EP2681447A1 - Device for using wind power having at least one rotor - Google Patents

Device for using wind power having at least one rotor

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EP2681447A1
EP2681447A1 EP12712900.5A EP12712900A EP2681447A1 EP 2681447 A1 EP2681447 A1 EP 2681447A1 EP 12712900 A EP12712900 A EP 12712900A EP 2681447 A1 EP2681447 A1 EP 2681447A1
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EP
European Patent Office
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rotor
rotor blades
wind
rotation
blades
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12712900.5A
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German (de)
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Inventor
Siegfried Schmitt
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a device for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation, on the rotor shaft at least three support frame, each with at least one rotor blade are arranged and the rotor blades in the direction of rotation of the rotor in each case by the same angle offset from one another.
  • the low efficiency is often due to the fact that the impinging on the rotor blades wind in addition to the leading surfaces of the rotor blades also always presses against the wind against the rotating backs of the rotor blades and flows only insufficiently at this. Attempts are therefore being made, inter alia, to appropriately redirect or divert the air flow with housings arranged in part around the rotors, but there is the disadvantage that the wind can only be caught from one direction.
  • the object of the invention is to provide a device for using wind power with a vertical axis of rotation, in which the mentioned disadvantages are avoided and which has a higher efficiency compared to previous resistance rotors with a vertical axis of rotation.
  • a device for using wind power with at least one rotor wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation, on the rotor shaft at least three support frame, each with at least one rotor blade are arranged and the rotor blades in the direction of rotation of the rotor offset by the same angle to each other are arranged, is provided according to the invention that the rotor blades are arranged radially spaced from the rotor shaft, wherein between the rotor shaft and the rotor blades in each case at least one wind passage is trained.
  • the rotor according to the invention has an overall improved flow profile on the rotor blades with a particularly favorable ratio of pressure to counterpressure.
  • each supporting frame for a rotor blade advantageously has two supporting arms, between which the rotor blades are held.
  • the surface areas of the wind outlets are thus as large as possible.
  • air turbulence due to struts of the support frame are avoided as possible.
  • the held on the support frame rotor blade is optimally fixed at the same time, with as simple as possible constructed and lightweight support frame is created.
  • the device may have a particularly compact dimension if the rotor blades are arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor. The space available around the circumference of the rotor shaft is thus optimally utilized. Ideally, at least three rotor blades are thus arranged in one plane. The distance respectively
  • the angle between the rotor blades should be as equal as possible and is preferably 120 ° for each of three rotor blades.
  • a minimum distance of the rotor blades from each other is possibly to be determined as a function of occurring turbulence of the wind.
  • the stability of the support frame of a rotor blade or individual support arms can be increased, that all in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor arranged support arms or support frame are formed as a one-piece component.
  • a strongly direction-dependent, changing load on the rotor or individual support arms or support frame can be effectively counteracted because distribute the forces generated by the wind and acting on the device to the entire component.
  • the rotor blades and / or support frame can also be made heatable.
  • the rotor blades are designed as horizontal cups, each having at least one of the rotational direction of the rotational axis of the rotor opposite cup opening.
  • the air flowing into the cups is trapped and builds up pressure in the cup or cups, which is translated into a rotational movement of the rotor. It exceeds the Pressure in the respective cups the acting on the outer surfaces of the cup back pressure.
  • Base of the pyramids is designed as a cup opening. This shape comes very close to the advantageous flow behavior on a sphere, so that the wind impinging on the convexly curved outer surface areas can optimally flow away from them. At the same time, with the i o base area of the pyramid, there is a large inflow area with which as much as possible
  • the pyramid-shaped rotor blades are also fixed in a simple manner to the respective support frame, since the edges of the base or cup opening parallel to the respective 15 support arms abut against this.
  • the base area of the pyramid configured as a cup opening preferably has a rectangular shape in each case.
  • the rectangular shape has over a square or circular base, for example, the largest possible inflow at the same height.
  • the torque that can be generated by the device can be increased by an optimized wind load distribution on the rotor blades.
  • the rotor blades arranged an asymmetrical curvature with an offset from its center to the outside
  • the wind load center of gravity is dependent on the shape of the rotor blades and, in the case of a formed cup or pyramid, usually the deepest region of the cup or pyramid. Since the torque increases with the distance to the rotor shaft, the lowest point of the rotor blades is the cup as far as possible from the rotor shaft
  • the rotor has support frames with rotor blades in at least two planes formed perpendicular to its axis of rotation, so that a plurality of rotor blades are arranged one above the other on the rotor shaft, which are each set at a different angle to the axis of rotation. This can do more overall
  • Rotor blades are arranged as in only one plane without the rotor blades are adversely affected by possible turbulence of the wind.
  • the torque which can be transmitted to a generator coupled to the rotor shaft is increased by a larger number of rotor blades.
  • the amount of current or power of the rotor that can be generated by the device can thus be increased depending on the number of rotor blades.
  • the rotor shaft of the rotor is arranged in a support mast.
  • the device can for example be arranged at a higher altitude to use stronger winds.
