Windkraft als regenerative Energiequelle hat in letzter Zeit stark an Bedeutung gewonnen. Der Fokus liegt dabei meist auf Großanlagen mit horizontaler Drehachse, sogenannten Windrädern, die einen Propeller mit typischerweise drei Flügelrädern haben. Bei diesen Anlagen muss die Drehachse immer in Richtung der einströmenden Luftmassen gedreht werden, um die Flügelräder des Propellers optimal auf den Wind auszurichten.Wind power as a regenerative energy source has recently gained in importance. The focus is usually on large systems with horizontal axis of rotation, so-called wind wheels, which have a propeller with typically three impellers. In these systems, the axis of rotation must always be rotated in the direction of the incoming air masses in order to align the impellers of the propeller optimally to the wind.
Daneben existieren aber auch Windkraftanlagen mit vertikaler, d.h. im wesentlichen quer zu einer horizontalen Windrichtung verlaufender, Drehachse. Diese weisen üblicherweise ein feststehendes Statorgehäuse und einen darin angeordneten Rotor auf, der sich um die vertikale Drehachse drehen kann. Das Statorgehäuse weist generell vertikal orientierte und symmetrisch um die Drehachse verteilte Statorblätter auf, die anströmende Luft auf die Rotorflügel des Rotors leiten. Die Form der Rotorflügel ist so gestaltet, dass diese – unabhängig von der Windrichtung – ein Drehmoment in ein und derselben Umfangsrichtung erfahren. Je nach Winkelstellung der Statorblätter bzw. Krümmung der Rotorflügel wirkt das Drehmoment im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt zu diesem.In addition, there are also wind turbines with vertical, i. substantially transverse to a horizontal wind direction extending axis of rotation. These usually have a fixed stator housing and a rotor disposed therein, which can rotate about the vertical axis of rotation. The stator housing has generally vertically oriented and symmetrically distributed around the axis of rotation stator blades, which direct incoming air to the rotor blades of the rotor. The shape of the rotor blades is designed so that they - regardless of the wind direction - experience a torque in one and the same circumferential direction. Depending on the angular position of the stator blades or curvature of the rotor blades, the torque acts in a clockwise direction or opposite to this.
Vorteilhaft gegenüber den zuvor erwähnten Windkraftanlagen mit horizontaler Drehachse ist bei den Vertikalanlagen insbesondere die Unabhängigkeit von der Windrichtung, was besonders bei wechselhaftem Wind von Bedeutung ist. Außerdem lassen sich die vertikalen Windkraftanlagen in einem relativ kompakten Statorgehäuse unterbringen und sind somit optisch unauffälliger. Ferner liegen alle rotierenden Teile innerhalb des Statorgehäuses, so dass sie weniger stark äußeren Umwelteinflüssen wie Vogelflug oder dergleichen ausgesetzt sind. Schließlich können sie wegen ihrer leichteren Bauart schon bei deutlich geringeren Windgeschwindigkeiten ab ca. 1,5 m/s betrieben werden und sind äußerst geräuscharm, so dass sie problemlos auch in Wohngebieten eingesetzt werden können.Advantageous compared to the aforementioned wind turbines with horizontal axis of rotation is in the vertical systems in particular the independence of the wind direction, which is particularly important in variable wind is important. In addition, the vertical wind turbines can be accommodated in a relatively compact stator housing and are thus visually inconspicuous. Further, all rotating parts are within the stator housing, so that they are less exposed to external environmental influences such as bird flight or the like. Finally, they can be operated at significantly lower wind speeds from about 1.5 m / s and are extremely quiet, so that they can be used easily in residential areas because of their lighter design.
Eine gattungsgemäße Windkraftanlage bzw. Windturbine mit vertikaler Achse ist in WO 2009/003537 A1 offenbart. Die darin gezeigte Windturbine verfügt über einen im Wesentlichen oktogonalen Statoraufbau, in dessen Innenraum ein achtarmiger Rotor drehbar gelagert ist. Die Befestigung der Rotorblätter an der vertikalen Drehachse erfolgt über vier Rotorarme je Rotorblatt, wobei die Rotorarme an insgesamt vier vertikalen Positionen pro Rotorblatt eine horizontale Stangenverbindung zwischen dem Rotorblatt und der Mittelachse herstellen.A generic wind turbine or wind turbine with a vertical axis is in WO 2009/003537 A1 disclosed. The wind turbine shown therein has a substantially octagonal stator structure in the interior of which an eight-armed rotor is rotatably mounted. The attachment of the rotor blades on the vertical axis of rotation via four rotor arms per rotor blade, wherein the rotor arms at four vertical positions per rotor blade produce a horizontal rod connection between the rotor blade and the central axis.
Nachteilig an dem Windturbinenaufbau gemäß WO 2009/003537 A1 hat sich das relativ komplizierte Stangengerüst für Statorrahmen und Rotor erwiesen. Dieses ist zwar hochgradig symmetrisch aufgebaut und kommt daher mit relativ wenig verschiedenen Bauteilen aus, berücksichtigt aber nicht, dass die Lastverteilung der Windkraftanlage generell asymmetrisch ist, weil Gewichts- und Tragekräfte vertikal von oben nach unten zunehmen. Außerdem ist die Montage der Stangenverbindungen zwischen dem Rotorblatt und der Mittelachse kompliziert und der Wirkungsgrad der Anlage noch unzufriedenstellend. Daher ist ein noch leichterer und trotzdem stabiler sowie modularer Aufbau aus leicht austauschbaren Komponenten erwünscht.A disadvantage of the wind turbine construction according to WO 2009/003537 A1 has proved the relatively complicated rod framework for stator frame and rotor. Although this is highly symmetrical and therefore comes with relatively little different components, but does not take into account that the load distribution of the wind turbine is generally asymmetric, because weight and carrying forces increase vertically from top to bottom. In addition, the assembly of the rod connections between the rotor blade and the central axis is complicated and the efficiency of the system still unsatisfactory. Therefore, an even lighter yet stable and modular construction of easily replaceable components is desired.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Windkraftanlage mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, deren konstruktiver Aufbau möglichst stabil, kostengünstig herstellbar, gewichtsreduziert und modular veränderbar bzw. austauschbar ist. Die Aufgabe wird durch die in dem beigefügten Anspruch 1 definierte Windkraftanlage gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.Object of the present invention is therefore to provide a wind turbine with improved efficiency, the structural design is as stable as possible, inexpensive to produce, reduced weight and modularly changeable or interchangeable. The object is achieved by the wind power plant defined in the appended claim 1. The subclaims relate to preferred embodiments.
Insbesondere betreffen die Unteransprüche 2 bis 7 eine hinsichtlich Materialeinsatz, Kosten und Stabilität optimierte Abstüzung der Statorelemente. Anstatt den Statoraufbau oben und unten symmetrisch zu gestalten, werden die unteren Trageelemente der Statorblätter stabiler ausgebildet als die oberen.In particular, the dependent claims 2 to 7 relate to a material use, cost and stability optimized Abstüzung the stator elements. Instead of making the stator structure symmetrical up and down, the lower support elements of the stator blades are made more stable than the upper ones.
Die Unteransprüche 8 bis 11 betreffen die modulare Zerlegbarkeit einzelner Statorblätter. Dadurch können die einzelnen Modulteile kostengünstiger hergestellt und die Windangriffsfläche der Statorblätter individuell angepasst werden.The subclaims 8 to 11 relate to the modular disassembly of individual stator blades. As a result, the individual module parts can be produced more cost-effectively and the wind attack surface of the stator blades can be individually adapted.
Die Unteransprüche 12 bis 15 betreffen eine besonders stabile und einfach montierbare Befstigung der Rotorflügel. Dies gelingt durch eine gegenüber der Horizontalen schräg verlaufende Stellung der Rotorblatthalter bzw. Rotorarme.The dependent claims 12 to 15 relate to a particularly stable and easy mountable attachment of the rotor blades. This is achieved by a relation to the horizontal inclined position of the rotor blade holder or rotor arms.
