Die Erfindung betriff† eine Windkraffanlage mit einem Generator und einem den Generator antreibenden Rotor, der längliche, durch Wind um eine Achse dreh bare Rotorblätter umfasst.

Bekanntermaßen erstrecken sich die Blätter des Rotors von Windkraftanlagen in ihrer Länge senkrecht zur Rotordrehachse.

Gemäß vorliegender Erfindung verlaufen die Rotorblätter in ihrer Längsrichtung parallel oder geneigt zu der Drehachse und sind zu dieser im Abstand um die Drehachse herum angeordnet.

Vorzugsweise bilden die Rotorblätter einen die Drehachse umgebenden Kranz und sind gleichmäßig um die Drehachse verteilt, insbesondere in gerader Anzahl.

In einer Ausführungsform weist der Rotor neben den Rotorblättern einen zu der Drehachse koaxialen Konverterring zum Antrieb des Generators auf.

Besonders bevorzugt ist der Konverterring an einem unteren Ende des Rotors angeordnet. Zweckmäßig umspannt der Konverterring den Rotor, d. h. ersteht von dem Rotor radial vor. Die Anordnung des Konverterrings an dem unteren

Ende des Rotors erleichtert wesentlich die Errichtung der Windkraftanlage, in dem die Komponenten mit höherem Gewicht nahe dem Boden installiert werden können. Zweckmäßig weist der Rotor neben den Rotorblättern und dem Konverterring ferner eine Verbindungsstruktur auf, welche die Rotorblätter und den Konverter ring mit einem Element zur Drehlagerung des Rotors an einer Tragkonstruktion verbinde†. Bei dem Element zur Drehlagerung kann es sich z.B. um ein Achsenteil handeln, das insbesondere als Rohrbuchse ausgebilde† ist.

Gegebenenfalls bilde† das Element zur Drehlagerung einen Teil einer den Rotor peripher umgebenden, zu der Drehachse koaxialen Ringlagerung für den Rotor oder um ein zentrales, die Drehachse des Rotors bildendes Achsenfeil.

Bei der Tragkonstruktion handelt es sich z. B. um eine komplette Einhausung des Rotors, die vorzugsweise eine Luf†lei†einrich†ung zur Bildung einer den Rotor effizient antreibenden Luftströmung umfass†. Alternativ kann sich die Trag konstruktion auf ein im Boden verankertes Achsenteil in Form eines Achsbolzens oder einer Rohrbuchse beschränken.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treib† der Konverter ring mehrere Generatoren an. Vorteilhaft kann so die zu erbringende Leistung auf mehrere kleine Generatoren verteil† werden, die sich leicht transportieren und montieren lassen. Vorteilhaft fäll† ferner bei Ausfall einer der Generatoren nicht die gesamte Windkraftanlage aus.

Der Konverterring kann mi† dem Generator durch Reib- oder/und Formschluss in Antriebsverbindung stehen, wobei ein Formschluss vorzugsweise durch gegen seitigen Eingriffs von Zahnungen hergesteil† ist. Im einfachsten Fall weis† der Konverterring eine periphere Zahnung auf, die mi† der Zahnung eines Antriebs rades des Generators im Eingriff steh†, ggf. indirekt unter Zwischenschaltung eines endlosen Antriebsbandes.

In letzterer Ausführungsform umfass† die Antriebsverbindung ein zwischen dem Konverterring und dem Generator angeordnetes, geschlossenes Antriebsband, das durch Andruckrollen gegen einen Umfangsabschni†† des Konverterrings gedrückt wird. Vorteilhaft erfolg† keine linienförmige Belastung der in Antriebs verbindung stehenden Teile, sondern die Belastung ist in einem Umfangsabschni†† des Konverterrings auf mehrere Eingriffslinien verteil†. Verschleißarm wird die Antriebskraft also über einen größeren Bereich des Umfangs des Konverterrings übertragen. Entsprechend verringert sich der Wartungsaufwand. Ggf. kann eine Schmierung der Antriebsverbindung entfallen.