  • the support mast can fulfill other functions and serve as a mast, among other things. In a support pole, more rotors can continue to be arranged for the use of wind power.
  • Fig. 1 a device for the use of wind power in perspective view
  • Fig. 2 the device for using wind power in plan view
  • Fig. 3 the device for the use of wind power in
  • the device shown in Fig. 1 comprises a support pole 1 with a rotor 2, wherein the rotor 2 has a vertical axis of rotation.
  • rotor blades 3 are arranged in three planes perpendicular to the support mast.
  • Each of the three levels are associated with three rotor blades 3, so that a total of nine rotor blades 3 are arranged on the support mast 1.
  • These rotor blades 3 are each held in a support frame 4, wherein each support frame 4 is composed of a first upper support arm 5 and a second lower support arm 6.
  • the support arms 5 and 6 in a respective plane perpendicular to the support mast 1 are made of a one-piece component.
  • the device thus has three integral components for the upper support arms 5 and three integral components for the lower support arms 6.
  • the rotor blades 3 each have four triangular lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7"', which form a pyramid whose tip points in the direction of rotation of the rotor, the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7”' being convex are curved, that the rotor blades 3 have both in plan view and in the side view of a rounded profile.
  • Each of the pyramid-shaped rotor blades 3 thus corresponds to one of the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7”' shaped cup, wherein the base of the pyramid is formed as a cup opening 8 and on the inner walls of the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7 “'trained inflow limited.
  • the cup opening 8 extends in the vertical direction and perpendicular to the axis of rotation of the rotor 2. About the cup opening 8 incoming air thus exerts pressure in the interior of the rotor blades 3.
  • a wind passage 9 which is bounded upwards by the respective support arm 5 and downwards by the respective support arm 6.
  • These wind outlets 9 ensure that the windings from the lateral surfaces 7
  • the rounded profile of the rotor blades 3 becomes clear, in particular, in Fig. 2.
  • the integrally formed component of the upper support arms 5 is the topmost plane of rotor blades 3, as well as the arrangement of the rotor blades 3 to detect a plane at an angle of 120 ° to each other .. Between the rotor blades 3 in the various planes each angle of at least 40 ° are provided.
  • Each rotor blade 3 is thus arranged at a different angle to the axis of rotation of the rotor 2.
  • Fig. 3 shows that the upper and lower support arms 5, 6 are arranged between two planes of rotor blades 3 with the smallest possible distance one above the other on the support mast 1.
  • the cup openings of the rotor blades 3 are each rectangular in shape, with the lateral surfaces 7 or 7 "of the rotor blades 3 bearing against the support arms 5 and 6 and at the same time delimiting the cup opening 8 upwards or downwards
  • the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7"' impinged rotor blades 3 generated pressure lower than the pressure in the rotor blades 3, so that the rotor in its direction of rotation begins to turn.
  • the resulting rotational movement is transmitted in the interior of the support mast 1 to a rotor shaft, with which then a generator can be coupled.

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Abstract

For a device for using wind power having at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft having a vertically arranged rotational axis and at least three support frames each having at least one rotor blade are arranged on the rotor shaft and the rotor blades are offset from each other by the same angle in the rotational direction of the rotor, the rotor blades are arranged at a radial distance from the rotor shaft. At least one wind passage is formed between the rotor shaft and each of the rotor blades. Thus a device having high efficiency is created.

Description

Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft mit mindestens einem Rotor  Device for using wind power with at least one rotor
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft mit mindestens einem Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit vertikal angeordneter Drehachse aufweist, an der Rotorwelle wenigstens drei Tragrahmen mit jeweils mindestens einer Rotorschaufel angeordnet sind und die Rotorschaufeln in Drehrichtung des Rotors jeweils um den gleichen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind. The invention relates to a device for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation, on the rotor shaft at least three support frame, each with at least one rotor blade are arranged and the rotor blades in the direction of rotation of the rotor in each case by the same angle offset from one another.
Aufgrund von gegenüber anderen Ausführungsformen höheren Wirkungsgraden haben sich Windkraftanlagen mit in Windrichtung liegender Drehachse des Rotors, sogenannte Horizontalachsenrotoren, weitestgehend gegen solche mit vertikaler Drehachse des Rotors durchgesetzt. Jedoch kommen mit zunehmender Verbreitung der Horizontalachsenrotoren auch deren Nachteile, wie ein periodischer Schattenwurf der bewegten Rotorblätter und eine insbesondere durch die hohen Umlaufgeschwindigkeiten der äußeren Flügelspitzen hervorgerufene Geräuschentwicklung, zum Tragen. Sowohl der Schattenwurf als auch die Geräuschentwicklung dieser Windkraftanlagen werden insbesondere in der Nähe von Siedlungsgebieten von Anwohnern oft als störend empfunden, wodurch Genehmigungsverfahren für neue Anlagen häufig erschwert werden. Due to higher than other embodiments, efficiencies wind turbines with lying in the wind direction of rotation of the rotor, so-called horizontal axis rotors have prevailed as far as possible against those with a vertical axis of rotation of the rotor. However, as the horizontal axis rotors become more widespread, their disadvantages, such as a periodic shadowing of the moving rotor blades and a noise development caused in particular by the high peripheral speeds of the outer wing tips, come into play. Both the shadow and the noise of these wind turbines are often perceived as disturbing, especially in the vicinity of residential areas of local residents, which approval procedures for new facilities are often difficult.
