[0001] Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentsanspruchs sowie das Verfahren zur Orientierung eines Windrads für eine solche Windkraftanlage.
[0002] Moderne Windkraftanlagen verfügen über wenigstens ein Windrad, das um eine annähernd horizontale Drehachse drehbar ist, wobei die Drehachse an einem senkrechten Turm gehalten ist. Die Drehachse ist an den Turm entweder selbsttätig oder windrichtungsgesteuert in einer horizontalen Ebene um eine Vertikale (Längsachse des Turms) drehbar.
[0003] Diese Drehbarkeit dient einerseits der Nachführung des Windrades in den Wind, andererseits aber auch einem stufenweise Aus-dem-Wind-Führen bei zu starken Stürmen.
Die Idee dabei ist, dem Sturm weniger und weniger Angriffsfläche zu geben und dadurch die Anlage zu schonen.
[0004] Bei vielen Anlagen ist die Horizontalachse aus der Horizontalen etwas schräg gestellt. Dies hat in erster Linie die Aufgabe, zu verhindern, dass die Rotorblätter des Windrades bei starkem Winddruck gegen den Turm schlagen können. Die Rotorblätter sind auf Grund ihrer Bauweise flexibel und biegen sich stellenweise relativ stark mit dem Wind.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Windkraftanlagenkonstruktion zu schaffen, die eine verbesserte Windenergieausnutzung dank eines Ausrichtens des Windrades senkrecht auf den Wind erlaubt, auch wenn der Wind nicht horizontal bläst, wie z.B. am Fusse von Hügeln o. dgl.
Die Windkraftanlage soll es auch erlauben, die Rotorblätter bei geringem Wind wieder mehr in den Wind zu stellen, bei ursprünglich schräg gestellter Horizontalachse. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass zusätzlich zu der drehbaren Anordnung der Horizontalachse um die Vertikale eine schwenkbare Anordnung derselben um eine Horizontale vorgesehen wird, sodass der Winkel zwischen der Horizontalachse und der Vertikalen einstellbar ist.
[0006] Durch diese Einstellbarkeit kann besser auf die unterschiedlichsten Windarten reagiert werden. Bei schwachem Wind kann das Windrad mehr und mehr senkrecht gestellt werden, da sich die Rotorblätter nur wenig in Richtung Turm biegen.
Bei starkem Wind kann jedoch der Winkel mehr und mehr vergrössert werden, sodass einerseits mehr Bewegungsspielraum für Durchbiegung in Richtung des Turmes vorhanden ist, andererseits aber auch das Windrad mehr und mehr aus dem Wind genommen wird. Im Unterschied zum bekannten Aus-dem-Wind-Nehmen durch Schrägstellen des Windrades zur Windrichtung ergibt sich durch die Erfindung der Vorteil, dass die am Windrad angreifenden Kräfte - solange diese in den Wind gerichtet sind - relativ symmetrisch zur Horizontalachse auftreten.
Ausserdem wird an die seitliche Schwenkvorrichtung zur Drehung um die Vertikale durch die Erfindung weniger Anforderungen gestellt, da das erfindungsgemässe Windrad auch relativ symmetrisch zur Vertikalen belastet wird.
[0007] Das Schwenken der Horizontalachse aus der Horizontalen kommt insofern auch der Tatsache entgegen, dass die Windgeschwindigkeiten am Boden geringer sind als in der Höhe. Je stärker der Sturm, umso mehr wird somit erfindungsgemäss das Windrad bzw. das obere Rotorblatt aus der Höhe durch Schrägstellen bzw. Flachstellen entfernt. Dass dabei gleichzeitig das Windrad bzw. das untere Rotorblatt vom Boden in die Höhe gebracht wird ist insofern nicht kompensierend, als diese resultierenden Biege-Kräfte auf den Turm exponentiell mit der Windgeschwindigkeit steigen.
Sollte das Windrad bzw. die Rotorblätter - entsprechend einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung - auch über eine Pitchcontrol verfügen, so könnte sogar das Windrad noch in der horizontalen Position Energie gewinnen, indem die Rotorblätter wie Schaufeln eines Schaufelrades angetrieben werden. Bei gewählter Pitchneigung kann dabei das Windrad auch vertikale Kräfte erzeugen, die den Turm nach unten drücken und dadurch seine Sturmfestigkeit erhöhen.
