CH714653A2 - Wind turbine. - Google Patents
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Abstract
Eine Windkraftanlage (10) ist mit einem gegen die Windrichtung (W) ausrichtbaren, um eine Schwenkachse (A1) wippbaren Flügel (11) und wenigstens einem mit diesem verbundenen hin- und herbewegbaren Längselement (15, 20) versehen. Das Längselement (15, 20) ist mit einer Energieumwandlungsvorrichtung (16) wirkverbunden, bei der durch das Bewegen des Längselementes (15, 20) elektrische Energie oder eine andere Energieform erzeugbar ist. Der mindestens eine Flügel (11) in seiner Flächenausdehnung als auch seine Schwenkachse (A1) sind annähernd vertikal ausgerichtet. Dabei ist dieser Flügel (11) an dem wenigstens einen quer zu diesem angeordneten Längselement (15, 20) um die Schwenkachse (A1) drehbar, wobei der Flügel (11) durch das vom Wind erzeugte Wippen zusammen mit dem Längselement (15, 20) hin- und herbewegbar ist und sie sind dabei freistehend aufgestellt. Diese Windkraftanlage (10) ermöglicht damit einen einfachen, platzsparenden und stabilen Aufbau mit einer effizienten Energieumwandlung.A wind turbine (10) is provided with a against the wind direction (W) alignable, about a pivot axis (A1) tiltable wings (11) and at least one associated with this reciprocating longitudinal member (15, 20). The longitudinal element (15, 20) is operatively connected to an energy conversion device (16), in which by moving the longitudinal element (15, 20) electrical energy or another form of energy can be generated. The at least one wing (11) in its surface extent and its pivot axis (A1) are aligned approximately vertically. In this case, this wing (11) on the at least one longitudinal element (15, 20) arranged transversely thereto is rotatable about the pivot axis (A1), wherein the wing (11) is rotated together with the longitudinal element (15, 20) by the rockers generated by the wind. is movable back and forth and they are doing freestanding. This wind turbine (10) thus enables a simple, space-saving and stable construction with an efficient energy conversion.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a wind turbine according to the preamble of claim 1.
[0002] Eine bekannte Strömungsmaschine insbesondere für Windströmungen gemäss der Druckschrift DE-A-A known turbomachine especially for wind currents according to the document DE-A-
2014 003 752 ist mit einer Flügelanordnung mit zwei parallel zueinander ausgerichteten Flügeln versehen. Eine Führungseinrichtung sorgt für eine linearbewegliche Führung der Flügel bei einer oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel entlang eines jeweiligen Hubwegs. Es sind Einrichtungen zur Verschwenkung der Flügel um jeweils eine quer zum Hubweg ausgerichteten Schwenkachse für eine variable Einstellung des Hubwegs gebildet. Ausserdem ist eine Getriebeanordnung vorgesehen, die eine Umsetzung der Hubbewegungen der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung ermöglicht. Damit kann eine Verbindung mit einem Generator oder einer Pumpe für die Erzeugung von elektrischer Energie erzielt werden.2014 003 752 is provided with a wing arrangement with two wings aligned parallel to each other. A guide device ensures linear movement of the wings in the event of an oscillating, opposite stroke movement of the wings along a respective stroke. Devices are provided for pivoting the wings about a pivot axis aligned transversely to the stroke path for variable adjustment of the stroke path. In addition, a gear arrangement is provided which enables the lifting movements of the wings to be converted into a unidirectional rotational movement. A connection to a generator or a pump for generating electrical energy can thus be achieved.
[0003] In der Druckschrift US-A-2012/0 235 417 ist ebenfalls eine reziproke Übertragungsvorrichtung von kinetischer in elektrische Energie, insbesondere von Windenergie, offenbart. Es werden übereinander angeordnete Flügel durch eine Höhenverstellung paarweise um eine Achse nach oben und nach unten geschwenkt. Durch die Kopplung der Flügel via ein Gestänge wird durch einen mit diesen angetriebenem Generator Elektrizität erzeugt.In US-A-2012/0 235 417 a reciprocal transmission device from kinetic to electrical energy, especially wind energy, is also disclosed. Wings arranged one above the other are pivoted in pairs up and down about an axis by means of a height adjustment. By coupling the wings via a linkage, electricity is generated by a generator driven with them.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage nach der eingangs erwähnten Gattung derart zu verbessern, dass mit ihr bei einem einfachen, platzsparenden und stabilen Aufbau eine effiziente Energieumwandlung ermöglicht wird und sie sich je nach Bedarf für einen mobilen Einsatz eignet.The invention has for its object to improve a wind turbine of the type mentioned in such a way that with it a simple, space-saving and stable structure enables efficient energy conversion and it is suitable for mobile use as required.
