DE2524360A1 - WIND POWER PLANT - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKERPATENT ADVOCATES A. GRÜNECKER
DlPU-ING;DIPU-ING;
H. KINKELDEYH. KINKELDEY
DR-ING.DR-ING.
2524360 W- STOCKMAlR2524360 W - STOCKMAlR
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K. SCHUMANNK. SCHUMANN
OR. BER MAT. DlPU-PHYSOR. BER MAT. DlPU-PHYS
P. H. JAKOBP. H. JAKOB
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E. K. WEILE. K. WEIL
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LINDAULINDAU
2. Juni- 1975 P. 9334-30/HäJune 2, 1975 P. 9334-30 / Hä
Alberto KlingAlberto Kling
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Am Hügel 14At the hill 14
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Windkraftwerk mit einer Rotoranordnung mit mindestens einem mit einem Stromgenerator gekoppelten Rotor, einer Tragvorrichtung zur Lagerung von Rotoranordnung und Stromgenerator und einer Vorrichtung zur xlusrichtung der Rotoranordnung in die Windrichtung.The invention relates to a wind power plant with a rotor arrangement with at least one with a power generator coupled rotor, a support device for storage of rotor assembly and power generator and a device for xlusrichtung the rotor assembly in the wind direction.
Bisher bekannte Windkraftwerke der vorstehend erläuterten Art weisen Tragvorrichtungen auf, welche als Gerüste ausgebildet sind, mittels derer der oder die Rotoren und der damit gekoppelte Stromgenerator am Erdboden abgestützt sind. Derartige Traggerüste sind ortsfest und im übrigen in ihrer Höhe beschränkt, da beim überschreiten einer relativ geringen Höhe der Bauaufwand unangemessen groß wird. DaherPreviously known wind power plants of the type explained above have support devices which are designed as scaffolds are, by means of which the rotor or rotors and the power generator coupled therewith are supported on the ground. Such supporting structures are stationary and otherwise limited in their height, since when a relative is exceeded low level of construction costs becomes unreasonably large. Therefore
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TELEFON (OBS) 22 as 89 TELEX OS-2938O TELEBHAMME MONAPAT TELEPHONE (OBS) 22 as 89 TELEX OS-2938O TELEPHONE COMBINATION MONAP
sind bei diesen bekannten Windkraftwerken die Rotoren . in relativ geringer Höhe über der Erdoberfläche angeordnet und können nur von sehr bodennahen Winden beaufschlagt werden. Die Stärke, Richtung und Häufigkeit bodennaher Winde ist jedoch stark von den geographischen Gegebenheiten abhängig und im übrigen erheblichen Schwankungen unterworfen. Die in großen Bodenabständen vorherrschenden Höhenwinde, die in ihrer Intensität und Richtung sehr viel gleichmäßiger sind als bodennahe Winde können mit den bekannten Windkraftwerken nicht ausgenützt werden.are the rotors of these known wind power plants. arranged at a relatively low height above the surface of the earth and can only be acted upon by winds very close to the ground. The strength, direction and frequency However, winds close to the ground are strongly dependent on the geographical conditions and otherwise considerable fluctuations subject. The high-altitude winds prevailing at great distances from the ground, which in their intensity and Direction are much more uniform than winds close to the ground cannot with the known wind power plants be exploited.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Windkraftwerk der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau eine wirtschaftliche Ausnutzung und Umwandlung der Windenergie von Höhenwinden in großem Bodenabstand ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a wind power plant to create the type explained above, which is easy to use and economical Conversion of wind energy from high-altitude winds in large ground clearance enables.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tragvorrichtung mindestens einen aerostatischen, sein Eigengewicht und das Gewicht der übrigen mit ihm verbundenen Vorrichtungen wie Rotoranordnung, Stromgenerator, Ausrichtvorrichtung tragenden Schwebekörper, beispielsweise gasgefüllten Hohlkörper, der über mindestens eine Fesselleine mit einer Verankerung am Erdboden oder einem Schwimmkörper auf See verbunden ist, aufweist.This object is achieved in that the Carrying device at least one aerostatic Dead weight and the weight of the other devices connected to it such as rotor assembly, power generator, Alignment device-carrying float, for example gas-filled hollow body, which has at least one Bondage line is connected to an anchor on the ground or a floating body at sea.
Bei dem erfindungsgemäßen Windkraftwerk ist die Tragvorrichtung somit nicht mehr als starr mit dem Erdboden verbundenes Traggerüst ausgebildet, sondern als aerostatisch schwebende Vorrichtung, die in die gewünschte Höhe über dem Erdboden gebracht werden kann und dort mittels mindestens einer Fesselleine, die sie mit einer Verankerung am Erdboden oder einem Schwimmkörper, beispielsweise einerIn the wind power plant according to the invention, the support device is thus no more than rigidly connected to the ground Shoring designed, but as an aerostatically floating device that is in the desired height above can be brought to the ground and there by means of at least one shackle rope that they anchoring on the ground or a floating body, for example one
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Schwimmboje verbindet, in der gewünschten Höhe gehalten werden kann. Mittels der schwebenden Tragvorrichtung wird der oder die Rotoren in Höhen gebracht, in denen starke und in ihrer Intensität und Windrichtung relativ geringen Schwankungen unterworfenen Höhenwinde herrschen. Die dort erzeugte Energie kann beispielsweise über eine Stromleitung zur Erde transportiert werden. Dabei ist es beispielsweise möglich, eine Fesselleine gleichzeitig als Stromkabel auszubilden. Es ist beispielsweise auch möglich, die in großer Höhe erzeugte Energie dort unmittelbar zu verbrauchen, beispielsweise zur Speisung eines ebenfalls vom Schwebekörper getragenen Senders oder zur Speisung von optischen Anzeigegeräten, beispielsweise Leuchtschriften, die vom Schwebekörper getragen x^erden. Es ist beispielsweise auch denkbar, die in großer Höhe erzeugte Energie unmittelbar zur Durchführung von Umwelt gefährdenden Prozessen einzusetzen, die in Einrichtungen durchgeführt werden, die ebenfalls vom Schwebekörper getragen werden. Die bei derartigen Prozessen entstehenden Abfallprodukte könnten gegebenenfalls in unschädlicher Höhe an die Atmosphäre abgegeben werden. Die erfindungsgemäßen schwebenden Windkraftwerke haben den weiteren Vorteil, daß sie nicht mit großem Aufwand mit Transporteinrichtungen, beispielsweise mit Zügen oder Lastkraftwagen an den Aufstellungsort transportiert und dort aufgebaut werden müssen, sondern in der Fabrik fertig aufgebaut v/erden können und dann schwebend, sich selbst tragend an den Einsatzort geführt werden können. Erfindungsgemäße Windkraftwerke sind daher unter anderem insbesondere zum Einsatz in unerschlossenen Gebieten, wie beispielsweise in Wüstengebieten und großen Waldgebieten, in denen keine Transportwege bestehen, geeignet. Sie können beispielsweise auch zur Stromversorgung von schwimmenden oder abgesetzten Bohrtürmen auf hoher See verwendet werden.Floating buoy connects, held at the desired height can be. By means of the floating support device, the rotor or rotors is brought to heights at which strong and there are high-altitude winds that are subject to relatively minor fluctuations in their intensity and wind direction. the The energy generated there can, for example, be transported to earth via a power line. It is for example possible to train a tether as a power cable at the same time. For example, it is also possible to use the energy generated at a great height there directly, for example to feed one as well transmitter carried by the float or for supplying optical display devices, e.g. illuminated letters, which are carried by the float x ^ earth. It is for example It is also conceivable that the energy generated at great heights is used directly to carry out processes that endanger the environment to be used in facilities that are also carried by the float. The ones like that Waste products generated by processes could possibly be released into the atmosphere in harmless amounts will. The floating wind power plants according to the invention have the further advantage that they do not have a large Effort with transport facilities, for example with trains or trucks, transported to the installation site and must be set up there, but can be completely set up in the factory and then floating, yourself can be carried to the place of use in a self-supporting manner. Wind power plants according to the invention are therefore inter alia especially for use in undeveloped areas, such as in desert areas and large forest areas, in which there are no transport routes, suitable. For example, you can also use it to power floating or remote derrick can be used on the high seas.
