WO1989007713A1 - Eolienne - Google Patents

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WO1989007713A1
WO1989007713A1 PCT/DE1989/000101 DE8900101W WO8907713A1 WO 1989007713 A1 WO1989007713 A1 WO 1989007713A1 DE 8900101 W DE8900101 W DE 8900101W WO 8907713 A1 WO8907713 A1 WO 8907713A1
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rotor core
rotor
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wing
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Alfred Goedecke
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/06—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/214—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Musgrove or "H"-type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Such a wind power machine is known from DE-PS 30 03 270 and has proven itself in operation in particular in stationary systems. For certain applications, there is a need to optimize the dimensions with a view to favorable manufacturability and transportability, the performance of the unit essentially being retained or even being to be improved.
  • the invention is based on the knowledge that the reduction in the rotor core cross-section reduces the area of attack opposite the wind, but this fact does not have to lead to a drop in performance (based on the respective size, ie height and overall diameter) if certain boundary conditions be observed.
  • the dimensioning according to the invention is particularly suitable for generic wind turbines of a smaller design, so that a portable application such as on vehicles or sailing yachts is possible in a favorable manner.
  • the measurement according to the invention can advantageously be used not only in the case of smaller designs but also in the case of larger designs.
  • a hollow shaft in a favorable embodiment forms the standpipe on which the rotating body is mounted.
  • a shaft connected to the rotor body and guided within the standpipe transmits the drive power to a generator via an intermediate gear.
  • the dimensioning according to the invention not only leads to an economically producible, but also to an easily transportable design.
  • the wind deflector rotor core body and wing body
  • the wind deflectors can be pivoted substantially into one plane if they are rotatably mounted, preferably around their centers of gravity or centers of circular cross sections (insofar as they are located within the cross section of the body itself).
  • support elements are provided for the connection between the bodies during operation between these bodies, it is also possible to provide them as holding elements for transport.
  • the carrier elements also accommodate the bearings for rotation during operation.
  • the pivotably lockable mounting of the wind deflector makes it possible to transport the device in a configuration which has only a small height, the overall height of this transport configuration roughly corresponding to the smaller transverse dimension of the rotor core body.
  • this and the wind deflector bodies can be pivoted about the axes mentioned, the rotor core body preferably being about the central axis and the wind deflector bodies being about the central axis of the semicircular cross sections forming the leading edge of the blades.
  • the support elements connecting the wind deflector bodies have cross dimensions as struts or closed flat elements which do not exceed the smaller transverse dimension of the rotor core body or essentially have this size, then the transport configuration can be carried out without any significant additional effort. wall are generated, since the cross struts form the end faces of the transport unit, so that in addition to locking devices, only a covering need be provided.
  • the generator for generating electrical energy including an intermediate gear, is accommodated within the rotor core body, so that no additional space is required for the power generation system either.
  • the translation from the lower rotor speed to the preferred higher generator speed takes place by means of a planetary gear.
  • FIG. 1 is a side view of the wind power machine according to the invention with a wind rotor that can be rotated about a vertical axis,
  • FIG. 2 shows an auxiliary construction drawing for the formation of the wind deflecting surfaces of the rotor core body and associated wing body and their mutual angular position
  • Figure 3 a cross section through the wind rotor according to Figure 1 at any height in the operating position
  • FIG. 3b shows a cross section according to FIG. 3a in a transport or stowed position.
  • the essential components of the wind turbine 1 shown in FIG. 1 are its wind rotor 2, which rotates about a vertically standing hollow shaft 3.
  • the wind rotor 2 consists of the rotor core body 7 and the wing bodies 8a and 8b, which are rigidly connected to one another, e.g. are attached to end plates 9a and 9b.
  • the hollow shaft 3 is provided with two bearings 4a and 4b which are provided inside the rotor core body at the upper and lower ends thereof. Due to this arrangement without external bracing, the overall construction is compact and stable. The bearings provided inside the rotor core body are also protected from the weather. Is inside the hollow shaft 3, firmly connected to the upper end plate 9a, a drive shaft 3a is provided, which supplies the drive power of the rotor to a generator 6 as an energy converter for generating electrical energy via a transmission gear designed as a planetary gear.
  • the generator is arranged encapsulated within a housing 6a designed as a base.
  • the wind power generator according to the invention is also suitable for rough operation on yachts etc.
  • fastening means 6b and 6c in the form of fastening clamps attachment to caravans, pushpit baskets as part of the guard rail of yachts etc. is also readily possible in a stationary manner.