Mit Ausgestaltungsvarianten, bei denen die Pitchverstellung innert einer 360-Grad-Drehung verstellbar ist, kann unter den auftretenden Kraftkomponenten besser selektiert werden, sodass z.B. nicht nur in schrägen Positionen, sondern selbst in der horizontalen Position und nicht nur im Stillstand, sondern auch in Rotation für einen Antrieb (Neigestellung der Rotorblätter zur Windeinfallsrichtung bietet auf einer Seite des Windrades mehr Angriffsfläche als auf der anderen) und/oder für einen festigenden Druck auf den Turm gesorgt wird.
[0008] Im Extremfall kann das Windrad - gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung - in eine horizontale Position geschwenkt werden, die einer Sturmabschaltung gleichkommt.
Bei Windrädern mit einer langen - horizontal angeordneten Getriebe-Generatoranordnung - mag die völlige Horizontalstellung problematisch sein, da der Generator beim Schwenken in Turmnähe kommt. Daher sind gemäss einer besonderen Ausgestaltung Systeme bevorzugt mit einem sehr kurzen Generator, der mitgeschwenkt werden kann und bei Horizontalstellung der Rotorblätter senkrecht zu liegen kommt.
[0009] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht eingeschränkt auf Windräder, die vor dem Turm laufen, sondern umfasst auch Windräder, die nach dem Turm laufen. Bei diesen Windrädern war bis anhin das mögliche Anschlagen der Rotorblätter an den Turm kein Problem, da diese Windräder bei Wind ohnedies ihre Rotorblätter vom Turm weg biegen.
Ungeachtet dessen sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, die Rotorblätter mit Biegesensoren auszustatten, sodass vor Auftreten eines kritischen Biegewertes Flügelstellungen gesucht werden, welche dem Wind weniger Angriffsfläche entgegenstellen.
[0010] Gemäss einer besonderen Ausgestaltung können bei der Erfindung auch zwei Windräder vorgesehen sein, von denen eines vor dem Turm und das andere nach dem Turm läuft. Diese Idee ist an und für sich bekannt, die Kombination mit dem Merkmal der Schwenkbarkeit ist jedoch neu. Vor- und nachlaufende Windräder können jedoch nur in einem beschränkten Winkel eingestellt bzw. geschwenkt werden.
[0011] Bei der erstgenannten Gruppe und der letztgenannten Gruppe ergibt sich jedoch durch die Erfindung ein weiterer Vorteil: So können Winde, die nicht parallel zum Boden laufen, besser erfasst und ausgenutzt werden.
Dies betrifft insbesondere Windkraftanlagen, die auf Hügeln oder dgl. aufgestellt werden, wo häufig die Windrichtung schräg zur Horizontalen liegt (Aufwinde, Fallwinde, usw.). Vor allem Windräder, die nach dem Turm laufen, können so auch auf Hügelkuppen optimal eingesetzt werden, um z.B. steigende Winde auszunutzen.
[0012] Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, einen Windsensor zu verwenden, der die Neigung des Windes zur Horizontalen misst und eine entsprechende Nachführung der Neigung der Horizontalachse des Windrades steuert.
[0013] Nach Kenntnis der Erfindung sind dem Fachmann verschiedenste Lösungen zur Realisierung der Schwenkbarkeit des Windrades geläufig. Eine bevorzugte Lösung sieht vor, oberhalb des Drehlagers für die Drehung der Horizontalachse um die Vertikale ein Schwenklager um eine Horizontalachse vorzusehen.
Das Schwenklager ist beispielsweise realisiert durch eine Lagerwelle quer durch zwei seitliche Lagerwände, die auch Mittel zur Einstellung der Neigung umfassen. Das können hydraulische Antriebszylinder aber auch Zahnräder oder dgl. sein. Für einfache Konstruktionen kann gemäss einer Variante der Erfindung die Einstellbarkeit der Neigung der Horizontalachse auch auf den Montagefall eingeschränkt sein, d.h. dass bei der Montage durch die Monteure der Neigungswinkel der Horizontalachse festgelegt wird und eine weitergehende Verstellung nur im Zuge eines Umbaus der Anlage möglich ist.
