can be driven by wind power is shown; here, on an axis of rotation (401) which, below a water level, leads to an enclosed generator (not shown), a disc (402) designed as a floating body is arranged, which partially protrudes beyond the water surface.
  • a first rotor arm (403) extends obliquely from the outer edge of the disk (402) at an angle to the center line of rotation (404). Beyond the center line (404), the profile of the rotor arm (403) is offset by 180 °.
  • the rotor arra (403) tapers upwards and at its end a stabilizer wing (405) is arranged, which corresponds in structure and function to the stabilizer wings already described with reference to the previous exemplary embodiments. From two other disc edge points against further rotor arms (406) and (407) towards the center line of rotation (404). On the one hand, these are equipped as corresponding rotor blades, but on the other hand they also serve to support the KcrtDxarm C403).
  • rotors are made of. easy to manufacture prefabricated parts.
  • the respective individual parts can consist, for example, of bent sheet metal or else of a carbon composite material, which in particular has high-strength properties, etc. This ensures a simple construction when the vertical rotors are constructed. Thanks to the modular design, the rotor shape can be individually adapted to the local wind conditions. No complicated control is required because the vertical rotors are robust leads are. Because of these properties, the vertical rotors are particularly suitable for use in developing countries, in which, on the one hand, there are no manufacturing possibilities for complicated control mechanisms and the like and, on the other hand, no specialist personnel are available for the maintenance of technologically advanced machines or apparatuses.

Description

Windgetriebener Rotor
Die Erfindung betrifft einen durch Windkraft antreibbaren Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabständen über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil in der Weise tragen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der gegenüberliegenden Seite aufweist.
Bei den gegenwärtigen Bemühungen, die Windkraft zur Energiegewin¬ nung: z-u benutzen, werden gegenwärtig üblicherweise Rotoren mit horizontaler Drehachse unter radialen Rotorarmen eingesetzt, die nach dem Windmühlen- oder Propellerprinzip arbeiten. Die Nachteile dieser Rotoren liegen insbesondere in einer großen Geräuschentwicklung und einem großen benötigten Investitionsauf¬ wand, der sich aus der Notwendigkeit ergibt, hohe Türme für deren Installation vorzusehen. Weiterhin bedingen diese bekann¬ ten Windrotoren mit horizontaler Drehachse, daß Stromgewinnungs- aggregate oder dergleichen oben auf dem Turm angebracht werden müssen, wenn nicht aufwendige Transmissionen vorgesehen werden.
Ein weiterer Nachteil von Windrotoren mit horizontaler Drehachse ist es, daß diese nur arbeiten können, wenn sie senkrecht von dem Wind angeströmt werden. Dies bedingt, daß die Rotoren durch besondere Einrichtungen immer in den Wind gedreht werden müssen.
Weiterhin ist die Profilierung der bekannten Rotoren schwierig und aufwendig, so daß sich diese üblicherweise nur mit hohen Kosten herstellen lassen.
Rotoren der eingangs angegebenen Art sind beispielsweise als Darrieus-Rotoren bekannt. Diese Rotoren bestehen aus etwa hyper¬ bolisch gekrümmten Rotorblättern, die an einer vertikalen Dreh¬ achse befestigt sind. Diese Rotoren sind jedoch grundsätzlich nicht selbststartend. Das bedeutet, daß sie durch einen Servo¬ motor angeworfen werden müssen. Darüberhinaus wird bei Verwen¬ dung von Darrieus-Rotoren erst ab Windgeschwindigkeiten von 5 m/s nennenswert Leistung abgegeben.
Weiterhin ist als Vertikalrotor der sogenannte Savonius-Rotor bekannt. Dieser Rotor weist jedoch eine sehr große Windangriffs¬ fläche auf, so daß er sehr sturmgefährdet ist. Daher wird er hauptsächlich im kleinen als Entlüfter für den Innenraum von geschlossenen Transportfahrzeugen verwendet, auf deren Dach er angebracht ist.
Rotoren der eingangs angegebenen Art sind auch zum Messen von Windstärken bekannt. Das gattungsgemäße aerodynamische Profil wird bei diesen durch offene Halbkugelschalen gebildet. Auch diese Rotoren bieten dem Wind eine große Angriffs läche, so daß sie nicht im großen Maßstab zur Erzeugung von Energie geeignet sind.
Aus der DE 3 517 752 C 2 ist ein Windfangblatt für eine um eine vertikale Achse drehbare Horizontalturbine bekannt. Dieses Wind¬ fangblatt besteht aus zwei in radialer Richtung im Abstand neben¬ einander angeordneten, durch Stege verbundene, einen Durchström¬ kanal begrenzenden Flügelprofilen. Die beiden Flügelprofile sind mit ihren Außenflächenkonturen als Teile der Außenflächenkontur eines dicken, selbstanlaufenden Flügelprofils ausgebildet und die Flügelprofile begrenzen mit ihren in Druchströmrichtung gera¬ de verlaufenden und zueinander parallelen oder angenähert paral¬ lel angeordneten Innenflanken den zuvor genannten Durchströmka¬ nal. Dieser vorbekannte Vertikalrotor ermöglicht zwar im Unter¬ schied zu den Darrieus-Rotor ein Selbstanlaufen schon bei ver¬ hältnismäßig niedrigen Windgeschwindigkeiten. Jedoch wird durch den zwischen den beiden Flügelprofilen gebildeten Durchströmka¬ nal der Vertikalrotor bei seinem Umlauf unnötig abgebremst. Darüber hinaus ist die Auslegung dieses Rotors aufgrund der kom¬ plizierten Durch- und Umströmungsbedingungen sehr kompliziert und an die Fertigung der Rotorblätter, insbesondere der Anord¬ nung der Flügelprofile zueinander, werden sehr hohe Anforderun¬ gen gestellt.
Aus der US-PS 4 430 044 ist eine gattungsgemäße Vertikalwindtur- bine bekannt, bei der waagerechte Rotorarmteile und an deren Enden senkrecht zu diesen stehende senkrechte Rotorarmteile vor¬ gesehen sind. Bei der aus diesem Stand der Technik vorbekannten Anordnung der Rotorblätter ist es, insbesondere zum Selbstanlau¬ fen des Rotors, notwendig, die Ausrichtung der Rotorblatteile zum Wind verstellbar auszugestalten. Dazu ist gemäß diesem vor¬ bekannten Stand der Technik eigens eine aufwendige Steuervorrich¬ tung vorgesehen. Das Betreiben dieser vorbekannten Vertikaltur¬ bine fordert darüber hinaus eine Steuerung des Anstellwinkels
der Rotorblätter während des Betriebs, so daß eine eigene Steue¬ rung vorzusehen ist. Derartige Vertikalrotoren eignen sich derazu' folge nicht für den Selbstbau bzw. für den Einsatz in Entwick¬ lungsländern, da es gerade dort darauf ankommt, möglichst ein¬ fach aufgebaute Rotoren ohne komplizierte Steuerung an die Hand zu geben.
Aus der DE 3 529 474 A 1 ist eine zusammenlegbare Vertikalwind- mühle bekannt. Diese weist vier Hauptflügel auf, die in einer rhombischen Form zueinander angeordnet sind. Zur Funktionsfähig¬ keit dieser Vertikalwindmühle sind neben den Hauptflügeln Hilfs¬ flügel vorzusehen. Darüber hinaus sind die einzelnen Flügelarme auf Wellen angeordnet, die an den Eckpunkten des Rotors gelenkig miteinander verbunden sind. Durch diese Gelenkverbindungen sind in dem Gesamtrotor Schwächungsstellen gebildet, die die Stabilität der Gesamtvertikalwindmühle negativ beeinträchtigen. Darüberhinaus ist auch für diese Vertikalwindmühle eine aufwendige Steuerung notwendig.
Aus der US-PS 4 561 826 ist ein Vertikalwindrotor bekannt, des¬ sen Rotorarme während der Rotordrehung um die horizontale Achse in derart verschwenkbar sind, daß die Rotorarme von einer Aus¬ richtung schräg zur vertikalen Achse zur waagerechten hin ausge¬ lenkt werden. Das bedingt einen komplexen Aufbau des Gesamtro¬ tors oder die Verwendung von einerseits flexiblen und elasti¬ schen und andererseits dauerbeanspruchungsbeständigen Werkstof¬ fen für die Herstellung der Rotorarme.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten und mit geringen Investitionskosten herstellbaren Rotor der eingangs angegebenen Art zu schaffen, dessen Wirkungsgrad so hoch ist,
daß er sich wirtschaftlich zur Gewinnung von Windenergie einset¬ zen läßt, und der die vorstehend angegebene Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Rotor der gattungs¬ gemäßen Art dadurch gelöst, daß die Rotorarme aus einer oder meh¬ reren in vertikalen Ebenen liegenden Schlaufen mit aerodynami¬ schen Profilen bestehen. Besteht der Rotorarra nur aus einer Schlaufe, läßt sich schon eine erhebliche Energieausbeute erzie¬ len. Diese kann noch wesentlich dadurch vergrößert werden, daß mehrere Schlaufen ineinandergelegt werden, so daß die angeström- ten Rotorflächen vergrößert werden. Weiterhin wird durch die In¬ einanderschachteϊung mehrerer Schlaufen die Stabilität der Rotor- arme erhöht. Die Rotorarme sind zweckmäßigerweise symmetrisch zu einer durch die Nabe gelegten radiale Ebene angeordnet. In dieser Schnittebene weisen die Profile der Rotorarme aerodyna¬ mische Profile, und zwar vorzugsweise tropfenförmige oder strom¬ linienförmige Profile auf.