  • this construction can be modified slightly according to the respective requirements or circumstances.
  • an upper and a lower bearing or a fixed shaft and a wind rotor 2 which is rotatably fastened thereon an end which simultaneously serves for the belt drive 5 or without an intermediate belt and directly engages with the generator 6 ⁇ plate 9a or 9b or the like can be provided.
  • FIG. 2 shows the configuration and arrangement of the wind rotor bodies which are essential for the invention in a sectional view.
  • the rotor core body 7 only has outwardly curved wind deflecting surfaces 10a, b, each of which is assigned an outer wing body 8a, 8b with an essentially wing-shaped cross section.
  • the direction of rotation of the wind rotor 2 is indicated by the arrow direction shown. Regardless of the wind direction, the wind rotor 2 starts up from any position and immediately delivers energy that can be tapped at the terminals of the generator 6.
  • This wind rotor 2 to start up itself is based on the shape of the individual wind deflecting surfaces and the position of the wind rotor bodies 7 and 8a or 8b relative to one another during operation.
  • the air flowing through is deflected onto the outer wing body between the wing body 8a or 8b rotating in the wind and the rotor core body 7.
  • the speed of the air flowing past the wing body in question is thus significantly increased, so that an outward force occurs with a component in the direction of rotation.
  • FIG. 2 also shows the ratio and the form and mutual position of the wind deflecting surfaces of the wind rotor bodies in an embodiment with a pair of outer wing bodies.
  • the initial variable is the diameter D of the wind rotor 2.
  • the outer wind attack surfaces 11a, 11b of the wing bodies 8a, 8b are designed as cylinder jacket sections.
  • the associated radius of curvature of these wind deflecting surfaces 11a, 11b is the 3.45th part of the diameter D of the wind rotor 2.
  • the inner wind deflecting surfaces 12a, 12b of the wing bodies 8a, 8b are flat surfaces. Together with the outer wind deflecting surfaces 11a, 11b, they each form the rear, acute-angled end of the wing bodies 8a, 8b, which lies on the radius of the wind rotor 2, which intersects the line of contact of the two wind deflecting surfaces 10a, 10b of the rotor core body 7.
  • These flat, inner wind deflecting surfaces 12a, 12b run in the 41 "direction to the connection: center of the wind rotor / wing body end and end in the front area of the wing bodies 8a, 8b at 49 ° to the connection: center of the wind rotor / end of the wing body.
  • the front wind deflecting surfaces 13a, 13b of a wing body 8a, 8b are likewise designed as cylinder jacket cuts formed, the radius of curvature corresponds to half the distance of the outer and inner wind deflecting surfaces 11a / 12a or 11b / 12b at the front end of the wing bodies 8a / 8b.
  • the wind deflecting surfaces 10a, 10b of the rotor core body 7 likewise form cylinder jacket sections. Their radius of curvature corresponds to the distance X of the center of curvature of the front wind deflecting surface 13a, 13b of the associated wing body 8a, 8b.
  • the respective center of curvature of the wind deflecting surfaces 10a, 10b is at a distance E from the center of the wind rotor 2, the 4.72th part of the diameter D being the wind rotor.
  • Wind rotor center / center of curvature of the front wind deflecting surface 13a, 13b of the associated wing body 8a, 8b removed. It is important - and this results from this design specification - that the tangents of two wind deflecting surfaces 10a, 10b form an angle of less than 90 ° in the plane of the drawing.
  • the specified dimensioning means that the "open" design, ie reduced rotor core or wing body cross section and the resulting higher speed, allow increased performance to be achieved.
  • the gearboxes and generators are also weight and space-saving, since the torques to be transmitted are reduced with higher speed and the same power, so that with some larger versions of the rotor there is also space inside the rotor core body.
  • the design according to the invention can advantageously be used not only in the case of smaller designs, but also in the case of larger designs.
  • the dimensioning according to the invention not only leads to an economically producible, but also to an easily transportable design.
  • Aluminum is preferably used as the material.
  • the figure shows the view of the end face, ie is seen from above or from below when the rotor is operational.
  • the wing bodies 8a and 8b can thus be fixed in a simple manner in their mutual position and their position relative to the rotating rotor core body 7 secured against any rotation.
  • Figure 3b shows the embodiment in the transport or stowage configuration, which is particularly advantageous when the wind rotor - for example on yachts - must be stored in a confined space.
  • wing bodies are pivoted in, the core body also being screwed into the surface area of the plate 14, the larger transverse dimension of which shows the connection between the rotor core body and wing elements and the smaller transverse dimension defines the height of the transport configuration.