[0014] Bei schwachen Winden wird durch die Erfindung der Wind optimal ausgenützt, da das Windrad stets senkrecht zur effektiven Windrichtung geschwenkt werden kann und in dieser senkrechten Lage zur Windeinfallsrichtung die grösste Windkraftausnützung stattfindet.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebswelle des Windrades über ein Kardangelenk mit einem Getriebe oder mit einem Generator verbunden, sodass eine Schwenkbewegung der Horizontalachse auch nur für das Windrad vorgesehen sein kann, ohne Getriebe, Generatoren usw. mitschwenken zu müssen.
[0015] Durch die Erfindung wird die Technik der Pitchverstellung von Rotorblättern grundsätzlich nicht zwingend verlangt, d.h. die Erfindung kann sowohl bei Windkraftanlagen mit pitchgeregelten als auch mit nicht geregelten Rotorblättern angewendet werden.
[0016] Anhand von Ausführungsbeispielen ist die Erfindung näher dargestellt.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt eine erfindungsgemässe Anordnung mit Rotorblättern, Generator und Schwenkgelenk;
<tb>Fig. 2<sep>den Aufbau nach Fig. 1 in hochgeschwenkter Lage;
<tb>Fig. 3<sep>einen Aufbau mit integriertem Generator und hydraulischer Schwenksteuerung;
<tb>Fig. 4<sep>eine besondere Ausgestaltung mit 180-grädiger Schwenkbarkeit;
<tb>Fig. 5<sep>eine neuartige vertikale Generatorkonstruktion mit kardanischer Kraftübertragung;
<tb>Fig. 6<sep>ein Detail einer möglichen Schwenkvorrichtung;
<tb>Fig. 7<sep>eine schwenkbare Anlage mit zwei parallel angeordneten Windrädern vor und nach dem Wind und
<tb>Fig. 8<sep>den möglichen Innenaufbau einer Anlage gemäss Fig. 7.
[0017] Die Figuren werden übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices bedeuten funktionsähnliche Bauteile. Die Figuren schränken den Schutzumfang der Erfindung nicht ein.
[0018] Das Prinzip der Erfindung wird am besten aus dem Unterschied von Fig. 1 zu Fig. 2 gesehen. Auf einem Turm 3 befindet sich ein Drehlager 27, das den starren Turm 3 mit einem drehbaren Oberteil 3a verbindet. Der Oberteil 3a trägt ein Schwenklager 9a, durch das die Drehachse 6b läuft. Um diese Drehachse 6b ist der Oberteil 3a schwenkbar, der einen Generator 15a trägt. Um die Drehachse 2 des Windrades 1 wird die Drehkraft der Rotorblätter 5 auf den Generator 15a übertragen.
Um die Drehachse des Schwenkgelenks 6b kann die Drehachse 2 des Windrades 1, die im Normalbetriebszustand etwa mit der Horizontalen 6a zusammenfällt, aus dieser Horizontalen 6a geschwenkt werden. Der dabei resultierende Schwenkwinkel 7 beträgt im vorliegenden Fall wenige Grade bis fast 90 Grad. Bei entsprechender Ausbildung des Schwenklagers 9a und des Generators 15a können auch grössere Schwenkwinkel 7 erzielt werden. Zur Optimierung der Druck- und Flugverhältnisse sind die Rotorblätter 5 mit verstellbaren Rotorblattspitzen 24 versehen und der Oberteil 3a zur Ausrichtung in den Wind mit einem Steuerflügel 23.
[0019] Ein Aufbau gemäss Fig. 1 kann so verwendet werden, dass die Rotorblätter 5 (bei Windrichtung 21) vor dem Turm 3 laufen, oder dass die Rotorblätter 5 nach dem Turm 3 laufen (Windrichtung 21a).
Im Falle einer Windrichtung 21b, von schräg unten, wäre es zur besseren Windausnützung vorteilhaft, die Drehachse 2 nach oben zu verschwenken, wie das beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Andererseits ergibt sich bei der Stellung nach Fig. 2 und bei Windrichtung 21 für den Wind eine geringere Angriffsfläche an den Rotorblättern 5 und dadurch eine geringere Belastung. Für die Windrichtung 21 gemäss Fig. 2 ist die dargestellte Stellung somit eine Starkwindstellung.