Neben der Errichtung von Offshore-Anlagen mit Horizontalachsenrotoren, könnte ein Ansatz zur Vermeidung von Problemen in der Verwendung von als Widerstandsläufer ausgelegten Rotoren mit vertikaler Drehachse liegen. Während die meisten als Auftriebsläufer konstruierten Vertikalachsenrotoren ähnlich den verbreiteten Horizontalachsenrotoren Lärm und periodischen Schattenwurf verursachen, sind diese Nachteile bei Widerstandsläufern meist nicht von Bedeutung. Die bekannten widerstandsangetriebenen Vorrichtungen mit vertikaler Drehachse weisen jedoch einen sehr geringen Wirkungsgrad auf, welcher einem wirtschaftlichen Betrieb bisher entgegensteht. Der geringe Wirkungsgrad ist häufig dadurch bedingt, dass der auf die Rotorschaufeln auftreffende Wind neben den Anströmflächen der Rotorschaufeln auch immer auf die dem Wind entgegen drehenden Rückseiten der Rotorschaufeln drückt und nur unzureichend an diesen abströmt. Es wird daher unter anderem versucht, die Luftströmung mit teilweise um die Rotoren angeordneten Gehäusen entsprechend um- beziehungsweise abzuleiten, jedoch besteht dabei der Nachteil, dass der Wind nur noch aus einer Richtung eingefangen werden kann. In addition to the construction of offshore installations with horizontal axis rotors, one approach could be to avoid problems in the use of vertical axis rotors designed as resistance rotors. While most vertical axis rotors designed as boost rotors cause noise and periodic shadowing similar to the popular horizontal axis rotors, these drawbacks are usually not significant in resistance rotors. However, the known resistance-driven devices with a vertical axis of rotation have a very low efficiency, which hitherto precludes economic operation. The low efficiency is often due to the fact that the impinging on the rotor blades wind in addition to the leading surfaces of the rotor blades also always presses against the wind against the rotating backs of the rotor blades and flows only insufficiently at this. Attempts are therefore being made, inter alia, to appropriately redirect or divert the air flow with housings arranged in part around the rotors, but there is the disadvantage that the wind can only be caught from one direction.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft mit vertikaler Drehachse bereitzustellen, bei der die genannten Nachteile vermieden sind und die einen höheren Wirkungsgrad gegenüber bisherigen Widerstandsläufern mit vertikaler Drehachse aufweist. The object of the invention is to provide a device for using wind power with a vertical axis of rotation, in which the mentioned disadvantages are avoided and which has a higher efficiency compared to previous resistance rotors with a vertical axis of rotation.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß Schutzanspruch 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angeführt. The solution of this object is achieved with a device according to protection claim 1. Further developments and advantageous embodiment of the device are given in the dependent claims 2 to 11.
Bei einer Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft mit mindestens einem Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit vertikal angeordneter Drehachse aufweist, an der Rotorwelle wenigstens drei Tragrahmen mit jeweils mindestens einer Rotorschaufel angeordnet sind und die Rotorschaufeln in Drehrichtung des Rotors jeweils um den gleichen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotorschaufeln zu der Rotorweile radial beabstandet angeordnet sind, wobei zwischen der Rotorwelle und den Rotorschaufeln jeweils mindestens ein Winddurchlass ausgebildet ist. Mit den Winddurchlässen ist erreicht, dass der dem Wind von den rückseitig angeströmten Rotorschaufeln entgegengesetzte Widerstand bei Betrieb der Vorrichtung gegenüber an der Rotorwelle anliegenden Rotorschaufeln verringert ist. Der auf die rückseitig angeströmten Rotorschaufeln auftreffende Wind kann dann günstigerweise beidseitig, dass heißt sowohl an der zu der Rotorwelle zugewandten Seite als auch an der von der Rotorwelle abgewandten Seite der Rotorschaufel, abströmen. Da der auf die in Windrichtung drehenden Rotorschaufeln auftreffende Wind unverändert von diesen „eingefangen" wird, weist der erfindungsgemäße Rotor ein insgesamt verbessertes Strömungsprofil an den Rotorschaufeln mit einem besonders günstigen Verhältnis von Druck zu Gegendruck auf. Der Wirkungsgrad der Vorrichtung ist dadurch besonders günstig. In a device for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with vertically arranged axis of rotation, on the rotor shaft at least three support frame, each with at least one rotor blade are arranged and the rotor blades in the direction of rotation of the rotor offset by the same angle to each other are arranged, is provided according to the invention that the rotor blades are arranged radially spaced from the rotor shaft, wherein between the rotor shaft and the rotor blades in each case at least one wind passage is trained. With the wind passages it is achieved that the resistance opposed to the wind by the rotor blades which have flowed against at the back when the apparatus is in operation is reduced compared to rotor blades which bear against the rotor shaft. The wind impinging on the rotor blades impinging on the back can then advantageously flow away on both sides, that is to say both on the side facing the rotor shaft and on the side of the rotor blade facing away from the rotor shaft. Since the wind impinging on the rotor blades rotating in the wind direction is "captured" by them, the rotor according to the invention has an overall improved flow profile on the rotor blades with a particularly favorable ratio of pressure to counterpressure.