  • the plates 14 are preferably selected to be smaller or equal to this transverse dimension in terms of their width (in the figure, the height).
  • the wing bodies are pivoted around in such a way that their inner boundary surfaces in the operational state come to lie on the outside and form parts of the outer surfaces of the transport configuration. It can be seen that the unit thus formed can also be shipped over long distances without difficulty can.
  • additional packaging can be used if an additional transport lock is provided, as shown in the figure.
  • This additional transport lock holds the outer wing bodies in the position shown, their pointed ends pointing to the rotor core body and limiting its pivotability. In this way, the core body only needs to be ne additional locking to be limited in its mobility.
  • the wing bodies are locked in their transport position in such a way that their surfaces lying outside in the operating state lie adjacent to the rotor body, then a further transport locking of the rotor body can be dispensed with become when it is only pivotable between its operating position and the transport position.
  • the pointed wing edge ends of the wing bodies hold the rotor core body in its corresponding position in the transport configuration.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

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Description

Windkraftmaschine
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Windkraftmaschine der im Ober¬ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Eine derartige Windkraftmaschine ist aus der DE-PS 30 03 270 bekannt und hat sich im Betrieb insbeson¬ dere bei stationären Anlagen bewährt. Für bestimmte Anwendungen besteht das Bedürfnis, im Hin¬ blick auf eine günstige Herstellbarkeit und Transportfä¬ higkeit die Abmessungen zu optimieren, wobei die Lei¬ stungsfähigkeit des Aggregats im wesentlichen erhalten bleiben bzw. sogar noch verbessert werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die im den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch die Verkleinerung des Rotorkernquerschnitts zwar die dem Wind entgegengesetzte Angriffsfläche verkleinert wird, dieser Umstand braucht jedoch nicht zu einem Leistungsabfall (bezogen auf die jeweilige Baugröße, d.h. Höhe und Gesamt- durchmesser) zu führen, wenn bestimmte Randbedingungen be¬ achtet werden.
Die erfindungsgemäße Dimensionierung ist insbesondere ge¬ eignet für gattungsgemäße Windkraftmaschinen kleinerer Bauform, so daß eine ortsveränderliche Anwendung wie bei¬ spielsweise auf Fahrzeugen oder Segelyachten in günstiger Weise möglich wird.
Es wurde gefunden, daß - da sich die Leistung mit höherer Drehzahl proportional vergrößert - durch eine "offenere" Bauweise, d.h. verkleinertem Rotorkernkörper- bzw. Trag- flügelkörperquerschnitt und der daraus resultierenden höheren relativen Strömungsausnutzung, in etwa dieselbe Leistung erzielt werden kann. Durch die Heraufsetzung der relativen Strömungsumlenkung durch den Kernkörper wird die Wirksamkeit der Strömungskörper insgesamt vergrößert. Durch die Verkleinerung der Körper und die damit verbunde¬ ne Gewichtsersparnis verringern sich hingegen zusätzlich die Reibungsverluste und die Herstellungs- sowie die Transportmöglichkeiten werden günstiger. Auch die Getriebe und Generatoren fallen gewichts- und raumsparender aus, da sich mit höherer Drehzahl (bezogen auf dieselbe an der Welle abzugebende Leistung) die zu übertragenden Drehmo¬ mente verkleinern. Die erfindungsgemäße Dimensionierung wurde zunächst insbesondere angestrebt für Ausführungen kleiner Bauform mit den ihnen eigenen höheren Drehzahlen.
Es hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Be¬ messung nicht nur bei kleineren Bauformen, sondern auch bei größeren Ausführungen vorteilhaft Verwendung finden kann.
Bei der bevorzugt verkleinerten Baugröße entfällt auch die Notwendigkeit einer äußeren Abspannung. Eine Hohlwelle bildet in günstiger Ausführung das Standrohr, an dem der Rotationskörper gelagert ist. Eine innerhalb des Stand¬ rohrs geführte mit dem Rotorkörper verbundene Welle über¬ trägt die Antriebsleistung über ein Zwischengetriebe auf einen Generator.