[0020] Fig. 3 zeigt einen etwas unterschiedlichen Aufbau mit einem Windrad 1 vor dem Turm 3, mit einem Lager 25 zur Aufnahme der horizontalen Kräfte und der Drehkräfte des Windrades 1 und einen integrierten schmalbauenden Generator 15b. Das Windrad 1 kann über einen hydraulischen Antriebszylinder 12 mit seiner Drehachse 2 aus der Horizontalen 6a geschwenkt werden.
Dabei schwenkt der Oberteil 3a des Turmes 3 um das Schwenklager 9b.
[0021] Der Oberteil 3a mitsamt dem hydraulischen Antriebszylinder 12 ist um ein Drehlager 27 schwenkbar. Sämtliche dargestellten Lager und Konstruktionselemente sind lediglich symbolisch dargestellt und es bleibt dem Fachmann überlassen, optimierte Bauteile und Konstruktionen zu wählen. Symbolisch ist weiter ein Sensor 22 dargestellt, der die Windrichtung, insbesondere auch in Abweichung zur Horizontalen 6a, messen kann. (Vgl.
Windrichtung 21 in Fig. 3.)
[0022] Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der das Windrad 1 über einen grösseren Winkel als 90 Grad schwenkbar ist, sodass es gegebenenfalls einmal vor dem Turm und ein anderes Mal nach dem Turm laufen kann.
[0023] Bei dem Aufbau gemäss Fig. 5 ist dabei zur Drehmomentübertragung von den Rotorblättern 5 auf den Generator 15 ein kardanischer Antrieb mit - in diesem Fall - zwei Kardangelenken 26a und 26b und einer Übertragungswelle 28 vorgesehen.
[0024] Fig. 6 zeigt in einer Detailskizze eine mögliche Schwenkvorrichtung 8 mit seitlichen Lagerwangen 20, die innere Stützwangen 29 abstützen bzw. für einen Zahnradantrieb 13 als Abstützung dienen. Ein Drehen des Zahnrades 13 führt zu einem relativen Verschwenken der Stützwangen 29 gegenüber den seitlichen Lagerwangen 20.
Wie auch bei den vorgängigen Ausbildungen ist der Oberteil 3a des Turmes 3 mit der Schwenkvorrichtung 8 auf einem Drehlager 27 gelagert, sodass die Windräder auch durch Schwenken um die Vertikale 4 - wie an sich bekannt - in den Wind gedreht werden können.
[0025] In Fig. 7 ist das Maschinenhaus 16 mit Windrädern 1 und 1a auf jeder Seite schematisch dargestellt. Es ist schwenkbar auf dem Schwenklager 9a und drehbar auf dem Lager 27 gelagert. Zur selbsttätigen Ausrichtung in den Wind können auf dem Maschinenhaus 16 Steuerflügel 23 und 23a angeordnet sein.
Die Grösse des Schwenkwinkels 7 ist abhängig von den Überhängen L1 und L2, bei kurzen Überhängen bleibt der mögliche Schwenkwinkel 7 gering, weil die Rotorblätter 5 und 5a dann den Turm früher berühren.
[0026] Fig. 8 zeigt schematisch die Anordnung der Generatoren 15c und 15d im Maschinenhaus 16, wobei die beiden Generatoren 15c und 15d in der dargestellten Version mittels einer Verbindungswelle 30 miteinander verbunden sind, die Windräder 1 und 1a sind jedoch auch voneinander autark betreibbar, aber auf der gleichen Drehachse 2 liegend um das Gelenk 9a schwenkbar.