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Mit Vorteil ist ein Windkraftwerk gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Rotoranordnung aus mindestens einem Paar koaxial angeordneter, gegenläufiger, drehimpulsausgeglichener Rotoren besteht. Bei einer derartigen Ausgestaltung treten bei einer Lageänderung der sich drehenden Rotoren keine Präzessionswirkungenauf, da sich die Präzessionswirkungen der gegenläufigen Rotoren gegenseitig kompensieren. Eine Ausrichtung der Rotoren in die vorherrschende Windrichtung durch entsprechende Positionssteuerung der Schwebekörper oder durch auf die Rotoren einwirkende Ausrichtvorrichtungen, beispielsweise an die Rotoren tragenden, an den Schwebekörpern gelagerten Gerüsten angebrachte Steuerklappen ist daher rasch und einfach bewerkstelligbar.A wind power plant according to the invention is advantageously like this designed that the rotor assembly of at least one pair of coaxially arranged, opposing, angular momentum balanced Rotors. In such a configuration, when the position changes, the rotating Rotors do not have any precession effects, since the precession effects of the counter-rotating rotors compensate for each other. An alignment of the rotors in the prevailing Wind direction by corresponding position control of the float or by acting on the rotors Acting alignment devices, for example on the rotors-bearing scaffolds mounted on the floats Attached control flaps can therefore be implemented quickly and easily.
Bei dem erfindungsgemäßen Windkraftwerk können Rotoren unterschiedlichster Bauart und Wirkungsweise eingesetzt werden, beispielsweise frontal angeströmte Propeller oder tangential angeströmte Flügelräder oder als 3?lettner-Rotoren ausgebildete sich drehende Zylinder mit Magnuseffekt. In the wind power plant according to the invention, rotors can be of the most varied Design and mode of operation are used, for example propellers or frontal flow Impellers with a tangential flow or rotating cylinders designed as 3? lettner rotors with a Magnus effect.
Eine besonders vorteilhafte Kombination von Rotoren und Stromgenerator wird dadurch erreicht, daß jeweils zwei koaxiale und koplanare gegenläufige Rotoren verwendet werden, von denen jeder rings um einen Umfang mit einer Vielzahl von Polen besetzt ist, die mit gegenüberliegenden Polen auf einem Umfang des jeweils anderen Rotors zusammenwirken. Auf diese Weise bilden die gegenläufigen Rotoren die relativ zueinander drehbaren Teile eines Stromgenerators. Durch diese Konstruktion läßt sich eine hohe Stromenergieerzeugung bei geringem Gewicht auf aerodynamisch äußerst günstige V/eise bewerkstelligen.A particularly advantageous combination of rotors and power generator is achieved in that two Coaxial and coplanar counter-rotating rotors are used, each of which revolves around a circumference with a plurality is occupied by poles, which cooperate with opposing poles on a circumference of the respective other rotor. In this way, the counter-rotating rotors form the relatively rotatable parts of a power generator. With this construction, a large amount of electricity can be generated with low weight in an aerodynamically extremely favorable way.
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Eine günstigeAusbildung des erfindungsgemäßen Windkraftv/erks ist auch dadurch gegeben, daß der Schwebekörper .über eine Gelenkverbindung mit drei Freiheitsgraden, (Kardangelenkverbindung) mit der IPesselleine gekoppelt ist. Durch eine solche Ankopplung ist gewährleistet, daß der Schwebekörper ohne entgegenwirkende äußere Kräfte in die jeweilige gewünschte Position gesteuert v/erden kann. Dabei ist die Anlenkung des Schwebekörpers an der oder den Fesselleinen selbstverständlich so durchzuführen, daß die Schwerpunktslage berücksichtigt ist. Beispielsweise kann eine Anlenkung bei langgestreckten Schwebekörpern vor dem Schwerpunkt sachdienlich sein, oder auch eine Anlenkung im Schwerpunkt. Falls die Fesselleine selbst nur eine geringe Drehsteifigkeit aufweist, gewährleistet sie eine Verdrehbarke it um ihre Achse, so daß dann unter Umständen auf die Ausbildung eines speziellen Gelenks mit drei Freiheitsgraden verzichtet werden kann und eine Anlenkung des Schwebekörpers an der Fesselleine an einem quer zur Fesselleinenachse verlaufenden Kippgelenk den gleichen Effekt erbringt.A favorable development of the wind power plant according to the invention is also given by the fact that the float has an articulated connection with three degrees of freedom, (Cardan joint) is coupled to the I-chair line. Such a coupling ensures that the float is controlled to the desired position without opposing external forces can. The articulation of the float on the rope (s) is of course to be carried out in such a way that that the center of gravity is taken into account. For example, a linkage can be used for elongated floats be relevant in front of the center of gravity, or a linkage in the center of gravity. If only the rope itself has a low torsional stiffness, it ensures a twistable it about its axis, so that then under certain circumstances on the formation of a special joint with three degrees of freedom can be dispensed with and a linkage of the float on the shackle line at a tilting joint running transversely to the shackle line axis produces the same effect.
ine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks kann dadurch gegeben sein, daß der Schwebekörper über mehrere Fesselleinen in seiner Position gehalten ist. Auf diese Weise kann bewerkstelligt werden, daß der Schwebekörper im wesentlichen an einer bestimmten Stelle über dem Boden gehalten wird. Es ist auch möglich, einen Schwebekörper mittels mehrerer Fesselleinen so zu fesseln, daß er in einer Parallelführung stets horizontal gehalten ist;, aber in unterschiedliche Höhenlagen bewegbar ist.A further embodiment of a wind power plant according to the invention can be given in that the float over several shackles is held in place. In this way it can be achieved that the float is held essentially at a certain point above the ground. It is also possible to use a float to be tied with several cords in such a way that it is always held horizontally in a parallel guide; but can be moved to different altitudes.
Eine günstige Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks ist auch dadurch gegeben, daß am Schwebekörper mindestens eine Vorrichtung zur Ausrichtung und Haltung in einer gewünschten Position, beispielsweise Höhenruder,A favorable embodiment of a wind power plant according to the invention is also given by the fact that at least one device for alignment and holding on the float in a desired position, e.g. elevator,
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Seitenruder, Steuerklappen, vorgesehen ist. Kit Hilfe derartiger Ausrichtvorrichtungen ist es möglich, den gefesselten Schwebekörper in einer bestimmten Lage zu halten. Beispielsweise kann dies mit Hilfe von Rudern erfolgen, die unter Ausnutzung des vorbeiströmenden Windes den Schwebekörper in die gewünschte Stellung drücken. Die Ruder können mit Steuervorrichtungen gekoppelt sein und !k ufend verstellbar sein. Es ist aber auch möglich, Ruder in bestimmten Stellungen fest einzustellen und auf diese Weise Kraflwirkungen zur Positionierung des Schwebekörpers auf diese auszuüben. Die Ruder- oder Steuerklappen können am Schwebekörper selbst angebracht sein, sie können auch an am Schwebekörper befestigten "Verlängerungsgerüsten angebracht sein, um auf diese Weise größere Hebelwirkungen hervorbringen zu können.Rudder, control flaps, is provided. Kit help such Alignment devices make it possible to hold the tied float in a certain position. For example this can be done with the help of oars, which use the passing wind to lift the float Press in the desired position. The rudders can be coupled to control devices and are adjustable be. But it is also possible to set the rudder in certain positions and in this way force effects to position the float on this. The rudder or control flaps can be on the float be attached themselves, they can also be attached to the float "extension frames to be attached to to be able to generate greater leverage in this way.
Eine vorteilhafte Ausbildung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks ist auch dadurch gegeben, daß der Rotor oder die Rotoren in ihrer Lage relativ zum Schwebekörper oder den Schwebekörpern unveränderlich angeordnet sind. Bei dieser Ausgestalt-ung ändert sich bei einer Lageänderung des Schwebekörpers auch die Position der Rotoranordnung relativ zur Windrichtung. Es ist somit bei dieser Ausgestaltung möglich, durch Steuerung der Lage des Schwebekörpers die Stellung der Rotoranordnung relativ zur Windrichtung zu steuern. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich außerdem ein kompakter Aufbau.An advantageous embodiment of a wind power plant according to the invention is also given that the rotor or rotors in their position relative to the float or the Floats are arranged invariably. In this embodiment, when the position changes, the Float also determines the position of the rotor assembly relative to the wind direction. It is thus with this configuration possible, by controlling the position of the float, the position of the rotor arrangement relative to the wind direction steer. This configuration also results in a compact structure.