Die erfindungsgemäße Bemessung führt nicht nur zu einer ökonomisch herstellbaren, sondern darüber hinaus auch zu einer leicht transportierbaren Ausführung. Neben der Gewichtsersparnis durch die verkleinerte Bauform, besteht die Möglichkeit der Verkleinerung der Transportabmessungen durch Schwenken der Windleitkörper (Rotorkernkörper und Tragflächenkörper) von der Arbeitsposition in eine Trans- portposition. Zum Erhalten kleiner Transportabmessungen können die Windleitkörper im wesentlichen in eine Ebene geschwenkt werden, wenn sie - bevorzugt um ihre Schwerpunkte bzw. Mittelpunkte von kreisförmigen Querschnitten (soweit sie innerhalb des Querschnitts des Körpers selbst gelegen sind) drehbar gelagert sind.
Da zur Verbindung zwischen den Körpern im Betrieb zwischen diesen Körpern Trägerelemente vorgesehen sind, besteht die Möglichkeit, diese auch als Halteelemente für den Trans¬ port vorzusehen. Die Trägerelemente nehmen auch die Lager für die Rotation im Betrieb auf.
Die verschwenkbar arretierbare Lagerung der Windleitkörper ermöglicht es, die Vorrichtung in einer nur eine geringe Höhe aufweisenden Konfiguration zu transportieren, wobei die Bauhöhe dieser Transportkonfiguration in etwa der kleineren Querabmessung des Rotorkernkörpers entspricht. Dieser und die Windleitkörper sind dabei nach Entarretie- rung um die genannten Achsen verschwenkbar, wobei es sich bei dem Rotorkernkörper bevorzugt um d_ie Mittelachse und bei den Windleitkörpern um die Mittelachse der die Flügel¬ vorderkanten bildenden halbkreisförmigen Querschnitte han¬ delt.
Wenn die die Windleitkörper verbindenden Trägerelemente als Verstrebungen oder geschlossene flächige Elemente Querabmessungen aufweisen, welche die kleinere Querabmes¬ sung des Rotorkernkörpers nicht übertreffen bzw. im we- sentlichen diese Größenordnung aufweisen, so kann die Transportkonfiguration ohne wesentlichen zusätzlichen Auf- wand erzeugt werden, da die Querverstrebungen die Stirn¬ seiten der Transporteinheit bilden, so daß außer Arretie¬ rungen lediglich noch eine Umhüllung vorgesehen zu werden braucht.
In dieser quaderförmigen Konfiguration finden sich dabei noch Leeräume, welche auch einen zerlegten oder zusammen¬ gefalteten Ständer für die Windkraftmaschine aufnehmen dieser in Profilbauweise mit Bauteilen, deren Querabmes- sungen den zur Verfügung stehenden Raum nicht überschrei¬ ten, zur Verfügung gestellt werden.
Besonders Vorteilhaft ist weiterhin, daß, wenn sich der Mittelpunkt der Drehachse der Flügelkörper zum Überführen in ihre Ruhestellung im Mittelpunkt ihres halbkreisförmi¬ gen Vorderkantenquerschnitts befindet, die Abmessungen des Rotors in der Ruhe- oder Transportstellung bezüglich der Abmessung des Durchmessers nicht vergrößert werden.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung findet der Generator zur Erzeugung elektrischer Energie einschlie߬ lich eines Zwischengetriebes innerhalb des Rotorkernkör¬ pers Platz, so daß auch für die Stromerzeugungsanlage kein zusätzlicher Raum benötigt wird. Die Übersetzung von der geringeren Rotorgeschwindigkeit auf die bevorzugte höhere Generatorgeschwindigkeit erfolgt dabei mittels eines Planetengetriebes.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden bei der nachste¬ henden Darstellung zusammen mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 die erfindungsgemäße Windkraftmaschine mit einem um eine senkreche Achse drehbaren Windrotor in Seitenan- sieht,
Figur 2 eine Hilfskonstruktionszeichnung für die Ausbil¬ dung der Windumlenkflächen des Rotorkernkörpers und zu¬ gehöriger Flügelkörper sowie deren gegenseitige Winkel- Stellung,
Figur 3a Querschnitt durch den Windrotor gemäß Figur 1 in beliebiger Höhe in Betriebsposition sowie
Figur 3b einen Querschnitt gemäß Figur 3a in einer Trans¬ port- oder Stauposition.
Die wesentlichen Bestandteile der in Figur 1 dargestellten Windkraftmaschine l sind dessen Windrotor 2, der um eine senkrecht stehende Hohlwelle 3 rotiert. Der Windrotor 2 besteht aus dem Rotorkernkörper 7 und den Flügelkörpern 8a und 8b, die starr miteinander verbunden z.B. an Endplatten 9a und 9b befestigt sind.