Um zu gewährleisten, dass die Winddurchlässe ausreichend bemessen sind, ist vorgesehen, dass deren Flächeninhalte zwischen den Rotorschaufeln und der Rotorwelle jeweils wenigstens ein Viertel der Flächeninhalte der Rotorschaufeln, insbesondere jeweils wenigstens die Hälfte der Flächeninhalte der Rotorschaufeln, betragen. Mit diesen Abmessungen ist sichergestellt, dass die von den rückseitig angeströmten Rotorschaufeln abgelenkte Luftmenge in optimaler Weise und ohne Stauungen der Luft von den Rotorschaufeln ableitbar ist. In order to ensure that the wind passages are adequately sized, it is provided that their areas between the rotor blades and the rotor shaft each amount to at least a quarter of the area of the rotor blades, in particular at least half of the area of the rotor blades. With these dimensions, it is ensured that the amount of air deflected by the rotor blades which have been flown in at the back can be diverted from the rotor blades in an optimum manner and without congestion of the air.
In vertikaler Erstreckung werden die zwischen den Rotorschaufeln und der Rotorwelle ausgebildeten Winddurchlässe vorteilhafterweise jeweils durch einen Tragarm des Tragrahmens begrenzt. Dazu weist jeder Tragrahmen für eine Rotorschaufel vorteilhafterweise zwei Tragarme auf, zwischen denen die Rotorschaufeln gehalten sind. Die Flächeninhalte der Winddurchlässe sind damit möglichst groß. Zudem sind Luftverwirbelungen aufgrund von Streben des Tragrahmens möglichst vermieden. Die an dem Tragrahmen gehaltene Rotorschaufel ist gleichzeitig optimal fixiert, wobei ein möglichst einfach konstruierter und leichter Tragrahmen geschaffen ist. Besonders kompakte Abmessung kann die Vorrichtung aufweisen, wenn die Rotorschaufeln in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordnet sind. Der um den Umfang der Rotorwelle zur Verfügung stehende Raum ist somit optimal genutzt. Idealerweise sind in einer Ebene somit mindestens drei Rotorschaufeln angeordnet. Der Abstand beziehungsweiseIn a vertical extent, the wind passages formed between the rotor blades and the rotor shaft are advantageously limited in each case by a support arm of the support frame. For this purpose, each supporting frame for a rotor blade advantageously has two supporting arms, between which the rotor blades are held. The surface areas of the wind outlets are thus as large as possible. In addition, air turbulence due to struts of the support frame are avoided as possible. The held on the support frame rotor blade is optimally fixed at the same time, with as simple as possible constructed and lightweight support frame is created. The device may have a particularly compact dimension if the rotor blades are arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor. The space available around the circumference of the rotor shaft is thus optimally utilized. Ideally, at least three rotor blades are thus arranged in one plane. The distance respectively
Winkel zwischen den Rotorschaufeln soll möglichst gleich sein und beträgt bei drei Rotorschaufeln bevorzugt je 120°. Ein Mindestabstand der Rotorschaufeln zueinander ist eventuell in Abhängigkeit von auftretenden Verwirbelungen des Windes zu bestimmen. The angle between the rotor blades should be as equal as possible and is preferably 120 ° for each of three rotor blades. A minimum distance of the rotor blades from each other is possibly to be determined as a function of occurring turbulence of the wind.
Die Stabilität der Tragrahmen einer Rotorschaufel beziehungsweise einzelner Tragarme kann dadurch erhöht werden, dass sämtliche in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordnete Tragarme beziehungsweise Tragrahmen als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. Einer stark richtungsabhängigen, wechselnden Belastung des Rotors beziehungsweise einzelner Tragarme oder Tragrahmen kann dadurch effektiv entgegengewirkt werden, da sich die von dem Wind erzeugten und auf die Vorrichtung einwirkenden Kräfte auf das gesamte Bauteil verteilen. Um Vereisungen bei entsprechender Witterung zu verhindern, können die Rotorschaufeln und/oder Trag rahmen zudem beheizbar ausgeführt sein. The stability of the support frame of a rotor blade or individual support arms can be increased, that all in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor arranged support arms or support frame are formed as a one-piece component. A strongly direction-dependent, changing load on the rotor or individual support arms or support frame can be effectively counteracted because distribute the forces generated by the wind and acting on the device to the entire component. To prevent icing with appropriate weather, the rotor blades and / or support frame can also be made heatable.