Bezugszeichenliste
[0027]
1 : Windrad
1a : Windrad
2 : Drehachse des Windrades
3 : Turm
3a : Oberteil des Turmes
4 : Vertikale
5 : Rotorblatt
5a : Rotorblatt
6a : Horizontale
6b : Drehachse des Schwenkgelenks
7 : Schwenkwinkel
8 : Schwenkvorrichtung
9a : Schwenklager
9b : Schwenklager
12 :
Antriebszylinder
13 : Zahnradantrieb
15a : Generator
15b : Generator
15c : Generator
15d : Generator
16 : Maschinenhaus
20 : Lagerwange
21a : Windrichtung a
21b : Windrichtung b
22 : Sensor
23 : Steuerflügel
23a : Steuerflügel
24 : Verstellbare Rotorblattspitze
25 : Lager
26a : Kardangelenk
26b : Kardangelenk
27 : Drehlager
28 : Übertragungswelle
29 : Stützwange
30 : Verbindungswelle
L1, L2 : Überhänge
The invention relates to a wind turbine according to the preamble of the first patent claim and the method for orientation of a wind turbine for such a wind turbine.
Modern wind turbines have at least one wind turbine, which is rotatable about an approximately horizontal axis of rotation, wherein the axis of rotation is held on a vertical tower. The axis of rotation is rotatable to the tower either automatically or in a direction controlled by the wind in a horizontal plane about a vertical (longitudinal axis of the tower).
This rotation serves on the one hand the tracking of the wind turbine in the wind, on the other hand, but also a gradual off-the-wind leadership in too strong storms.
The idea is to give the storm less and less attack surface and thus to protect the system.
In many systems, the horizontal axis is slightly inclined from the horizontal. This has primarily the task of preventing the rotor blades of the wind turbine can hit against the tower at high wind pressure. The rotor blades are flexible due to their design and bend in places relatively strong with the wind.
The invention has for its object to provide an improved wind turbine construction, which allows improved wind energy utilization thanks to an alignment of the wind turbine perpendicular to the wind, even if the wind does not blow horizontally, such. at the foot of hills or the like
The wind turbine should also allow the rotor blades to be placed in low wind again more in the wind, with originally inclined horizontal axis. This object is achieved in that in addition to the rotatable arrangement of the horizontal axis about the vertical, a pivotable arrangement thereof is provided about a horizontal, so that the angle between the horizontal axis and the vertical is adjustable.
By this adjustability can be better responded to a wide variety of wind types. In weak wind, the wind turbine can be made more and more vertical, because the rotor blades bend only slightly towards the tower.
In strong winds, however, the angle can be increased more and more, so on the one hand more freedom of movement for deflection in the direction of the tower is present, but on the other hand, the wind turbine is more and more taken out of the wind. In contrast to the known off-the-wind take by tilting the wind turbine to the wind direction results from the invention, the advantage that the forces acting on the wind turbine - as long as they are directed into the wind - occur relatively symmetrical to the horizontal axis.
In addition, fewer demands are made of the lateral pivoting device for rotation about the vertical by the invention, since the windmill according to the invention is also loaded relatively symmetrically to the vertical.
The pivoting of the horizontal axis from the horizontal is so far opposed to the fact that the wind speeds are lower on the ground than in height. The stronger the storm, the more so according to the invention, the wind turbine or the upper rotor blade is removed from the level by tilting or flat spots. The fact that at the same time the wind turbine or the lower rotor blade is brought up from the ground is not compensatory insofar as these resulting bending forces on the tower increase exponentially with the wind speed.
If the wind turbine or the rotor blades - according to a particular embodiment of the invention - also have a pitch control, so even the wind turbine could still gain energy in the horizontal position by the rotor blades are driven like blades of a paddle wheel. At selected pit inclination, the windmill can also generate vertical forces that push the tower down and thereby increase its resistance to storms.
With design variants in which the pitch adjustment is adjustable within a 360-degree rotation, can be better selected among the force components occurring, so that e.g. not only in oblique positions, but even in the horizontal position and not only at a standstill, but also in rotation for a drive (tilting of the blades to the wind direction provides on one side of the wind turbine more attack surface than on the other) and / or for a festigenden Pressure on the tower is taken care of.
In extreme cases, the wind turbine - can be pivoted - according to a particular embodiment of the invention - in a horizontal position, which equates to a storm shutdown.
In wind turbines with a long - horizontally arranged gear generator assembly - the complete horizontal position may be problematic because the generator comes when pivoting near the tower. Therefore, according to a particular embodiment, systems are preferred with a very short generator, which can be swiveled and comes to rest perpendicular to the horizontal position of the rotor blades.