Eine andere günstige Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windkraftmaschine ist dadurch gegeben, daß die Rotoren in ... ihrer Lage zueinander unveränderlich, jedoch relativ zum Schwebekörper oder den Schwebekörpern veränderlich an diesem, bzw. diesen angebracht, beispielsv/eise kardanisch angelenkt, sind. Bei dieser Ausgestaltung kann die Position der Rotor-Another favorable embodiment of an inventive Wind power machine is given by the fact that the rotors in ... their position to each other invariable, but relative to Float or the float can be changed on this or attached to it, for example articulated with a gimbal, are. With this configuration, the position of the rotor
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anordnung unabhängig von der Lage des Schv/ebekörpers eingesteuert werden. Man kann daher unter Umständen auf eine Positionssteuerung für den Schwebekörper ganz verzichten und diesen beispielsweise als einfachen Ballon ausgestalten. Die Positionssteuerung der Rotoranordnung ist in einem solchen Falle mittels einer einer unmittelbar auf die Rotoranordnung einwirkenden Ausrichtvorrichtung durchzuführen. arrangement independent of the position of the float will. It is therefore possible, under certain circumstances, to dispense with position control for the float entirely and design it as a simple balloon, for example. The position control of the rotor assembly is in to carry out such a case by means of an alignment device which acts directly on the rotor assembly.
Eine günstige Ausbildung der vorstehend erwähnten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Windkraftwerks wird dadurch erreicht, daß der Rotor oder die Rotoren mit einer Vorrichtung zum Ausrichten in Windrichtung und Halten einer gewünschten Postion, beispielsweise Höhenrudern, Seitenrudern, Steuerklappen, Windfahnen, gekoppelt sind. Derartige Steuervorrichtungen können beispielsweise an Traggestellen angebracht sein, in denen die Rotoranordnung gelagert ist und die ihrerseits an dem Schwebekörper oder den Schwebekörpern angelenkte sind. Die Aus rieht vor richtungen, beispielsweise Seitenruder und/oder Höhenruder können als verschwenkbare Klappen ausgebildet sein, die in Abhängigkeit von einer Steuervorrichtung die RotoranOrdnung unter Ausnutzung der Windkräfte in die Windrichtung stellen.A favorable design of the above-mentioned configuration of the wind power plant according to the invention is thereby achieved achieved that the rotor or rotors with a device for aligning in the wind direction and holding a desired position, for example elevators, rudders, control flaps, wind vanes, are coupled. Such Control devices can be attached, for example, to support frames in which the rotor arrangement is mounted and which in turn are hinged to the float or floats. The guidelines For example, rudder and / or elevator can be designed as pivotable flaps that depend on the rotor arrangement from a control device using the wind forces in the direction of the wind.
Bei dem erfindungsgemäßen Windkraftwerk ist hinsichtlich der Ausgestaltung des oder der Schwebekörper eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten gegeben. Wie bereits erwähnt, kann der Schwebekörper in manchen Fällen als einfacher Ballon ausgestaltet sein, der keine starre Hülle hat, sondern seine Form nur unter dem Innendruck des Füllgases und dem in der Atmosphäre herrschenden Druck annimmt. Die Anlenkung einer Rotoranordnung an einen solchen Ballon kann beispielsweise mittels eines netzartigen Überwurfs erfolgen, der überIn the case of the wind power plant according to the invention, there are a large number of Design options given. As mentioned earlier, the float can be simpler in some cases Be designed balloon that has no rigid shell, but its shape only under the internal pressure of the filling gas and the assumes the pressure prevailing in the atmosphere. The articulation of a rotor arrangement on such a balloon can, for example take place by means of a net-like cover, which over
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den Ballon gelegt ist und an seinem unteren Rand eine Gelenkvorrichtung trägt, an der die Rotoranordnung angelenkt ist. Die Anbringung des Gelenks am Ballon kann in ähnlicher Weise erfolgen wie der Passagierkorb bei üblichen Gasballonen. Es ist aber auch möglich, dem Schwebekörper eine sich nicht verändernde Form, beispielsweise eine starre Hülle, zu geben und diese Form nach den aerodynamischen Erfordernissen auszugestalten. Beispielsweise kann die Form des Schwebekörpers ähnlich der bekannter Zeppeline von langgestreckter Tropfengestalt sein. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, den Schwebekörper scheibenförmig oder pilzförmig zu gestalten. Der Schwebekörper kann aus einer "Vielzahl von Hohlkammern aufgebaut sein. Er kann auch als Gerüstkonstruktion mit in dem Gerüst angeordneten separaten Hohlkammern ausgebildet sein. Selb stverständlich ist es auch möglich, mehrere Schwebekörper miteinander zu koppeln, beispielsweise mittels Verbindungsstreben oder eines Verbindungsgerüsts.the balloon is placed and at its lower edge carries a hinge device to which the rotor assembly is hinged is. The attachment of the joint to the balloon can be done in a similar way to the passenger basket usual gas balloons. But it is also possible to give the float a non-changing shape, for example a rigid shell to give and to design this shape according to the aerodynamic requirements. For example The shape of the float can be similar to the known zeppelins of elongated teardrop shape. It however, it can also be advantageous to make the float disc-shaped or mushroom-shaped. The float can be made up of a number of hollow chambers arranged separate hollow chambers be formed. Of course, it is also possible to have several floats to be coupled with each other, for example by means of connecting struts or a connecting frame.
Eine günstige Ausgestaltung eines Schwebekörpers eines erfindungsgemäßen Windkraftwerkes kann dadurch erreicht werden, daß ein Schwebekörper als koaxial zu dem oder den Rotoren angeordneter Nabenkörper ausgebildet ist.In einer solchen Ausgestaltung kann der Schwebekörper aerodynamisch besonders günstig im Achszentrum eines Rotors oder zweier koplanarer koaxialer Rotoren angeordnet werden, wobei die Lagerung des oder der Rotoren innerhalb des Schwebekörpers angeordnet werden kann und gegebenenfalls auch der Stromgenerator und Steuergeräte im Schwebekörper untergebracht werden können.A favorable configuration of a float of a wind power plant according to the invention can thereby be achieved be that a float is designed as a hub body arranged coaxially to the rotor or rotors In such a configuration, the float can be aerodynamically particularly favorable in the center of the axis of a rotor or two coplanar coaxial rotors are arranged, the storage of the rotor or rotors within the float can be arranged and, if necessary, the power generator and control devices housed in the float can be.
Eine weitere günstige Ausgestaltung kann dadurch erreicht werden, daß ein Schwebekörper als den oder die Rotoren konzentrisch umschließender Ringmantel ausgebildet ist.Another favorable embodiment can be achieved in that a float is used as the rotor or rotors concentrically enclosing ring jacket is formed.
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Sine solche Ausgestaltung kann su einer erheblichen Steigerung der Effektivität der Rotoren durch Führung der Windströmung führen. Selbstverständlich kann ein derartiger Ringmantel-Schwebekörper auch in Verbindung mit einem zentralen nabenförmigen Schwebekörper Verwendung finden.Such a design can be a considerable increase the effectiveness of the rotors by guiding the wind flow. Of course, such a Ring jacket floats can also be used in conjunction with a central hub-shaped float.