Das Antriebsband kann derart flexibel sein, dass es durch umlenkende Führungs rollen zum Antrieb eines Generators mi† zur Drehachse des Rotors senkrechter Drehachse dienen kann. So lässt sich der Konverterring in Antriebsverbindung mit einem Generator bringen, dessen Drehachse horizontal verläuft. Vorteilhaft lässt sich ein solcher Generator leichter einbauen.

Zweckmäßig weisen die Roforbläffer einen über ihre gesamte Länge konstanten Querschnitt auf. Vorteilhaft lässt sich ein solches Roforbla†† leicht, z.B. durch Strangpressen, hersfellen. Über dies komm† es zu einer über die Länge der Rotor blätter gleichmäßigen Kraftwirkung durch den Wind.

Zweckmäßig sind die Rotorblätter an der Verbindungsstruktur um eine Schwenk achse verschwenkbar angebracht. Insbesondere kann eine Verschwenkung zwischen zwei Anschlägen erfolgen. Damit besteh† die Möglichkeit, den Anstell winkel der Rotorblätter gegen die Windrichtung einzustellen. In einer Ausführungs form sind die Rotorblätter gegen die jeweilige Windkraf† durch ein motor getriebenes Zugseil verschwenkbar.

Vorzugsweise sind die Rotorblätter durch einen einzigen, einen umlaufenden Seil zug betätigenden Antriebsmotor gleichzeitig verschwenkbar. Der Antriebsmotor zur Verstellung der Rotorblätter kann mi† Betriebsstrom über einen Transformator versorg† werden, dessen Primärwicklung an der Tragkonstruktion und dessen Sekundärwicklung am Rotor angebracht ist.

In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Rotorblätter in einer versteifenden, von der Verbindungsstruktur umfassten Rahmenhalterung angeordne† und an einer der beiden Längsseiten mi† einem Schenkel der Rahmenhalterung verschwenkbar verbunden.

Zweckmäßig weis† der diesem Rahmenschenkel gegenüberliegende Rahmen schenkel Einrichtungen zur Führung des Seilzugs auf, der über die Länge des Rotor blatts verteil† an mehreren Angriffspunkten mi† dem Rotorbla†† verbunden sein kann. Zweckmäßig ist das Rotorbla†† in der Umgebung der Verbindung jeweils verstärk†, z. B. durch eine verstärkende Einlage.

Die versteifende Rahmenhalterung schaff† die Möglichkeit, die Rotorblätter selbst schlank mi† geringem Luftwiderstand und mi† geringem Gewicht auszubilden. In einer Ausführungsform können die Rotorblätter daher durch eine flexible Textil oder Folienlage gebildet sein, z. B. durch Segeltuch oder eine Metallfolie. Die Windkraftanlage kann mi† Solarpaneelen kombinier† sein, die insbesondere außenseitig mi† der Tragkonstruktion verbunden sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein in der Windkraftanlage von Fig. 1 verwendbares Rotorbla††, das durch eine Rahmenhalterung gehalten ist,

Fig. 3 eine die Verstellung des Ro†orbla††s von Fig. 2 erläuternde Darstellung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine das Rotorbla†† von Fig. 2 und die Verstelleinrichtungen von Fig. 3 verwendende Windkraftanlage,

Fig. 5 eine die gleichzeitige Verstellung der Rotorblätter der Windkraftanlage von Fig. 4 erläuternde Darstellung,

Fig. 6 verschiedene Ausführungsbeispiele für Antriebsverbindungen zwischen einem Konverterring einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage und einem Generator,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße

Windkraftanlage,

Fig. 8 und 9 Ausführungsbeispiele für Windkraftanlagen nach der Erfindung mi† innerhalb eines Tragsystems angeordnetem Rotor, Fig. 10 eine Windkraftanlage nach der Erfindung, die mi† Solarpaneelen kombinier† ist, und

Fig. 1 1 einen Transformator zur Stromversorgung eines am Rotor einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage angebrachten Antriebsmotors. Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Windkraffanlage umfass† einen Generator 1 und einen um eine vertikale Drehachse 2 drehbaren Rotor 3.