[0005] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the features of claim 1.
[0006] Bei dieser Windkraftanlage, die mindestens ein gegen die Windrichtung ausrichtbaren Flügel, wenigstens ein diesen wippbar lagerndes Längselement sowie eine letzteres führende Halteeinrichtung umfasst, sind erfindungsgemäss der mindestens eine Flügel in seiner Ausdehnung als auch seine Schwenkachse annähernd vertikal ausgerichtet und er ist an dem wenigstens einen quer zu diesem angeordneten Längselement um die Schwenkachse drehbar gehalten. Der Flügel ist dabei durch das vom Wind erzeugte Wippen zusammen mit dem Längselement hin- und herbewegbar und sie sind freistehend aufgestellt, wobei Anschlagsmittel für ein begrenztes Verschwenken des mindestens einen Flügels vorgesehen sind.In this wind power plant, which comprises at least one wing that can be aligned against the wind direction, at least one longitudinal element that can be tilted, and a holding device that guides the latter, according to the invention, the at least one wing is oriented approximately vertically in terms of its extension and its pivot axis, and it is on the at least one longitudinal element arranged transversely to this is held rotatably about the pivot axis. The wing can be moved back and forth together with the longitudinal element by the bobbing generated by the wind and they are set up free-standing, stop means being provided for limited pivoting of the at least one wing.
[0007] Sehr vorteilhaft ist das jeweilige Längselement in annähernd horizontaler Längserstreckung gegenüberliegend zu der Schwenkachse für den Flügel an einer vertikalen Achse gelagert und durch sein Hin- und Herschwenken ist ein mit der Achse gekoppelter Generator oder dergleichen antreibbar.The respective longitudinal element is mounted in an approximately horizontal longitudinal extension opposite to the pivot axis for the wing on a vertical axis and by pivoting back and forth a generator or the like coupled to the axis can be driven.
[0008] Zweckmässigerweise sind zwei oder mehr Längselemente übereinander in je annähernd horizontaler Längserstreckung an der vertikalen Achse gelagert, an welchen der wenigstens eine Flügel bei der Schwenkachse schwenkbar gelagert ist. Damit ergibt sich eine sehr stabile, aber dennoch leichte und wenig Raum beanspruchende Anordnung einer Windkraftanlage als Gesamtes.Advantageously, two or more longitudinal elements are superimposed in approximately horizontal longitudinal extent on the vertical axis, on which the at least one wing is pivotally mounted on the pivot axis. This results in a very stable, yet light and little space-consuming arrangement of a wind turbine as a whole.
[0009] Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention and further advantages thereof are explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungs-gemässen Windkraftanlage; und1 shows a schematic perspective view of a wind power plant according to the invention; and
Fig. 2 eine prinziphafte Draufsicht der Windkraftanlage nach Fig. 1 mit verschiedenen angedeuteten Stellungen des Flügels bzw. der mit diesen verbundenen Längselementen.Fig. 2 is a schematic plan view of the wind turbine according to Fig. 1 with various indicated positions of the wing or the longitudinal elements connected to them.
[0010] Fig. 1 zeigt eine Windkraftanlage 10, die mit einem gegen die Windrichtung W ausrichtbaren wippbaren Flügel 11 versehen ist, welcher um eine Schwenkachse A1 hin- und herbewegbar ist. Dieser aus zwei Teilflügeln bestehende Flügel ist an seinem unteren Ende bzw. annähernd in der Mitte mit je einem um eine Achse A2 drehbaren Längselement 15, 20 schwenkbar gehalten. Diese beiden übereinander angeordneten Längselemente 15, 20 sind via diese Achse A2 mit einer Energieumwandlungsvorrichtung 16 wirkverbunden.Fig. 1 shows a wind turbine 10 which is provided with a rockable wing 11 which can be aligned against the wind direction W and which can be moved back and forth about a pivot axis A1. This wing, which consists of two partial wings, is pivotably held at its lower end or approximately in the middle, each with a longitudinal element 15, 20 which can be rotated about an axis A2. These two longitudinal elements 15, 20 arranged one above the other are operatively connected to an energy conversion device 16 via this axis A2.