Zweckmäßigerweise bestehen die Schlaufen aus ausgehend von dem Bereich der Nabe winkelig divergierenden Schenkeln, deren radia¬ len äußeren Bereiche durch bogenförmig gekrümmte Profilstreifen miteinander verbunden sind. Diese Ausgestaltung führt dazu, daß ein günstiges Drehmoment nicht nur aus der Differenz der Momente gegenüberliegender Rotorarme erzeugt wird, sondern eine zusätz¬ liche Antriebskraft ergibt sich aus der Schräganströmung der Pro¬ file, so daß auch in den Bereichen durch die Rotorarme auf die Rotorwelle übertragene Momente erzeugt werden, in denen die Ro¬ torarme schräg zur Strömungsrichtung des Windes stehen.
Zweckmäßigerweise besitzen mehrere ineinanderliegende Profil¬ schlaufen dieselben Schenkel, die in unterschiedlichen radialen
Abständen von der Drehachse durch bogenförmig gekrümmte Profil¬ streifen miteinander verbunden sind.
Zweckmäßigerweise verlaufen die winkelig zueinander stehenden Schenkel im wesentlichen geradlinig. Dabei können um 180° gegen¬ überliegende Schenkel der Rotorarme die Form eines liegenden flachen X aufweisen.
Nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist vorgesehen, daß die Rotorarme in zu die Drehachse schneiden¬ den vertikalen Ebenen kurvenförmig gekrümmt sind. Zweckmäßiger¬ weise weisen die Rotorarme etwa einen sinusförmigen Kurvenver- lauf auf. Dabei können die Rotorarme im Bereich konvexer, nach oben gekrümmter Scheitel an die Drehachse oder mit dieser ver¬ bundenen Nabe befestigt sein.
Zweckmäßigerweise nimmt der sinusförmige Kurvenverlauf der Rotor- arme radial nach außen in seiner Amplitude ab. Der Kurvenverlauf hat somit etwa die Form einer gedämpften Sinus-Schwingung. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die anströmbare Fläche da¬ durch vergrößert wird, daß der auftreffende Wind Teile des Ro¬ tors trifft, die nicht im Windschatten vorhergehender Teile lie¬ gen. Auch bei dieser Ausgestaltung ergibt sich bei schräg zum Wind stehenden Rotor aufgrund der Schräganströmung der Profile ein zusätzliches Drehmoment.
Zweckmäßigerweise sind auf einer Welle im vertikalen Abstand mehrere Arme befestigt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Arme aus geraden oder im wesentlichen geraden radialen Profilstreifen oder Blättern bestehen.
Mehrere durch derartige gerade Profilstreifen oder Blätter gebil' dete Rotoren können auf einer vertikalen Welle im vertikalen Ab¬ stand voneinander befestigt sein. Zweckmäßigerweise besteht je¬ der Rotor nur aus zwei um 180° versetzten Armen, wobei die Arme aufeinanderfolgender Rotoren in Umfangsrichtung um einen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind.
Der axiale Abstand der Rotorblätter entspricht vorzugsweise etwa deren doppelten Breite.
Die schlaufenförmige Arme, Rotorblätter oder Profilstreifen wei¬ sen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein tropfen- oder birnenförmiges Profil mit flachauslaufenden Profilenden auf. Zweckmäßigerweise ist das Profil symmetrisch zu seiner Längsmit- tellinie ausgebildet. Das Profil kann beispielsweise tragflächen- förmig, aber symmetrisch zu seiner Mittellinie ausgebildet sein, weil das Profil keinen Auftrieb erzeugen soll. Nach einer erfin¬ derischen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Bereich des Profils zwischen seinem größten Durchmesser und seinem spitz aus¬ laufenden Endbereich konkav gekrümmt ist. Diese konkave Krümmung ist besonders günstig bei der Schräganströmung und der durch diese erzeugten Vortriebskraft. Weiterhin ist diese Ausgestal¬ tung günstig bei der Drehung der Rotorblätter um 180° zur Wind¬ richtung, bei der die Rotorblätter von dem Wind von hinten angeströmt werden. Bei dieser Anströmung wird ein besonders großes Moment von den Rotorarmen auf die Rotorwelle übertragen, weil der Widerstandsbeiwert beträchtlich ansteigt.
Die erfindungsgemäßen Rotoren weisen weiterhin den Vorteil auf, daß sie auch bei Starkwind nicht abgeschaltet werden müssen, weil sie sich in ihrem Drehmoment selbst stabilisieren. Es entsteht daher nur eine geringe Beanspruchung des die Rotoren tragenden Unterbaus.
Eine weitere Lösung der eingangs gestellten Aufgabe besteht darin, daß die gattungsgemäß ausgestalteten Rotorarme aus einer gradzahligen Anzahl von quer zur Längsachse sinusförmig gekrümm¬ ten, im wesentlichen identischen leistenförmigen Blättern beste¬ hen, von denen benachbarte im Bereich ihrer Scheitel miteinander verbunden sind. An sich können die Rotoren sinusförmige Rotor¬ blätter aufweisen. Sie weisen aber nur eine geringe Stabilität auf, so daß sie sich unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte ver- formen können. Die erfindungsgemäße Anordnung der sinusförmigen Rotorblätter in einem Verbund führt zu einer höheren Stabilität und Festigkeit der Rotorarme.
Zweckmäßigerweise sind die Blätter der Arme in Form einer gedämf' ten Sinuskurve gekrümmt. Sie weisen also kleiner werdende Ampli- tuden und Perioden auf.
Die Rotorblätter können auch in Form einer Zick-Zack-Linie mit stumpfen Winkeln und abgerundeten Ecken gekrümmt sein.
Nach einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Arme aus kreisförmig gebogenen Profilen bestehen, die durch zwei im wesentlichen gradlinige, etwa tangential mit dem kreisförmig gebogenen Profilen verbundene Profile an der Rotornabe befestigt sind.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Arme aus winkelig, vorzugsweise spitzwinkelig, zueinander ange¬ ordneten Profilen bestehen, die im Bereich ihrer Spitzen mitein¬ ander und im Bereich ihrer inneren Enden mit der Rotornabe ver¬ bunden sind.
Die Querschnitte dieser Profile besitzen zweckmäßigerweise schlanke Tropfenformen mit spitzauslaufenden Enden.
Mehrere Rotoren können etagenförmig auf einer Achse übereinander angeordnet sein.
Ein weiterer durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Rotor Trommelform besitzt und mit einem äußeren mantelförmigen Ring versehen ist, der aus etwa halbkreisförmigen bis dreivietel- kreisförmigen Schalen besteht, deren eine Seitenkante jeweils etwa tangentiell mit dem Mantel der hervorgehenden Schale verbun¬ den ist. Ein so gestalteter Rotor weist auf einer Seite konkave Schalen auf, die dem Wind einen größeren Widerstand bieten, als die konvexen Schalen auf der gegenüberliegenden Seite.
Auch diese Rotoren können in mehreren Etagen übereinander ange¬ ordnet sein. Es ist möglich, eine Zentralachse bildenden abge- spannten Mast vorzusehen, der über seine gesamte Länge in Etagen mit Rotoren versehen ist.
Die einzelnen Rotoren können auch untereinander verbunden sein, so daß sich ein einziger langgestreckter Rotor ergibt.
Der trommeiförmige Rotor kann auch eine vertikale Hohlwelle antreiben und oberhalb des trommeiförmigen Rotors kann auf einer in der Hohlwelle gelagerten und unabhängig von dieser drehenden zweiten Welle ein aus zwei Rotorarmen bestehender Rotor mit wesentlich größerem Durchmesser angeordnet sein, wobei die Rotor¬ arme dieses Rotors in die Drehachse schneidenden vertikalen Ebe¬ nen kurvenförmig gekrümmt sind- Bei dieser Ausführungsform kann der trommeiförmige Rotor beispielsweise einen ersten Generator antreiben, während der kurvenförmig gekrümmte, zweite Rotor einen zweiten Generator antreibt. Zusätzlich kann der trommeiför¬ mige Rotor mittels eines einfach übergeworfenen Transmissionsrie¬ mens auch als Antrieb genutzt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Rotor etwa die Form einer Kugel oder eines Ellipsoides besitzt, daß die Mantelsektoren des Rotors etwa sichelförmig gekrümmt, einen S-förmigen Querschnitt mit einem etwa halbkreisförmigen bis dreiviertelkreisförmigen Bogen und einen etwa einviertel- kreisförmigen Gegenbogen besitzen und an ihren Längskanten mit¬ einander verbunden sind und daß die Sektoren im Bereich ihrer Spitzenenden an der Rotornabe befestigt sind.
Dieser Rotor kann mit einem Gas gefüllt sein, das leichter als Luft ist, so daß sich ein schwebender Ballon ergibt, wobei die Achse des Rotors durch Seile mit bodenfesten Socken verspannt ist. Der schwebende Rotor kann dann bis in Lufthöhen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit der Luft hochgelassen werden. Bei zu starkem Wind besteht die Möglichkeit, den ballonartigen Rotor über die Seile einzuziehen und in eine windgeschützte Stellung zu bringen.