Der Rotor 3 weis† in dem gezeigten Beispiel vier Rotorblätter 4 auf, die im gleichen Abstand zur Drehachse 2 radial um die Drehachse 2 zueinander im Abstand von 90° angeordne† sind, wobei sich die Rotorblätter 4 in ihrer Länge parallel zu der Drehachse 2 erstrecken. Abweichend hiervon könnten die Rotorblätter 4 auch geneigt und eine größere oder kleinere Anzahl von Rotorblättern könnte vor gesehen sein. In der Schemadarstellung von Fig. 1 sind nur zwei der vier Rotor blätter 4 sichtbar.

Der Rotor 3 umfasst ferner eine zum Teil durch dünne Strichlinien dargesfellfe Verbindungsfrukfur 5 über welche die Roforbläffer 4 mit einem zu der Drehachse 2 koaxialen, durch einen Achsbolzen gebildetes Achsenfeil 6 verbunden sind.

Darüber hinaus umfass† der Rotor 3 einen zu der Drehachse 2 bzw. zu dem Achsenteil 6 koaxialen Konverterring 7, der über die Verbindungsstruktur 5 mi† den Rotorblättern 4 in Verbindung steh†. Zwischen dem Konverterring 7 und dem Generator 1 besteh† eine Antriebsverbindung.

Wie Fig. 1 erkennen lässt, bilde† das Achsenteil 6 zusammen mi† einer im Boden 8 fest verankerten Rohrbuchse 9 eine Drehlagerung für den Rotor 3, in welcher der Rohrbuchse 9 die Funktion einer Tragkonsfrukfion für den Rotor 3 zukomm†.

Die parallel zur Drehachse 2 verlaufenden Rotorblätter 4 sind um eine Schwenk achse 12, die parallel zu der Längsachse des Ro†orbla††s 4 verläuft, verschwenkbar an der Verbindungsstruktur 5 gehalten, wobei die Winkelstellung der Rotorblätter 4 zur Windrichtung in dem gezeigten Beispiel einstellbar ist, wie dies aus Fig. 3 hervor geh†.

Gemäß Fig. 3 erfolg† eine Steuerung der Rotorblätter 4 jeweils über mindestens ein Zugseil 1 1 , das an einer Längsseite des Ro†orbla††s 4 angreif†. Das durch eine Öse 14 geführte Zugseil 1 1 wird durch einen An†riebsmo†or 15 entgegen dem Wind druck gemäß Pfeil 13 beweg† und so die gewünschte Winkelstellung des Rotor blatts 4 über den An†riebsmo†or 15 eingestellt.

Anstelle des den Anstellwinkel des Ro†orbla††s 4 einstellenden Antriebsmotors 15 könnten auch zwei feste Anschläge vorgesehen sein. Auch eine Kombination nur eines Anschlags mi† einem Einstellmotor wäre möglich.

Die Rotorblätter 4 können zweckmäßig innerhalb einer die Verbindungsstruktur 5 ergänzenden Rahmenhalterung lO angeordne† sein. Die versteifende Rahmen halterung 10 erlaub† die Verwendung schlanker und leichter Rotorblätter 4, die z.

B. durch Textil- oder Folienmaterial gebildet sind, z. B. durch Segeltuch oder eine Metallfolie. Um einen der beiden Längsschenkel der Rahmenhalterung 10 kann das dünne Rotorbla†† 4 dann verschwenk† werden. An dem diesem Rahmen schenkel gegenüberliegenden Rahmenschenkel können Einrichtungen zur Führung mehrerer Zugseile 1 1 vorgesehen sein, durch die gleichmäßig eine Zug kraft übertragen wird. An den Angriffspunkten der Zugseile kann das Rotorbla†† 4, z. B. durch steife Einlagen, verstärk† sein.