Die Unteransprüche 16 bis 19 betreffen wiederum den Aufbau des Lagers zwischen Rotor und Stator. Dieser ist erfindungsgemäß so gestaltet, dass das Lager nach Entfernen von Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, seitlich komplett entnehmbar ist, ohne dass eine oberhalb des oberen Lagers befindliche Deckplatte oder sonstige Statorelemente demontiert werden müssen.The dependent claims 16 to 19 in turn relate to the structure of the bearing between the rotor and stator. This is inventively designed so that the bearing after removing fasteners, in particular screws, is completely removed laterally, without that located above the upper bearing cover plate or other stator elements must be dismantled.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 20 bis 30 angegeben.Other advantageous developments of the invention are specified in the subclaims 20 to 30.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:The invention will be explained below with reference to some embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:
1a eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Windkraftanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel von schräg oben, 1a a perspective view of the wind turbine according to the invention according to a first embodiment obliquely from above,
1b eine Seitenansicht der Windkraftanlage gemäß 1a, 1b a side view of the wind turbine according to 1a .
1c eine Draufsicht der Anlage gemäß 1a, 1c a plan view of the system according to 1a .
2a eine perspektivische Ansicht der Windkraftanlage des ersten Ausführungsbeispiels von schräg oben, wobei zur besseren Anschaulichkeit nur je ein gegenüberliegendes Paar Statorblätter und Rotorflügel dargestellt ist, 2a a perspective view of the wind turbine of the first embodiment obliquely from above, for better clarity, only one opposite pair of stator blades and rotor blades is shown,
2b eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 2a, 2 B a side view of the arrangement according to 2a .
2c eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 2a, 2c a plan view of the arrangement according to 2a .
2d eine perspektivische Ansicht des Stators der Windkraftanlage des ersten Ausführungsbeispiels, wobei alle bis auf eines der Statorblätter zur besseren Anschaulichkeit weggelassen wurden, 2d a perspective view of the stator of the wind turbine of the first embodiment, wherein all but one of the stator blades have been omitted for clarity,
2e einen vergrößerten Ausschnitt der 2d, 2e an enlarged section of the 2d .
2f eine perspektivische Ansicht des kompletten Stators der Windkraftanlage des ersten Ausführungsbeispiels, 2f a perspective view of the entire stator of the wind turbine of the first embodiment,
3a eine perspektivische Ansicht des Bodenbereichs der erfindungsgemäßen Windkraftanlage, 3a a perspective view of the bottom portion of the wind turbine according to the invention,
3b eine weitere perspektivische Ansicht des Bodenbereichs, 3b another perspective view of the floor area,
3c eine perspektivische Ansicht der zentralen Befestigungselemente in dem Bodenbereich, 3c a perspective view of the central fastening elements in the bottom area,
3d eine perspektivische Detailansicht zur Verankerung der Statorblatthalter in dem Bodenbereich, 3d a detailed perspective view for anchoring the stator blade holder in the bottom area,
3e eine Draufsicht auf den Stator-Bodenbereich gemäß 3a von oben, wobei zusätzlich die Statorblätter gezeigt sind, 3e a plan view of the stator bottom region according to 3a from above, in addition the stator blades are shown,
4a eine Querschnittsansicht eines in drei Teile zerlegten Statorblattes, 4a a cross-sectional view of a decomposed in three parts stator blade,
4b ein aus zwei Einzelteilen aufgebautes Statorblatt in Querschnittsansicht, 4b a stator blade constructed from two individual parts in cross-sectional view,
4c einen Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines in zwei Teile zerlegten Statorblatts, 4c a detail of a cross-sectional view of a decomposed in two parts stator blade,
4d eine perspektivische Detailansicht eines in zwei Teile und Abdeckung zerlegten Statorblatts von schräg oben, 4d a perspective detail view of a disassembled in two parts and cover stator blade obliquely from above,
4e eine perspektivische Ansicht eines aus zwei Teilen zusammengesetzten Statorblatts mit Abdeckung auf einem Statorblatthalter, 4e 3 is a perspective view of a two-part stator blade with a cover on a stator blade holder;
5a eine perspektivische Ansicht des Rotors der erfindungsgemäßen Windkraftanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 5a a perspective view of the rotor of the wind turbine according to the invention according to the first embodiment,
5b eine Seitenansicht des Rotors gemäß 5a, wobei zur besseren Übersichtlichkeit nur ein achsensymmetrisch gegenüberliegend angeordnetes Rotorblattpaar dargestellt ist, 5b a side view of the rotor according to 5a in which, for the sake of clarity, only an axially symmetrically arranged rotor blade pair is shown,
5c eine perspektivische Ansicht der Befestigung eines Rotorflügels an einem Rotorarm, 5c a perspective view of the attachment of a rotor blade on a rotor arm,
6a eine perspektivische Detailansicht des axial oberen Rotorendes der Windkraftanlage des ersten Ausführungsbeispiels von schräg oben, 6a a perspective detailed view of the axially upper rotor end of the wind turbine of the first embodiment obliquely from above,
6b eine Explosionsdarstellung des Radiallagers in der Ansicht gemäß 6a, 6b an exploded view of the radial bearing in the view according to 6a .
7a eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Windkraftanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 7a a perspective view of the wind turbine according to the invention according to a second embodiment,
7b eine perspektivische Ansicht des Stators der Windkraftanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei zur besseren Übersichtlichkeit nur ein gegenüberliegend angeordnetes Statorblattpaar eingezeichnet ist, 7b a perspective view of the stator of the wind turbine according to the second embodiment, wherein for clarity, only one oppositely arranged pair of stator blades is located,
7c eine weitere perspektivische Ansicht der Windkraftanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei nur je zwei Rotorflügel und Statorblätter eingezeichnet sind, 7c a further perspective view of the wind turbine according to the second embodiment, wherein only two rotor blades and stator blades are shown,
8a eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Windkraftanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und 8a a perspective view of the wind turbine according to the invention according to a third embodiment and
8b eine Draufsicht auf das im dritten Ausführungsbeispiel verwendete Speichenrad. 8b a plan view of the spoked wheel used in the third embodiment.
Als Längsrichtung oder Axialrichtung der erfindungsgemäßen Windkraftanlage und ihrer Einzelteile wird in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung immer die zur vertikalen Drehachse parallele Richtung bezeichnet. Die Querrichtung verläuft quer zu dieser Längsrichtung und damit in der gleichen Ebene wie eine im wesentlichen horizontal (d.h. parallel zur Erdoberfläche) verlaufende Windrichtung, die seitlich auf die Windkraftanlage trifft. Die Radialrichtung verläuft in der Ebene der Querrichtung und schneidet die Drechachse. Die Umfangsrichtung verläuft entlang einer Kreisbahn um die Drehachse.In the present invention description, the direction parallel to the vertical axis of rotation is always referred to as the longitudinal direction or axial direction of the wind power plant according to the invention and its individual parts. The transverse direction is transverse to this longitudinal direction, and thus in the same plane as a wind direction substantially horizontal (i.e., parallel to the earth's surface), which impinges laterally on the wind turbine. The radial direction runs in the plane of the transverse direction and intersects the axis of rotation. The circumferential direction runs along a circular path about the axis of rotation.
Die 1a bis 1c zeigen den Aufbau der Windkraftanlage insgesamt in drei Ansichten. In dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Stator 10 gezeigt, in dessen Innenraum konzentrisch dazu ein Rotor 20 drehbar gelagert ist. Der Statoraufbau 10 weist zwölf symmetrisch um die Drehachse 30 angeordnete Statorblätter 11 auf, die jeweils auf im Wesentlichen dreieckförmigen Statorblatthaltern 12 befestigt sind. Der Rotor 20 weist wiederum zwölf Rotorflügel 21 auf, die an Rotorflügelhaltern bzw. Rotorarmen 22 äquidistant und symmetrisch um die Drehachse 30 der Windkraftanlage befestigt sind.The 1a to 1c show the structure of the wind turbine in total in three views. In the first embodiment shown is a stator 10 shown in whose interior concentric to a rotor 20 is rotatably mounted. The stator structure 10 has twelve symmetrical about the axis of rotation 30 arranged stator blades 11 on, each on substantially triangular stator blades 12 are attached. The rotor 20 again has twelve rotor blades 21 on the rotor blade holders or rotor arms 22 equidistant and symmetrical about the axis of rotation 30 the wind turbine are attached.