Es können auch zwei kugelförmige Rotoren auf einer Achse gegen¬ läufig übereinander angeordnet werden. Hierdurch wird eine zu¬ sätzliche Stabilisierung des Vertikalrotors erreicht.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Rotor die Form einer diskusförmigen Scheibe besitzt, die auf ihren schalenförmigen Ober- und Unterseiten im gleichen Win¬ kelabstand von der Achse radial zu dem Rand verlaufende Wülste aufweist, die im Querschnitt ein etwa halbtropfenförmiges Profil aufweisen. Die Wülste können auch bogenförmig von dem Bereich der Achse zu dem äußeren Rand verlaufen.
Auch diese diskusförmigen Rotoren können in mehreren Etagen über¬ einander angeordnet oder in Ballonform ausgeführt werden.
Der Rotor kann von in gleichen Winkelabständen über den Umfang verteilten Rotorarm in Schlaufenform eingehüllt sein, wobei je¬ weils eine der Profilseiten bei senkrechter Anströmung durch den Wind, einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist. Die Länge der radial von der vertikalen Drehachse abstehenden schlaufenförmigen Rotorarme ist dabei größer als der Radius des diskusförmigen Rotors. Vorzugs¬ weise können vier schlaufenförmige Rotorarme radial von der ver¬ tikalen Drehachse abstehen, wobei zwischen diesen jeweils ein rechter Winkel eingeschlossen ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der eingangs gestellten Auf¬ gabe besteht darin, daß an der Rotornabe ein nach oben und ein nach unten weisender Rotorarm befestigt ist, wobei diese im we¬ sentlichen in einer vertikalen Ebene liegen. Je weniger Rotor¬ blätter ein von Windkraft angetriebener Rotor aufweist, desto schneller ist er bei gleicher Winkelgeschwindigkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich vor dem Rotor ein Stau bildet, der mit wachsender Zahl der Rotorblätter größer wird. Ein ein¬ blättriger Rotor ist nicht nur schneller, sondern hat auch eine bessere Energieausbeute. Es sind bereits einblättrige um eine horizontale Achse rotierende Rotorblätter ausgeführt worden, die aber ein entsprechendes Gegengewicht aufweisen müssen, um einen ausgewuchteten Rotor zu bilden. Ein derartiger einflügeli¬ ger Rotor ist beispielsweise unter der Bezeichnung "Monopteros" bekannt geworden. Trotz einer Auswuchtung weisen einflügelige Rotoren den Nachteil auf, daß sich auf dem Flügel Eis ansetzen kann, so daß sich Unwuchten ausbilden können, die zur Beschädi¬ gung oder Zerstörung des Rotors führen können.
Der erfindungsgemäße Rotor weist nun die grundsätzliche Charak¬ teristik eines einflügeligen Rotors mit doppelter Wirkung und Energieausbeute auf, weil zwar zwei Rotorarrae oder Rotorblätter vorhanden sind, die aber in entgegengesetzter Richtung weisen, so daß sie bei der Drehung des Rotors in voneinander getrennten Räumen rotieren. Da also die erfindungsgemäßen Rotorarme in von¬ einander getrennten Räumen rotieren, beeinflussen sich diese, gegenseitig nicht und haben damit die Wirkung von zwei einflüge¬ ligen Rotorblättern. Da die beiden Rotorarme zwar relativ zuein¬ ander um 180° um eine horizontale Achse verdreht angeordnet sind, sonst aber identisch ausgebildet sind, ist der Rotor sta¬ tisch ausgewuchtet. Selbstverständlich weisen die Rotorarme rela¬ tiv im Bezug auf ihre senkrechte Quermittelebene relativ zueinan¬ der um 180° verdrehte Profile auf.
Da der erfindungsgemäße Rotor als Verdoppelung eines einflügeli¬ gen Rotors aufgefaßt werden kann, besitzt er bei sehr guter Ener' gieausbeute auch die Schnellaufcharakteristik von einflügeligen Rotoren. Zweckmäßigerweise sind die nach oben und nach unten wei senden Rotorarme an den Enden horizontalverlaufender Profil- stücke befestigt. Durch diese radialen Profilstücke werden Hebel¬ arme vergrößert, an denen die abgewickelten Rotorarme angreifen.
Zweckmäßigerweise schließen die Rotorarme mit dem Drehachsen¬ teil, um das diese rotieren einen spitzen Winkel ein. Die Rotorarme können auch parallel zur Querachse verlaufen oder mit dieser einen stumpfen Winkel einschließen. Weiterhin können die Rotorarme auch in beliebiger Weise gekrümmt sein. Zwecküläßigerweise besitzen die Rotorarme und die Profilstücke Querschnitte in Form von schlanken Tropfen mit spitz zulaufenden Enden.
An der Rotornabe oder den Enden der horizontal verlaufenden Pro¬ filstücke können auch nur nach oben oder nur nach unten oder so¬ wohl nach oben als auch nach unten weisende Rotorarme befestigt sein. Bei dieser Ausgestaltung gehen allerdings die Wirkungen einflügeliger Rotoren verloren.
An den Enden der nach oben und unten weisenden Rotorarme können jeweils horizontal verlaufende Profilstücke eingesetzt sein, deren Profil so geformt ist, daß eine auf die nach oben bzw. nach unten weisenden Rotorarme wirkende Kraftkomponente in radia¬ ler Richtung ausgeglichen wird. Dazu ist das Profilstück zweck¬ mäßigerweise tragflächenförmig ausgeformt.
Eine weitere Lösung der Aufgabe liegt darin, daß die Rotorarme aus in Form von Bügeln zueinander angeordneten Profilen beste¬ hen, deren Schenkel an der Rotorwelle oder der Rotorachse befe¬ stigt sind. Grundsätzlich können die Bügel beliebige Formen auf¬ weisen. Zweckmäßig sind jedoch Bügel mit symmetrisch angeordneten geometrischen Formen. Dabei bestehen die Bügel aus Leisten, die die aerodynamischen Profilquerschnitte besitzen.
Zweckmäßigerweise sind die Profile in Form von gleichschenkeli- gen Dreiecken zueinander angeordnet.
Die Profile können auch in Rechteckform zueinander angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Profile in Form von Bügeln mit zueinander parallelen Schenkeln angeordnet sind, die an ihren radial außenliegenden Enden durch gekrümmte Bügelteile haarnadelförmig miteinander verbunden sind.
Um den Wind über eine größere Fläche auszunutzen, sind zweckmäßi¬ gerweise mehrere Rotoren etagenförmig übereinander auf einer ge¬ meinsamen Welle oder Nabe angeordnet.
Zweckmäßigerweise liegen die in mehreren Etagen übereinander•an¬ geordneten Rotoren um jeweils 180° versetzt in einer gemeinsamen vertikalen Ebene.
Nach einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Länge der etagenförmig übereinander angeordneten Rotoren von oben nach unten zunimmt.
Die radial äußeren Enden der Rotoren können durch Profilleisten miteinander verbunden sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß meh¬ rere horizontal und im Abstand parallel zueinander verlaufende Rotoren an ihren Enden durch vertikal oder schräg verlaufende Profile miteinander verbunden sind. Zweckmäßigerweise liegen die Profile wiederum in einer gemeinsamen Ebene. Die Profile können auch sternförmig auf der Rotorwelle oder der Nabe angeordnet sein, so daß sie jeweils kleinere Winkel als 180° miteinander einschließen. Die Begrenzungsprofile können auch die Form von gleichschenkeligen Dreiecken besitzen.
Diese vorgenannten Rotorprofile können aus vorgefertigten Teilen einfach zusammengesetzt werden. Dies ist beispielsweise auch für die haarnadelförmig gekrümmten Bügelstücke einfach möglich, da d ese Rotorarmteile vorgefertigt werden können und als vorgefer¬ tigte Teile bei der Endmontage des Rotors leicht mit den geraden Rotorteilen verbunden werden können.
Eine weitere Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist darin zu sehen, daß mindestens ein radialer Rotorarm, der gattungsgemäß ausgestaltet ist, derart gebildet wird, daß ein Rotorarmteil aus¬ gehend von der Drehachse schräg von der Drehmittellinie weg- weist, daß sich jeweils an diesem Rotorarmteil ein weiterer Rotorarmteil anschließt, der schräg zur Drehmittellinie hinweist und daß dieser weitere Rotorarmteil über die Mittellinie hinaus¬ ragt, wobei jenseits der Mittellinie das Profil um 180° versetzt ist.
Ein derartiger Rotor kann einstückig mit der vertikalen Drehach¬ se ausgebildet sein.
An den über die Drehmittellinie des Rotors hinausragenden Rotor¬ armteil kann sich ein waagerecht verlaufender Stabilisatorflügel anschließen, der dazu dient, das Bestreben des Rotorarms, infol¬ ge der Zentrifugalkraft in die Waagerechte auszuweichen, aus¬ gleicht.
Zweckmäßigerweise können auch weitere Rotorarmteile derart vorge¬ sehen sein, daß die gesamten Rotorarmteile zusammen im wesentli¬ chen die Form eines auf einer Spitze stehenden Vierecks bilden, über dessen oberhalb der Drehmittellinie liegenden Spitze minde¬ stens ein Rotorarmteil hinausragt. Insbesondere bei der zuletzt genannten Ausführungsform kann zu¬ sätzlich ein stabilisierender Flachrotor vorgesehen sein, der waagerecht ausgerichtet ist und derart mit dem zuvor beschriebe¬ nen Rotor verbunden ist, daß er die beiden seitlichen Eckpunkte des auf der Spitze stehenden Rotorarmvierecks schneidet.