The invention is of course not limited to wind turbines that run in front of the tower, but also includes wind turbines that run after the tower. For these wind turbines, the possible impact of the rotor blades on the tower was not a problem until now, because in windy conditions, these windmills bend their rotor blades away from the tower.
Regardless of this, a further embodiment of the invention provides the rotor blades with bending sensors, so that, before the occurrence of a critical bending value, wing positions are sought which oppose the wind less attack surface.
According to a particular embodiment, two wind turbines may be provided in the invention, one of which runs in front of the tower and the other after the tower. This idea is known per se, but the combination with the pivoting feature is new. However, upstream and trailing wind turbines can only be adjusted or swiveled at a limited angle.
In the former group and the latter group, however, the invention results in another advantage: So winds that do not run parallel to the ground, can be better detected and exploited.
This applies in particular wind turbines, which are placed on hills or the like., Where often the wind direction is at an angle to the horizontal (updrafts, winds, etc.). Above all, wind turbines that run after the tower can be used optimally on hilltops in order, for example, to exploit rising winds.
A particular embodiment of the invention provides to use a wind sensor which measures the inclination of the wind to the horizontal and controls a corresponding tracking of the inclination of the horizontal axis of the wind turbine.
After the knowledge of the invention, the expert various solutions for the realization of the pivoting of the wind turbine are familiar. A preferred solution provides to provide a pivot bearing about a horizontal axis above the pivot bearing for the rotation of the horizontal axis about the vertical.
The pivot bearing is realized for example by a bearing shaft across two lateral bearing walls, which also include means for adjusting the inclination. This can be hydraulic drive cylinder but also gears or the like .. For simple constructions, according to a variant of the invention, the adjustability of the inclination of the horizontal axis may also be restricted to the assembly case, i. that the inclination angle of the horizontal axis is determined during assembly by the fitters and a further adjustment is possible only in the course of a conversion of the system.
In weak winds, the wind is optimally utilized by the invention, since the wind turbine can always be swiveled perpendicular to the effective wind direction and takes place in this vertical position to Windeinfallsrichtung the largest Windkraftausnützung.
According to a particular embodiment of the invention, the drive shaft of the wind turbine is connected via a universal joint with a transmission or with a generator, so that a pivoting movement of the horizontal axis can also be provided only for the wind turbine, without having to pivot mit gear, generators.
By the invention, the technique of pitch adjustment of rotor blades is basically not necessarily required, i. E. The invention can be applied both to wind turbines with pitch-controlled and non-controlled rotor blades.
Based on embodiments, the invention is illustrated in more detail.
<Tb> FIG. 1 <sep> shows an arrangement according to the invention with rotor blades, generator and swivel joint;
<Tb> FIG. 2 <sep> the structure of Figure 1 in a pivoted position.
<Tb> FIG. 3 <sep> a structure with integrated generator and hydraulic swivel control;
<Tb> FIG. 4 <sep> a special design with 180-degree pivoting;
<Tb> FIG. 5 <sep> a novel vertical generator design with gimbal force transmission;
<Tb> FIG. 6 <sep> a detail of a possible pivoting device;
<Tb> FIG. 7 <sep> a swiveling system with two wind turbines arranged in parallel before and after the wind and
<Tb> FIG. 8 <sep> the possible internal structure of a system according to FIG. 7.
The figures are described across the board, like reference numerals mean like components, reference numerals with different indices mean functionally similar components. The figures do not limit the scope of the invention.
The principle of the invention is best seen from the difference of Fig. 1 to Fig. 2. On a tower 3 is a pivot bearing 27, which connects the rigid tower 3 with a rotatable upper part 3a. The upper part 3a carries a pivot bearing 9a, through which the rotation axis 6b runs. About this axis of rotation 6b of the upper part 3a is pivotable, which carries a generator 15a. About the axis of rotation 2 of the wind turbine 1, the rotational force of the rotor blades 5 is transmitted to the generator 15 a.