Die Hohlwelle 3 ist mit zwei Lagern 4a und 4b versehen, die innerhalb des Rotorkernkörpers an dessen oberem und unterem Ende vorgesehen sind. Durch diese Anordnung ohne äußere Abspannungen ist die Gesamtkonstruktion kompakt und stabil. Die im Inneren des Rotorkernkörpers vorgesehenen Lager sind darüberhinaus wettergeschützt. Innerhalb der Hohlwelle 3 ist, fest verbunden mit der oberen Endplatte 9a, eine Antriebswelle 3a vorgesehen, die die Antriebslei¬ stung des Rotors über ein als Planetengetriebe ausgebilde¬ tes Übersetzungsgetriebe einem Generator 6 als Energie¬ wandler zur Erzeugung elektrischer Energie zuführt.
Der Generator ist innerhalb eines als Standfuß ausgebilde¬ ten Gehäuses 6a gekapselt angeordnet. Dadurch ist der er¬ findungsgemäße Windkraftgenerator auch für rauhen Betrieb auf Yachten etc. geeignet. Über schematisch angedeutete Befestigungsmittel 6b und 6c in Form von Befestigungsklem¬ men ist eine Anbringung an Wohnwagen, Heckkörben als Teil der Seereling von Yachten etc. ohne weiteres auch nicht¬ stationär möglich.
Diese Konstruktion läßt sich im Sinne der Erfindung den jeweiligen Erfordernissen oder Gegebenheiten entsprechend geringfügig abändern. So kann beispielsweise bei größeren Abmessungen des Windrotors 2 ein oberes und ein unteres Lager oder eine feststehende Welle und daran drehbar befe- stigtem Windrotor 2, eine gleichzeitig für den Riementrieb 5 dienende oder ohne einen zwischengeschalteten Riemen und unmittelbar mit dem Generator 6 im Eingriff stehende End¬ platte 9a bzw. 9b oder dergleichen vorgesehen werden.
Ebenfalls bei großen Abmessungen und dann allein schon aus Gewichtsgründen bevorzugter hohler Ausbildung der Windro- torkörper, insbesondere des Rotorkernkörpers 7, kann der Generator 6 oder das betreffende mechanisch anzutreibende Aggregat, eine Pumpe, ein Mahlwerk oder dergleichen, in- nerhalb des hohlen Rotorkernkörpers 7 angebracht sein. Hierzu ist dann die oben bereits erwähnte Ausführungsform mit feststehender Welle vorteilhaft. Die Figur 2 zeigt die für die Erfindung wesentliche Aus¬ bildung und Anordnung der Windrotorkörper in einer Schnittdarstellung. Der Rotorkernkörper 7 weist lediglich nach außen gewölbte Windumlenkflächen 10a, b auf, denen jeweils ein äußerer Flügelkörper 8a, 8b, mit im wesentli¬ chen tragflächenförmigem Querschnitt zugeordnet ist. Die Drehrichtung des Windrotors 2 ist durch die eingezeichnete Pfeilrichtung angegeben. Unabhängig von der Windrichtung läuft der Windrotor 2 aus jeder Stellung an und liefert sofort Energie, die an den Klemmen des Generators 6 abge¬ griffen werden kann.
Die Eigenschaft dieses Windrotors 2, selbst anzulaufen, beruht auf der Form der einzelnen Windumlenkflächen und der im Betrieb festen Stellung der Windrotorkörper 7 und 8a bzw. 8b zueinander. Zwischen dem sich in den Wind dre¬ henden Flügelkörper 8a bzw. 8b und dem Rotorkernkörper 7 wird die durchströmende Luft auf die äußeren Flügelkörper umgelenkt. Die Geschwindigkeit der außen am betreffenden Flügelkörper vorbeiströmenden Luft ist damit wesentlich heraufgesetzt, so daß eine nach außen wirkende Kraft mit einer Komponente in Drehrichtung auftritt. Der auf den Teil des Rotorkernkörpers 7 treffende Wind, der nicht von dem vorbeilaufenden Flügelkörper 8a bzw. 8b abgeschattet ist, drückt auf den weglaufenden Teil der Windangriffsflä¬ che 10a bzw. 10b des Rotorkernkörpers 7, unterstützt also ebenfalls die in Drehrichtung wirkende Kraftkomponente. Die zwischen dem in Windrichtung weglaufenden Flügelkδrper 8b bzw. 8a und dem Rotorkernkörper 7 bestehende Strömung lenkt den auftreffenden Wind aus diesem Bereich nach au¬ ßen, am hinteren Ende des weglaufenden Flügelkörpers 8b bzw. 8a vorbei, drückt also ebenfalls in Drehrichtung. Man kann sich nach Belieben für die verschiedensten Stellungen des Windrotors 2 bei einer vorgegebenen Windrichtung die immer in Drehrichtung wirkenden Komponenten veranschauli- chen, wobei zum Drehimpuls allerdings mehrere Erscheinun¬ gen gleichzeitig beitragen, z.B. Auftrieb, Umlenkung, Staudruck, Sog durch Verwirbelung und dergleichen.