Eine weitere günstige Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks kann dadurch erreicht werden, daß ein Schwebekörper als aerodynamische Tragfläche ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, bei dem gefesselten Schwebekörper zusätzlich einen durch den vorbeiströmenden Wind erzeugten aerodynamischen Auftrieb auszunutzen und auf diese Weise die aerostatischen Auftriebskräfte zu verstärken. Ein solcher tragflügelartiger Schwebekörper verhält sich im gefesselten Zustand ähnlich wie ein an einer Fesselleine hängender Drachen. Durch entsprechende Formgebung des tragflächenartigen Schwebekörpers und gegebenenfalls durch Anordnung von Steuerklappen läßt sich auch eine sehr exakte Lagesteuerung des Schwebekörpers erreichen.Another favorable embodiment of a wind power plant according to the invention can be achieved in that a float is designed as an aerodynamic wing. In With this configuration, it is possible, in the case of the tied float, to add one through the float flowing past To use wind generated aerodynamic lift and in this way to increase the aerostatic lift forces. Such an aerofoil-like float behaves in a tied state similar to one on a tether hanging kite. By appropriate shaping of the wing-like float and, if necessary by arranging control flaps, very precise control of the position of the float can also be achieved.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are described in connection with the drawing. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks im Längsschnitt,1 shows a first embodiment of a wind power plant according to the invention in longitudinal section,
Fig. 2 eine Gesamtansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. Λ in noch weiter verkleinertem Maßstab,Fig. 2 is an overall view of the embodiment of FIG. Λ, in still further reduced scale,
Fig. 3 ein Windkraftwerk gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung, teilweise schematisiert,3 shows a wind power plant according to a second exemplary embodiment in a perspective view, partly schematized,
• i• i
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-ιυ--ιυ-
5112. 4- ein erfindungsgemäßes v/ind>raftwerk gemäß einen dritten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung, teilv/eise schematisiert,5 1 12. 4- a v / ind> raftwerk according to the invention according to a third embodiment in a perspective view, partly schematized,
Fig. 5 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4-von unten,FIG. 5 shows a view of the exemplary embodiment according to FIG. 4 of below,
Fig. 6 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.4-von vorne,6 shows a view of the embodiment according to FIG in front,
Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Windkraftwerk gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt, teilweise schematisiert ,7 shows a wind power plant according to the invention according to a fourth embodiment in longitudinal section, partly schematized,
Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Windkraftwerk gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel in Vorderansicht, teilweise im Schnitt,8 shows a wind power plant according to the invention according to a fifth exemplary embodiment in a front view, partly in section,
Fig. 9 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, teilweise im Horizontalschnitt,9 shows a plan view of the exemplary embodiment according to Fig. 8, partly in horizontal section,
Fig.10 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8,10 shows a cross section through the embodiment according to Fig. 8,
Fig. 11 ein erfindungsgemäßes Windkraftwerk gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht,11 shows a wind power plant according to the invention according to a sixth embodiment in side view,
Fig.12 eine Vorderansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 11, teilweise im Schnitt,12 is a front view of the embodiment according to 11, partially in section,
Fig.13 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Windkraftwerk gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, 13 shows a longitudinal section through an inventive Wind power plant according to a seventh embodiment,
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Pig.14 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.13 von unten,Pig.14 is a view of the embodiment according to FIG below,
Pig.15 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Pig.13 von hinten,Pig.15 is a view of the embodiment according to Pig.13 of rear,
Pig.16 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Pig.13 von vorne,Pig.16 a view of the embodiment according to Pig.13 of in front,
Pig.17 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks gemäß einem achten Ausführungsbeispiel , Pig.17 is a schematic perspective illustration of an inventive Wind power plant according to an eighth embodiment,
Pig.18 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel. Pig.18 is a schematic perspective view of an inventive Wind power plant according to a ninth embodiment.
In den Pig.1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Windkraftwerks dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei koaxiale und koplanare Rotoren 1 und 2 um eine Welle gegenläufig drehbar gelagert. Die Welle ist im mittleren Teil verdickt und als Hohltrommel ausgebildet und trägt dort an ihrem Außenumfang eine Vielzahl mit elektrischen Leitungswicklungen versehene Pole 4, die am Umfang der Trommel verteilt angeordnet sind. Jeder der beiden Rotoren 1 und 2 besteht aus je einem Rotorblattkranz, der jeweils an Streben 6 bzw. 7» <üe zu beiden Seiten der Rotorhauptebene innerhalb des jeweiligen Rotorblattkranzes verlaufen, angehängt ist. Die Streben 6 des äußeren Rotors 1 übergreifen den Innenrotor 2 und sind an ihren inneren Enden unmittelbar an der Welle befestigt. Die Streben 7 des Innenrotors.2 sind an ihren Enden mit Lagerbüchsen verbunden, die drehbar auf der Welle gelagert sind. Dieser Aufbau der Rotoren gewährleistet bei hoher Formstabilität ein sehr geringes Gewicht. Am Innenumfang des Innenrotors 2 ist ene Anzahl von Dauermagnetpolen 5» cLLe mit den Polen der Trommel, die ihrerseits drehfest mit dem äußeren Rotor 1 verbunden sind, zusammenwirken. Durch diese Anordnung bilden die beiden gegenläufigen Rotoren 1 und 2 die relativ zueinander drehbaren Teile eines Stromgenerators 3· Die Rotoren 1 und 2, die gegenläufig umlaufen, sind drehimpulsausgeglichenA first exemplary embodiment of the wind power plant is shown in Pig. 1 and 2. In this embodiment, two coaxial and coplanar rotors 1 and 2 are rotatably mounted in opposite directions about a shaft. The shaft is thickened in the middle part and designed as a hollow drum and carries on its outer circumference a plurality of poles 4 provided with electrical conductor windings, which are arranged distributed on the circumference of the drum. Each of the two rotors 1 and 2 consist of a rotor blade ring which üe on struts 6 and 7 »<each extend to both sides of the rotor main plane within the respective rotor blade ring, is attached. The struts 6 of the outer rotor 1 overlap the inner rotor 2 and are attached directly to the shaft at their inner ends. The struts 7 of the inner rotor. 2 are connected at their ends to bearing bushes which are rotatably mounted on the shaft. This structure of the rotors ensures a very low weight with high dimensional stability. On the inner circumference of the inner rotor 2, a number of permanent magnet poles 5 »cLLe cooperate with the poles of the drum, which in turn are non-rotatably connected to the outer rotor 1. As a result of this arrangement, the two rotors 1 and 2 rotating in opposite directions form the parts of an electricity generator 3 that can rotate relative to one another. The rotors 1 and 2, which rotate in opposite directions, are angular momentum balanced
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und kompensieren sich in ihrer Kreiselwirkung gegenseitig, so daß an den Endstellen der gemeinsamen Welle auch dann keine Kreiselmoiaente auftreten, wenn eine Lageänderung des gesamten Systems erfolgen sollte.and compensate each other in their gyroscopic effect, so that no Kreiselmoiaente occur at the end points of the common shaft even if a change in position of the entire system should be done.
Die Welle, auf der die Rotoren 1 und 2 gelagertThe shaft on which rotors 1 and 2 are mounted
sind, ist an ihren beiden Enden in einer Gerüstkonstruktion 8 eines Schwebekörpers 9 drehbar gelagert.Die Schwebekörper hat eine langgestreckte aerodynamisch günstige Form mit Kreisquerschnitt und ist so ausgebildet, daß er einen Nabenkörper im Zentrum der Rotoren 1 und 2 bildet. Der Schwebekörper 9 weist in seinem Inneren eine Anzahl von Hohlräumen auf, die mit einem Gas, das leichter als Luft ist, beispielsweise mit Helium, gefüllt sind. is rotatably mounted at both ends in a frame structure 8 of a float 9. The float has an elongated aerodynamically favorable shape with a circular cross-section and is designed so that it forms a hub body in the center of the rotors 1 and 2. The floating body 9 has in its interior a number of cavities which are filled with a gas that is lighter than air, for example with helium.