Durch eine strömungstechnisch günstige Ausgestaltung der Rotorschaufeln kann insbesondere der auf die rückseitig angeströmten Rotorschaufeln einwirkende Gegendruck minimiert werden. Dazu ist vorgesehen, dass die Rotorschaufeln als liegende Becher ausgebildet sind, die jeweils zumindest eine der Drehrichtung der Drehachse des Rotors entgegengesetzte Becheröffnung aufweisen. Der Wind drückt bei Betrieb der Vorrichtung in die mit der Becheröffnung zum Wind hin offenstehenden Becher hinein und wird an den anderen Bechern abgelenkt. Die in die Becher hineinströmende Luft wird eingefangen und baut in dem beziehungsweise den Bechern Druck auf, der in eine Drehbewegung des Rotors umgesetzt wird. Dabei übersteigt der Druck in den jeweiligen Bechern den auf die äußeren Flächen der Becher einwirkenden Gegendruck. By a fluidically favorable configuration of the rotor blades, in particular the counterpressure acting on the rotor blades which are flowed on at the back can be minimized. For this purpose, it is provided that the rotor blades are designed as horizontal cups, each having at least one of the rotational direction of the rotational axis of the rotor opposite cup opening. The wind presses during operation of the device in the open with the cup opening to the wind cup inside and is deflected at the other cups. The air flowing into the cups is trapped and builds up pressure in the cup or cups, which is translated into a rotational movement of the rotor. It exceeds the Pressure in the respective cups the acting on the outer surfaces of the cup back pressure.
Eine Optimierung der Becher besteht darin, dass diese die Form von 5 Pyramiden mit konvex gewölbten Mantelflächen aufweisen, wobei die An optimization of the cups is that they have the form of 5 pyramids with convexly curved lateral surfaces, wherein the
Grundfläche der Pyramiden als Becheröffnung ausgebildet ist. Diese Form kommt dem vorteilhaften Strömungsverhalten an einer Kugel sehr nahe, so dass der auf die konvex gewölbten äußeren Mantelflächen auftreffende Wind in optimaler Weise von diesen abströmen kann. Gleichzeitig ist mit der i o Grundfläche der Pyramide eine große Anströmfläche, mit der möglichst viel  Base of the pyramids is designed as a cup opening. This shape comes very close to the advantageous flow behavior on a sphere, so that the wind impinging on the convexly curved outer surface areas can optimally flow away from them. At the same time, with the i o base area of the pyramid, there is a large inflow area with which as much as possible
Wind zur Erzeugung von Druck für den Vortrieb des Rotors einfangbar ist, geschaffen. Die pyramidenförmigen Rotorschaufeln sind zudem auf einfache Weise an dem jeweiligen Tragrahmen fixierbar, da die Ränder der Grundfläche beziehungsweise Becheröffnung parallel zu den jeweiligen 15 Tragarmen an diesen anliegen. Bevorzugt weist die als Becheröffnung ausgestaltete Grundfläche der Pyramide jeweils eine rechteckige Form auf. Die rechteckige Form weist gegenüber einer beispielsweise quadratischen oder kreisförmigen Grundfläche die größtmögliche Anströmfläche bei gleichbleibender Höhe auf.  Wind for generating pressure for the propulsion of the rotor is caught, created. The pyramid-shaped rotor blades are also fixed in a simple manner to the respective support frame, since the edges of the base or cup opening parallel to the respective 15 support arms abut against this. The base area of the pyramid configured as a cup opening preferably has a rectangular shape in each case. The rectangular shape has over a square or circular base, for example, the largest possible inflow at the same height.