Figur 2 zeigt auch, in welchem Verhältnis und in welcher Form und gegenseitiger Lage die Windumlenkflächen der Windrotorkörper bei einer Ausführungsform mit einem Paar äußerer Flügelkörper gewählt werden. Ausgangsgröße ist der Durchmesser D des Windrotors 2. Die äußeren Windangriffs¬ flächen 11a, 11b der Flügelkörper 8a, 8b sind als Zylin- dermantelabschnitte ausgebildet. Der zugehörige Krümmungs¬ radius dieser Windumlenkflächen lla, 11b ist der 3,45te Teil des Durchmessers D des Windrotors 2.
Die inneren Windumlenkflächen 12a, 12b der Flügelkörper 8a, 8b sind ebene Flächen. Sie bilden zusammen mit den äu¬ ßeren Windumlenkflächen lla, 11b jeweils das hintere, spitzwinkelige Ende der Flügelkörper 8a, 8b, das auf dem Radius des windrotors 2 liegt, der die Berührungslinie der beiden Windumlenkflächen 10a, 10b des Rotorkernkörpers 7 schneidet. Diese ebenen, inneren Windumlenkflächen 12a, 12b verlaufen in 41"-Richtung zu der Verbindung: Windrotormittelpunkt/Flügelkörperende und enden im vorde¬ ren Bereich der Flügelkörper 8a, 8b unter 49° zur Verbin¬ dung: Windrotormittelpunkt/Flügelkörperende verlaufenden Radius. Die vorderen Windumlenkflächen 13a, 13b eines Flü¬ gelkörpers 8a, 8b sind ebenfalls als Zylindermantelab- schnitte ausgebildet, deren Krümmungsradius dem halben Ab¬ stand der äußeren und inneren Windumlenkflächen lla/12a bzw. llb/12b am vorderen Ende der Flügelkörper 8a/8b ent¬ spricht.
Die Windumlenkflächen 10a, 10b des Rotorkernkörpers 7 bilden ebenfalls Zylindermantelabschnitte. Ihr Krümmungs¬ radius entspricht dem Abstand X des Krümmungsmittelpunktes der vorderen Windumlenkfläche 13a, 13b des zugeordneten Flügelkörpers 8a, 8b. Der jeweilige Krümmungsmittelpunkt der Windumlenkflächen 10a, 10b ist vom Mittelpunkt des Windrotors 2 im Abstand E, wobei der 4,72te Teil des Durchmessers D des Windrotors ist.
Windrotormittelpunkt/Krümmungsmittelpunkt der vorderen Windumlenkflache 13a, 13b des zugeordneten Flügelkörpers 8a, 8b entfernt. Wichtig ist - und das ergibt sich bei dieser Konstruktionsvorschrift -, daß die Tangenten zweier Windumlenkflächen 10a, 10b in der Zeichenebene einen Winkel kleiner als 90° bilden.
Ein solcher Windrotor läuft - bei Abmessungen von D = 0,6 m und einer Höhe oder axialen Länge von 0,6 m - bei Windstärke 6 mit etwa 450 Umdrehungen pro Minute. (Windstärke 6 entspricht einer Windgeschwindigkeit von 14 m/s. )
Die angegebene Bemessung führt dazu, daß durch die "of¬ fenere" Bauweise, d.h. verkleinertem Rotorkernkörper- bzw. Tragflügelkörperquerschnitt und der daraus resultierenden höheren Drehzahl, eine vergrößerte Leistung erzielt werden kann. Auch die Getriebe und Generatoren fallen gewichts- und raumsparender aus, da sich mit höherer Drehzahl bei glei¬ cher Leistung die zu übertragenden Drehmomente verklei¬ nern, so daß sie bei einigen größeren Ausführungen des Ro- tors auch im Inneren des Rotorkernkörpers Platz finden. Die erfindungsgemäße Bemessung kann nicht nur bei kleine¬ ren Bauformen, sondern auch bei größeren Ausführungen vor¬ teilhaft Verwendung finden.