Die Anzahl von genau je zwölf Statorblättern 11 und Rotorflügeln 21 hat sich als besonders geeignet für einen stabilen Aufbau erwiesen und erlaubt es, auch bei relativ geringem Gesamtgewicht, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Abhängig von den speziellen Anforderungen, kann bei der vorliegenden Erfindung aber auch jede beliebige andere Zahl von Statorblättern 11 und/oder Rotorflügeln 21 angebracht werden. Besonders vorteilhaft ist deren Anordnung in einem regelmäßigen Vieleck mit n Kanten, wobei n > 2, z.B. n = 4, n = 5, n = 6, n = 8, n = 10, n = 15, usw.The number of exactly twelve stator blades 11 and rotor blades 21 has proven to be particularly suitable for stable construction and allows it to achieve high efficiency even at relatively low total weight. Depending on the specific requirements, however, any other number of stator blades may be used in the present invention 11 and / or rotor blades 21 be attached. Particularly advantageous is their arrangement in a regular polygon with n edges, where n> 2, for example, n = 4, n = 5, n = 6, n = 8, n = 10, n = 15, etc.
Wie man insbesondere anhand der 1a und 1c erkennen kann, lenken die im Wesentlichen vertikal orientierten und um ihre Längsachse gedrehten, d.h. radial leicht schräg auf den Statorblatthaltern 12 angebrachten, Statorblätter 11 seitlich anströmende Luftmassen in Richtung der konkaven Flügelinnenseite der Rotorflügel 21, bzw. lenken Luft ab, bevor diese die konvexen Außenseiten der Rotorflügel 21 erreichen kann. Unabhängig von der Windrichtung wird ein immer nur in einer Richtung wirkendes Drehmoment auf den Rotor 20 ausgeübt. In der Draufsicht gemäß 1c wirkt dieses Drehmoment im Uhrzeigersinn.How to particular on the basis of 1a and 1c can recognize, steer the substantially vertically oriented and rotated about its longitudinal axis, ie radially slightly obliquely on the stator blade 12 attached, stator blades 11 laterally flowing air masses in the direction of the concave wing inside of the rotor blades 21 , or divert air before this, the convex outer sides of the rotor blades 21 can reach. Regardless of the direction of the wind, torque will always act in one direction on the rotor 20 exercised. In the plan view according to 1c this torque acts clockwise.
Die Rotorflügel 21 verlaufen im Wesentlichen vertikal, sind aber leicht gekippt in Richtung des Uhrzeigersinns gestellt (wenn von oben gesehen), so dass sie eine Neigung in der Umfangsrichtung haben. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Rotorflügel 21 durch seitlich einströmenden Wind eine Auftriebskraft nach oben erfahren, die deren Reibung an den Lagern der Drehachse 30 vermindert. Der Kippwinkel gegenüber der Vertikalen beträgt etwa 2° bis 10°, vorzugsweise ca. 5°.The rotor blades 21 are substantially vertical, but slightly tilted in the clockwise direction (as seen from above), so that they have a tilt in the circumferential direction. This has the particular advantage that the rotor blades 21 through lateral wind wind upwards experience a buoyancy force, the friction of which at the bearings of the axis of rotation 30 reduced. The tilt angle with respect to the vertical is about 2 ° to 10 °, preferably about 5 °.
Ferner weisen die Rotorflügel 21, wie in der 1c gut zu sehen, eine asymmetrische Form auf, die dem Querschnitt von Flugzeugflügeln ähnelt und eine Geschwindigkeitsverminderung der Luft entlang der konkaven Seite gegenüber der konvexen Seite bewirkt. Dies hat aufgrund der Bernoulli'schen Strömungsgesetze – ähnlich dem Prinzip der Tragflächen eines Flugzeugs – wiederum einen Schub in Richtung der konvexen Seite, d.h. in Uhrzeigersinn-Richtung, zur Folge. Dieser Effekt ist besonders bei den Rotorflügeln 21 von Bedeutung, die gerade auf der dem Wind abgewandten Seite der Windkraftanlage angeordnet sind.Furthermore, the rotor blades 21 , like in the 1c clearly visible, an asymmetrical shape resembling the cross-section of aircraft wings and causing a reduction in velocity of the air along the concave side opposite the convex side. This, in turn, has a thrust in the direction of the convex due to the Bernoulli flow laws - similar to the principle of the wings of an airplane Side, ie clockwise direction, the result. This effect is especially true for the rotor blades 21 important, which are located just on the side facing away from the wind of the wind turbine.
In der Draufsicht gemäß 1c sind ferner die Deckplatte 13 und die davon in radialer Richtung verlaufenden Speichen 14 zu sehen. Die Speichen 14 stützen die Statorblätter 11 zur Statormitte hin ab, müssen aber nur wenig Last tragen, weil am oberen Ende der Windkraftanlage kaum Gravitationskräfte wirken. Die Statorblätter 11 sind mit ihren den Speichen 14 abgewandten Enden außerdem mit einem Außenring 15 verbunden, der die Statoranordnung insgesamt am oberen Ende in Umfangsrichtung abschließt. Ferner sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1c die Statorblätter 11 zusätzlich untereinander durch Querstege 16 verbunden, die eine zusätzliche Aussteifung der gesamten Statoranordnung 10 bewirken. Die Querstege 16 verlaufen im Wesentlichen in Umfangsrichtung.In the plan view according to 1c are also the cover plate 13 and the spokes extending radially therefrom 14 to see. The spokes 14 support the stator blades 11 towards the middle of the stator down, but have to carry little load, because at the upper end of the wind turbine hardly act gravitational forces. The stator blades 11 are with their spokes 14 opposite ends also with an outer ring 15 connected, which terminates the stator assembly in total at the upper end in the circumferential direction. Further, in the embodiment according to 1c the stator blades 11 in addition to each other by transverse webs 16 connected, providing an additional stiffening of the entire stator assembly 10 cause. The crossbars 16 run substantially in the circumferential direction.
Die 2a bis 2c verdeutlichen durch Weglassen von zehn der insgesamt zwölf Rotorflügel/Statorblätter nochmals die Art der Befestigung der einzelnen Statorelemente. Bei den 2d und 2e sind zur noch besseren Veranschaulichung alle Rotorflügel 21 weggelassen und nur ein Statorblatt 11 und dessen Befestigung dargestellt.The 2a to 2c clarify by omitting ten of the total of 12 rotor blades / stator blades again the type of attachment of the individual stator elements. Both 2d and 2e are all rotor blades for even better illustration 21 omitted and only a stator blade 11 and its attachment shown.
Wie besonders deutlich in den 2a und 2e zu erkennen, haben die Statorblatthalter 12 ein im Wesentlichen dreieckförmiges Basisteil 17 und eine Aufstellfläche 18. Die Statorblätter 11 sind in einem radial außen liegenden Außenbereich der Aufstellfläche 18 aufgestellt. An ihrem radial innen liegenden Ende haben die Basisteile 17 eine Abkantung 19, die dafür sorgt, dass das Basisteil 17 in der Draufsicht einen Winkel bildet. Mit diesem (vorzugsweise ca. 30° bis 55°, insbesondere ca. 45° großen) Winkel zwischen der Abkantung 19 und dem Rest des Basisteils 17 wird der Statorblatthalter 12 zwischen einer oberen Befestigungsplatte 31 und einer unteren Befestigungsplatte 32 festgeklemmt, wobei, wie in 2e besser zu sehen ist, der Statorhalter 12 über eine oder mehrere Rastnasen 19a verfügt, die in entsprechende Aussparungen der oberen Platte 31 einrasten. Entsprechende Rastnasen können am unteren Ende des Statorblatthalters 12 eine Verbindung zu der unteren Platte 32 herstellen.How very clear in the 2a and 2e to recognize, have the stator blade holder 12 a substantially triangular base part 17 and a footprint 18 , The stator blades 11 are in a radially outer area of the footprint 18 established. At its radially inner end have the base parts 17 a fold 19 that ensures that the base part 17 forms an angle in plan view. With this (preferably about 30 ° to 55 °, in particular about 45 °) angle between the fold 19 and the rest of the base 17 becomes the stator blade holder 12 between an upper mounting plate 31 and a lower mounting plate 32 clamped, where, as in 2e better to see the stator holder 12 over one or more detents 19a has, in corresponding recesses of the upper plate 31 engage. Corresponding locking lugs can at the lower end of the stator blade holder 12 a connection to the lower plate 32 produce.