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Das mit der Vorrichtung erzeugbare Drehmoment kann durch eine optimierte Windlastverteilung an den Rotorschaufeln erhöht werden. Dazu ist vorgesehen, dass die Rotorschaufeln eine asymmetrische Krümmung mit einem aus ihrer Mitte nach außen versetzt angeordneten The torque that can be generated by the device can be increased by an optimized wind load distribution on the rotor blades. For this purpose, it is provided that the rotor blades arranged an asymmetrical curvature with an offset from its center to the outside
25 Windlastschwerpunkt aufweisen. Der Windlastschwerpunkt ist abhängig von der Form der Rotorschaufeln und bei einem ausgebildeten Becher bzw. Pyramide zumeist der tiefste Bereich des Bechers bzw. der Pyramide. Da das Drehmoment mit dem Abstand zur Rotorwelle zunimmt, ist der tiefste Punkt der Becher der Rotorschaufeln mit möglichst großem Abstand zur Rotorwelle25 wind load center. The wind load center of gravity is dependent on the shape of the rotor blades and, in the case of a formed cup or pyramid, usually the deepest region of the cup or pyramid. Since the torque increases with the distance to the rotor shaft, the lowest point of the rotor blades is the cup as far as possible from the rotor shaft
30 anzuordnen. Dieser große Abstand ist mit der asymmetrischen Krümmung erreicht, ohne dass die Abmessungen des Rotors selbst zunehmen. Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotor in wenigstens zwei senkrecht zu seiner Drehachse ausgebildeten Ebenen Tragrahmen mit Rotorschaufeln aufweist, so dass mehrere Rotorschaufeln an der Rotorwelle übereinander angeordnet werden, welche jeweils in einem anderen Winkel zu der Drehachse angestellt sind. Dadurch können insgesamt mehr30 to arrange. This large distance is achieved with the asymmetric curvature, without increasing the dimensions of the rotor itself. According to a development, it is provided that the rotor has support frames with rotor blades in at least two planes formed perpendicular to its axis of rotation, so that a plurality of rotor blades are arranged one above the other on the rotor shaft, which are each set at a different angle to the axis of rotation. This can do more overall
Rotorschaufeln als in nur einer Ebene angeordnet werden, ohne dass die Rotorschaufeln sich durch möglicherweise entstehende Verwirbelungen des Windes negativ beeinflussen. Zudem wird das auf einen mit der Rotorwelle gekoppelten Generator übertragbare Drehmoment, durch eine höhere Anzahl an Rotorschaufeln erhöht. Die mit der Vorrichtung erzeugbare Menge Strom beziehungsweise Leistung des Rotors ist somit in Abhängigkeit von der Anzahl der Rotorschaufeln steigerbar. Rotor blades are arranged as in only one plane without the rotor blades are adversely affected by possible turbulence of the wind. In addition, the torque which can be transmitted to a generator coupled to the rotor shaft is increased by a larger number of rotor blades. The amount of current or power of the rotor that can be generated by the device can thus be increased depending on the number of rotor blades.
Ein weiterer Vorteil vieler Rotorschaufeln liegt darin, dass bei Betrieb der Vorrichtung möglicherweise auftretende Unwuchten reduziert sind und somit auf den Rotor einwirkende, richtungsabhängig wechselnde Belastungen vermieden sind. Gleichzeitig ist erreicht, dass ein durch das Drehen des Rotors erzeugtes Drehmoment weniger Schwankungen unterliegt. Um eine hohe Stabilität und Standsicherheit der Vorrichtung zu gewährleisten, ist nach einer anderen Weiterbildung vorgesehen, dass die Rotorwelle des Rotors in einem Tragmast angeordnet ist. Mit dem Tragmast kann die Vorrichtung beispielsweise auch in größerer Höhe angeordnet werden, um stärkere Winde zu nutzen. Zudem kann der Tragmast weitere Funktionen erfüllen und unter anderem als Sendemast dienen. In einem Tragmast können weiterhin auch mehrere Rotoren zur Nutzung von Windkraft angeordnet werden. Another advantage of many rotor blades is that possibly occurring imbalances are reduced during operation of the device and thus acting on the rotor, direction-dependent changing loads are avoided. At the same time it is achieved that a torque generated by the rotation of the rotor is less subject to fluctuations. In order to ensure a high stability and stability of the device is provided according to another embodiment, that the rotor shaft of the rotor is arranged in a support mast. With the support pole, the device can for example be arranged at a higher altitude to use stronger winds. In addition, the support mast can fulfill other functions and serve as a mast, among other things. In a support pole, more rotors can continue to be arranged for the use of wind power.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: An embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 : eine Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft in perspektivischer Ansicht; Fig. 1: a device for the use of wind power in perspective view;
Fig. 2: die Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft in Draufsicht; und Fig. 2: the device for using wind power in plan view; and
Fig. 3: die Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft in Fig. 3: the device for the use of wind power in
Seitenansicht.  Side view.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Tragmast 1 mit einem Rotor 2 auf, wobei der Rotor 2 eine vertikale Drehachse aufweist. An dem Tragmast 1 sind in drei Ebenen senkrecht zu dem Tragmast 1 Rotorschaufeln 3 angeordnet. Jeder der drei Ebenen sind drei Rotorschaufeln 3 zugeordnet, so dass insgesamt neun Rotorschaufeln 3 an dem Tragmast 1 angeordnet sind. Diese Rotorschaufeln 3 sind jeweils in einem Tragrahmen 4 gehalten, wobei jeder Tragrahmen 4 aus einem ersten oberen Tragarm 5 und einem zweiten unteren Tragarm 6 zusammengesetzt ist. Die Tragarme 5 beziehungsweise 6 in jeweils einer Ebene senkrecht zu dem Tragmast 1 sind aus einem einstückigen Bauteil bestehend. Insgesamt weist die Vorrichtung somit drei einstückige Bauteile für die oberen Tragarme 5 und drei einstückige Bauteile für die unteren Tragarme 6 auf. The device shown in Fig. 1 comprises a support pole 1 with a rotor 2, wherein the rotor 2 has a vertical axis of rotation. On the support pole 1 1 rotor blades 3 are arranged in three planes perpendicular to the support mast. Each of the three levels are associated with three rotor blades 3, so that a total of nine rotor blades 3 are arranged on the support mast 1. These rotor blades 3 are each held in a support frame 4, wherein each support frame 4 is composed of a first upper support arm 5 and a second lower support arm 6. The support arms 5 and 6 in a respective plane perpendicular to the support mast 1 are made of a one-piece component. Overall, the device thus has three integral components for the upper support arms 5 and three integral components for the lower support arms 6.