Rings um den Außenumfang des äußeren Rotors 1 herum ist in geringem radialem Abstand ein kreisringförmiger Schwebekörper 10 angeordnet, der als gasgefüllter Hohlkörper ausgebildet ist. Dieser Kreisringkörper 10 ist mittels Streben 11, die das Rotorpaar 1,2 zu beiden Seiten übergreifen, mit dem Gerüst 8 des Schwebekörpers 9 starr verbunden. Die Schwebekörper 9 und 10 bilden ein aerostatisches Schwebekörpersystem, dessen Auftrieb sowohl das Eigengewicht der Schwebekörper als auch das Gewicht der Rotoren, des Stromgenerators und weiterer Einrichtungen trägt. Der Schwebekörper 10 hat darüberhinaus noch die Funktion der Strömungsführung zur Erzeugung einer "Tunnelströmung" des Windes durch die beiden Rotoren. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der beiden Rotoren stark verbessert. Im übrigen haben auch die Rotoren selbst an ihren Innen- und Außenumfängen geschlossene Ringe, durch die die Strömung geführt und ihre Wirkung verbessert wird. Im unteren Bereich des Außenumfangs des Schwebekörpers 10 ist ein dreiachsiges Kardangelenk 12 befestigt, an dem eine Gruppe von vier Fesselleinen 13 befestigt sind. Die unteren Enden dieserAround the outer circumference of the outer rotor 1 there is an annular float at a small radial distance 10 arranged, which is designed as a gas-filled hollow body. This circular ring body 10 is by means of struts 11, which overlap the pair of rotors 1, 2 on both sides, rigidly connected to the frame 8 of the floating body 9. The floats 9 and 10 form an aerostatic float system, whose buoyancy is both the dead weight of the floats and the weight of the rotors, des Generator and other facilities. The float 10 also has the function of guiding the flow to generate a "tunnel flow" of the Wind through the two rotors. In this way, the efficiency of the two rotors is greatly improved. in the the rotors themselves also have closed rings on their inner and outer circumferences through which the flow passes and their effect is improved. In the lower area of the outer circumference of the float 10 is a three-axis Cardan joint 12 attached to which a group of four tether lines 13 are attached. The lower ends of this
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Fesselleinen sind ihrerseits an einem GeIenie 14- befestigt, das eine Drehung um eine dritte Achse (Hochachse) zuläi3t und seinerseits an einem schweren Ankerkörper 15 angebracht ist. Dieser Ankerkörper 15, der halbkugelförmig ausgestaltet ist, kann als auf einer Bodenplatte aufruhendes schweres Gewicht angesehen werden, das eine Verankerung des gesamten Systems am Boden darstellt und eine allseitige Beweglichkeit zuläßt. Das Gewicht des Körpers 15 ist so groß, daß ein Hochziehen durch die Schwebekörper 9 vend 10 mit Sicherheit verhindert wird. In Fig. 1 sind die Fesselleinen 13 wegen des großen Haßstabs unterbrochen gezeichnet. In Fig. 2 ist die gesamte Anordnung in kleinem Maßstab nochmals dargestellt. Aus Fig. 2 ist auch erkennbar, daß am nabenförmigen zentralen Schwebekörper 9 am hinteren Ende Steuerflächen 16 und 17» die als Seiten- bzw. Höhenruder wirken, angebracht sein können. Mittels dieser Steuerflächen läßt sich das Schwebekörpersystem 9? 10 und die damit verbundenen Rotoren 1 und 2 in einer der herrschenden Windrichtung entsprechenden Stellung halten, wobei der Wind selbst für eine Ausrichtung der Rotoren in der Windrichtung sorgt. Mittels der Gelenke 12 und 14 ist dabei gewährleistet, daß eine Lageeinstellung der Schwebekörper und der Rotoren unbeeinflußt von der Zugrichtung der Fesselleinen 13 erfolgen kann.Shackles are in turn attached to a rope 14, which allows rotation about a third axis (vertical axis) and is in turn attached to a heavy anchor body 15. This anchor body 15, which is designed hemispherical, can be viewed as a heavy weight resting on a base plate, anchoring the entire system on the ground and allowing mobility in all directions. The weight of the body 15 is so great that it is reliably prevented from being pulled up by the floating bodies 9 vend 10. In Fig. 1, the shackles 13 are drawn interrupted because of the large hate rod. In Fig. 2, the entire arrangement is shown again on a small scale. From Fig. 2 it can also be seen that on the hub-shaped central floating body 9 at the rear end control surfaces 16 and 17 'which act as rudders or elevators, can be attached. By means of these control surfaces, the float system 9? 10 and the rotors 1 and 2 connected therewith in a position corresponding to the prevailing wind direction, the wind itself ensuring that the rotors are aligned in the wind direction. By means of the joints 12 and 14, it is ensured that the position of the floats and the rotors can be adjusted without being influenced by the direction in which the rope 13 is pulled.
Der im Stromgenerator 3 erzeugte Strom kann mittels einer Stromleitung, von der in Fig. 1 nur der Beginn 18 darge-The current generated in the current generator 3 can be generated by means of a current line, of which only the beginning 18 is shown in FIG.
*. -,ι4. · α.gegebenenfalls über.Schleifringkontakte _ . , stellt xst,/zum Srdöoden gelextet werden? TJxe Stromlextung kann beispielsweise entlang einer der Streben 11 und weiter entlang einer der Fesselleinen 13 geführt sein. Es ist unter Umständen auch möglich, eine der Streben 11 und eine der Fesselleitungen 13 selbst als Stromleiter auszubilden. Der Strom kann am Erdboden einer Verbrauchsstation zugeführt werden. *. -, ι 4. · α.if necessary via.slip ring contacts _. , represents xst, / to be lexted to the Srdöoden? The current extension can, for example, be guided along one of the struts 11 and further along one of the tether lines 13. Under certain circumstances, it is also possible to design one of the struts 11 and one of the shackle lines 13 as a current conductor. The electricity can be fed to a consumption station on the ground.
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In Fig. 3 ist ein zweites Ausführunssbeispiel eines erfindungsgemäßen Windkraftwerks dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Sohwebekörper eine langgestreckte tropfenförmige Gestalt ähnlich der eines Zeppelins. Der Schwebekörper kann aus einem starren Strebengerüst, das eine Anzahl gasgefüllter Kammern enthält, aufgebaut sein. Der Schwebekörper hat kreisförmigen Querschnitt. Im vorderen und im hinteren Bereich des Schwebekörpers ist koaxial je ein Rotorpaar mit je zwei gegenläufigen koaxialen und koplanaren Rotoren angeordnet. In jedem dieser Rotorpaare ist die Kreiselwirkung nach außen kompensiert. Beide Rotorpaare sind so am Schwebekörper gelagert, daß sie ihre Stellung relativ zu diesem nicht verändern. Die Rotorpaare treiben einen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Stromgenerator an. Die Konstruktion kann im einzelnen ähnlich der anhand der I1Xg. 1 beschriebenen Konstruktion ausgebildet sein.In Fig. 3, a second exemplary embodiment of a wind power plant according to the invention is shown. In this embodiment, the sole has an elongated teardrop shape similar to that of a zeppelin. The float can be constructed from a rigid strut structure containing a number of gas-filled chambers. The float has a circular cross-section. In the front and in the rear area of the float, a rotor pair each with two opposing coaxial and coplanar rotors is arranged coaxially. In each of these rotor pairs, the gyroscopic effect is compensated to the outside. Both rotor pairs are mounted on the float in such a way that they do not change their position relative to it. The rotor pairs drive a current generator, not shown for reasons of clarity. The construction can be similar in detail to that based on the I 1 Xg. 1 described construction be formed.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Lageeinsteuerung des Schwebekörpers und damit auch die Ausrichtung der Rotoren gegenüber der Windrichtung mittels am Endteil des Schwebekörpers angeordneter Höhen- und Seitenruder, die mittels einer, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten, im Inneren des Schwebekörpers angeordneten Steuervorrichtung verschwenkbar sind. Der Schwebekörper ist an seinem vorderen Ende über ein Kardangelenk am oberen Ende einer ITesselleine, die aus Übersichtlichkeitsgründen ebenfalls nicht dargestellt ist, angehängt. Die Fesselleine ist an ihrem unteren Ende an einer, ebenfalls nicht dargestellten, "Verankerung am Erdboden befestigt. Durch die Anhängung des vorderen Endes des Schwebekörpers an der Fesselleine wird bewirkt, daß der Schwebekörper vom Wind automatisch in dessen Windrichtung ausgerichtet wird. Die Fessel-In this exemplary embodiment, the position is controlled of the float and thus also the alignment of the rotors with respect to the wind direction by means of the end part of the Float arranged elevator and rudder, which by means of a, for reasons of clarity, not shown, are pivotable control device arranged in the interior of the float. The float is on its front end via a universal joint at the upper end of an IT chair line, which is also used for reasons of clarity is not shown, appended. The rope is at its lower end on a, also not shown, "Anchoring attached to the ground. By attaching the front end of the float to the rope causes the float to be automatically aligned in the direction of the wind by the wind. The fettering
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leine kann auch, dazu verwendet werden, den Scliwebekörper und damit das gesamte v/indkraftwerk von einer Stelle zu einer anderen zu schleppen. Zu diesem Zweck ist die Fesselleine an einem entsprechend schweren Erdfahrzeug mit ihrem unteren Ende zu befestigen. Auf diese Weise läßt sich, ein einfacher und billiger Transport des gesamten Windkraftwerks von einem Standort zu einem anderen durchführen. Auch, bei diesem Windkraftxferk kann der erzeugte Strom, über eine nicht dargestellte Leitung entlang der Fesselleine nach, unten geleitet werden.Leash can also be used to support the body of the loom and thus the entire v / ind power plant from one place to haul another. For this purpose, the rope is attached to a correspondingly heavy earth vehicle with her to attach the lower end. In this way you can, a carry out simple and cheap transport of the entire wind power plant from one location to another. Even, With this wind power farm, the electricity generated can be supplied via a line, not shown, along the shackle line to be passed down.