[0011] Erfindungsgemäss ist der Flügel 11 in seiner Flächenausdehnung als auch seine Schwenkachse A1 vertikal ausgerichtet und er ist an den beiden quer zu diesen angeordneten Längselementen 15,20 um die Schwenkachse A1 drehbar gehalten. Der Flügel 11 ist durch das vom Wind erzeugte Wippen zusammen mit den Längselementen 15, 20 hin-und herbewegbar. Für eine begrenzte Verschwenkung desselben ist wenigstens ein Anschlagsmittel 25 vorgesehen. Der Flügel 11 und diese Längselemente 15, 20 mit der Achse A2 sind dabei freistehend aufgestellt und damit ergibt sich ein einfacher und platzsparender Aufbau dieser Windkraftanlage.According to the invention, the wing 11 is vertically aligned in its area dimension as well as its pivot axis A1 and it is held rotatably about the pivot axis A1 on the two longitudinal elements 15, 20 arranged transversely to these. The wing 11 can be moved back and forth together with the longitudinal elements 15, 20 by the rocking caused by the wind. At least one stop means 25 is provided for a limited pivoting thereof. The wing 11 and these longitudinal elements 15, 20 with the axis A2 are set up free-standing and this results in a simple and space-saving construction of this wind power plant.
[0012] Die Längselemente 15, 20 sind in annähernd horizontaler Längserstreckung übereinander und gegenüberliegend zu der Schwenkachse A1 sind sie mit der vertikalen Achse A2 sowie einer diese lagernden Halteeinrichtung verbunden. Diese Halteeinrichtung 23 weist eine die Achse A2 drehbar haltende Welle 22 und eine diese fixierenden Sockel auf. Die Längselemente 15, 20 bestehen jeweils aus ovalen Flanschen 12, 13, 32, 33 und diese verbindende Stäbe 14, 34.The longitudinal elements 15, 20 are in an approximately horizontal longitudinal extent one above the other and opposite to the pivot axis A1, they are connected to the vertical axis A2 and a holding device supporting them. This holding device 23 has a shaft 22 which rotates the axis A2 and a base which fixes it. The longitudinal elements 15, 20 each consist of oval flanges 12, 13, 32, 33 and rods 14, 34 connecting them.
[0013] Für dieses begrenzte Hin- und Herschwenken des Flügels 11 ist dieses Anschlagsmittel 25 vorgesehen, welches beispielsweise aus einem beim oberen Längselement 15 vorstehendes Halteglied 28, aus einem bei der SchwenkachseFor this limited back and forth pivoting of the wing 11, this stop means 25 is provided which, for example, from a protruding from the upper longitudinal member 15 holding member 28, from one at the pivot axis
CH 714 653 A2CH 714 653 A2
A1 vorgesehenen Exzenter 26 und ein diese verbindendes Zugglied 27 aufweist, welches als eine Zugfeder, ein Seil oder einem ähnlichen Element besteht. Bei einem Schwenken des Flügels 11 in eine Endposition wird der mit der Schwenkachse A1 verbundene Exzenter 26 mitgeschwenkt und der Flügel 11 wird dabei im Vergleich zum Längselement 15 um ca. das Doppelte verschwenkt und sobald die vorbestimmte Federspannkraft gross genug oder das Seil gestreckt ist, übersteigt diese Kraft die Windkraft auf den Flügel 11 und letzterer wird in umgekehrte Richtung bewegt.A1 provided eccentric 26 and a tension member 27 connecting them, which consists of a tension spring, a rope or a similar element. When the wing 11 is pivoted into an end position, the eccentric 26 connected to the pivot axis A1 is also pivoted and the wing 11 is pivoted about twice as compared to the longitudinal element 15 and exceeds as soon as the predetermined spring tension force is large enough or the rope is stretched this force is the wind force on the wing 11 and the latter is moved in the opposite direction.
[0014] Dieses Anschlagmittel 25 ist mit dem Exzenter 26 und dem Zugglied 27 derart ausgelegt, dass es im Ruhezustand den Flügel 11 in einem Winkel zu dem Längselement 20 einstellt, damit sobald wenn Wind aufkommt, ein Drehmoment auf den Flügel durch die auf den Flügel wirkende Windkraft erzeugt wird.This stop means 25 is designed with the eccentric 26 and the tension member 27 such that it sets the wing 11 at an angle to the longitudinal element 20 in the idle state, so that as soon as wind arises, a torque on the wing by the on the wing acting wind power is generated.