The axis of rotation 2 of the wind turbine 1, which approximately coincides with the horizontal 6a in the normal operating state, can be swiveled out of this horizontal 6a around the axis of rotation of the swivel joint 6b. The resulting swivel angle 7 is in the present case a few degrees to almost 90 degrees. With appropriate design of the pivot bearing 9a and the generator 15a and larger pivot angle 7 can be achieved. To optimize the pressure and flight conditions, the rotor blades 5 are provided with adjustable rotor blade tips 24 and the upper part 3a for orientation in the wind with a control wing 23rd
A structure according to FIG. 1 can be used so that the rotor blades 5 (in the wind direction 21) run in front of the tower 3, or that the rotor blades 5 run to the tower 3 (wind direction 21a).
In the case of a wind direction 21b, obliquely from below, it would be advantageous for better wind utilization to pivot the axis of rotation 2 upwards, as shown for example in FIG. On the other hand, results in the position of FIG. 2 and wind direction 21 for the wind a smaller attack surface on the rotor blades 5 and thus a lower load. For the wind direction 21 according to FIG. 2, the position shown is thus a strong-wind position.
Fig. 3 shows a slightly different structure with a wind turbine 1 in front of the tower 3, with a bearing 25 for receiving the horizontal forces and the rotational forces of the wind turbine 1 and an integrated narrow generator 15b. The wind turbine 1 can be pivoted via a hydraulic drive cylinder 12 with its axis of rotation 2 from the horizontal 6a.
In this case, the upper part 3a of the tower 3 pivots about the pivot bearing 9b.
The upper part 3a together with the hydraulic drive cylinder 12 is pivotable about a pivot bearing 27. All shown bearings and construction elements are shown only symbolically and it is up to the expert to choose optimized components and designs. Symbolically, a sensor 22 is shown, which can measure the wind direction, in particular also in deviation from the horizontal 6a. (See.
Wind direction 21 in Fig. 3.)
Fig. 4 shows a variant in which the wind turbine 1 is pivotable over a greater angle than 90 degrees, so that it can optionally run once before the tower and another time after the tower.
In the construction according to FIG. 5, a gimbal drive is provided for transmitting torque from the rotor blades 5 to the generator 15 with - in this case - two universal joints 26a and 26b and a transmission shaft 28.
Fig. 6 shows in a detail sketch a possible pivoting device 8 with lateral bearing cheeks 20, the inner support cheeks 29 are supported or serve for a gear drive 13 as a support. A rotation of the gear 13 leads to a relative pivoting of the support cheeks 29 relative to the lateral bearing cheeks 20th
As with the previous training, the upper part 3a of the tower 3 is mounted with the pivoting device 8 on a rotary bearing 27, so that the wind turbines by pivoting about the vertical 4 - as is well known - can be turned into the wind.
In Fig. 7, the machine house 16 is shown schematically with wind wheels 1 and 1a on each side. It is pivotally mounted on the pivot bearing 9a and rotatably mounted on the bearing 27. For automatic alignment in the wind 16 control wings 23 and 23 may be arranged on the machine house.
The size of the pivoting angle 7 is dependent on the overhangs L1 and L2, with short overhangs the possible pivot angle 7 remains low because the rotor blades 5 and 5a then touch the tower earlier.
Fig. 8 shows schematically the arrangement of the generators 15c and 15d in the machine house 16, wherein the two generators 15c and 15d are connected in the illustrated version by means of a connecting shaft 30 with each other, but the wind wheels 1 and 1a are also autonomously operable from each other, but on the same axis of rotation 2 lying about the hinge 9a pivotally.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0027]
1: windmill
1a: wind turbine
2: rotation axis of the wind turbine
3: tower
3a: top part of the tower
4: vertical
5: rotor blade
5a: rotor blade
6a: horizontal
6b: rotation axis of the pivot joint
7: swivel angle
8: swivel device
9a: pivot bearing
9b: pivot bearing
12:
drive cylinder
13: gear drive
15a: generator
15b: generator
15c: generator
15d: generator
16: machine house
20: bearing cheek
21a: wind direction a
21b: wind direction b
22: sensor
23: control wing
23a: control wing
24: Adjustable rotor blade tip
25: bearings
26a: Cardan joint
26b: Cardan joint
27: pivot bearing
28: transmission wave
29: Support cheek
30: connecting shaft
L1, L2: Overhangs