DE3331166A1

DE3331166A1 - Turbine

Info

Publication number: DE3331166A1
Application number: DE19833331166
Authority: DE
Inventors: Erich Herter; Gunnar 6100 Darmstadt Herter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-30
Filing date: 1983-08-30
Publication date: 1985-03-14

Abstract

The turbine is intended especially for the conversion of wind energy and comprises a rotor shaft arranged on a mast and at least one flow capturing blade. The at least one flow capturing blade (1) is formed from a strip-shaped, inherently flexible band (3). The loop (2) is arranged concentrically or eccentrically on the rotor shaft (4) and the two chords (5) are fixed by their longitudinal centre lines (6) to their holders (7) with a variable angular position in relation to the rotor shaft axis (4). <IMAGE>

Description

Turbine turbine

Die Erfindung betrifft eine Yurbine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a yurbine according to the preamble of the main claim.

insbesondere Derartige turbinen, die zur Umsetzun9Rder Strömungsenergie des Windes in andere Energieformen dienen, sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt, wobei die Rotation der Rotorwelle in geeigneter Weise bspw. einem Stromgenerator durch entsprechende mechanische Kopplung mitgeteilt wird. In particular such turbines, which are used to convert the flow energy of the wind are used in other forms of energy, are in the most varied of embodiments known, the rotation of the rotor shaft in a suitable manner, for example. A power generator is communicated by appropriate mechanical coupling.

Derartige Windturbinen sind im wesentlichen in Form von und in Bezug auf die Stellung der Rotorachse als Vertikal- bzw. Horizontalturbinen bekannt und verlangen eine mehr oder weniger aufwendige Bauweise insbesondere hinsichtlich der Verstellbarkeit der StrUmungsfangblätter.Such wind turbines are essentially in terms of and relating on the position of the rotor axis known as vertical or horizontal turbines and require a more or less complex design, especially with regard to the Adjustability of the flow control blades.

Bei beiden vorbekannten Ausführungsformen sind die Enden der Strömungsfangblätter als freie Enden.ausgebildet, was konstruktiver Berücksichtigung bedarf.In both previously known embodiments, the ends of the flow catcher blades formed as free ends, which requires constructive consideration.

Insbesondere bei vertikaler Anordnung der Rotorwelle müssen dabei Rotorarme vorgesehen werden, an deren Enden die Strömungsfangblätter angeordnet werden müssen.In particular when the rotor shaft is arranged vertically, it is necessary to do this Rotor arms are provided, at the ends of which the flow control blades are arranged Need to become.

Bei Turbinen mit horizontaler Rotorwelle ist es erfcrderlich, das bzw. die Strömungsfangblätter propellerartig auszubilden, d.h., das Strömungsfangblattprofil muß von vornherein in sich verwunden gebaut werden.In the case of turbines with a horizontal rotor shaft, it is necessary that or to design the flow control blades in the manner of a propeller, i.e. the flow control blade profile must be built twisted from the start.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbine zu schaffen, die bei hohem Energieumsetzungsgrad denkbar einfach herzustellen und zu bauen ist mit der Maßgabe, daß keine freien Enden der Strämungsfangblätter mehr vorliegen und wobei ohne aufwendige Verstellelemente das ganze Strdmungsfangblatt in sich verstellbar sein soll.The invention is based on the object of creating a turbine which is extremely easy to manufacture and build with a high degree of energy conversion with the proviso that there are no longer any free ends of the straining leaves and with the entire flow control sheet in itself without complex adjustment elements should be adjustable.

Diese Aufgabe ist mit einer Turbine der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Erfaßte gelöst.This task is with a turbine of the type mentioned the invention solved by what is covered in the characterizing part of the main claim.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.Advantageous further developments result from the subclaims.

Wie noch näher zu erläutern sein wird, kann eine derartige Turbine sowohl mit horizontal verlaufender als auch mit vertikaler Rotorwelle betrieben werden.As will be explained in more detail below, such a turbine can operated with both a horizontal and a vertical rotor shaft will.