In den S1Ig. 4 bis 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Windkraftwerks dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Schwebekörper 19, 20 und 21 parallel zueinander angeordnet und über ein Gerüst 22 miteinander verbunden. Koaxial zu jedem der Schwebekörper 20 und 21 ist je ein Paar koplanarer gegenläufiger Rotoren 23,24 bzw. 23',24' an diesen Schwebe körpern gelagert. Die Lagerung und Konstruktion der Rotoranordnung im einzelnen kann wiederum analog der anhand der Fig. 1 besprochenen ausgebildet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel treibt jedes Rotorpaar 23,24 bzw. 23', 24' je einen Stromgenerator an. Der in diesen Generatoren erzeugte Strom wird über Leitungen zum Boden geführt, die entlang der Fesselleitung mit der das gesamte Windkraftwerk am Erdboden verankert ist, nach unten geführt. Diese Fessel leitung ist mit ihrem oberen Ende im Schwerpunktbereich. des gesamten Windkraftwerks an der Unterseite desselben angelenkt und zwar an der in Fig. 5 und 6 dargestellten Stelle 25. Die Anlenkung erfolgt mittels eines Kardangelenks, das eine allseitige Bewegbarkeit des Windkraftxverks relativ zum Erdboden ermöglicht. Die Lagestellung des Windkraftwerks relativ zur Windrichtung erfolgt mittels Höhenrudern 26 und Seitenrudern 27, die an den hinteren EndenIn the S 1 Ig. 4 to 6 show a further exemplary embodiment of the wind power plant. In this exemplary embodiment, three floating bodies 19, 20 and 21 are arranged parallel to one another and connected to one another via a frame 22. A pair of coplanar counter-rotating rotors 23, 24 and 23 ', 24' is mounted on these floating bodies coaxially to each of the floats 20 and 21. The storage and construction of the rotor arrangement in detail can again be designed in a manner analogous to that discussed with reference to FIG. 1. In this embodiment, each pair of rotors 23, 24 or 23 ', 24' drives a current generator. The electricity generated in these generators is led down to the ground via lines that run down along the shackle line with which the entire wind power plant is anchored to the ground. This fetter line is with its upper end in the center of gravity. of the entire wind power plant articulated on the underside of the same, namely at the point 25 shown in FIGS. 5 and 6. The articulation takes place by means of a cardan joint which enables the wind power exverks to be moved in all directions relative to the ground. The position of the wind power plant relative to the wind direction takes place by means of elevators 26 and rudders 27, which are at the rear ends
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der Schwebekörper 20 und 21 angebracht sind und die mittels nicht dargestellter, im Inneren der Schwebekörper angeordneter Steuervorrichtungen einstellbar sind.the float 20 and 21 are attached and by means of not shown, arranged in the interior of the float Control devices are adjustable.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Windkraftwerks im Längsschnitt dargestellt. Bei diesem Windkraftwerk sind wiederum zwei koaxiale, koplanare gegenläufige Rotoren 28 und 29 auf einer gemeinsamen Welle 30 drehbar gelagert. Die Enden der Welle 30 sind in einem Gerüst 31 eines langgestreckten Schwebekörpers 32 mit Kreisquerschnitt befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Rotorblattkränze der Rotoren 28 und 29 wiederum über zu beiden Seiten der Rotorhauptebene verlaufende Streben 33 bzw. 34 mit Lagerbuchsen der die Welle 30 umschließenden Lager verbunden. Die Lagerbuchsen des äußeren Rotors 28 sind miteinander verbunden und bilden einen Rotationskörper, an dessen Außenumfang mit elektrischen Leitungswicklungen versehene Pole angeordnet sind. Diesen Polen gegenüberliegend sind am Innenumfang des Innenrotors 29 Dauermagnetpole vorgesehen. Beim Umlauf der Rotoren 28 und 29 laufen die mit dem jeweiligen -^otor verbundenen Pole gegenläufig υη so daß die Rotoren 28 und 29 die relativ zueinander verdrehbaren Teile eines Stromgenerators bilden. Der auf diese Weise erzeugte Strom kann über nur schematisch dargestellte Leitungen 35 über Schleifkontakte 36 und weiter über nichtdargestellte Stromleitungen, die entlang einer Fesselleine der Vorrichtung zum Boden führen, einem Verbrauchs aggregat am Erdboden zugeführt werden.In Fig. 7 is a further embodiment of a wind power plant shown in longitudinal section. In this wind power plant there are again two coaxial, coplanar counter-rotating ones Rotors 28 and 29 rotatably mounted on a common shaft 30. The ends of the shaft 30 are in a frame 31 an elongated floating body 32 attached with a circular cross-section. In this exemplary embodiment, the rotor blade rings are of the rotors 28 and 29 in turn via struts 33 and 34, respectively, running on both sides of the main rotor plane connected to the bushings of the shaft 30 enclosing bearings. The bearing bushes of the outer rotor 28 are connected to one another and form a body of rotation the outer circumference of which is provided with electrical line windings Poles are arranged. Opposite these poles 29 permanent magnet poles are provided on the inner circumference of the inner rotor. When the rotors 28 and 29 revolve, the poles connected to the respective - ^ otor run in opposite directions so that the rotors 28 and 29 form the relatively rotatable parts of an electricity generator. That way The electricity generated can be via lines 35, which are only shown schematically, via sliding contacts 36 and further via lines not shown Power lines that lead along a shackle of the device to the ground, a consumption unit are fed to the ground.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist bei diesem Ausführungsbeispiel des Windkraftwerks am vorderen und am hinteren Ende des Schwebekörpers 32 je eine Fesselleine 37 bzw. 38 angebracht. Mittels dieser Fesselleine wird der Schwebekörper 32, der eine Anzahl mit Gas gefüllter Hohlräume enthält, in einerAs can be seen from Fig. 7, in this embodiment of the wind power plant at the front and at the rear end of the float 32 each have a tether 37 and 38 attached. The float 32, containing a number of gas-filled cavities in one
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bestimmten Position über den Erdboden gehalten. Eine Ausrichtung gegenüber der vorherrschenden Windrichtung ist nur in relativ engen Grenzen oder durch Verstellen der Verankerung am Boden möglich, doch ist andererseits der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels des Windkraftwerks sehr einfach und insbesondere zur Verwendung in Gegenden mit weitgehend konstanter Windrichtung geeignet.held in a certain position above the ground. One alignment opposite to the prevailing wind direction only possible within relatively narrow limits or by adjusting the anchoring on the ground, but on the other hand is the Structure of this embodiment of the wind power plant very simple and especially for use in areas with largely suitable for constant wind direction.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Windkraftwerks ist in den ?ig. 8 bis 10 dargestellt. Wie insbesondere aus der Schnittansicht in Fig. 9 hervorgeht, ist ein Paar koaxialer, koplanarer gegenläufiger Rotoren 39 und 40 um eine gemeinsame Welle 41 drehbar gelagert. Die Rotoren tragen Magnetpole und bilden die gegenläufigen Teile eines StroI/nHa££5£e£iie-n ist der Aufbau dieser Rotoranordnung und des Stromgenerators analog dem anhand der Fig. 7 beschriebenen, so daß auf.die dortigen Ausführungen verwiesen werden kann. Wie aus Fig. und 10 ersichtlich, ist die Welle 4-1 mit ihrem vorderen und ihrem hinteren Ende an einem Ring 4-3 gelagert, der seinerseits an diametral gegenüberliegenden Stellen über Achsstummel an einem Ring 44 um eine senkrecht zur Welle 4-1 verlaufende Achse drehbar gelagert ist. Der Ring 44- wiederum ist an diametral gegenüberliegenden Stellen mittels Achsstummeln an zwei Schwebekörpern 45 und 46 um eine senkrecht zur Welle 41 und zur Schwenkachse des Rings 43 bzw. des Rings 44 verlaufende Achse schwenkbar gelagert. Die beiden Schwebekörper 45 und 46 sind über ein Gerüst 47 starr miteinander verbunden. Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Rotoren 39 und 40 gegenüber den Schwebekörpern 45 und 46 kardanisch um drei senkrecht zueinander stehende Achsen schwenkbar gelagert sind.Another embodiment of the wind power plant is shown. 8 to 10 shown. As can be seen in particular from the sectional view in FIG. 9, a pair of coaxial, coplanar counter-rotating rotors 39 and 40 are rotatably mounted about a common shaft 41. The rotors carry magnetic poles and form the opposing parts of a StroI / n H a ££ 5 £ e £ iie-n, the structure of this rotor arrangement and the current generator is analogous to that described with reference to FIG. 7, so that reference is made to the statements there can. As can be seen from Fig. And 10, the shaft 4-1 is mounted with its front and its rear end on a ring 4-3, which in turn at diametrically opposite points via stub axles on a ring 44 around a perpendicular to the shaft 4-1 Axis is rotatably mounted. The ring 44 is in turn pivotably mounted at diametrically opposite points by means of stub axles on two floating bodies 45 and 46 about an axis running perpendicular to the shaft 41 and to the pivot axis of the ring 43 or the ring 44. The two floating bodies 45 and 46 are rigidly connected to one another via a frame 47. It can be seen from the foregoing that in this exemplary embodiment the rotors 39 and 40 are mounted in a cardanic manner relative to the floating bodies 45 and 46 so as to be pivotable about three mutually perpendicular axes.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel kann auch, der Ring 4-4-zusätzlich zu den Schwebekörpern 4-5 und 4-6 als Schwebekörper ausgebildet sein, der nicht nur zur Strömungsführung beiträgt, sondern auch den aerostatischen Auftrieb des Windkraftwerks erhöht.In this exemplary embodiment, the ring can also be 4-4 in addition be designed as a float for the floats 4-5 and 4-6, which not only contributes to the flow control, but also the aerostatic buoyancy of the wind power plant increased.