Die untere Platte 32 ist vorzugsweise dicker als die obere Platte 31 ausgebildet, weil sie mehr Gewichtskraft tragen muss. Zwischen der oberen und der unteren Platte sind mehrere Abstandshalter 33 angebracht, die für einen konstanten Abstand zwischen den Platten 31, 32 sorgen. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Arretierung der Statorblatthalter 12 zwischen den Platten 31, 32 erreicht, ohne dass eine direkte Schraub- oder Nietverbindung zwischen Halter 12 und Platten 31, 32 erforderlich ist. Vielmehr erfolgt die Befestigung allein über die Rastnasen 19a und die entsprechende Klemmwirkung der Platten 31, 32, wobei die abgewinkelte Innenkante 19 des Statorblatthalters 12 dessen seitliches Verkippen unterbindet.The bottom plate 32 is preferably thicker than the top plate 31 trained because she has to carry more weight. There are several spacers between the upper and lower plates 33 attached, ensuring a constant distance between the plates 31 . 32 to care. In this way, a reliable locking of the stator blade holder 12 between the plates 31 . 32 achieved without a direct screw or rivet connection between the holder 12 and plates 31 . 32 is required. Rather, the attachment is done solely on the locking lugs 19a and the corresponding clamping action of the plates 31 . 32 , where the angled inner edge 19 of the stator blade holder 12 its lateral tilting prevents.
Der Stator 10 weist ferner einen unteren Außenring 34 auf, der die radialen Außenendabschnitte der Statorblatthalter 12 miteinander in Umfangsrichtung verbindet. Ferner ist oberhalb der oberen Platte 31 ein Generator 40 angebracht, der zur Gewinnung der elektrischen Energie aus der Drehung des Rotors 22 um die Drehachse 30 dient.The stator 10 also has a lower outer ring 34 on which the radial outer end portions of the stator blade holder 12 connects together in the circumferential direction. Further, above the upper plate 31 a generator 40 attached, for obtaining the electrical energy from the rotation of the rotor 22 around the axis of rotation 30 serves.
Die 2f zeigt nochmals den Stator 10 in einer perspektivischen Gesamtansicht. Zu sehen sind hier insbesondere konstruktive Details wie die Bohrlöcher in den radialen Endabschnitten der Statorblatthalter 12 zur Verbindung derselben mit dem radialen Außenring 34, oder auch die Bohrlöcher in der Deckplatte 13, die zur Befestigung der Speichen 14 an dem oberen Radiallager 24 dienen, wie weiter unten unter Bezugnahme auf die 6a und 6b näher erläutert wird.The 2f shows again the stator 10 in a perspective overall view. In particular, structural details such as the drill holes in the radial end sections of the stator blade holders can be seen 12 for connecting the same to the radial outer ring 34 , or the holes in the cover plate 13 used for fixing the spokes 14 at the upper radial bearing 24 serve, as explained below with reference to the 6a and 6b is explained in more detail.
Die 3a bis 3e verdeutlichen nochmals den Aufbau des Statorbodens. Die 3a zeigt den Unterbau des Stators 10 mit dem unteren Außenring 34, den radialsymmetrisch dazu angeordneten Statorblatthaltern 12 und dem darüber angeordneten Generator 40, sowie dem unteren Befestigungsflansch 25. Die 3b unterscheidet sich gegenüber der 3a nur insofern, als der Generator 40 und der Befestigungsflansch 25 entfernt wurden, so dass die darunter liegende obere Befestigungsplatte 31 zu sehen ist.The 3a to 3e illustrate again the structure of the stator bottom. The 3a shows the substructure of the stator 10 with the lower outer ring 34 , the stator blades arranged radially symmetrically thereto 12 and the generator above 40 , as well as the lower mounting flange 25 , The 3b is different from the 3a only insofar as the generator 40 and the mounting flange 25 were removed, leaving the upper mounting plate underneath 31 you can see.
Wie in der 3c genauer gezeigt, weist die obere Befestigungsplatte 31 zwölf radialsymmetrisch angeordnete und rechteckige Aussparungen 31a zur Aufnahme der bereits zuvor erwähnten Rastnasen 19a auf. Ferner sind zahlreiche Bohrlöcher 31b zu sehen, die der Befestigung der zwölf Abstandhalter 33 und des Generatoraufbaus 40 dienen. Teilweise können sie auch zur Arretierung der Statorblatthalter 12 eingesetzt werden. Die untere Befestigungsplatte 32 hat ebenfalls zwölf Bohrlöcher 32a, die zur Arretierung der Statorblatthalter 12 aber auch zur Befestigung des Stators 10 insgesamt auf einem Bodenelement verwendet werden können. Die obere und die untere Befestigungsplatte 31, 32 weisen außerdem jeweils ein zentrales Loch auf, durch das eine auf der Drehachse 30 sitzende Welle geführt werden kann.Like in the 3c shown in more detail, the upper mounting plate 31 twelve radially symmetrical and rectangular recesses 31a for receiving the previously mentioned locking lugs 19a on. There are also numerous drill holes 31b to see the attachment of the twelve spacers 33 and generator construction 40 serve. In some cases, they can also be used to lock the stator blade holder 12 be used. The lower mounting plate 32 also has twelve holes 32a for locking the stator blade holder 12 but also for fixing the stator 10 Total to be used on a floor element can. The upper and lower mounting plate 31 . 32 also each have a central hole through which one on the axis of rotation 30 seated shaft can be performed.
Die 3d verdeutlicht die Arretierung der Statorblatthalter 12 zwischen den zwei Befestigungsplatten 31, 32. Jeder Statorblatthalter 12 ist durch Abkanten und Ausstanzen eines Blechs herstellbar. Die Abkantung 19 entsteht durch Umbiegen bzw. Abkanten des radial innen liegenden Endes des Basisteils 17 um einen Winkel zwischen 0 und 90°, vorzugsweise ca. 45°. Die Auflagefläche 18 wird wiederum durch Ausstanzen und Abkanten der Oberkante des Basisteils 17 um ca. 90°erhalten. Dabei wird in dem Ausstanzvorgang eine rechtwinklige Rastnase 19a gebildet, die nach dem Abkantvorgang als axial am höchsten nach oben ragendes Element bestehen bleibt.The 3d illustrates the locking of the stator blade holder 12 between the two mounting plates 31 . 32 , Each stator blade holder 12 is produced by bending and punching a sheet. The fold 19 arises by bending or folding the radially inner end of the base part 17 by an angle between 0 and 90 °, preferably about 45 °. The bearing surface 18 is in turn by punching and folding the top of the base part 17 received by about 90 °. In this case, in the punching a rectangular locking lug 19a formed, which remains after the bending process as the axially highest upward projecting element.