[0015] Als Anschlagmittel könnte auch eine Flügelbremse, zum Beispiel Wirbelstrombremsen, Magnetbremsen, Dämpfer, wie Öldämpfer, Luftdämpfer usw. eingesetzt werden, damit eine langanhaltende Funktionsfähigkeit der Anlage gewährleistet wird.A wing brake, for example eddy current brakes, magnetic brakes, dampers, such as oil dampers, air dampers, etc., could also be used as lifting means, so that a long-lasting functionality of the system is ensured.
[0016] Diese Achse A2 ist beispielsweise unterseitig durch ein Getriebe mit Zahnrädern 17, 19 und einem Zahnriemen 18 mit der Energieumwandlungsvorrichtung 16 gekoppelt. Durch das Hin- und Herschwenken der Achse kann zum Beispiel ein Generator oder dergleichen angetrieben werden, durch welchen elektrischer Strom erzeugbar ist, der via eine nicht gezeigte Kabelverbindung an einen Endverbraucher angeschlossen sein kann. Es könnte aber auch eine andere Energieform, wie ein Generieren eines Gasdrucks oder ein Fördern eines Mediums vorgesehen sein.This axis A2 is coupled, for example on the underside, to the energy conversion device 16 by means of a gear with gear wheels 17, 19 and a toothed belt 18. By pivoting the axis back and forth, for example, a generator or the like can be driven, by means of which electrical current can be generated, which can be connected to an end user via a cable connection, not shown. Another form of energy, such as generating a gas pressure or conveying a medium, could also be provided.
[0017] Der Flügel 11 und mit ihm die Längselemente 15, 20 sind um 360° um die Achse A2 drehbar, sodass der Flügel in jeder Lage selbsttätig gegen die Windrichtung W ausrichtbar ist, da damit bei Wind ein Drehmoment auf diesen bewirkt wird und eine Anregung des Wippens des Flügels bei aufkommendem Wind mit Hilfe des Federorgans erfolgt.The wing 11 and with it the longitudinal elements 15, 20 can be rotated through 360 ° about the axis A2, so that the wing can be automatically aligned in any position against the wind direction W, since this causes a torque on the wind and one The swinging of the wing is stimulated with the help of the spring element when the wind comes up.
[0018] Die Flügelflächen des jeweiligen Flügels 11 vor und hinter der vertikalen Schwenkachse A1 ist vorteilhaft unterschiedlich dimensioniert, damit bei aufkommendem Wind ein Drehmoment auf diesen und folglich das Hin-und Herschwenken des Flügels bewirkt wird.The wing surfaces of the respective wing 11 in front of and behind the vertical pivot axis A1 is advantageously dimensioned differently, so that when the wind comes up, a torque is caused on this and consequently the back and forth pivoting of the wing.
[0019] Es sind im Betriebszustand durch diesen schwingenden bzw. wippenden Flügel 11 zum einen und diese daraus hin- und herbewegenden Längselemente 15, 20 zum andern zwei an sich unabhängig voneinander wirkende Schwingkreise gebildet, die jedoch so aufeinander abgestimmt sind, dass sich insgesamt eine gleichmässige Schwingung des Flügels 11 und den mit diesem koordinierenden Hin- und Herbewegung der Längselemente 15, 20 ergibt.It is in the operating state by this swinging or rocking wing 11 on the one hand and these reciprocating longitudinal elements 15, 20 on the other, two oscillating circles acting independently of one another, which are, however, coordinated with one another so that a total of one uniform vibration of the wing 11 and the coordinating back and forth movement of the longitudinal elements 15, 20 results.
[0020] Fig. 2 zeigt den Flügel 11 sowie das mit diesem zusammenwirkende Längselement 20 von oben in der mittleren und den beiden Endpositionen. Das untere Längselement 15 befindet sich auf der gleichen Ebene zu der Achse A2 unterhalb dieses Längselementes 20 und ist daher nicht sichtbar.Fig. 2 shows the wing 11 and the cooperating with this longitudinal element 20 from above in the middle and the two end positions. The lower longitudinal element 15 is located on the same plane with the axis A2 below this longitudinal element 20 and is therefore not visible.