Es versteh† sich, dass in der Rahmenhalferung 10 auch ein weitgehend starres Roforbla†† 4 gehalten werden kann.

Gemäß Fig. 2 werden mehrere in unterschiedlichen Positionen am Roforbla†† 4 angreifende Zugseile 1 1 zu einem durch den Anfriebsmofor 15 bewegbaren gemeinsamen Seilzug 16 zusammengefassf. Durch die Kraffeinleifung an mehreren Punkten erfolg† eine gleichmäßige Verschwenkung des Roforblaffs 4.

Gemäß Fig. 4 und 5 kann jedem Roforbla†† 4 ein solcher Seilzug 16 zugeordnef werden, sodass durch einen umlaufenden gemeinsamen Seilzug sämtliche Rofor- bläffer4 gleichzeitig durch einen einzigen Anfriebsmofor 15 beweg† werden können.

Wie sich insbesondere Fig. 1 entnehmen lässt, ist der Konverferring 7 unterhalb der Roforbläffer4 am unteren Ende des Rotors 3 nahe dem Boden 8 angeordnef, was sich insbesondere mit zunehmender Größe und Leistung der Windenergieanlage als vorteilhaft erwiesen ha† in dem die Montage schwerer Teile mit geringem Aufwand in Bodennähe erfolgen kann.

Fig. 6 zeig† verschiedene Möglichkeiten der Antriebsverbindung des Konverterrings 7 mi† dem Generator 1 . Neben dem bekannten Riemen- oder Kettentrieb mi† einem Riemen bzw. einer Kette 18, welche sowohl den Konverterring 7 als auch ein Antriebsrad 19 des Generators 1 gemäß Fig. 6a umschling†, komm† auch ein direkter Kontakt des Konverferrings 7 mit einem Antriebsrad 19 gemäß Figur 6b in Befracht, wobei die Anfriebsverbindung auf Reibschluss oder Formschluss basieren kann. In letzterem Fall, wie in Fig. 6b gezeigt, durch eine Zahnung sowohl des Konverferrings 7 als auch des Antriebsrads 19.

Die Ausführungsform von Fig. 6a erfordert ein langes, sowohl den Konverterring 7 als auch das Antriebsrad 19 umspannendes Übertragungseiemen†. Die Ausfüh rungsform von Fig. 6b betriff† etwa eine auf nur eine Linie konzentrierte Belastung der miteinander im Eingriff stehenden Teile, was kurze Wartungsintervalle und die Notwendigkeit für eine Schmierung nach sich zieh†.

Eine im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6b wartungsärmere Ausfüh rungsform für eine Antriebsverbindung geh† aus Fig. 6c hervor. Gegen den Konverterring 7 lieg† ein geschlossenes Antriebsband 20 an, welches das Antriebs rad 19 eines hier nicht dargestellten Generators sowie ein Hilfsrad 21 umschling†. In dem das Antriebsband 20 über einen Teil des Umfangs des Konverterrings 7 anlieg†, wird eine Kraftübertragung über nur eine Linie vermieden. Entsprechend geringer ist der Verschleiß. Eine Schmierung kann entfallen. Bei erfolgter Schmierung ergeben sich längere Wartungsintervalle.

Gemäß Ausführungsform von Fig. 6d können noch größere Antriebskräfte rutschfrei übertragen werden, wenn der Konverterring 7, das Antriebsband 20, das Antriebs rad 19 und das Hilfsrad 21 mi† einer Zahnung versehen werden, die vorzugsweise zueinander in festem Abstand angeordnete Zähne umfass†.