Zur Befestigung der Statorblatthalter 12 an dem Statorboden wird, wie in 3d gezeigt, dessen radial innen liegendes Ende mit der Abkantung 19 zwischen die zwei Befestigungsplatten 31, 32 geschoben, bis die Rastnase 19a in die entsprechende Aussparung 31a der oberen Befestigungsplatte 32 eingreift. In dieser Position kann der Statorblatthalter 12 wegen der Abkantung 19 nicht mehr seitlich verkippen, so dass alle zwölf Statorblatthalter 12 bequem eingesetzt werden können. Anschließend werden die zwölf Abstandshalter 33 durch Anziehen von axial verlaufenden Befestigungsschrauben (nicht gezeigt) arretiert, so dass die zwei Befestigungsplatten 31, 32 ihren endgültigen axialen Abstand einnehmen, in dem die Statorblatthalter 12 wegen der Rastnasen 19a rutschfest und wegen der Abkantung 19 verkippungssicher zwischen den Befestigungsplatten 31, 32 eingespannt sind.For fixing the stator blade holder 12 at the stator bottom, as in 3d shown, whose radially inner end with the fold 19 between the two mounting plates 31 . 32 pushed until the latch 19a in the corresponding recess 31a the upper mounting plate 32 intervenes. In this position, the stator blade holder 12 because of the fold 19 Do not tilt more sideways, so all twelve stator blade holders 12 can be conveniently used. Subsequently, the twelve spacers 33 locked by tightening axially extending fastening screws (not shown), so that the two mounting plates 31 . 32 take their final axial distance in which the stator blade holder 12 because of the locking lugs 19a non-slip and because of the fold 19 Tilt-safe between the mounting plates 31 . 32 are clamped.
Die 3e zeigt eine Draufsicht auf diese Unterbauanordnung, wobei zusätzlich die Statorblätter 11 auf den Aufstellflächen 18 der einzelnen Statorblatthalter 12 dargestellt sind. Die Statorblätter 11 weisen in Längsrichtung verlaufende Verbindungskanten 55 auf, die weiter unten näher erläutert werden.The 3e shows a plan view of this substructure, in addition, the stator blades 11 on the installation surfaces 18 the single stator blade holder 12 are shown. The stator blades 11 have longitudinal connection edges 55 on, which will be explained in more detail below.
Man kann gut erkennen, dass die Statorblätter 11 in ihrer Längsrichtung vertikal, d.h. parallel zur Drehachse 30 verlaufen. Gleichzeitig sind die Statorblätter 11 aber um einen gewissen Winkel größer null Grad um ihre Längsmittelachse gedreht, so dass ihre Quererstreckung nicht radial, sondern in einem Winkel zur radialen Richtung verläuft. Vorzugsweise hat dieser Winkel einen Wert zwischen 20° und 40°, besonders bevorzugt zwischen 25° und 35°. Die Schrägstellung der Statorblätter 11 bewirkt eine Verengung der Windkanäle zwischen benachbarten Statorblättern 11, was eine Beschleunigung der durch diese Windkanäle hindurchgeleiteten Luftmassen bewirkt.It is easy to see that the stator blades 11 vertically in their longitudinal direction, ie parallel to the axis of rotation 30 run. At the same time are the stator blades 11 but rotated by a certain angle greater than zero degrees about its longitudinal central axis, so that its transverse extent is not radial, but at an angle to the radial direction. Preferably, this angle has a value between 20 ° and 40 °, more preferably between 25 ° and 35 °. The inclination of the stator blades 11 causes a narrowing of the wind channels between adjacent stator blades 11 , which causes an acceleration of the air masses conducted through these wind tunnels.
Wie bereits in 3e angedeutet, können die einzelnen Statorblätter 11 in ihrer Längsrichtung zerlegbar sein. Dies ist genauer durch die 4a bis 4e dargestellt. In 4a besteht ein einzelnes Statorblatt 11 aus insgesamt drei Modulteilen 51–53, zwei Randelementen 51, 52 und einem Mittelelement 53. Wie in der zusammengesetzten Darstellung der 4b gezeigt, kann das Mittelelement 53 auch entfallen. Ebenso können statt einem mehrere Mittelelemente eingesetzt werden, und so die Windangriffsfläche der Statorblätter 11 beliebig vergrößert werden.As already in 3e indicated, the individual stator blades 11 be dismountable in its longitudinal direction. This is more accurate through the 4a to 4e shown. In 4a consists of a single stator blade 11 from a total of three module parts 51 - 53 , two boundary elements 51 . 52 and a middle element 53 , As in the composite representation of 4b shown, the middle element 53 also omitted. Likewise, instead of a plurality of central elements can be used, and so the wind attack surface of the stator blades 11 be increased arbitrarily.
Der zerlegbare Aufbau der Statorblätter 11 führt aber nicht nur zu dem Vorteil einer leicht anpassbaren Statorblattgröße. Eine entscheidende Verbesserung liegt auch in einem fertigungstechnischen Aspekt. Die Statorblätter 11, bzw. Statorblattelemente 51–53 sollen als Strangpressprofile aus einem Kunststoff oder Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, hergestellt werden, wie sie deutlicher in den 4c und 4d zu sehen sind. Während die Länge derartiger, als Hohlprofil ausgebildeter, Strangpressprofile nahezu beliebig wählbar ist und nur von der Größe der Fertigungsanlage und der verwendeten Materialmenge abhängt, kommt es für die Breite auf die verwendete Wandstärke des Hohlprofils an. Dies liegt daran, dass das Material während des Strangpressvorgangs nur bei ausreichender Wandstärke genügend Raum hat, um sich über die gesamte Breite gleichmäßig in alle Profilabschnitte zu verteilen. Gestaltet man nun die Statorblätter 11 in Form mehrerer in Längsrichtung unterteilter Modulteile 51–53, ist die Breite der einzelnen Modulteilen 51–53 um einen Faktor geringer als die Gesamtbreite eines Statorblatts 11. Entsprechend dieses Faktors kann dann auch die Wandstärke der einzelnen Modulteilen 51–53 geringer gewählt sein, als sie beim Strangpressen des Statorblatts 11 in einem Stück sein müsste. Konkret kann die Wandstärke der erfindungsgemäßen Modulteile 51–53 auf 1–2 mm begrenzt bleiben und so das Gewicht des Statorblatts 11 und der Materialverbrauch bzw. die Herstellungskosten reduziert werden.The collapsible structure of the stator blades 11 But not only leads to the advantage of an easily adaptable stator blade size. A decisive improvement also lies in a manufacturing aspect. The stator blades 11 , or stator blade elements 51 - 53 should be produced as extruded profiles of a plastic or light metal, preferably aluminum, as they are more clearly in the 4c and 4d you can see. While the length of such, designed as a hollow profile, extruded profiles is almost arbitrary and depends only on the size of the manufacturing plant and the amount of material used, it depends on the width of the wall thickness of the hollow section used. This is due to the fact that the material has sufficient space during the extrusion process only with sufficient wall thickness to evenly distribute over the entire width in all profile sections. Now you design the stator blades 11 in the form of several longitudinally divided module parts 51 - 53 , is the width of the individual module parts 51 - 53 by a factor less than the total width of a stator blade 11 , According to this factor can then also the wall thickness of the individual module parts 51 - 53 lower than when extruding the stator blade 11 would have to be in one piece. Specifically, the wall thickness of the module parts according to the invention 51 - 53 remain limited to 1-2 mm and so the weight of the stator blade 11 and the material consumption or production costs are reduced.
4c zeigt die Verbindung der einzelnen Modulteile 51–53 über Steckverbindungselemente 54, die im Nut- und Federprinzip eine Presspassung zur Verbindung der einzelnen Modulteile 51–53 entlang der in ihrer Längsrichtung verlaufenden Verbindungskante 55 bewirken. Jedes Modulteil 51, 52 weist längsseitig einen Vorsprung 54a und eine komplementäre Vertiefung 54b zur Aufnahme eines Vorsprungs 54a auf. So dass die Modulteile 51–53 in Querrichtung zusammengesteckt werden können. Vorzugsweise ist der Vorsprung 54a T-förmig, bildet also einen Wulst bzw. eine Verdickung an seinem Endabschnitt, und die Vertiefung 54b weist entsprechende Rippen auf, die in der Querrichtung verlaufen und hinter denen die Verdickung des T-förmigen Vorsprungs 54a einrasten kann. Ferner erstreckt sich vorzugsweise sowohl der Vorsprung 54a als auch die Vertiefung 54b über die gesamte Länge der Modulteile 51, 52. Es sind aber auch andere Steck- oder Verbindungsmechanismen der Modulteile 51–53 möglich. In die Vertiefung 54b ist vorzugsweise ein Gummielement 54c eingebracht, mittels dem sich eine erhöhte Verbindungssicherheit der einzelnen Modulteile 51, 52 schaffen lässt. 4c shows the connection of the individual module parts 51 - 53 via plug connection elements 54 , in the tongue and groove principle, a press fit for connecting the individual module parts 51 - 53 along the connecting edge running in its longitudinal direction 55 cause. Each module part 51 . 52 has a projection on the longitudinal side 54a and a complementary depression 54b for receiving a projection 54a on. So that the module parts 51 - 53 can be put together in the transverse direction. Preferably, the projection 54a T-shaped, thus forming a bead or a thickening at its end portion, and the recess 54b has corresponding ribs which extend in the transverse direction and behind which the thickening of the T-shaped projection 54a can engage. Furthermore, preferably both the projection extends 54a as well as the depression 54b over the entire length of the module parts 51 . 52 , But there are also other plug-in or connection mechanisms of the module parts 51 - 53 possible. In the depression 54b is preferably a rubber element 54c introduced, by means of which an increased connection security of the individual module parts 51 . 52 create.