Wesentlich für eine derartige Turbine ist, daß das mindestens eine Strömungsfangblatt in sich als mehr oder weniger schlanke und in sich geschlossene Schlaufe ausgebildet ist, die in Bezug auf ihre Anordnung an der Rotorwelle aus zwei gleich großen Schlaufenteilen oder aus einem kleinen und einem großen Schlaufenteil besteht.It is essential for such a turbine that the at least one Flow catching sheet in itself as more or less slender and self-contained Loop is formed with respect to its arrangement on the rotor shaft two loop parts of the same size or one small and one large loop part consists.

Abgesehen davon, daß das die Schlaufe bildende Band im Querschnitt auch als schlankes Strömungaprofil ausgebildet sein kann, genügt es aber grundsätzlich auch, das Band tsts6chlich als flaches in sich verwindbares Band auszubilden, wobei die Verwindung einfach dadurch zustande kommt, daß man die beiden an der Rotorwelle befestigten Bandbereiche an dieser mehr oder weniger versetzt fixiert bzw. einstellt, um einen mehr oder weniger starken Verwindungsgrad einzustellen.Apart from the fact that the band forming the loop in cross section can also be designed as a slim flow profile, but it is basically sufficient also to actually design the band as a flat, twistable band, whereby the twisting comes about simply by putting the two on the rotor shaft fixed areas of the strap fixed or adjusted to this more or less offset, to set a more or less strong degree of torsion.

Die erfindungsgemäße Turbine wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert, Es zeigt schematisch Fig. 1 perspektivisch die Windturbine in einfachster Ausfflhrungaform; Fig. 2 perspektivisch die Anordnung des Strömuvng'sr fangblattes an der Rotorwelle; Fig. 3 perspektivisch eine besondere Ausführungsform des Strömungsfangblattes; Fig. 4 eine besondere Anordnungsform des Strömungsfangblattes an der Rotorwelle; Fig. 5 verkleinert die Windturbine in Seitenansicht; Fig. 6 perspektivisch die Windturbine mit zwei axial hintereinander angeordneten Strömungsfangblattschlaufen an der Rotorwelle; Fig. 7 perspektivisch die Windturbine mit mehreren, sternförmig angeordneten, schlaufenartigen Strömungsfangblättern; Fig. 8, 9 in Seitenansicht eine besondere Ausführungsform der Windturbine und Fig.lo teilweise in Schnitt und Ansicht die Rotorwelle.The turbine according to the invention is illustrated below with reference to the drawings Representation of exemplary embodiments explained in more detail, It shows schematically Fig. 1 is a perspective view of the wind turbine in its simplest form; Fig. 2 is a perspective view of the arrangement of the flow control blade on the rotor shaft; Fig. 3 is a perspective view of a particular embodiment of the flow control sheet; Fig. 4 a special form of arrangement of the flow catcher blade on the rotor shaft; Fig. 5 reduces the size of the wind turbine in side view; 6 shows the wind turbine in perspective with two flow catcher blade loops arranged axially one behind the other on the rotor shaft; Fig. 7 is a perspective view of the wind turbine with several, star-shaped, loop-like Flow catcher blades; 8, 9 show a particular embodiment in side view the wind turbine and Fig.lo partially in section and view of the rotor shaft.

Wie aus Fig. 1,2 erkennbar, ist das Strömungs- bzw.As can be seen from Fig. 1, 2, the flow or

Windfangblatt 1 aus einem streifenförmigen, in sich biegsamen bzw. verwindbaren, zu einer Schlaufe 2 gebogenem Band 3 gebildet, wobei die Schlaufe 2 in diesem Falle zentrisch an der Rotorwelle 4 gehalten ist.Windscreen sheet 1 made of a strip-shaped, inherently flexible or twistable band 3 bent to form a loop 2, the loop 2 is held centrally on the rotor shaft 4 in this case.