Bei der Ausführungsform von Fig. 6d weis† das Antriebsband 20 sowohl eine innere als auch äußere Zahnung auf. Die innere Zahnung kann z. B. dann entfallen wenn auch das Antriebsrad 19 des Generators als Hilfsrad 21 ausgebilde† wird und das Antriebsrad 19 des Generators nur außenseitig mi† dem Antriebsband 20 in Antriebsverbindung steh†.

Eine in Fig. 6e in Draufsicht gezeigte Antriebsverbindung zwischen einem gezahnten Konverterring 7 und einem ein Antriebsrad 19 aufweisenden Generator umfass† neben einem gezahnten Antriebsband 20 und dem Antriebsrad 19 vier Hilfsräder 21, welche das Antriebsband 20 an den Konverterring 7 und an das Antriebsrad 19 andrücken. Die Antriebsverbindung umfass† ferner ein Gegenrad 35, das auf der den Hilfsrädern 21 abgewandten Seite des Konverterrings 7 gegen den Konverterring 7 anlieg†. Die in Fig. 6e gezeigte Antriebsverbindung lässt sich zum Antrieb eines unterhalb des Konverterrings 7 angeordneten Generators in der Ebene des Konverterrings 7 anordnen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Antriebsverbindung ist den Fig. 6f - 6h zu entnehmen, welche neben einer Draufsicht zwei zueinander senkrechte Seiten ansichten der Antriebsvorrichtung zeigen.

Ein gezahntes Antriebsband 20 wird durch zwei Hilfsräder 21 gegen einen gezahnten Konverterring 7 gedrückt, auf dessen den Hilfsrädern 21 abgewandten Seite ein Gegenrad 35 gegen den Konverterring 7 anlieg†. Das durch eines der Hilfsräder 21 umgelenkfe Anfriebsband 20 läuft nach Verdrehung um 90° über eine Umlenkrolle 36 und treib† nach nochmaliger Verdrehung um 90° dann ein Antriebsrad 19 des Generators 1 an. Der Rücklauf des Antriebsbandes 20 erfolgt dann nach Drehung um wiederum 90° über eine weitere Umlenkrolle 36. Abschließend nach weiterer Drehung um 90° erfolgt eine 90°-Umlenkung durch eines der Hilfsräder 21 , welches das Antriebsband 20 gegen den Konverterring 7 drückt.

Vorteilhaft erlaubt die vorangehend beschriebene Antriebsverbindung den Antrieb eines Generators mit einer horizontalen Drehachse. Ein Umlenkgetriebe wird nicht benötigt.

Der Antrieb des Generators 1 über den Konverterring 7, dessen Umfang vorzugs weise größer als der Umfang des Rotors 3 ohne Konverterring 7 ist, erlaubt vorteil haft einen Antrieb mehrerer Generatoren 1 , deren Gewicht und Einzelleistung klein sein kann, was den Kostenaufwand für Generatoren 1 und den Aufwand für deren Montage deutlich verringert. Bei Ausfall eines von mehreren Generatoren 1 kommt es nicht zum Ausfall der Windkraftanlage in ihrer Gesamtheit.

Ein in Fig. 7 gezeigtes Ausführungsbeispiel für eine Windkraftanlage mit einem Generator 1 a und einem Rotor 3a unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 dadurch, dass die den Rotor 3a aufnehmende Tragkonstruktion nicht durch eine Rohrbuchse 9 sondern einen zentralen Achsbolzen 22 gebildet ist, und die Verbindungsstruktur 5a über ein Horizontallager 23 auf dem Achsbolzen 22 und über ein Vertikallager 24 auf einem Ringvorsprung 25 des Achsbolzens 22 drehbar gelagert ist. Der Rotor 3a erstreckt sich außerhalb der durch den Achsbolzen 22 gebildeten Tragkonstruktion. Es versteht sich, dass anstelle des zentralen Achs bolzens 22 eine zentrale Ringanordnung vertikaler Stabelemente verwendet werden könnte, wobei die Stabelemente durch zumindest einen Lagerungsring miteinander verbunden sind. Der Durchmesser der Ringanordnung kann deutlich größer als der Durchmesser des Achsbolzens 22 sein.