[0021] In der mittleren Position des Längselementes 20 ist der Flügel 11a um einen Winkel a zu der Längserstreckung des Längselementes geschwenkt, wie dies liniert dargestellt ist. Dieser Winkel a kann je nach Einstellung bis annähernd, aber weniger als 90° betragen.In the middle position of the longitudinal element 20, the wing 11a is pivoted by an angle a to the longitudinal extent of the longitudinal element, as shown in a line. Depending on the setting, this angle a can be up to approximately, but less than 90 °.
[0022] Wenn sich nun das Längselement 20 durch den vom Wind auf den Flügel wirkende Kraft in die eine Endposition 20' ausschwenkt, wie dies strichliniert veranschaulicht ist, wird der Flügel 11 ' so geschwenkt, dass er in Längserstreckung zum Längselement 20 verläuft.If the longitudinal element 20 now swings out into the one end position 20 'by the force exerted by the wind on the wing, as illustrated in dashed lines, the wing 11' is pivoted such that it extends in the longitudinal direction to the longitudinal element 20.
[0023] Nun wird das Längselement 20' durch das Anschlagmittel 25, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wieder in die andere Richtung durch den vom Wind auf den Flügel wirkende Kraft bis zur anderen Endposition 20» des Längselementes geschwenkt, wie dies strichliniert veranschaulicht ist. Dabei wird der Flügel 11 a in die andere Position mit dem Winkel a zu der Längserstreckung des Längselementes geschwenkt und anschliessend wird der Flügel 11» wieder in Längserstreckung zum Längselement 20 gewippt.Now, the longitudinal element 20 'is pivoted by the stop means 25, as shown in Fig. 1, in the other direction by the force acting on the wing by the force to the other end position 20' of the longitudinal element, as illustrated by dashed lines is. The wing 11 a is pivoted into the other position with the angle a to the longitudinal extent of the longitudinal element and then the wing 11 is rocked again in the longitudinal direction to the longitudinal element 20.
[0024] Damit ist dargelegt, dass sich im Betriebszustand zum einen diese Wippbewegung des mindestens einen Flügels 11 einen gleichmässigen Schwingkreis bildet und zum andern dieses Hin- und Herdrehen der Längselemente 15, 20 synchron mit einer annähernd konstanten Drehgeschwindigkeit in beiden Richtungen erfolgt.This explains that, in the operating state, on the one hand this rocking movement of the at least one wing 11 forms a uniform resonant circuit and on the other hand this back and forth turning of the longitudinal elements 15, 20 takes place synchronously with an approximately constant rotational speed in both directions.
[0025] Der mindestens eine Flügel 11 ist aus einem leichten Material, wie aus einem Textilstoff oder einem leichten Kunststoff, hergestellt.The at least one wing 11 is made of a light material, such as a textile or a light plastic.
[0026] Die Erfindung ist mit den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausreichend dargetan. Sie könnte aber noch durch weitere Varianten offenbart sein. So könnten mehrere in bestimmten Abständen hintereinander angeordneten Flügel oder Flügelpaare jeweils an einem Längselement wippbar gelagert sein, sodass ein Wellenbewegung der Luftströmung erzeugt und daraus die Energieübertragung erhöht wird.The invention is sufficiently demonstrated with the exemplary embodiments explained above. However, it could also be disclosed by other variants. For example, a plurality of blades or pairs of blades arranged in succession at certain intervals could each be mounted on a longitudinal element so that a wave movement of the air flow is generated and the energy transmission is increased therefrom.
[0027] Es würde bei einer kleinen Ausführung einer Anlage genügen, wenn nur ein Längselement vorteilhaft in der Mitte des Flügels verwendet würde. Es könnten auch mehrere Flügel übereinander an der Achse schwenkbar gehalten sein. Die Flügel könnten auch etwas abweichend von der Vertikalausrichtung angeordnet sein.It would suffice for a small version of a system if only one longitudinal element were advantageously used in the middle of the wing. A plurality of wings could also be pivoted on the axis one above the other. The wings could also be arranged somewhat differently from the vertical orientation.
[0028] Der Flügel und die Längselemente könnten auch oben und unten durch je eine Schutzwand geschützt sein, wobei auf der oberen Wand ein Solarpanel oder ähnlichem installiert sein könnte.The wing and the longitudinal elements could also be protected at the top and bottom by a protective wall, wherein a solar panel or the like could be installed on the upper wall.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AZW | Rejection (application) |