Die erfindungsgemäße Bemessung führt nicht nur zu einer ökonomisch herstellbaren, sondern darüber hinaus auch zu einer leicht transportierbaren Ausführung. Neben der Ge- wichtsersparnis durch die verkleinerte Bauform, besteht die Möglichkeit der Verkleinerung der Transportabmessungen durch Schwenken der Windleitkörper (Rotorkernkörper und Tragflächenkörper) von der Arbeitsposition in eine Trans¬ portposition. Als Werkstoff wird bevorzugt Aluminum ver¬ wendet.
Die in Figur 3a dargestellte Konstruktion für die starre Anordnung der Windrotorkörper besteht aus jeweils einer (gestrichelt dargestellten) Platte 14 auf der Unter- und der Oberseite des Windrotors 2.
Die Figur zeigt die Sicht auf die Stirnseite, d.h. ist bei betriebsfähigem Rotor von oben oder von unten gesehen. Die Flügelkörper 8a und 8b lassen sich damit auf einfache Wei¬ se in ihrer gegenseitigen Lage und ihrer Lage gegenüber dem mitumlaufenden Rotorkernkörper 7 gegen jegliche Ver- drehung gesichert festlegen. Für Windrotoren 2 großer Ab¬ messungen, die um eine feststehende Welle rotieren, können die sich mitdrehenden Lagerteile unmittelbar an einer Platte 14 angebracht werden.
Figur 3b zeigt das Ausführungsbeispiel in der Transport- oder Staukonfiguration, die insbesondere günstig ist, wenn der Windrotor - beispielsweise auf Yachten - auf emgem Raum gelagert werden muß.
Es ist ersichtlich, wie Flügelkörper eingeschwenkt sind, wobei auch der Kernkörper in den Flächenbereich der Platte 14 hineingedreht wurde, deren größere Querabmessung in der Hauptrichtung der Verbindung Rotorkernkörper/Flügelele¬ mente zeigt und deren kleinere Querabmessung die Höhe der Transportkonfiguration definiert. Die Platten 14 sind be- vorzugt kleiner oder gleich dieser Querabmessung gewählt, was ihre Breite (in der Figur die Höhe) betrifft. Die Flü¬ gelkörper sind so herum geschwenkt, daß ihre im betriebs¬ bereiten Zustand innen gelegenen Begrenzungsflächen nach außen zu liegen kommen und Teile der Außenflächen der Transportkonfiguration bilden«, Es ist ersichtlich, daß die so gebildete Einheit ohne Schwierigkeiten auch über weite Strecken versandt werden kann.
In vielen Fällen wird auf eine zusätzliche Verpackung ver- ziehtet werden können, wenn eine zusätzliche Transportar¬ retierung vorgesehen ist, wie sie in der Figur dargestellt ist. Diese zusätzliche Transportarretierung hält die äuße¬ ren Flügelkörper in der dargestellten Position, wobei ihre spitzen Enden auf den Rotorkernkörper hinweisen und diesen bezüglich seiner Schwenkbarkeit begrenzen. Auf diese Weise braucht der Kernkörper für den Transportfall nur durch ei- ne zusätzliche Arretierung in seiner Beweglichkeit be¬ grenzt zu werden. Würden - bei einer anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten weiteren Ausführung der Er¬ findung die Flügelkörper in ihrer Transportposition so ar- retiert, daß ihre im Betriebszustand außen liegenden Flä¬ chen dem Rotorkörper benachbart liegen, so kann auf eine weitere Transportarretierung des Rotorkörpers verzichtet werden, wenn er lediglich zwischen seiner Betriebsposition und der Transportposition verschwenkbar ist. Die spitzen Flügelkantenenden der Flügelkörper halten in der Trans¬ portkonfiguration den Rotorkernkörper in seiner entspre¬ chenden Lage fest. Bei dieser Anordnung braucht als weite¬ re Arretierung lediglich ein die Gesamtanordnung umspan¬ nendes Band eine Folie oder dergleichen vorgesehen werden, um die Einheit beim Transport gegen unbeabsichtigtes Auf¬ falten zu sichern.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei- spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.