Der Windkraftanlage von Fig. 8 liegt ein gegenteiliges Konstruktionsprinzip zu Grunde.

Ein Rotor 3b der Windkraftanlage von Fig. 8 mit Rotorblättern 4b ist innerhalb einer Tragkonstruktion 17 über eine periphere Drehlagerung 26, die ein Horizontallager 23b und ein Vertikallager 24b umfasst, drehbar gelagert. Ein Konverterring 7b kann in der Höhe der Drehlagerung 26 und/oder an einer Verbindungsstruktur 5b unterhalb der Drehlagerung 26 angeordnet sein. Folglich können Generatoren 1 b jeweilig mittels der in Fig. 6 gezeigten Antriebs verbindungen über einen der Konverterringe 7b und/oder über eine zentrale Achse angetrieben werden, welche Bestandteil der die Rotorblätter 4b verbindenden und haltenden Verbindungsstruktur 5b ist.

Eine in Fig. 9 gezeigte Windkraftanlage umfasst neben einem Rotor 3c eine den Rotor umgebende Tragkonstruktion 17c, die eine ein Dach 27 umfassende Einhausung für den Rotor bildet. Innerhalb der Einhausung ist der Rotor 3c drehbar an der Tragkonstruktion 17c gehalten. Durch die Tragkonstruktion 17c sind Luftleit einrichtungen 28 gebildet, welche die Strömungsgeschwindigkeit erhöhen und damit für eine effiziente Übertragung der kinetischen Energie des Windes auf die Rotorblätter 4c sorgen.

Es versteht sich, dass eine Einhausung durch die Tragkonstruktion 17c auch ohne die gezeigten Luftleiteinrichtungen 28 möglich wäre. Die Einhausung bildet einen zylindrischen Raum, weicher den an seiner Peripherie drehbar gelagerten Rotor 3c aufnimm†.

Fig. 10 zeigt eine Windkraftanlage mit einem Rotor 3d ähnlich der Windkraftanlage von Fig. 7. Die Windkraftanlage von Fig. 10 ist mit Solarpaneelen 29,30,31 ,32 kombiniert, wobei insbesondere die Dachfläche einer Einhausung 33 als Träger für ein Solarpaneel 29,30,31 ,32 genutzt wird.

Fig. 1 1 zeigt einen Transformator 34 zur Energieversorgung des Rotors einer Wind kraftanlage, wobei der Rotor elektrisch betriebene Komponenten, insbesondere einen Antriebsmotor zum Einstellen der Winkelstellung der Rotorblätter aufweis†.

Der Transformator 34 ist in der Lage, den sich drehenden Rotor ohne Schleif kontakte mit Elektroenergie zu versorgen. Bezugszeichenliste:

1; l a; 1 b; 1 c Generator 2 Drehachse

3; 3a; 3b; 3c; 3d Rotor 4; 4b; 4c Rotorbla†† 5; 5a;5b Verbindungsstruktur 6 Achsenteil

7; 7b Konverterring 8 Boden

9 Rohrbuchse

10 Rahmenhalterung 1 1 Zugseil 12 Schwenkachse

13 Pfeil (Winddruck)

14 Öse

15 Anfriebsmofor

16 Seilzug

17; 17c Tragkonsfrukfion 18 Riemen bzw. Kette

19 Antriebsrad

20 Antriebsband 21 Hilfsrad 22 Achsbolzen

23; 23b Horizontal lag er 24; 24b Verfikallager

25 Ringvorsprung

26 Drehlagerung

27 Dach

28 Luffleifeinrichfung

29, 30, 31 , 32 Solarpaneel

33 Einhausung

34 Transformator

35 Gegenrad

36 Umlenkrolle