Sämtliche zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Vertikalrotoren können sowohl an Land oder aber auf einer schwimmenden Insel oder einem Schiff angeordnet werden. Eine Positionierung von Vertikalwindrotoren im Meer ist deshalb vorteilhaft, weil der anströmende Wind aufgrund der hindernisfreien Meeresoberfläche in der Regel höhere Windgeschwindigkeiten erreicht.
Bei einer Aus ührungsform, bei der der Rotor mit der Drehachse fest verbunden ist, kann die Drehachse drehfest mit einem im Wasser drehenden gasgefüllten Auftriebskörper verbunden sein. Zweckmäßigerweise können außen am Auftriebskörper bürstenartige Fortsätze gebildet werden, die sich in das Wasserreservoir her¬ ein erstrecken. Damit erfolt bei Drehung des Rotors automatisch eine Abbremsung und aufgrund der Reibung wird das Wasser merk¬ lich aufgewärmt. Damit kann mittels des Vertikalrotors neben der über dem Generator erzeugten elektrischen Energie auch noch Wär¬ meenergie zur Verfügung gestellt werden, wodurch der Wirkungs¬ grad der Windenergiekonversion verbessert wird.
Eine weitere Lösung der eingangs gestellten Aufgabe besteht darin, daß auf der Drehachse eine Scheibe angeordnet ist, daß sich vom äußeren Rand der Scheibe ein erster Rotorarm schräg zur Drehmittellinie hin geneigt erstreckt, wobei jenseits der Mittel¬ linie das Profil um 180° versetzt ist, und daß von anderen Schei- benrandpunkten ausgehende Rotorarme zur Drehmittellinie hin geneigt angeordnet sind, die an dem ersten Rotorarm abstützend angreifen. Die Scheibe kann auch als Auftriebskörper ausgeführt sein, der ein Schwimmen des Ver'tikalrotors auf der Meeresoberfläche gewähr¬ leistet. Am oberen Ende des überstehenden Rotorarms kann zusätz¬ lich ein im wesentlichen waagerecht verlaufender Stabilisator¬ flügel angeordnet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Rotor, dessen beide um 180° zueinander ver¬ setzten Rotorarme (1) an einer vertikalen Welle (2) über eine die Rotorarme tragenden Nabe (3) befestigt sind. Die Rotorwelle (2) ist in einem vertikalen Turm (4) gelagert, der in bekannter Weise durch Streben oder Seile (5) abgespannt ist. In einem am Boden angeordneten Raum (6) können Aggregate oder dergleichen angeordnet sein. Die Höhe des Rotormastes (4) ist beliebig und kann beispielsweise 40 bis 50 m vertragen.
Der Durchmesser des Rotors wird in geeigneter Weise gewählt und kann je nach den durchschnittlichen Windverhältnissen am Stand¬ ort beispielsweise 10 bis 20 m oder auch mehr betragen.
Die Rotorarme (1) bestehen aus winkelig zueinander angeordneten Pro ilschenkeln (7), deren äußeren Endbereiche durch ein etwa kreisbogenförmiges Profilteil (8) miteinander verbunden sind. In die derart gebildete Schlaufe ist eine weitere Schlaufe dadurch eingelegt, daß mit den Schenkeln (7) ein etwa kreisbogenförmiges Profilstück (9) verbunden ist, dessen radialer Abstand zur Rotor¬ welle geringer ist. Die kreisbogenförmigen Profilteile (8) und (9) bestehen zweckmäßigerweise aus vorgefertigten Profilen, die zur Endmontage nur noch auf die Profilschenkel aufgesteckt wer¬ den müssen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Rotorarme (1) in einer vertikalen durch die Drehachse verlaufenden Ebene angeordnet. Die Rotorarme bestehen aus Profilstreifen, deren Querschnitt in Fig. 2 a, die einen Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 zeigt, angeordnet ist. Die Profilstreifen bestehen also aus einem strom¬ linienförmigen Profil, das zu seiner Längsmittellinie (10) symmetrisch ist. Das Profil weist in seinem vorderen Bereich seinen dicksten Durchmesser (a) auf. Es läuft in der angedeuteten Weise spitz aus. Zwischen dem dicksten Durchmesser (a) und dem spitzauslaufenden Endbereich ist das Profil mit konkav nach innen gekrümmten Flanken (11) versehen.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiels eines Rotors mit um 180° versetzten Armen, die durch drei ineinanderliegende Schlaufen gebildet sind.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Roto¬ ren, die aus zwei oder mehr ineinanderliegende Schlaufen gebil¬ det sind.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen Beispiele von schlaufenförmigen Rotor¬ blättern, deren Schenkel parallel zueinander oder nach außen hin, konvergierend verlaufen.
Die Fig. 10 und 11 zeigen einen anderen Rotor, der aus geraden Rotorblättern besteht. Jeder sich von der Drehachse nach außen erstreckende Teil des Rotors bildet einen profilierten Rotorarm.
Das Querschnittsprofil der Rotorarme ist aus Fig. 10 a ersicht¬ lich. Hierbei handelt es sich wiederum um ein symmetrisches trop' fenförmiges oder stromlinienförmiges Profil.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, sind aufeinanderfolgende Rotor¬ blätter jeweils um 45° zueinander versetzt.
Die Rotorblätter (20) sind im axialen Abstand voneinander auf der Welle 21 befestigt, wie in Fig. 10 gezeigt.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die um 180° ver¬ setzten Arme der Rotorblätter 25 sinusförmig geschwungen sind. Die Befestigung der sinusförmig geschwungenen Arme erfolgt im Bereich eines nach oben gekrümmten Scheitels an einer an der Rotorwelle befestigten Nabe.
Die Fig. 12 zeigt mehrere im Abstand voneinander an einer Rotor¬ welle (2) befestigte Rotorblätter (25), die in unterschiedlicher Weise gekrümmt sind. Zweckmäßigerweise nimmt die Höhe der Krüm¬ mungen nach außen ab, die Rotorblätter (25) weisen also in etwa die Form einer gedämpften Sinus-Schwingung auf.
Fig. 12 a zeigt den Querschnitt durch die Rotorblätter (25), bei dem es sich wiederum um ein symmetrisches tropfenförmiges oder stromlinienförmiges Profil handelt.
Der in Fig. 13 dargestellte Rotorarm besteht aus vier Rotorblät¬ tern (31, 32, 33 und 34) mit identischen tropfenförmigen Profi¬ len, die in ihrer Längsausdehnung sinusförmig gekrümmt sind und im Bereich ihrer Scheitel (35) miteinander verbunden sind. Die Blätter (31 bis 34) sind in Form von gedämpften Sinuskurven gekrümmt. Die inneren Enden der Blätter (31 bis 34) des Rotors sind an der Rotornabe (36) befestigt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 sind die Rotorblätter (37 bis 40) in Form einer Zick-Zack-Linie mit stumpfwinkeligen und abgerundeten Ecken gekrümmt. Die inneren Enden der Blätter des Arms sind wiederum an der Rotornabe (41) befestigt. Die Blätter weisen im Querschnitt Tropfenform auf.
Fig. 15 zeigt einen Rotor mit Rotorarmen nach Fig. 13. Die Quer¬ schnittsform der einzelnen Blätter der Arme ist aus Fig. 16 er- sichtlich. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 13 bis 15 sind die Blätter der Arme spiegelbildlich symmetrisch zu einer mittleren horizontalen Ebene angeordnet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 bestehen die Rotorarme aus kreisförmig gebogenen Profilen (41 a), die durch 2 im wesentli¬ chen geradlinige etwa tangential mit den kreisförmig gebogenen Profilen (41 a) verbundene Profile (42) an der Rotornabe (43) befestigt sind. Der Querschnitt (44) der Profile ist in Fig. 17 a dargestellt.
Nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 18, 19, 19 a und 20 be¬ stehen die Arme des Rotors aus winkelig miteinander verbundenen geraden Blättern (45, 46). Jedes Blatt weist wiederum im Quer¬ schnitt die aus der Fig. 20 a ersichtliche Tropfenform (47) auf.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 21 ist ein trommeiförmiger Rotor (50) vorgesehen, dessen Querschnittsform aus Fig. 21 a er¬ sichtlich ist (Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 21). Bei dem Rotor (50) sind an der Rotornabe (51) in Form eines Ringes
halbkreisförmige bis dreiviertelkreisförmige Schalen (52) befe¬ stigt, deren einen Seitenkanten (53) jeweils etwa tangential mit dem Mantel der vorhergehenden Schale verbunden ist. Bei dem Rotor nach Fig. 22 ist auf der Rotorachse 60 ein ballon¬ artiger Rotor (61) drehbar gelagert. Dieser ballonartige Rotor, der die Form einer Kugel oder eines Ellipsoides besitzt, besteht aus Mantelsektoren (62), die etwa sichelförmig gekrümmt sind. Diese Mantelsektoren weisen einen S-förmigen Querschnitt mit einem halb- bis dreiviertelkreisförraigen Bogen (63) und einen viertelkreisförmigen Gegenbogen (64) auf. Dieser Aufbau ist ins¬ besondere aus der Querschnittdarstellung der Kugel gem. Fig. 23 zu ersehen. Die Mantelsektoren sind an ihren Längskanten mitein¬ ander verbunden. Im Bereich ihrer spitzen Enden sind die zu einer Kugel oder einem Ellipsoid verbundenen Mantelsektoren auf der Rotornabe befestigt, die drehbar auf der Achse (60) gelagert ist. Der Rotor ist mit einem leichteren Gas als Luft, zweckmäßi¬ gerweise aus Helium gefüllt, so daß sich ein freischwebender Ballon (61) ergibt. Dieser ist durch Seile (70) an bodenfesten Sockeln (71) befestigt.