Eine ebenfalls mögliche exzentrische Halterung an der Rotorwelle 4 ist in Fig. 4 verdeutlicht, wobei die Schlaufe 2 bzw. das Band 3' zweckmäßig im Sinne eines Massenausgleiches im Zentrumsbereich breiter gehalten ist als im äußeren Umlaufbereich.An eccentric mounting on the rotor shaft 4, which is also possible is illustrated in Fig. 4, wherein the loop 2 or the band 3 'expediently in the In the sense of a mass balance, it is kept wider in the central area than in the outer area Circulation area.

Die Verw-indung des Bandes 2 in sich und zwar im Sinne der Erzeugung eines Anstellwinkels zum anströmenden Wind, wird bei dieser grundsätzlichen Ausbildung des Strömungsfangblattes 1 einfach dadurch erreicht, daß man die Stranghalter 7 in unterschiedlichen Winkelstellungen der Längsmittellinien 6 der Rotorwelle 7 zuordnet, welche Zuordnung auch durchaus verstellbar ausgebildet sein kann und zwar automatisch in Abhängigkeit von der Drehzahl oder zwangsgesteuert.The twisting of the band 2 in itself in the sense of the production an angle of attack to the oncoming wind is used in this basic training of the flow control sheet 1 simply achieved by the fact that the strand holder 7 assigned to the rotor shaft 7 in different angular positions of the longitudinal center lines 6, which assignment can also be designed to be adjustable, namely automatically depending on the speed or force-controlled.

Fig. 2 verdeutlicht die Möglichkeit; dem die Schlaufe 2 bildenden Band 3" eine Strömungsprofilierung geben zu können, wobei durch das Profil 8 ein tragender, aber ebenfalls schlaufenförmig gebogener Träger 12 geführt sein kann. Je nach Materialart kann das Band 3" aber auch in sich bis zu einem gewissen Grade verwindbar sein, auch wenn das Band 3" nicht als Hohlprofil, wie dargestellt und ohne durchgreifenden Träger 12 gebildet ist. Im Falle einer Hohlprofilausbildung muß natürl"Lh'' in Bezug auf die Verwindungsmöglichkeit dafür gesorgt sein, daß sich die zusammengeführten Band; ränder 8' bis zu einem gewissen Grade zueinander verschieben können.Fig. 2 illustrates the possibility; the one forming the loop 2 Volume 3 "to be able to give a flow profile, whereby the profile 8 a supporting, but also loop-shaped curved carrier 12 can be performed. Depending on the type of material, the band 3 "can also be used in itself to a certain extent be twistable, even if the band 3 "is not as a hollow profile, as shown and is formed without a thoroughgoing carrier 12. In the case of a hollow profile design must of course "Lh" in relation to the possibility of twisting must be ensured that the merged band; margins 8 'to some extent to each other can move.

Fig. 6 verdeutlicht, daß bei gleichem Grundprinzip auf einer Rotorwelle 4 axial hintereinander auch zwei schlaufenartige Strömungsfangblätter 1 angeordnet werden können und Fig. 7, daß es auch möglich ist, mehrere Strömungsfangblätter 1 zueinander sternförmig, d.h. ohne axialen Versatz an der Rotorwelle 4 anzuordnen.Fig. 6 shows that with the same basic principle on a rotor shaft 4 also two loop-like flow control blades 1 arranged axially one behind the other can be and Fig. 7 that it is also possible to have several flow catching blades 1 to each other in a star shape, i.e. to be arranged on the rotor shaft 4 without any axial offset.

Gemäß Fig. 8,9 ist die Rotorwelle 4 schwenkbar am Mast 9 angeordnet und zwar selbsttätig oder zwangsgesteuert, so daß die Turbine mit vertikal oder horizontal oder in Zwischenstellungen eingestellter Rotorwelle 4 betrieben werden kann.According to FIGS. 8, 9, the rotor shaft 4 is pivotably arranged on the mast 9 and that automatically or positively controlled, so that the turbine with vertical or be operated horizontally or in intermediate positions adjusted rotor shaft 4 can.