* * * * *

Claims

A n s p r ü c h e
1. Windkraftmaschine mit einem um eine senkrechte Achse drehbaren Windrotor, der einen Rotorkernkörper mit gewölb¬ ten Windumlenkflächen und diesen zugeordneten Flügelkör¬ per aufweist, mit
konvexe erste Zylindermantelabschnitte bildende Wind- umlenkflächen des Rotorkern-körpers,
äußeren Flügelkörpern mit im wesentlichen tragflä¬ chenförmigem Querschnitt, deren in Drehrichtung des .Windrotors gesehen hinteres, spitzwinkeliges Ende auf dem Radius des Windrotors liegt, der die Berührungs¬ linie zweier Windumlenkflächen des Rotorkernkörpers schneidet,
einem Rotorkernkörper mit zwei spiegelbildlich ange- ordneten
einem Paar äußerer Flügelkörper sowie
zweite Zylindermantelabschnitte als äußere sowie als in Drehrichtung des Windrotors gesehen vordere und ebene Fläche als innere Windumlenkflächen eines äu¬ ßeren Flügelkörpers,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß der Radius der ersten Zylindermantelabschnitte des Ro¬ torkernkörpers (7) dem Außendurchmesser (D) der Gesamtan- Ordnung, bestimmt durch die maximale Erstreckung der Flü¬ gelkörper (8a, 8b) in radialer Richtung, dividiert durch einen ersten Faktor von 3,3 bis 3,6, insbesondere 3,45, entspricht und
daß die Exzentrizität des Mittelpunkts der Krümmung eines Zylindermantelabschnitts des Rotorkernkörpers (7) dem Au¬ ßendurchmesser (D) der Gesamtanordnung dividiert durch ei¬ nen zweiten Faktor zwischen 4,5 bis 5, bevorzugt 4,72, entspricht.
2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Faktor 3,5 beträgt.
3. Windkraftmaschine nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Winkel zwischen der Verbindungslinie der sich spitz¬ winklig schneidenden Flächen der Zylindermantelabschnitte der Rotorkernkörper (7) und des Mittelpunkts des kreis¬ förmigen Querschnitts der zweiten Zylindermantelabschnitte (8a, 8b) der Flügelkörper zwischen 39° und 43°, insbeson- dere 41°, beträgt.
4. Windkraftmaschine nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchmesser (D) des Rotors (2) kleiner als 1 m, vor¬ zugsweise 0,6 m, ist.
5. Windkraftmaschine nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Höhe des Rotors (2) kleiner als 1 m, vorzugsweise 0,6 m, ist.
6. Windkraftmaschine nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die kleine Querabmessung (a) des Rotorkernkörpers (7) im wesentlichen der Dicke der Flügelkörper (8a, 8b) ent- spricht bzw. geringfügig darüber liegt.
7. Windkraftmaschine nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rotor (2) auf einer innerhalb des Rotorkernkörpers (7) angeordneten mit einem Standfuß verbundenen feststehenden Welle (3) gelagert is .
8. Windkraftmaschine nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lager (4a, 4b) am unteren und oberen Ende des Rotorkernkörpers (7) angeord¬ net sind.
9. Windkraftmaschine nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Welle (3a) als Hohlwelle ausgebildet ist und im Inneren eine weitere, fest mit dem Rotor verbundene Antriebswelle (3b) für ein innerhalb des Standfußes angeordnetes Aggregat, insbeson¬ dere in Form eines Generators (6), aufweist.
10. Windkraftmaschine nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen Antriebswelle (3a) und Aggregat (6) ein Planetengetriebe (5) angeordnet ist.
11. Windkraftmaschine nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rotorkernkörper (7) um seinen Mittelpunkt (16) und/oder die Flügelkörper (8a, 8b) um den Mittelpunkt ih¬ rer halbkreisförmigen Vorderkante (17a, 17b), in ihrer Be¬ triebsposition arretierbar, um eine zur Rotationsachse pa¬ rallelen Achse separat drehbar gelagert sind.
12. Windkraftmaschine nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rotorkernkörper (7) von seiner Arretierung in der Betriebsstellung ausgehend so drehbar ist, daß seine große Querabmessung (b) in eine Richtung im wesentlichen entsprechend der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der halbkreisförmigen Flügel¬ vorderkanten gelangt.
13. Windkraftmaschine nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß daß die Querabmessung (e) mindestens eines die Körper ver¬ bindenden Trägers oder einer Platte (14) im wesentlichen gleich der kleinen Querabmessung des Rotorkernkörpers bzw. der Dicke (c) eines Flügelkörpers (8a, 8b) sind.
14. Windkraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Rotor¬ kernkörper (7) und/oder Flügelkörper (8a, 8b) in einer Po¬ sition arretierbar sind, in der durch entsprechende Drehung(en) Bereich der Flügelhinterkanten der Oberfläche des Rotorkernkörpers (7) benachbart sind.
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