Wie aus 2?ig. 8 ersichtlich, sind an den Unterseiten der Schwebekörper 4-5 und 4-6 Fesselleinen 4-8 und 4-8' angelenkt, die mit ihren unteren Enden an einem Gelenk 4-9 zusammengeführt sind. An dem Gelenk 4-9 greift das obere Ende einer zweiten Fesselleine 50 an, die mit ihrem unteren Ende m einem Verankerungsgewicht, beispielsweise einem in Pig. dargestellten Verankerungsgewicht, angelenkt ist. Zur Kompensation des Gewichts der Fesselleine 50 ist an dieser selbst nochmals ein zusätzlicher Schwebekörper 51 angebracht.Like from 2? Ig. 8 can be seen, are attached to the undersides of the floats 4-5 and 4-6 shackles 4-8 and 4-8 ', which are brought together with their lower ends at a joint 4-9. At the joint 4-9 engages the upper end of a second tether 50, which with its lower end m an anchoring weight, for example one in Pig. anchoring weight shown, is hinged. To compensate for the weight of the tether 50, an additional float 51 is attached to it.
Am hinteren Ende des Gerüstes 4-7 sind als Steuervorrichtungen Höhenruder 52 und Seitenruder 53 angebracht, die mittels einer nicht-dargestellten Steuervorrichtung einstellbar sind und mittels derer die Schwebekörper in eine bestimmte Stellung zum Wind gebracht werden können. Bei diesem Windkraftwerk ist wegen der dreiachsigen kardanischen Lagerung des Rotorpaars 39*4-0 an dem Schwebekörper eine zusätzliche Einstellung des Rotorsystems unabhängig von dem Schwebekörper möglich. Hierzu können beispielsweise Elektrostellmotoren verwendet werden, die auf die verschiedenen Achsen der Rotorlagerung einwirken und somit eine Einstellung der Rotoren in die Windrichtung in feinfühliger Weise ermöglichen.At the rear of the frame 4-7 are used as control devices Elevator 52 and rudder 53 attached, the adjustable by means of a control device (not shown) and by means of which the floats can be brought into a certain position in relation to the wind. at This wind power plant is because of the triaxial cardanic mounting of the rotor pair 39 * 4-0 on the float additional setting of the rotor system possible independently of the float. For this purpose, for example Electric servomotors are used, which act on the various axes of the rotor bearing and thus a Allow setting of the rotors in the wind direction in a sensitive way.
Auch bei diesem Ausf ütirungsbeispiel wird der erzeugte Strom über Sammelleitungen und Schleifkontakte zum Boden geführt, wobei die Elektroleitungen wiederum entlang der -Fesselleinen geführt v/erden können. Aus übersichtlichkeitsgründea sind die Sammelleitungen, die Schleifkontakte und die Stellmo-In this exemplary embodiment, too, the electricity generated is routed to the ground via collecting lines and sliding contacts, whereby the electrical lines can in turn be routed along the shackles. From übersichtlichkeitsgründea are the Sa m melleitungen, the sliding contacts and the motor valve
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toren sowie in den OchwebekÖrpern untergebrachte Steuereinrichtungen in der Zeichnung nicht dargestellt.gates as well as control devices housed in the ochwee bodies not shown in the drawing.
In den Fig. 11 und 12 ist ein Ausführungsbeispiel des Windkraftwerkes in Seitenansicht und in Vorderansicht dargestellt, bei dem ein scheibenförmig ausgebildeter Schwebekörper 54- an seiner Unterseite an einem Strebengerüst 55 zwei Rotorpaare, jeweils bestehend aus gegenläufigen koplanaren Rotoren 56,57 bzw. 56',57',trägt. Die Ausbildung jedes dieser Rotorpaare kann entweder entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau oder entsprechend dem in I?ig.7 dargestellten Aufbau erfolgen.11 and 12 is an embodiment of the wind power plant shown in side view and in front view, in which a disk-shaped float 54- on its underside on a strut frame 55 two pairs of rotors, each consisting of counter-rotating coplanar rotors 56,57 and 56 ', 57', respectively. Training Each of these rotor pairs can either according to the structure shown in FIG. 1 or according to that in FIG shown structure.
Der Schwebekörper 54- der als Strebengerüst mit einer Vielzahl von darin enthaltenen gasgefüllten Hohlkammern ausgebildet sein kann, ist an seiner Unterseite unterhalb seines Schwerpunkts an einer Fesselleine 58 über eine Verbindungslasche 59 angelenkt. Die Rotorpaare sind vor dem Anlenkpunkt entgegen der Strömungsrichtung gesehen, angeordnet. Hinter dem Anlenkpunkt sind, in Strömungsrichtung gesehen, Seiten-. steuerflächen 60 bzw. 61 angebracht. Bei diesen Steuerflächen handelt es sich um starre Flächen, die den Schwebekörper und damit auch die an ihm angebrachten Rotorpaare in Abhängigkeit von der Beaufschlagung durch den Wind in die Windrichtung stellen. Durch die scheibenförmige Ausgestaltung des Schwebekörpers 54· ergibt sich bei Anströmung durch den Wind zusätzlich zum aerostatischen Auftrieb ein aerodynamischer Auftrieb.'"The float 54- as a strut frame with a multitude can be formed by gas-filled hollow chambers contained therein, is on its underside below his The center of gravity is linked to a tether 58 via a connecting strap 59. The rotor pairs are in front of the pivot point seen against the direction of flow, arranged. Behind the point of articulation, viewed in the direction of flow, are lateral. control surfaces 60 and 61 attached. With these control surfaces it is a matter of rigid surfaces that form the float and thus also the rotor pairs attached to it depending on the exposure to the wind in the wind direction. Due to the disc-shaped design of the float 54 · results from the flow an aerodynamic lift due to the wind in addition to the aerostatic lift. '"
Der durch die Rotorpaare erzeugte Strom wird über nicht dargestellte Sammelleitungen in der vorstehend bereits mehrmals erläuterten Weise zum Boden zu einer Verbrauchsstation geführt. Es ist aber beispielsweise auch möglich, im Inneren des Schwebekörpers 54- selbst stromverbrauchende Aggregate vorzusehen, beispielsweise Sendeanlagen und dort den von denThe current generated by the rotor pairs is already several times in the above via collecting lines (not shown) explained way to the ground to a consumption station guided. However, it is also possible, for example, to have power-consuming units inside the float 54 itself provide, for example, transmission systems and there the
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Rotoren und den damit zusammenwirkenden Stromgeneratoren erzeugten Strom zu verbrauchen.Rotors and the associated power generators to consume generated electricity.