Für die Halterung des schlaufenartigen Strömungsfangblattes 1 an der Rotorwelle 4 ist diese gemäß Fig. lo bspw. wie folgt ausgebildet: Am fre-ien Ende der Rotorwelle 4 ist ein Halter 7 fixiert angeordnet, an dem das Band 2 in geeigneter Weise, bspw. mittels Nieten od. dgl. befestigt ist.For holding the loop-like flow catcher sheet 1 on the Rotor shaft 4, according to FIG. 10, it is designed as follows, for example: At the free end the rotor shaft 4 is a holder 7 fixedly arranged on which the band 2 in a suitable Way, for example. By means of rivets or the like. Is attached.

Der andere Halter 7 sitzt axial verschieblich begrenzt drehbar auf der Rotorwelle 4 und ist mit einer Feder lo belastet, die sich auf einen einstellbaren Anschlag 12 abstützt.The other holder 7 is axially displaceably limited and rotatable the rotor shaft 4 and is loaded with a spring lo, which is adjustable on an Stop 12 is supported.

In der Nabe 7' dieses Halters ist eine schraubenlinienförmig verwundene Nut 11 und an der Rotorwelle 4 ein in die Nut eingreifender Bolzen 11" vorgesehen, die die Zwangsfflhrungselemente 11 bilden.In the hub 7 'of this holder is a helically twisted one Groove 11 and a bolt 11 ″ engaging in the groove is provided on the rotor shaft 4, which form the positive guide elements 11.

Die Anordnung und der Verlauf dieser Elemente 11 sind dabei so getroffen, daß die Verwindung des Bandes 2 bei schneller Rotation geringer wird.The arrangement and the course of these elements 11 are made in such a way that that the twisting of the tape 2 is less with fast rotation.

Diese Verstellung kann selbstverständlich mit geeigneten Stellelementen auch zwangsläufig bewirkt werden, was jedoch keiner näheren Erläuterung bedarf, da solche Stellelemente bspw. bei der Verstellmechanik von Hubschrauberrotoren ohne weiteres bekannt sind.This adjustment can of course be made with suitable adjusting elements can also inevitably be brought about, but this does not require any further explanation, because such adjusting elements, for example, in the adjustment mechanism of helicopter rotors without further known.

Wie aus Fig. 1,3,6 und 7 bis 9 erkennbar,ist der Rotor zwecks freier und günstigster Einstellung auf die Anströmrichtung mit einem Einstelleitwerk 13 und/oder auch mit Massenausgleichsgewichten 14 versehen.As can be seen from FIGS. 1, 3, 6 and 7 to 9, the rotor is freer for the purpose and the most favorable adjustment to the direction of flow with an adjustment control 13 and / or also provided with mass balance weights 14.

Die Schlaufe 2 kann, wie in Fig. 5 verdeutlicht, bei Langsamlauf im Extremfall Kreisform haben, die dann bei höheren Drehzahlen in die schlank gestreckte Schlaufenform übergeht.The loop 2 can, as shown in Fig. 5, in slow motion in Extreme case have circular shape, which then at higher speeds in the slender stretched Loop shape passes over.

Claims

Claims: Turbine, consisting of one arranged on a mast Rotor shaft and at least one flow control blade, d a d u r c h e k e n n z e i c h n e t that the at least one flow control sheet (1) consists of a strip-shaped, formed a flexible band (3) bent into a loop (2) and the loop (2) is arranged centrally or eccentrically on the rotor shaft (4), the two Strands (5) with their longitudinal center lines (6) in relation to the rotor shaft axis (4) are attached to this with different angular positions of their holders (7).

2. Turbine according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that one of the strand holders (7) is adjustably fastened to the rotor shaft (4) is.

3. Turbine according to claim 1 and / or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the band (3) bent into a loop (2) in cross section as Flow profile (8) is formed. (Fig. 3)

4. turbine after one of claims 1 to 3, that the rotor shaft (4) arranged on the mast (9) so that it can pivot from the horizontal position into the vertical position is.

5. Turbine according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that one of the rope holders (7), with a permanent load element, loaded like spring (lo) or the like, arranged displaceably on the rotor shaft (4) is.

6. Turbine according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the displaceable strand holder (7) with positive guide elements (11) at Axial displacement is rotatably arranged on the rotor shaft (4).