In Fig. 22 a sind zwei ballonartige Rotoren (61 a) und (61 b) übereinander auf der Rotorachse (60) angeordnet. Die Mantelsek¬ toren dieser beiden ballonartigen Rotoren sind dabei derart aus¬ gerichtet, daß der ballonartige Rotor (61 a) mit der Winkelge¬ schwindigkeit i und der ballonartige Rotor (61 b) mit der Win¬ kelgeschwindigkeit 2 in genau entgegengesetzter Richtung ro¬ tiert. Damit wird eine Stabilisierung des in der Luft schweben¬ den Doppelrotors erreicht.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 24 bis 25 besteht der Rotor aus einer diskusförmigen Scheibe (75). Die diskusförmige Scheibe (75) ist auf ihrer schalenförmigen Oberseite (76) und ihrer etwa spiegelbildlich ausgebildeten Unterseite (77) mit Wülsten (78) versehen, die von dem Bereich der Achse (79) zu dem Rand (80) verlaufen. Im Querschnitt weisen die Wülste (78) ein etwa halbtropfenförmiges Profil auf, daß aus Fig. 24 a ersicht¬ lich ist.
Die Wülste (78) können in Draufsicht bogenförmig gekrümmt sein.
Die diskusförmigen Scheiben (75) können in der aus Fig. 26 er¬ sichtlichen Weise etagenförmig übereinander angeordnet sein. Wie in Fig. 26 deutlich zu erkennen, können die Scheiben (75) von der obersten Scheibe bis zur untersten Scheibe in ihrem Durch¬ messer kontinuierlich zunehmen. Alle Scheiben (75) sind nach die¬ sem Ausführungsbeispiel drehfest mit einer Welle (2) verbunden. Der diskusförmige Scheibenrotor (75) kann aber auch in der aus Fig. 27 ersichtlichen Weise als Ballon entsprechend der Fig. 22 ausgebildet sein, wobei er wiederum mit einem Gas gefüllt ist, welches leichter als Luft ist.
In der Fig. 27 a sind zwei als Ballon ausgestaltete diskusförmi¬ ge Scheibenrotoren (75) derart angeordnet, daß sie gegenläufig laufen und somit zu einer Zentrierung des Gesamtrotors in der Luft führen. Die Diskusscheiben werden von in gleichen Winkelab¬ ständen über den Umfang verteilten Rotorarmen (81) in Schlaufen¬ form eingehüllt. Die Rotorarme weisen wieder jeweils eine der Profilseiten auf, die bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der ent¬ gegengesetzten Seite aufweist. Die Länge der radial von der ver¬ tikalen Drehachse abstehenden schlaufenförmigen Rotorarme ist größer als der Radius des diskusförmigen Rotors. Aufgrund des gasgefüllten, beispielsweise mit Helium gefüllten, diskusförmi¬ gen Rotors, der ballonartig aufsteigt, können die schlaufenförmi¬ gen Rotorarme in windreichere Höhen gebracht werden, ohne daß ein aufwendiges Gerüst für eine vertikale Rotorachse vom Boden bis zu den Rotoren geführt werden muß.
In den Fig. 28 und 29 sind vier schlaufenförmige Rotorarme (81) gezeigt, die radial von der vertikalen Drehachse abstehen, wobei zwischen ihnen jeweils ein rechter Winkel eingeschlossen ist. Innerhalb dieser Rotorarme (81) ist ein diskusförmiger Rotor (75) angeordnet.
Bei den ballonartigen Rotoren, d.h. die Rotoren (61 bzw. 75), die mit einem Gas, welches leichter als Luft ist, gefüllt sind, kann der Strom mittels eines innerhalb des Rotors angeordneten Ringgenerators (nicht dargestellt) erzeugt werden und über geeig nete Leitungen zum Boden geleitet werden. Die freischwebenden Rotoren können über die Abspannung (70) bei zu starkem Wind bzw. Unwettern nach unten gezogen werden. Dazu kann die Abspannung (70) über Seilwinden (nicht dargestellt) mo¬ torisch aufgerollt und dadurch verkürzt werden.
In Fig. 30 ist eine andere erfindungsgemäße Lösung dargestellt. An einem abgespannten vertikalen Mast (101) ist ein um eine ver¬ tikale Achse drehbar gelagerter Rotor (102) gehaltert. Die Rotor¬ blätter sind an einer Nabe oder an einer Welle (103) befestigt. Der Rotor weist zwei um 180° versetzte zueinander angeordnete Rotorblätter auf. Jedes Rotorblatt besteht aus einem radialen Profilstück (104, 104'), an dessen Ende ein schräg nach unten weisender Arm (105) und ein schräg nach oben weisender Arm (105') besfestigt ist. Die Arme (105, 105') verjüngen sich zu ihren Enden hin.
Die Profilstücke (104, 104') sowie die Arme (105, 105') weisen im Querschnitt die dargestellte symmetrische Tropfenform auf. Die Querschnitte der Profilstücke (104, 104') und der Arme (105, 105') sind jeweils um 180° gedreht, so daß der Wind die Profile der Arme einmal von hinten und einmal von vorne anbläst. Während der Drehung des Rotors tritt zusätzlich beim schrägen Anblasen eine Propellerwirkung auf.
Der dargestellte Rotor hat im Bezug auf die abgewinkelten Arme (105, 105») die doppelte Wirkung eines einblättrigen Rotors, da die abgewinkelten Arme in Räumen rotieren, die sich nicht über¬ lappen und einander nicht durchdringen.
Mit der Rotornabe und der Rotorwelle (103) kann in üblicher Wei¬ se ein Generator verbunden sein.
Gemäß Fig. 31 ist der zuvor beschriebene Rotor mit zusätzlichen Stabilisatorblättern (106, 106') ausgerüstet. Fig. 31 a zeigt das aerodynamische und nährungsweise tropfenförmige Querschnitt¬ profil der Profilstücke (104, 104') und der Arme (105) und (105'). Fig. 31 b zeigt dagegen das Profil der Stabilisatorflü¬ gel (106) und (106') und weist näherungsweise eine in der Symme¬ triemittellinie halbierte Tropfenform auf. Damit gleicht dieser Stabilisatorflügel einer Tragfläche. Die letztendliche Formung des Stabilisatorflügels richtet sich nach der Kraftkomponente, die erzeugt werden muß, um die durch die Zentrifugalkraft im Mittel auf die Arme (105) und (105') wirkende Kraftkomponente in Biegerichtung auszugleichen.
In Fig. 32 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei dem die Rotorblätter wiederum an der Welle (103) befestigt sind. Jedes Rotorblatt besteht aus einem radialen Profilstück (104) und (104'), an dessen Enden jeweils ein schräg nach unten und ein schräg nach oben weisender Arm (105) bzw. (105') befestigt sind. Die Arme (105) und (105') verjüngen sich auch bei dieser Ausfüh¬ rungsform zu ihren Enden hin. An den verjüngten Enden der Arme (105) und (105') sind jeweils wiederum nahezu waagerechte Stabi¬ lisatorflügel angebracht. Somit erhält jedes Rotorblatt nahezu die Form eines liegenden X. Fig. 32 a zeigt den Querschnitt durch die Profilstücke (104, 104') und die Arme (105) und (105'). Fig. 32 b zeigt den Querschnitt durch die Stabilisator¬ flügel (106) bzw. (106').
Fig. 33 zeigt eine erfindungsgemäße Auführungsform mit einem Rotor mit mehreren etagenförmig übereinander angeordneten Rotor¬ armen in Form von jeweils dreieckigen Bügeln. Auf einer vertika¬ len feststehenden und durch Seile (201) abgespannten Achse sind rohrförmige Naben (202) drehbar gelagert, auf der Rotorarme (203) in Form von gleichschenkeligen Dreiecken befestigt sind. Oberhalb des Abspannringes (204) sind zwei um 180° zueinander versetzt angeordnete Arme (203) vorgesehen, die die größte radia^ le Länge aufweisen. Unterhalb des Abspannringes (204) sind in Etagen übereinander dreiecksförmige Rotorarme auf der Nabe (202) befestigt, die von Etage zu Etage von oben nach unten hin in ihrer radialen Länge zunehmen.
Die Rotorarme (203) sind jeweils um 180° versetzt zueinander angeordnet und liegen in einer vertikalen Ebene. Es können auch mehr als zwei Rotorarme in jeder Etage mit gleichen Winkelabstän¬ den zueinander auf der Nabe befestigt sein. In Fig. 33 a ist das tropfenförmig und stromlinienförmige Querschnittspro il der Ro¬ torarme (203) dargestellt.
Fig. 34 zeigt einen im wesentlichen der Fig. 1 entsprechenden Rotor in geometrisch etwas abgewandelter Form.