In der 4d ist die innere Hohlstruktur der Modulteile 51, 52 zu erkennen. Neben den für Strangpressverfahren typischen Versteifungsrippen sind zylindrische Hohlräume 51a, 52a zu erkennen, die zur Befestigung einer Abdeckung 56 von oben, bzw. zum Befestigen der zusammengesteckten Modulteile 51–53 an den Statorblatthaltern 12 dienen. Dazu werden vorzugsweise in Längsrichtung verlaufende Schrauben (nicht gezeigt) von oben durch die Abdeckung 56 bzw. von unten durch die Aufstellfläche 18 in die zylindrischen Hohlräume 51a, 52a geschraubt. Die Hohlräume 51a, 52a sind so elastisch und deren Material so nachgiebig, dass sie kein Gewinde aufweisen müssen, um eine stabile Schraubverbindung zu gewährleisten. Die Abdeckung 56 ist vorzugsweise ein einfaches U-Profil.In the 4d is the inner hollow structure of the module parts 51 . 52 to recognize. In addition to the stiffening ribs typical for extrusion processes, cylindrical cavities are used 51a . 52a to recognize the attachment of a cover 56 from above, or for securing the assembled module parts 51 - 53 at the stator sheet holders 12 serve. These are preferably longitudinally extending screws (not shown) from above through the cover 56 or from below through the footprint 18 in the cylindrical cavities 51a . 52a screwed. The cavities 51a . 52a are so elastic and their material so yielding that they need not have threads to ensure a stable screw connection. The cover 56 is preferably a simple U-profile.
Die 4e zeigt nochmals das Ensemble aus zusammengestecktem Statorblatt 11, Abdeckplatte 56 und Statorblatthalter 12 in einer perspektivischen Ansicht.The 4e shows again the ensemble of assembled Statorblatt 11 , Cover plate 56 and stator blade holder 12 in a perspective view.
Anhand der 5a bis 5c wird nun der Rotoraufbau näher erläutert. Wie in der 5b zu sehen, ist direkt an bzw. in dem Generator 40 ein unteres Radiallager 23 angebracht, von dem sich mehrere Rotorarme 22a nach schräg oben erstrecken. Symmetrisch dazu ist unterhalb der Deckplatte 13 ein oberes Radiallager 24 angebracht, von dem sich mehrere Rotorarme 22b nach schräg unten erstrecken. Benachbarte Rotorarme 22 sind sowohl oben als auch unten jeweils untereinander durch im Wesentlichen horizontal und in Umfangsrichtung verlaufende Verbindungsstege 28 verbunden. Die Verbindungsstege 28 tragen zur zusätzlichen Stabilisierung und Aussteifung des Rotors 20 bei.Based on 5a to 5c now the rotor structure will be explained in more detail. Like in the 5b to see is directly at or in the generator 40 a lower radial bearing 23 attached, of which several rotor arms 22a extend obliquely upwards. Symmetrical to this is below the cover plate 13 an upper radial bearing 24 attached, of which several rotor arms 22b extend obliquely downwards. Neighboring rotor arms 22 Both above and below each other by substantially horizontally and circumferentially extending connecting webs 28 connected. The connecting bridges 28 contribute to the additional stabilization and stiffening of the rotor 20 at.
Die Rotorarme 22a, 22b sind um einen Winkel größer 0° und kleiner 50°, vorzugsweise zwischen 10° und 30°, insbesondere ca. 20° gegenüber der Horizontalen schräg nach oben bzw. schräg nach unten gestellt. Dadurch, dass die Rotorarme 22a, 22b nicht horizontal sondern nach schräg oben bzw. schräg unten verlaufen, bilden die Rotorarme 22a, 22b und die Drehachse 30 mit dem zugehörigen Rotorflügel 21 kein Rechteck sondern ein gleichschenkliges Trapez. Die Tragkraftbelastung der Rotorarme 22 kann so effizienter in Richtung Drehachse 30 übertragen werden. Als Konsequenz daraus bleibt der Rotoraufbau 20 gegenüber der Rechteckform, die bspw. aus WO 2009/003537 A1 bekannt ist, auch bei geringerem Materialverbrauch stabil, bzw. ist bei gleichem Materialeinsatz stabiler.The rotor arms 22a . 22b are at an angle greater than 0 ° and less than 50 °, preferably between 10 ° and 30 °, in particular about 20 ° to the horizontal obliquely upwards or obliquely downwards. Because the rotor arms 22a . 22b not horizontally but obliquely above or obliquely down, form the rotor arms 22a . 22b and the rotation axis 30 with the associated rotor blade 21 no rectangle but an isosceles trapeze. The load bearing capacity of the rotor arms 22 can be more efficient towards the axis of rotation 30 be transmitted. As a consequence, the rotor structure remains 20 opposite the rectangular shape, the example WO 2009/003537 A1 is known, even at lower material consumption stable, or is more stable with the same material use.
Außerdem erlaubt die Schrägstellung der Rotorarme 22 eine zuverlässige Befestigung der Rotorflügel 21 mittels nur zwei Verbindungspunkten an der Drehachse 30, nämlich an den oben und unten liegenden Radiallagern 23, 24. So kann das konstruktiv schwierige Anbringen von Befestigungsflanschen im Mittelabschnitt der Drehachse 30 ganz vermieden werden, und der Rotoraufbau insgesamt entscheidend vereinfacht werden. Ferner ist somit auch eine Lösung ohne durchgehende Drehwelle denkbar, die weiter unten als Ausführungsbeispiel 2 näher erläutert wird.In addition, allows the inclination of the rotor arms 22 a reliable attachment of the rotor blades 21 by means of only two connection points on the axis of rotation 30 , namely at the top and bottom radial bearings 23 . 24 , Thus, the structurally difficult attachment of mounting flanges in the central portion of the axis of rotation 30 can be completely avoided, and the rotor assembly can be significantly simplified. Furthermore, therefore, a solution without a continuous rotary shaft is conceivable, which will be explained in more detail below as Embodiment 2.
Die Verbindung der radial innen liegenden Enden der Rotorarme 22 mit den Radiallagern 23, 24 erfolgt vorzugsweise über auf den Radiallagern 23, 24 sitzende Befestigungsflanschen 25, 26 mit sternförmig nach außen ragenden Verbindungselementen.The connection of the radially inner ends of the rotor arms 22 with the radial bearings 23 . 24 Preferably takes place on the radial bearings 23 . 24 seated mounting flanges 25 . 26 with star-shaped outwardly projecting fasteners.
Die Rotorarme 22 sind als einfache U-Profile ausgebildet, die mit der Öffnung nach unten montiert werden. Am radial außen liegenden Ende der Rotorarme 22 sind, wie in den 5b und 5c zu sehen ist, winkelförmige Befestigungselemente 27 angebracht, von denen wiederum Lippen (nicht gezeigt) nach oben ragen, an denen die Rotorflügel 21 an ihren konvexen Außenseiten befestigt, vorzugsweise angeschraubt oder angenietet, sind.The rotor arms 22 are designed as simple U-profiles, which are mounted with the opening facing down. At the radially outer end of the rotor arms 22 are like in the 5b and 5c can be seen, angle-shaped fasteners 27 attached, from which in turn lips (not shown) project upwards, where the rotor blades 21 attached to their convex outer sides, preferably screwed or riveted, are.