Die Rotorschaufeln 3 weisen jeweils vier dreieckige Mantelflächen 7, 7', 7", 7"' auf, die eine Pyramide ausbilden, deren Spitze in Drehrichtung des Rotors weist, wobei die Mantelflächen 7, 7', 7", 7"' derart konvex gewölbt sind, dass die Rotorschaufeln 3 sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht ein ausgerundetes Profil aufweisen. Jede der pyramidenförmigen Rotorschaufeln 3 entspricht somit einem von den Mantelflächen 7, 7', 7", 7"' geformten Becher, wobei die Grundfläche der Pyramide als Becheröffnung 8 ausgebildet ist und eine an den Innenwandungen der Mantelflächen 7, 7', 7", 7"' ausgebildete Anströmfläche begrenzt. Die Becheröffnung 8 erstreckt sich in vertikaler Richtung sowie senkrecht zu der Drehachse des Rotors 2. Über die Becheröffnung 8 einströmende Luft übt somit im Innern der Rotorschaufeln 3 Druck aus. The rotor blades 3 each have four triangular lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7"', which form a pyramid whose tip points in the direction of rotation of the rotor, the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7"' being convex are curved, that the rotor blades 3 have both in plan view and in the side view of a rounded profile. Each of the pyramid-shaped rotor blades 3 thus corresponds to one of the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7"' shaped cup, wherein the base of the pyramid is formed as a cup opening 8 and on the inner walls of the lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7 "'trained inflow limited. The cup opening 8 extends in the vertical direction and perpendicular to the axis of rotation of the rotor 2. About the cup opening 8 incoming air thus exerts pressure in the interior of the rotor blades 3.
Zwischen dem Tragmast 1 und den Mantelflächen 7'" der Rotorschaufeln 3 ist jeweils ein Winddurchlass 9 ausgebildet, der nach oben von dem jeweiligen Tragarm 5 und nach unten von dem jeweiligen Tragarm 6 begrenzt ist. Diese Winddurchlässe 9 gewährleisten, dass die von den Mantelflächen 7, 7', 7", T" abströmende Luft in optimaler Weise, ohne Stauungen ableitbar ist. Das ausgerundete Profil der Rotorschaufeln 3 wird insbesondere in Fig. 2 deutlich. Zudem ist hier das einstückig ausgebildete Bauteil der oberen Tragarme 5 der obersten Ebene von Rotorschaufeln 3, so wie die Anordnung der Rotorschaufeln 3 einer Ebene jeweils in einem Winkel von 120° zueinander zu erkennen. Zwischen den Rotorschaufeln 3 in den verschiedenen Ebenen sind jeweils Winkel von mindestens 40° vorgesehen.Between the supporting mast 1 and the lateral surfaces 7 '"of the rotor blades 3 there is formed in each case a wind passage 9 which is bounded upwards by the respective support arm 5 and downwards by the respective support arm 6. These wind outlets 9 ensure that the windings from the lateral surfaces 7 The rounded profile of the rotor blades 3 becomes clear, in particular, in Fig. 2. In addition, here the integrally formed component of the upper support arms 5 is the topmost plane of rotor blades 3, as well as the arrangement of the rotor blades 3 to detect a plane at an angle of 120 ° to each other .. Between the rotor blades 3 in the various planes each angle of at least 40 ° are provided.
Jede Rotorschaufel 3 ist somit in einem andere Winkel zu der Drehachse des Rotors 2 angeordnet. Each rotor blade 3 is thus arranged at a different angle to the axis of rotation of the rotor 2.
Fig. 3 zeigt, dass die oberen und unteren Tragarme 5, 6 zwischen zwei Ebenen von Rotorschaufeln 3 mit möglichst geringem Abstand übereinander an dem Tragmast 1 angeordnet sind. Die Becheröffnungen der Rotorschaufeln 3 sind jeweils rechteckig geformt, wobei die Mantelflächen 7 beziehungsweise 7" der Rotorschaufeln 3 an den Tragarmen 5 beziehungsweise 6 anliegen und gleichzeitig die Becheröffnung 8 nach oben beziehungsweise unten begrenzen. Weiterhin sind die Flächeninhalte derFig. 3 shows that the upper and lower support arms 5, 6 are arranged between two planes of rotor blades 3 with the smallest possible distance one above the other on the support mast 1. The cup openings of the rotor blades 3 are each rectangular in shape, with the lateral surfaces 7 or 7 "of the rotor blades 3 bearing against the support arms 5 and 6 and at the same time delimiting the cup opening 8 upwards or downwards
Winddurchlässe 9 zwischen dem Tragmast 1 und den Rotorschaufeln 3 zu erkennen. Wind outlets 9 between the support mast 1 and the rotor blades 3 to recognize.