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 35 sind zunächst dreiecksför¬ mige Rotorarme (203) auf Naben (202) übereinander befestigt, wo¬ bei diese jeweils eine gleiche Länge in radialer Richtung aufwei¬ sen. Benachbart liegende Spitzen von dreieckförmigen Rotorarmen (203) sind durch dreieckförmige Rotorarme (204) verlängert, so daß sich in der Draufsicht eine rautenförmige Profilumgrenzung ergibt. Zwei benachbart liegende dreieckförmige Rotorarme (204) können an ihrer Spitze wiederum durch einen dreieckförmigen Ro¬ torarm (205) verlängert werden. Dies kann, wie in Fig. 35 ge¬ zeigt, derart stufenförmig erfolgen, daß trotz Verwendung glei¬ cher Rotorarme in Dreieckform Rotoren mit über die Höhe unter¬ schiedlich verteilten Radius gebildet werden. Die hier vorge¬ stellte Rotorform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß gleiche vorgefertigte Teile verwendet werden und daß der Rotor je nach Einsatzort, d.h. je nach den dort herrschenden Windver¬ hältnissen, baukastenförmig angepaßt werden kann.
Fig. 36 zeigt eine weitere Rotorform, bei der Rotorarme (203) in Form von gleichschenkeligen Dreiecken übereinander angeordnet sind, wobei sie eine gleiche radiale Länge aufweisen. Die Spit- zen der Dreiecke sind untereinander mit einem geraden Profilteil (220) verbunden. Es braucht nicht näher erwähnt werden, daß selbstverständlich sämtliche hier dargestellten Rotorarme je¬ weils die beispielsweise in Fig. 33 a aufgeführte Querschnitts¬ fläche aufweisen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 37 sind auf der Nabe (202) in gleichen Abständen übereinander horizontale Rotorblätter (206-) angeordnet, die durch vertikale äußere Randprofile (207) miteinander verbunden sind.
Fig. 38 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 37, die sich lediglich dadurch unterscheidet, daß oberhalb der Abspann¬ seile ein weiterer in den Abmessungen etwas kleinerer Rotor mit waagerechten Rotorarmen (206'), welche ebenfalls durch äußere vertikale Randprofile (207) verbunden sind, gebildet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 39 sind auf der Nabe (202) haarnadelförmige Rotorarme (208) befestigt. Die Rotorarme (208) bestehen aus parallel zueinander verlaufenden Schenkeln (208'), (208 2'), die durch kreisbogenförmig gekrümmte Profilstücke (209) miteinander verbunden sind. Sämtliche Bestandteile der Rotorarme (208), insbesondere die kreisbogenförmig gekrümmten Profilstücke (209), können vorgefertigt werden und als vorgefer¬ tigte Teile zur Endmontage einfach durch Zusammenstecken und Ver¬ binden zum fertigen Rotorarm zusammengestellt werden.
Fig. 40 zeigt im wesentlichen eine Rotoranordnung wie die Fig. 39, wobei hier jedoch die Schenkel (208' und (208»') schräg aufeinander zulaufen. Beide Schenkel sind auch bei dieser Ausfüh* rungsform durch vorgefertigte kreisbogenförmig gekrümmte Profil¬ stücke (209) miteinander verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 41 sind haarnadelförmig gekrümmte Rotorarme (210) etagenweise übereinander angeordnet, wobei benachbarte Rotorarme zusätzlich noch durch gekrümmte Pro¬ filstücke (211) miteinander verbunden sind. Aufeinanderfolgende gekrümmte Profilstücke (211, 211') weisen jeweils unterschiedli¬ che Radialabstände von der Rotornabe (202) auf.
Die Ausführungsform des Rotors gem. Fig. 42 entspricht der nach den Fig. 33 und 34, jedoch mit dem Unterschied, daß die radial- außenliegenden Spitzen der dreieckförmigen Rotorarme durch schrägverlaufende Profilstücke (213) miteinander verbunden sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 43 sind auf der Nabe (202) übereinander horizontal und parallel verlaufende Rotorblätter (214) angeordnet, die an ihren radial außenliegenden Enden durch schrägverlaufende Profile (215) miteinander verbunden sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 44 sind die zueinander paral¬ lelverlaufenden Rotorblätter (214') an ihren freien Enden durch Profile (216, 217) miteinander verbunden, die die Form gleich- schenkeliger Dreiecke besitzen.
Die durch die Profilstücke gebildeten Rotorarme sind zweckmäßi¬ gerweis jeweils um 180° zueinander versetzt und liegen somit in einer vertikalen Ebene.
Selbstverständlich können auch in einer horizontalen Ebene mehr als zwei Rotorblätter angeordnet sein, die dann entsprechend ihrer Anzahl in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeord¬ net sind.
Die in den Figuren durch einfache Striche angeordneten Rotorblätter bzw. Arme weisen im Querschnitt jeweils eine langgestreckte Stromlinien- oder Tropfenform auf, wie sie waagerechten Rotorarmen (206'), welche ebenfalls durch äußere vertikale Randprofile (207) verbunden sind, gebildet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 39 sind auf der Nabe (202) haarnadelförmige Rotorarme (208) befestigt. Die Rotorarme (208) bestehen aus parallel zueinander verlaufenden Schenkeln (208'), (208 2'), die durch kreisbogenförmig gekrümmte Profilstücke (209) miteinander verbunden sind. Sämtliche Bestandteile der Rotorarme (208), insbesondere die kreisbogenförmig gekrümmten Profilstücke (209), können vorgefertigt werden und als vorgefer¬ tigte Teile zur Endmontage einfach durch Zusammenstecken und Ver¬ binden zum fertigen Rotorarm zusammengestellt werden.
Fig. 40 zeigt im wesentlichen eine Rotoranordnung wie die Fig. 39, wobei hier jedoch die Schenkel (208' und (208'') schräg aufeinander zulaufen. Beide Schenkel sind auch bei dieser Ausfüh¬ rungsform durch vorgefertigte kreisbogenförmig gekrümmte Profil¬ stücke (209) miteinander verbunden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 41 sind haarnadelförmig gekrümmte Rotorarme (210) etagenweise übereinander angeordnet, wobei benachbarte Rotorarme zusätzlich noch durch gekrümmte Pro¬ filstücke (211) miteinander verbunden sind. Aufeinanderfolgende gekrümmte Profilstücke (211, 211') weisen jeweils unterschiedli¬ che Radialabstände von der Rotornabe (202) auf.
Die Ausführungsform des Rotors gem. Fig. 42 entspricht der nach den Fig. 33 und 34, jedoch mit dem Unterschied, daß die radial- außenliegenden Spitzen der dreieckförmigen Rotorarme durch schrägverlaufende Profilstücke (213) miteinander verbunden sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 43 sind auf der Nabe (202) entsprechenden Querschnitte der Rotorarmteile (303) und (304) bzw. der Stabilisatorflügel (46). In Fig. 46 c ist eine weitere Ausbildung der Ausführungsform gem. Fig. 46 dargestellt, bei der zusätzlich ein stabilisierende Flachrotor (306) vorgesehen ist, der waagerecht ausgerichtet ist und durch die beiden seitlichen Eckpunkte des auf der Spitze stehenden Rotorarmvierecks, welches durch die Rotorarmteile (303) und (304) gebildet ist, geht. Der stabilisierende Flachrotor kann im wesentlichen eine Form aufwei¬ sen, wie sie in den Fig. 10, 10 a und 11 dargestellt ist.
Das Ausführungsbeispiel gem. Fig. 48 entspricht im wesentlichen demjenigen in Fig. 46, nur daß eine Seite des weiteren Rotorarm¬ teils (304) nicht über die Mittellinie (304') verlängert wurde. Weiterhin weist diese Ausführungsform keinen Stabilisatorflügel auf.
Bei sämtlichen vorgezeigten Ausführungsformen, bei denen die ver¬ tikale Drehachse einstückig mit dem oder den Rotorarm bzw. -ar¬ men ausgebildet ist, ist das Drehlager im Boden gekapselt. Da¬ durch ist es in vorteilhafter Weise vor Witterungsein lüssen ge¬ schützt. Daher könnte sich der Einsatz eines derartigen Rotors gerade in sehr kalten Gebieten, wie Permafrostgebieten, eignen. Ggf. können die Rotorarme hohl ausgeführt sein und mit erwärmten Gas gefüllt werden, um ein Vereisen der Rotorblätter zu verhin¬ dern.
Wie im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 48 dargestellt, können die Rotorblätter (300) gem. den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 45 bis 47 auch auf einem durch Halteseile (311) abgespannten Mast (310) angeordnet sein, wobei dann an der Spitze des Mastes (310) eine entsprechende Lagerung für den Rotor (300) vorzusehen ist.
Ein Rotor (300) kann, wie in Fig. 49 dargestellt, auch auf einem Schiff angeordnet werden. Der Einsatz eines Vertikalwindrotors auf einem Schiff hat den Vorteil, daß die ungebremste Windenergie auf hoher See genutzt werden kann. Ein mit einem Windenergiekonverter ausgestattetes Schiff kann zur dezentralen Energiegewinnung genutzt werden. Beispielsweise kann der mit dem Generator gewonnene Strom dazu genutzt werden, Wasserstoff herzu¬ stellen, welches in entsprechenden Wasserstoffspeichern im Schiff gelagert werden kann. Selbstverständlich kann jede der im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Vertikalrotorform vorteil¬ haft eine dezentrale Energiegewinnung auf einem Schiff (320) ver¬ wendet werden. Es ist auch eine Verwendung außerhalb eines soge¬ nannten Energiegewinnungsschiffes möglich, beispielsweise zur Energieversorgung eines konventionellen Pagagier- oder Fracht¬ schiffes, welches entsprechend mehrere kleinere Windenergiekon¬ verter mit Vertikalrotoren aufweisen kann.
Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 50 ist eine besonders vorteil¬ haft ausgestaltete Lagerung eines Vertikalrotors (300) dargeste¬ llt. Hierzu ist eine entsprechende Grube (340) im Erdreich (330) ausgehoben. Die Grube (340) ist mit Wasser gefüllt. Innerhalb des Wassers schwimmt ein Auftriebskörper (350). Dieser Auf¬ triebskörper ist in der mit Wasser gefüllten Grube (340) zen¬ triert, was in Fig. 50 durch die entsprechende Dreiecksspitze schematisch angedeutet sein soll. Der Au riebskörper (350) ist gasgefüllt. An dem Auftriebskörper (350) ist drehfest der Verti¬ kalrotor (300) angeordnet. Dadurch rotiert der Au triebskörper (350) in der mit Wasser gefüllten Grube (340). In einem hier nicht dargestellten gekapselten Bereich der Grube (340) kann ein Generator zur Stromerzeugung angeordnet sein, der durch eine ent¬ sprechend wasserdichte Drehdurchführung mit dem Ausgleichskörper und dadurch mit dem Rotor (300) verbunden ist. Ebenfalls nicht dargestellt sind in Fig. 50 vom Auftriebskörper (350) abstehende Bürsten, die aufgrund der Rotation des Auftriebskörpers (350) im wassergefüllten Raum (340) einerseits zu einer Abbremsung und andererseits aufgrund der Reibung zu einer Temperaturerhöhung führen. Das hierdurch erwärmte Wasser kann ebenfalls energetisch verwertet werden, so daß der Gesamtwirkungsgrad zur Ernergiege- winnung aus dem zur Verfügung stehenden Wind bei diesem Ausführungsbeispiel verbessert werden kann.
Ihr den Fig. 51 und 52 ist ein durch Windkraft antreibbarer Ver- kalrotor (400) dargestellt, hier ist auf einer Drehachse (401) die unterhalb eines Wasserspiegels zu einem nicht dargestellten gekapselten Generator führt eine als Schwimmkörper ausgebildete Scheibe (402) angeordnet, die teilweise über die Wasseroberflä¬ che hinausragt. Vom äußeren Rand der Scheibe (402) erstreckt sich ein erster Rotorarm (403) schräg zur Drehmittellinie (404) hin geneigt. Jenseits der Mittellinie (404) ist das Profil des Rotorarms (403) um 180° versetzt. Der Rotorarra (403) verjüngt sich nach oben und an dessen Ende ist ein Stabilisatorflügel (405) angeordnet, der in Aufbau und Funktion den bereits anhand der vorherigen Ausführungsbeispiele beschriebenen Stabilisator¬ flügeln entspricht. Von zwei anderen Scheibenrandpunkten aus gegen weitere Rotorarme (406) und (407) zur Drehmittellinie (404) hin. Diese sind einerseits als entsprechende Rotorflügel ausgestattet, dienen aber andererseits auch zur Abstützung des KcrtDxarms C403).
Sämtlichen erfindungsgemäßen Rotoren ist es gemeinsam, daß sie aus. einfach herzustellenden vorgefertigten Teilen bestehen. Die jeweiligen Einzelteile können dabei beispielsweise aus ge¬ bogenem Blech oder aber auch aus einem Karbonverbundstoff, der insbesondere hochfeste Eigenschaften aufweist, etc. bestehen. Dadurch ist beim Aufbau der Vertikalrotoren eine einfache Bau¬ weise gewährleistet. Durch die Aufbaumöglichkeit im Baukasten¬ stil ist eine individuelle Anpassung der Rotorform an die loka¬ len Windverhältnisse möglich. Dabei wird keine komplizierte Regelung erforderlich, da die Vertikalrotoren robust ausge- führt sind. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich die Ver¬ tikalrotoren insbesondere zum Einsatz in Entwic lungsländern, in denen einerseits keine Fertigungsmöglichkeiten für kompli¬ zierte Steuermechanismen und dergleichen existiert und ande¬ rerseits kein Fachpersonal zur Wartung von technologisch hoch¬ gezüchteten Maschinen oder Apparaten vorhanden ist.
Von weiterem Vorteil ist, daß die vorbeschriebenen Vertikal¬ rotoren nahezu geräuschlos sind.

Claims

Windgetriebener RotorPatentansprüche
Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotorarme aus einer oder mehreren in vertikalen Ebe¬ nen liegenden Schlaufen mit einem aerodynamischen Profil bestehen, wobei die Profilform über die gesamte Länge der Schlaufe im wesentlichen konstant gehalten wird.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaufen ausgehend von dem Bereich der vertikalen Rotorwel¬ le oder der auf dieser befestigten Nabe aus winkelig diver¬ gierenden Schenkeln bestehen, der radialen äußeren Bereiche durch bogenförmig gekrümmte Profilstreifen miteinander ver¬ bunden sind.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ineinanderliegende Profilschaufeln dieselben Schen¬ kel besitzen und dadurch gebildet sind, daß die inneren Schlaufen gekrümmte Profilstreifen aufweisen, die einen ge¬ ringeren Abstand von der Drehachse besitzen.
4. Rotor nach einem der Ansprüche i-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden winkelig zueinander angeordneten Schenkel im wesentlichen gerade verlaufen.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel gegenüberliegender Rotorarme die Form eines liegenden flachen X aufweisen.
6. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotorarme in die Drehachse schneidenden vertikalen Ebenen kurvenförmig gekrümmt sind.
7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor¬ arme etwa sinusförmig gekrümmt sind.
8. Rotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorarme im Bereich nach oben gekrümmter konvexer Schei¬ tel an der vertikalen Rotorwelle befestigt sind.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der sinusförmige Kurvenverlauf radial nach außen in seiner Amplitude in Form einer gedämpften Sinus-Schwingung abnimmt.
10. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei der Anströ¬ mung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arme aus geraden oder im wesentlichen geraden radia¬ len Profilstreifen oder Blättern bestehen.
11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer vertikalen Welle im vertikalen Abstand voneinander meh¬ rere Rotoren bildende Arme befestigt sind.
12. Rotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme eines jeden Rotors um 180° versetzt zueinander ange¬ ordnet sind und daß in axialer Richtung benachbarte Rotorar¬ me um einen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind.
13. Rotor nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der Rotorblätter etwa deren doppelten Breite entspricht.
14. Rotor nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die schlaufenförmigen Rotorarme, Rotorblätter oder Pro¬ filstreifen ein tropfenförmiges oder birnenförmiges Profil mit flach oder spitz auslaufenden Enden besitzen.
15. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Profil symmetrisch zu seiner Längsmit¬ tellinie ausgebildet ist.
16. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Profil tragflächenförmig, aber symme¬ trisch zu seiner Mittellinie ist.
17. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Bereich des Profils zwischen seinem Größendurchraesser und seinem flach oder spitz auslaufenden Endbereich konkav gekrümmt ist.
18. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotorarme aus einer geradzahligen Anzahl von quer zu ihrer Längsachse sinusförmig gekrümmten, im wesentlichen identischen leistenförraigen Blättern besteht, von denen be¬ nachbarte im Bereich ihrer Scheitel miteinander verbunden sind.
19. Rotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter in Form einer gedämpften Sinuskurve gekrümmt sind.
20. Rotor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter des Arms in Form einer Zick-Zack-Linie mit stumpfen Winkeln und abgerundeten Ecken gekrümmt sind.
21. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arme aus kreisförmig gebogenen Profilen bestehen, die durch zwei im wesentlichen geradlinige, etwa tangential mit den kreisbogenförmig gebogenen Profilen verbundene Profi¬ le an der Rotornabe befestigt sind.
Tl. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite her aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arme aus winkelig, vorzugsweise spitzwinkelig, zueinander angeordneten im wesentlichen geraden Profilen bestehen, die im Bereich ihrer Spitzen miteinander und mit ihren Enden an der Rotornabe verbunden sind.
23. Rotor nach einem der Ansprüche 18-22, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Querschnitte der Profile schlanke Tropfenformen mit spitz auslaufenden Enden besitzen.
24. Rotor nach einem der Ansprüche 18-23, dadurch gekennzeich¬ net, daß mehrere Rotoren etagenförmig übereinander auf einer gemeinsamen Nabe angeordnet sind.
25. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor trommeiförmig ausgebildet ist und mit einem äußeren mantelförmigen Ring versehen ist, der aus etwa halb¬ kreisförmigen bis dreiviertelkreisförmigen Schalen besteht, deren einen Seitenkanten jeweils tangential mit den Mänteln der vorhergehenden Schalen verbunden sind.
26. Rotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Roto¬ ren in mehreren Etagen übereinander angeordnet und vorzugs¬ weise auf einer geraeinsamen Nabe befestigt sind.
27. Rotor nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der trommeiförmige Rotor eine vertikale Hohlwelle antreibt und daß oberhalb des trommeiförmigen Rotors auf einer in der Hohlwelle gelagerten und unabhängig von dieser drehenden zweiten Welle ein aus zwei Rotorarmen bestehender Rotor mit wesentlich größerem Durchmesser angeordnet ist, wobei die Rotorarme dieses Rotors in die Drehachse schneidenden verti¬ kalen Ebenen kurvenförmig gekrümmt sind.
28. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Achse,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umhüllende des Rotors etwa die Form einer Kugel oder eines Elipsoides besitzt, daß die Mantelsektoren des Rotors etwa sichelförmig gekrümmt, einen S-förmigen Querschnitt mit einem etwa halbkreisförmigen bis dreiviertelkreisfrömigen Bogen und einem etwa einviertelkreisförmigen Gegenbogen besitzen und an ihren Längskanten miteinander verbunden sind und daß die Sektoren im Bereich der spitzen Enden an der Rotornabe befestigt sind.
29. Rotor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen mit einem Gas, das leichter als Luft ist, gefüllten Ballon bildet, so daß dieser schwebt, und daß die Achse des schwebenden Rotors durch Seile mit bodenfesten Sockeln ver¬ spannt ist.
30. Rotor nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kugelförmige Rotoren gegenläufig übereinander angeord¬ net sind.
31. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor die Form einer diskusförmigen Scheibe besitzt, die auf ihren schalenförmigen Ober- und Unterseiten in gleichen Winkelabständen Wülste aufweist, die von dem Bereich der Achse radial zu dem Rand verlaufen, und daß die Wülste im Querschnitt ein etwa halbtropfenförmiges Profil aufweisen.
32. Rotor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Wülste bogenförmig von dem Bereich der Achse zu dem äußeren Rand verlaufen.
33. Rotor nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in mehreren Etagen übereinander auf einer vertikalen Achse gelagert ist.
34. Rotor nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in zwei Etagen übereinander und gegenläufig gelagert ist.
35. Rotor nach einem der Ansprüche 31-34, dadurch gekennzeich¬ net, daß er mit einer Gasfüllung als schwebender Ballon aus¬ gebildet ist.
36. Rotor nach einem der Ansprüche 31-35, dadurch gekennzeich¬ net, daß dieser von in gleichen Winkelabständen über den Um¬ fang verteilten Rotorarraen in Schlaufenform eingehüllt ist, wobei jeweils eine der Profilseiten bei senkrechter Anströ¬ mung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzen Seite aufweist und daß die Länge der radial von der vertikalen Drehachse abstehen¬ den schlaufenförmigen Rotorarme größer ist als der Radius des diskusförmigen Rotors.
37. Rotor nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß vier schlaufenförmige Rotorarme radial von der vertikalen Dreh¬ achse abstehen, wobei zwischen ihnen jeweils ein rechter Win¬ kel eingeschlossen ist.
38. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und im wesentlichen radialen, an dieser befestigten, in glei¬ chen Winkelabständen über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil bilden oder in der Weise tragen, daß eine Profilseite bei senkrechter An¬ strömung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite her aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Rotornabe oder der Rotorwelle ein nach oben und ein nach unten weisender Rotorarm befestigt sind, die im we¬ sentlichen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen, wo¬ bei die nach oben und nach unten weisenden Rotorarme an den Enden horizontal verlaufender Profilstücke befestigt sind.
39. Rotor nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorarme mit dem Drehachsenteil, um das diese rotieren, spitze Winkel einschließen.
40. Rotor nach Anspruch 38 und 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Rotorarme und der Profile schlanke Trop¬ fenformen mit spitz auslaufenden Enden besitzen.
4L. Rotor nach einem der Ansprüche 38-40, dadurch gekennzeich¬ net, daß an der Rotornabe oder an der Rotorwelle oder an den Enden horizontal verlaufender Profilstücke nach oben und/oder nach unten weisende Rotorarme befestigt sind.
42. Rotor nach einem der Ansprüche 38-41, dadurch gekennzeich¬ net, daß sich an den Enden der nach oben und unten weisenden Rotorarme jeweils horizontal verlaufende Profilstücke befestigt sind, deren Profil so geformt ist, daß eine auf die nach oben bzw. nach unten weisenden Rotorarme wirkende Kraftkomponente in radialer Richtung ausgeglichen wird.
43. Durch Windkraft antreibbarer Rotor mit vertikaler Drehachse und radialen an dieser befestigten, in gleichen Winkelabstän¬ den über den Umfang verteilten Rotorarmen, die Körper mit einem aerodynamischen Profil in der Weise bilden oder tra¬ gen, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arme aus in Form von Bügeln zueinander angeordneten Profilen bestehen, deren Schenkel an der Rotorwelle oder der Rotornabe befestigt sind.
44. Rotor nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro¬ file in Form von gleichschenkeligen Dreiecken zueinander an¬ geordnet sind.
45. Rotor nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro¬ file in Rechteckform zueinander angeordnet sind.
46. Rotor nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Pro¬ file in Form von Bügeln mit zueinander parallelen Schenkeln angeordnet sind, die an ihren radial außenliegenden Enden durch gekrümmte Bügelstücke haarnadelförmig miteinander ver¬ bunden sind.
47. Rotor nach einem der Ansprüche 43-46, dadurch gekennzeich¬ net, daß mehrere Rotoren etagenförmig übereinander auf einer gemeinsamen Nabe angeordnet sind.
48. Rotor nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß in mehrβ' ren Etagen übereinander angeordnete Rotoren jeweils um 180° versetzt in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen.
49. Rotor nach einem der Ansprüche 47 oder 48, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die radiale Länge der etagenförmig übereinan¬ der angeordneten Rotoren von oben nach unten zunimmt.
50. Rotor nach einem der Ansprüche 47-49, dadurch gekennzeich¬ net, daß die radialen äußeren Enden der Rotoren durch Profi¬ le miteinander verbunden sind.
51. Rotor nach einem der Ansprüche 44-50, dadurch gekennzeich¬ net, daß mehrere horizontal oder im Abstand parallel zueinan¬ der verlaufende Rotorblätter an ihren Enden durch vertikal oder schräg verlaufende Profile miteinander verbunden sind.
52. Rotor nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsprofile die Form von gleichschenkelige-n Dreiecken besitzen.
53. Rotor nach einem der Ansprüche 44-52, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Querschnitte der Profile schlanke Tropfenformen mit spitz auslaufenden Enden besitzen.
54. Durch Windkraft antreibbarer Vertikalrotor mit mindestens einem radialen Rotorarm, der einen Körper mit einem aerodyna¬ mischen Profil derart bildet, daß eine Profilseite bei senk¬ rechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwider¬ stand als bei der Anströmung von der entgegengesetzten Seite aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Rotorarmteil ausgehend von der Drehachse schräg nach oben von der Drehmittellinie wegweist,
daß sich jeweils an diesem Rotorarmteil ein weiterer Rotor- armteil anschließt, der schräg zur Drehmittellinie hinweist,
daß dieser weitere Rotorarmteil über die Mittellinie hinaus¬ ragt, wobei jenseits der Mittellinie das Profil des Rotor¬ arms um 180° versetzt ist.
55. Rotor nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die ver¬ tikale Drehachse einstückig mit dem mindestens einen Rotor¬ arm ausgebildet ist.
56. Rotor nach Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, daß an dem weiteren Rotorarmteil ein waagerecht verlaufender Sta¬ bilisatorflügel anschließt.
57. Rotor nach einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß weitere Rotorarmteile derart vorgesehen sind, daß diese Rotorarmteile zusammen im wesentlichen die Form eines auf einer Spitze stehenden Vierecks bilden, über des¬ sen obere in der Drehmittellinie liegenden Spitze mindestens ein Rotorarmteil hinausragt.
SS.. Rotor nach Anspruch 57, dadurch ge ennzeichnet, daß zusätz¬ lich ein stabilisierender Flachrotor vorgesehen ist, der waagerecht ausgerichtet ist und die beiden seitlichen Eck¬ punkte des auf der Spitze stehenden Rotorarmvierecks schnei¬ det.
59. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 58, dadurch gekennzeich¬ net, daß er zusammen mit dem Generator auf einer schwimmen¬ den Insel, einem Schiff oder dergleichen angeordnet ist.
60. Rotor nach einem der Ansprüche 55. bis 58, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die einstückig mit dem mindestens einem Rotor¬ armteil verbundene Drehachse drehfest mit einem im Wasser drehenden gasgefüllten Auftriebskörper verbunden ist.
61. Rotor nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß sich von dem Auftriebskörper ausgehend bürstenartige Fortsätze in das Wasserreservoir herein derart erstrecken, daß bei Drehung des Rotors eine Abbremsung erfolgt und aufgrund der Reibung das Wasser merklich erwärmt wird.
62. Durch Windkraft antreibbarer Vertikalrotor mit einem radia¬ len Rotorarm, der einen Körper mit einem aerodynamischen Profil derart bildet, daß eine Profilseite bei senkrechter Anströmung durch den Wind einen geringeren Luftwiderstand als bei der Anströmung von der entgegengesetzten Seite auf¬ weist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Drehachse eine Scheibe angeordnet ist,
daß sich vom äußeren Rand der Scheibe ein erster Rotorarm schräg zur Drehmittellinie hin geneigt erstreckt, wobei jen¬ seits der Mittellinie das Profil um 180° versetzt ist, und
daß von anderen Scheibenrandpuri ten ausgehende Rotorarme zur Drehmittellinie hin geneigt angeordnet sind, die an den er¬ sten Rotorarm abstützend angreifen.
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