In der 5c hat der Rotorflügel 21 die Form einer um einen konstanten Krümmungsradius gebogenen Platte, während die Form der Rotorflügel 21 in der 5a einen komplizierteren asymmetrischen Querschnitt aufweist, der an Flugzeug-Tragflächen erinnert. Die zwei gezeigten Varianten gehören zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Es sind auch andere Flügelformen möglich.In the 5c has the rotor blade 21 the shape of a bent around a constant radius of curvature plate, while the shape of the rotor blades 21 in the 5a has a more complicated asymmetrical cross section reminiscent of airplane wings. The two variants shown are among the preferred embodiments of the invention. The invention is not limited thereto. There are also other wing shapes possible.
Die 6a und 6b zeigen den Auf- und Einbau des oberen Radiallagers 24 und des oberen Befestigungsflansches 26 am längsseitig oberen Ende des Rotors 20. Das obere Radiallager 24 umfasst im Wesentlichen eine mit der Deckplatte 13 des Stators 10 zu verbindende Buchse 62 und ein mit dem Befestigungsflansch 26 des Rotors 20 zu verbindendes Aufsteckteil 68, deren Relativdrehung zueinander möglichst reibungsarm gelagert werden soll. Die Buchse 62 weist an ihrem oberen Stirnende eine ringförmige Nut 62a und mehrere Gewindelöcher 62b zur Befestigung der Deckplatte 13 auf. In die Nut 62a wird optional ein O-Ring 61 aus Gummi eingesetzt, falls der praktische Einsatz der Windkraftanlage eine Abdichtung des Lagers 24 gegen von außen eindringende Feuchtigkeit erfordert. Wird nun die in den 6a und 6b nicht gezeigte Deckplatte 13 an der Buchse 62 befestigt, indem Schrauben (nicht gezeigt) von oben in die Innengewinde der Gewindelöcher 62b geschraubt werden, entsteht durch den O-Ring 61 eine wasserdichte Verbindung zwischen Buchse 62 und Deckplatte 13. The 6a and 6b show the installation and installation of the upper radial bearing 24 and the upper mounting flange 26 at the long side upper end of the rotor 20 , The upper radial bearing 24 essentially comprises one with the cover plate 13 of the stator 10 to be connected socket 62 and one with the mounting flange 26 of the rotor 20 plug-on part to be connected 68 , whose relative rotation to each other should be stored as low friction. The socket 62 has an annular groove at its upper front end 62a and several threaded holes 62b for fixing the cover plate 13 on. In the groove 62a will optionally be an O-ring 61 used in rubber, if the practical use of the wind turbine sealing the bearing 24 against moisture penetrating from the outside. Will now in the 6a and 6b not shown cover plate 13 at the socket 62 fastened by screws (not shown) from the top into the internal threads of the threaded holes 62b be screwed, created by the O-ring 61 a watertight connection between socket 62 and cover plate 13 ,
An der Innenwand der Buchse 62 sind zwei weitere in Umfangsrichtung verlaufende kreisrunde Nuten bzw. Rillen (nicht gezeigt) vorhanden, in die zwei Sprengringe 65, 67 eingesetzt werden können. Der obere Sprengring 65 dient der axialen Arretierung des Wälzlagers 64 in der Buchse 62, wobei zwischen dem Wälzlager 64 und der inneren Stirnwand der Buchse 62 noch ein Abstandsring 63 eingelegt wird. Der untere Sprengring 67 dient der axialen Arretierung der Dichtung 66 zwischen dem oberem Sprengring 65 und dem unterem Sprengring 67 in der Buchse 62. Nach Aufnahme von Wälzlagers 64 und Dichtung 66 wird die Buchse 62 auf das zylindrische Mittelstück 68a des Aufsteckteils 68 gesteckt. Die Dichtung 66 ist wiederum optional und wird nur dann verwendet, wenn der praktische Einsatz der Windkraftanlage eine Abdichtung des Lagers 24, bzw. genauer des Wälzlagers 64, gegen von außen eindringende Feuchtigkeit erfordert. Das Aufsteckteil 68 weist außer dem zylindrischen Mittelstück 68a noch eine Grundplatte 68b auf, die sich zentrisch an dem oberen Befestigungsflansch 26 festschrauben lässt.On the inner wall of the socket 62 There are two further circumferential circular grooves (not shown) in the two snap rings 65 . 67 can be used. The upper snap ring 65 serves for the axial locking of the rolling bearing 64 in the socket 62 , being between the rolling bearing 64 and the inner end wall of the socket 62 another spacer ring 63 is inserted. The lower snap ring 67 serves for the axial locking of the seal 66 between the upper snap ring 65 and the lower snap ring 67 in the socket 62 , After receiving rolling bearing 64 and seal 66 becomes the jack 62 on the cylindrical center piece 68a of the plug-in part 68 plugged. The seal 66 is again optional and will only be used if the practical use of the wind turbine seals the bearing 24 , or more precisely the rolling bearing 64 , against moisture penetrating from the outside. The plug-on part 68 indicates except the cylindrical center piece 68a another base plate 68b on, which is centered on the upper mounting flange 26 screw tight.
Der Vorteil des oben beschriebenen Aufbaus liegt nicht nur darin, dass das Radiallager 24 reibungsarm und kostengünstig herstellbar ist, sowie das innen liegende Wälzlager 64 zuverlässig gegen eindringende Feuchtigkeit schützt. Der Vorteil besteht insbesondere auch in dessen leichter Entnehmbarkeit aus (bzw. einfacher Montage an) der erfindungsgemäßen Windkraftanlage. Will man das Radiallager 24 bspw. zu Wartungszwecken entfernen bzw. austauschen, so muss man weder die Deckplatte 13 noch die Speichen 14 des Stators 10 entfernen. Man löst einfach von oben die Schrauben, die auf der Deckplatte 13 in die Gewindelöcher 62b geschraubt sind. Anschließend löst man noch die Verbindungsschrauben zwischen der Grundplatte 68b des Aufsteckteils 68 und dem oberen Befestigungsflansch 26, indem man das Schraubwerkzeug zwischen den Speichen 14 von oben einführt. Anschließend lässt sich das komplette Radiallager 24 bequem seitlich entnehmen, ohne dass eine weitere Demontage des Stators 10 erforderlich wäre.The advantage of the structure described above is not only that the radial bearing 24 low-friction and inexpensive to produce, and the internal rolling bearing 64 Reliably protects against moisture ingress. The advantage is in particular in its easy removability from (or simple mounting on) of the wind turbine according to the invention. Do you want the radial bearing 24 For example, remove or replace for maintenance purposes, so you have neither the cover plate 13 still the spokes 14 of the stator 10 remove. You simply loosen the screws from the top, which are on the cover plate 13 in the threaded holes 62b are screwed. Then unscrew the connecting screws between the base plate 68b of the plug-in part 68 and the upper mounting flange 26 by placing the screwdriver between the spokes 14 from above. Afterwards you can use the complete radial bearing 24 conveniently removed laterally, without further dismantling of the stator 10 would be required.
In den 6a und 6b ist außerdem noch ein Detail der Befestigungsteile 27 dargestellt, das in den 5a bis 5c der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde. Die Befestigungsteile 27 weisen nämlich noch nach oben ragende Befestigungslippen 27a mit Schraubfassungen auf. Diese Befestigungslippen 27a sind in ihrer Form an die konvexen Seiten der Rotorflügel 21 angepasst und können so eine zuverlässige Schraubverbindung zwischen Rotorflügel 21 und Befestigungsteil 27 des Rotorarms 22 herstellen.In the 6a and 6b is also still a detail of the fasteners 27 represented in the 5a to 5c has been omitted for clarity. The fastening parts 27 namely have still upstanding mounting lips 27a with screw sockets on. These fastening lips 27a are in shape to the convex sides of the rotor blades 21 adapted and so can a reliable screw connection between rotor blades 21 and fastening part 27 of the rotor arm 22 produce.