In den Fig. 13 bis 16 ist ein Windkraftwerk dargestellt, bei dem ein als aerodynamische Tragfläche gestalteter Schwebekörper 62 vorgesehen ist. Dieser Schwebekörper v/eist in seinem Längsschnitt ein Tragflügelprofil auf. In Draufsicht gesehen ist der Schwebekörper zu seiner Längsachse symmetrisch ausgebildet. An der Unterseite des Schwebekörpers 62 erstrecken sich im Bereich der Längsmitte Träger 63 und 64· nach unten, an denen über Streben 65 und 66 zwei Rotorpaare mit gegenläufigen koplanaren Rotoren gelagert sind. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser Rotoren kann beispielsweise dem Aufbau in Fig. 1 oder in Fig. 7 entsprechen, so daß auf die dortigen Darstellungen verwiesen werden kann. Zwiscfen den Trägern 63 und 64- ist unterhalb des Schwebekörpers 62 eine "Verbindungslasche 67 schwenkbar angelenkt, deren unteren Ende gelenkig mit einer nicht-dargestellten Fesselleine verbunden ist, die ihrerseits mit einer Verankerung am Erdboden verbunden ist. Im Bereich der Hinterkante des Schwebekörpers 62 sind zu beiden Seiten von dessen Längsmitte Steuerklappen 68 und 69 vorgesehen, mittels derer sowohl eine Höhenlagensteuerung als auch eine Rollsteuerung des Schwebekörpers 62 und damit auch der Rotorpaare erfolgen kann. Bei diesem Windkraftwerk verhält sich der Schwebekörper 62 nicht nur wie ein aerostatischer Schwebekörper sondern gleichzeitig ähnlich wie ein an einer Fesselleine hängender Drachen, der durch die Windanströmung einen aerodynamischen Auftrieb erfährt. Durch die Steuerung mittels der Klappen 68 und 69 lassen sich die Rotoren in die Windrichtung stellen. Der von den Rotoren erzeugte Strom wird wiederum über eine nicht-dargestellte Stromleitung zur Erde geführt.In FIGS. 13 to 16, a wind power plant is shown in which a designed as an aerodynamic wing Float 62 is provided. This float has an airfoil profile in its longitudinal section. When viewed from above, the float is designed symmetrically to its longitudinal axis. On the bottom of the floating body 62 extend in the region of the longitudinal center, supports 63 and 64 · downwards, on which struts 65 and 66 two pairs of rotors with counter-rotating coplanars Rotors are stored. The structure and the mode of operation of these rotors can, for example, correspond to the structure in FIG. 1 or in Fig. 7, so that reference can be made to the representations there. Between the porters 63 and 64- is a "connecting strap" below the floating body 62 67 pivotably articulated, the lower end of which is articulated to a tether (not shown) is, which in turn is connected to an anchorage on the ground. In the area of the trailing edge of the float 62 control flaps 68 and 69 are provided on both sides of its longitudinal center, by means of which both an altitude control as well as a roll control of the Float 62 and thus also the rotor pairs take place can. In this wind power plant, the float 62 not only behaves like an aerostatic float but at the same time similar to a kite hanging on a shackle line, which is unified by the incoming wind undergoes aerodynamic lift. By controlling by means of the flaps 68 and 69, the rotors can be in set the wind direction. The electricity generated by the rotors is in turn via a power line (not shown) led to earth.
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In -?ig. 17 ist schenatisch ein Aiiafilhrungsbeispiel eines Windkraftwerks dargestellt, bei dsm der Schwebekörper als einfacher Ballon ausgebildet ist, an den eine Rotoranordnung an einen Gestell 70 ,das um eine horizontale Querachse 71 schwenkbar am Ballon angelenkt ist, gelagert ist. Die Rohranordnung besteht aus zwei koaxial gegenläufigen Motoren, die auf einem Traggestell 7?- gelagert sind, das seinerseits am Gestell 70 um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Das Traggestell 72 ist nach hinten verlängert und trägt an seinem hinteren Ende einen aerostatischen Schwebekörper 73 ? der dazu dient, das Gestell 72 und damit die Rotoren in einer bestimmten Lage zu halten, unabhängig von der Stellung des Gestells 70. Das Gestell 70 ist an seinem unteren Ende gelenkig an einer Fesselleine 7^ angelenkt, die ihrerseits über eine Ankervorrichtung mit dem Boden verbunden ist. Die Rotoren können bei diesem Windkraftwerk analog der anhand der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschriebenen Rotoren ausgebildet sein oder aber als tangential beaufschlagte Flügelräder oder unter Umständen auch als Flettner-Rotoren ausgestaltet sein.In - ? ig. 17 schematically shows an example of a guide for a wind power plant, in which the float is designed as a simple balloon on which a rotor arrangement is mounted on a frame 70 which is pivotably articulated on the balloon about a horizontal transverse axis 71. The pipe arrangement consists of two coaxially counter-rotating motors which are mounted on a support frame 7? Which in turn is mounted on frame 70 so as to be pivotable about a horizontal axis. The support frame 72 is extended to the rear and carries an aerostatic float 73 ? At its rear end. which is used to hold the frame 72 and thus the rotors in a certain position, regardless of the position of the frame 70. The frame 70 is hinged at its lower end to a shackle 7 ^, which in turn via an anchor device to the ground connected is. In this wind power plant, the rotors can be designed analogously to the rotors described with reference to the preceding exemplary embodiments, or else be designed as tangentially loaded impellers or, under certain circumstances, also as Flettner rotors.
In Fig. 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, bei dem ein langgestreckter Schwebekörper an seinem hinteren Ende Höhen- und Seitensteuerflächen bzw. 77 aufweist, mittels der er in die V/indrichtung gestellt wird. Am unteren Bereich des Schwebekörpers 75 ist ein dreiachsiges Kardangelenk angebracht, an dem ein Tragrahmen 78 angelenkt ist. In diesen Tragrahmen 78 ist ein Tragrahmen 79 um eine Horizontalachse 80 schwenkbar gelagert. Auf dem Tragrahmen 79 ist ein Rotorpaar drehbar gelagert, das zusammen mit dem Tragrahmen 79 um die Achse kippbar ist. Am hinteren Ende des Tragrahmens 79 ist ein Aerostatkörper 81 angebracht, mittels dessen eine bestimmte Lage des Tragrahmens 79 und damit des Rotorpaares unabhängig von der Stellung des Tragrahmens 78 gewährleistet ist.In Fig. 18 a further embodiment is shown schematically in which an elongated floating body elevator and rudder control surfaces at its rear end or 77, by means of which it is set in the V / ind direction. At the bottom of the float 75 A three-axis universal joint is attached to which a support frame 78 is articulated. In this support frame 78 is a support frame 79 is mounted pivotably about a horizontal axis 80. On the support frame 79, a pair of rotors is rotatably mounted, which together with the support frame 79 about the axis is tiltable. At the rear end of the support frame 79, an aerostat body 81 is attached, by means of which a certain The position of the support frame 79 and thus of the rotor pair is ensured regardless of the position of the support frame 78.
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Außerdem sind am hinteren Ende des Gestells 79 Höhen- und Seitensteuerflächen 82 und 83 vorgesehen, mittels derer das Rotorpaar in die Windrichtung unabhängig von der Stellung des Schwebekörpers 75 gestellt werden kann. Am unteren Ende des Tragrahmens 78 ist dieser an einer Pesselleine 84 angelenkt und über diese Leine mit einer Verankerung am Erdboden verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Einstellung der Rotoren gegenüber der Windrichtung somit unabhängig von der Stellung des Schwebekörpers 75·In addition, at the rear end of the frame there are 79 height and side control surfaces 82 and 83 are provided, by means of which the rotor pair in the wind direction independently of the position of the float 75 can be made. At the lower end of the support frame 78 this is on one Pesselleine 84 articulated and over this line with a Anchoring connected to the ground. In this embodiment, the setting of the rotors takes place opposite the wind direction is independent of the position of the float 75
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, die Schwebekörper pilzförmig oder kugelförmig auszubilden. Anstelle der im einzelnen gezeigten Rotorkonstruktionen können auch tangential beaufschlagte Flügelräder oder Flettner-Rotoren mit Magnusprinzip als Rotoren Verwendung finden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described above. For example it is it is also possible to make the floats mushroom-shaped or spherical. Instead of the one shown in detail Rotor constructions can also use tangential impellers or Flettner rotors with the Magnus principle as Find rotors use.
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