Werden nun die Rotorschaufeln 3 von Wind angeströmt, drückt der Wind in mindestens vier Becher der Rotorschaufeln 3. Dabei ist der auf die an denNow, if the rotor blades 3 are inflicted by wind, the wind pushes in at least four cups of the rotor blades 3. It is on the on the
Mantelflächen 7, 7', 7", 7"' angeströmten Rotorschaufeln 3 erzeugte Druck niedriger als der Druck in den Rotorschaufeln 3, so dass sich der Rotor in seiner Drehrichtung zu drehen beginnt. Die dabei entstehende Drehbewegung wird im Inneren des Tragmastes 1 auf eine Rotorwelle übertragen, mit der dann ein Generator koppelbar ist. The lateral surfaces 7, 7 ', 7 ", 7"' impinged rotor blades 3 generated pressure lower than the pressure in the rotor blades 3, so that the rotor in its direction of rotation begins to turn. The resulting rotational movement is transmitted in the interior of the support mast 1 to a rotor shaft, with which then a generator can be coupled.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zur Nutzung von Windkraft mit mindestens einem Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit vertikal angeordneter Drehachse aufweist, an der Rotorwelle wenigstens drei Tragrahmen mit jeweils mindestens einer Rotorschaufel angeordnet sind und die Rotorschaufeln in Drehrichtung des1. A device for using wind power with at least one rotor, wherein the rotor has a rotor shaft with a vertically arranged axis of rotation, on the rotor shaft at least three support frames are each arranged with at least one rotor blade and the rotor blades in the direction of rotation
Rotors jeweils um den gleichen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, Each rotor are offset by the same angle with respect to each other, d a d e r c h e c e n e c e n e,
dass die Rotorschaufeln (3) zu der Rotorwelie radial beabstandet angeordnet sind, wobei zwischen der Rotorwelle und den Rotorschaufeln (3) jeweils mindestens ein Winddurchlass (9) ausgebildet ist.  in that the rotor blades (3) are arranged radially spaced from the rotor shaft, wherein in each case at least one wind passage (9) is formed between the rotor shaft and the rotor blades (3).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächeninhalte der Wind durchlasse (9) zwischen den Rotorschaufeln (3) und der Rotorwelle jeweils wenigstens ein Viertel der Flächeninhalte der Rotorschaufeln (3) betragen. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface areas of the wind passages (9) between the rotor blades (3) and the rotor shaft each amount to at least a quarter of the surface areas of the rotor blades (3).
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Tragrahmen (4) für eine Rotorschaufel (3) zwei Tragarme (5, 6) aufweist, zwischen denen die Rotorschaufel (3) gehalten ist, wobei der jeweilige Flächeninhalt der Winddurchlässe (9) von den Tragarmen (5, 6) begrenzt ist. 3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that each support frame (4) for a rotor blade (3) has two support arms (5, 6) between which the rotor blade (3) is held, wherein the respective surface of the Wind outlets (9) of the support arms (5, 6) is limited.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (3) in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Rotors (2) angeordnet sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor blades (3) are arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor (2).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse des Rotors (2) angeordnete Tragarme (5, 6) als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. 5. Device according to one of claims 3 or 4, characterized in that all in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor (2) arranged support arms (5, 6) are formed as a one-piece component.
5 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (3) als liegende Becher ausgebildet sind, die jeweils zumindest eine der Drehrichtung der Drehachse des Rotors (2) entgegengesetzte Becheröffnung (8) aufweisen. iö 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Becher die 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor blades (3) are designed as horizontal cup, each having at least one of the rotational direction of the axis of rotation of the rotor (2) opposite cup opening (8). 7. Device according to claim 6, characterized in that the cups the
Form einer Pyramide mit konvex gewölbten Mantelflächen (7, 7', 7",  Shape of a pyramid with convexly curved lateral surfaces (7, 7 ', 7 ",
7"') aufweisen, wobei die Grundfläche der Pyramide als Becheröffnung (8) ausgebildet ist. 7 "'), wherein the base of the pyramid is formed as a cup opening (8).
15 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, das die Becheröffnungen (8) jeweils eine rechteckige Form aufweisen. 8. Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the cup openings (8) each have a rectangular shape.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (3) eine asymmetrische Krümmung mit einem aus ihrer 0 Mitte nach außen versetzt angeordneten Windlastschwerpunkt aufweisen. 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor blades (3) have an asymmetrical curvature with a offset from its center 0 outward wind load center of gravity.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) in wenigstens zwei senkrecht zu seiner Drehachse ausgebildeten Ebenen Tragrahmen (4) mit Rotorschaufeln (3) aufweist. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the rotor (2) in at least two perpendicular to its axis of rotation formed planes supporting frame (4) with rotor blades (3).
25  25
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle des Rotors (2) in einem Tragmast (1) angeordnet ist.  11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the rotor shaft of the rotor (2) in a support mast (1) is arranged.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem 30 Tragmast (1) mehrere Rotoren (2) angeordnet sind. 12. The device according to claim 11, characterized in that on the 30 support mast (1) a plurality of rotors (2) are arranged.
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