Schließlich sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Form der in der 6 gezeigten Rotorflügel 21 von der in den 1, 2 und 5a abweicht. Statt der komplizierteren Tragflächenform der 1, 2 und 5a können die Rotorflügel 21 nämlich auch die in den 6 und 5c gezeigte, flache Form einer einfachen gewölbten Platte haben. Die flache Form ist fertigungstechnisch einfacher herstellbar.Finally, it should be noted again that the shape of the in 6 rotor blades shown 21 from in the 1 . 2 and 5a differs. Instead of the more complicated wing shape of the 1 . 2 and 5a can the rotor blades 21 namely in the 6 and 5c have shown flat shape of a simple arched plate. The flat shape is easier to produce in terms of manufacturing technology.
In den 7a bis 7c ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entlang der Drehachse 30 keine durchgehende Welle eingebaut. Dies ist deshalb möglich, weil der Aufbau insgesamt stabil genug ist, um auch ohne physikalisch vorhandene Welle fest und verbindungssteif zu bleiben. Der Vorteil am Weglassen der Drehwelle besteht in dem verringerten Windwiderstand im Mittelbereich der Windkraftanlage.In the 7a to 7c A second embodiment of the present invention is shown. According to this embodiment is along the axis of rotation 30 no continuous shaft installed. This is possible because the overall structure is stable enough to remain firm and rigid connection even without physically existing shaft. The advantage of omitting the rotary shaft is the reduced wind resistance in the central area of the wind turbine.
Die 7a zeigt den Aufbau des Stators 10 insgesamt, und in der 7b sind zur besseren Anschaulichkeit zehn der zwölf Statorblätter 11 samt Haltern 12, Speichen 14 und Querstegen 16 weggelassen. Abgesehen von der nicht vorhandenen Welle entlang der Drehachse 30 entspricht die 7c der 2a.The 7a shows the structure of the stator 10 in total, and in the 7b are for better clarity ten of the twelve stator blades 11 including holders 12 , Spokes 14 and crossbars 16 omitted. Apart from the non-existent wave along the axis of rotation 30 corresponds to the 7c of the 2a ,
Die 8a und 8b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass statt des oberen und des unteren Außenrings 15, 34 je ein Speichenrad 71, 72 verwendet wird. Das Speichenrad 71 bzw. 72 ist in der 8b in einer Draufsicht dargestellt und kann wie eine herkömmliche Fahrradfelge aufgebaut sein. Es ist wegen der radialen Verspannung der Speichen 74 entlang des umlaufenden Felgenrings 73 bezüglich der zentrisch angeordneten Nabe 75 besonders stabil und verwindungssteif. Daher kann durch Verwendung eines Speichenrads 71, 72 der Material- und Gewichtsaufwand gegenüber dem oberen und dem unteren Außenring 15, 34 aus dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel bei gleicher Stabilität reduziert und ein besonders leichtgewichtiger und kostengünstiger Statoraufbau erreicht werden. Das Speichenrad 71, 72 ist – wie bei den meisten Fahrrädern – vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen Leichtmetall gefertigt.The 8a and 8b show a third embodiment of the present invention. The third embodiment differs from the first and second embodiments only in that instead of the upper and lower outer ring 15 . 34 one spoked wheel each 71 . 72 is used. The spoked wheel 71 respectively. 72 is in the 8b shown in a plan view and may like a conventional Bicycle rim be built. It is because of the radial tension of the spokes 74 along the circumferential rim ring 73 with respect to the centrally arranged hub 75 particularly stable and torsionally rigid. Therefore, by using a spoked wheel 71 . 72 the material and weight costs compared to the upper and lower outer ring 15 . 34 reduced from the first and second embodiments with the same stability and a particularly lightweight and inexpensive stator structure can be achieved. The spoked wheel 71 . 72 is - as with most bicycles - preferably made of aluminum or another light metal.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Windkraftanlage mit vertikaler Drehachse 30, bei der ein besonders stabiler Aufbau des Statorbodens eine vergleichsweise leichte und kostengünstig herstellbare Konstruktion des übrigen Stators 10 ermöglicht. Konstruktive Vorteile werden außerdem durch eine schräg zur Windrichtung bzw. Horizontalen verlaufende Verbindung der Drehachse 30 mit den Rotorflügeln 21 über entsprechend schräg verlaufende Rotorarme 22 erzielt. Besonders vielseitig und individuell anpassbar ist die erfindungsgemäße Windkraftanlage durch den zerlegbaren Aufbau der einzelnen Statorblätter 11 aus verschiedenen Modulteilen 51, 52, 53. Der Aufbau des Radiallagers 24 aus Aufsteckteil 68 und darauf aufgesteckter drehbar gelagerter Buchse 62 erlaubt eine einfache Demontage und Entnahme des Radiallagers 24 aus der Windkraftanlage. Bezugszeichenliste 10 Stator
11 Statorblatt
12 Statorblatthalter
13 Deckplatte
14 Speiche
15 oberer Außenring
16 Quersteg
17 Basisteil
18 Aufstellfläche
19 Abkantung
19a Rastnase
20 Rotor
21 Rotorflügel
22, 22a, 22b Rotorarm
23 unteres Radiallager
24 oberes Radiallager
25 unterer Befestigungsflansch
26 oberer Befestigungsflansch
27 winkelförmiges Befestigungsteil
27a Befestigungslippe
28 Verbindungssteg
30 Drehachse
31 obere Befestigungsplatte
31a Aussparung
31b Bohrloch
32 untere Befestigungsplatte
32a Bohrloch
33 Abstandshalter
34 unterer Außenring
40 Generator
51, 52 Modulteil, Randelement
51a, 52a zylindrischer Hohlraum
53 Modulteil, Mittelelement
54 Steckverbindungselement
54a Vorsprung
54b Vertiefung
54c Gummielement
55 Verbindungskante
56 Abdeckung
61 O-Ring
62 Buchse
62a Nut
62b Gewindeloch
63 Abstandsring
64 radiales Wälzlager
65, 67 Sprengring
66 Dichtung
68 Aufsteckteil
68a zylindrisches Mittelstück
68b Grundplatte
71, 72 Speichenrad
73 Felgenring
74 Speiche
75 Nabe
In summary, the present invention relates to a wind turbine with a vertical axis of rotation 30 in which a particularly stable construction of the stator base is a comparatively lightweight and cost-effectively producible construction of the rest of the stator 10 allows. Design advantages are also achieved by an oblique to the wind direction or horizontal connection of the axis of rotation 30 with the rotor blades 21 via corresponding oblique rotor arms 22 achieved. Particularly versatile and individually adaptable wind turbine according to the invention by the collapsible structure of the individual stator blades 11 from different module parts 51 . 52 . 53 , The structure of the radial bearing 24 from plug-on part 68 and mounted on rotatably mounted socket 62 allows easy disassembly and removal of the radial bearing 24 from the wind turbine. LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 stator
11 stator blade
12 Statorblatthalter
13 cover plate
14 spoke
15 Upper outer ring
16 crosspiece
17 base
18 footprint
19 fold
19a locking lug
20 rotor
21 rotor blades
22 . 22a . 22b rotor arm
23 lower radial bearing
24 Upper radial bearing
25 lower mounting flange
26 upper mounting flange
27 angular attachment part
27a fixing lip
28 connecting web
30 axis of rotation
31 upper mounting plate
31a recess
31b well
32 lower mounting plate
32a well
33 spacer
34 lower outer ring
40 generator
51 . 52 Module part, edge element
51a . 52a cylindrical cavity
53 Module part, middle element
54 Connector element
54a head Start
54b deepening
54c rubber element
55 connecting edge
56 cover
61 O-ring
62 Rifle
62a groove
62b threaded hole
63 spacer ring
64 radial rolling bearing
65 . 67 snap ring
66 poetry
68 An attachment
68a cylindrical center piece
68b baseplate
71 . 72 spoked
73 rim
74 spoke
75 hub
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 2009/003537 A1 [0004, 0005, 0066] WO 2009/003537 A1 [0004, 0005, 0066]
