DE102023003334A1

DE102023003334A1 - Decentralized micro wind turbine

Info

Publication number: DE102023003334A1
Application number: DE102023003334.0A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-08-11
Filing date: 2023-08-11
Publication date: 2024-10-31

Abstract

Eine Windkraftanlage (100), umfasst einen ersten Rotor (205), der um eine erste vertikale Drehachse (210) drehbar gelagert ist; einen zweiten Rotor (215), der um eine zweite vertikale Drehachse (220) gelagert ist; ein Leitelement (235) mit einem V-förmigen Abschnitt (260), um horizontalen Wind (240) in einen ersten Luftstrom (245) zum ersten Rotor (205) und einen zweiten Luftstrom (250) zum zweiten Rotor (215) aufzuteilen; und einen Generator (220), der von einem der Rotoren (205, 215) angetrieben werden kann.A wind turbine (100) comprising a first rotor (205) which is mounted for rotation about a first vertical axis of rotation (210); a second rotor (215) which is mounted about a second vertical axis of rotation (220); a guide element (235) with a V-shaped section (260) for dividing horizontal wind (240) into a first air flow (245) to the first rotor (205) and a second air flow (250) to the second rotor (215); and a generator (220) which can be driven by one of the rotors (205, 215).

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage für den urbanen Bereich.The invention relates to a wind turbine. In particular, the invention relates to a wind turbine for urban areas.

Eine Windkraftanlage umfasst einen Rotor und einen Generator. Der Rotor ist dazu eingerichtet, von Wind in einer Umgebung in Drehung versetzt zu werden und der Generator ist dazu eingerichtet, aufgrund der Drehung elektrische Energie bereitzustellen. Eine optionale Steuervorrichtung kann die bereitgestellte Energie steuern, um beispielsweise eine Drehzahl des Rotors zu beeinflussen oder die elektrische Energie so aufzubereiten, dass sie in ein Energieversorgungsnetzwerk eingespeist werden kann.A wind turbine comprises a rotor and a generator. The rotor is designed to be rotated by wind in an environment and the generator is designed to provide electrical energy due to the rotation. An optional control device can control the energy provided, for example to influence a rotational speed of the rotor or to condition the electrical energy so that it can be fed into an energy supply network.

Eine übliche Windkraftanlage kann groß sein und eine Höhe von 200 m und mehr erreichen. Eine solche Anlage kann sinnvoll nur auf einer freien Fläche oder im Meer aufgestellt werden, ein Einsatz nicht im urbanen Raum ist kaum möglich. DE 10 2020 000 063 B4 schlägt für einen urbanen Raum eine Windkraftanlage mit einem Rotor vor, der sich um eine vertikale Achse dreht und die an einem Gebäude oder einer ähnlichen Struktur angebracht werden kann.A typical wind turbine can be large and reach a height of 200 m or more. Such a system can only be set up in an open area or at sea; it is hardly possible to use it outside of urban areas. DE 10 2020 000 063 B4 proposes, for an urban area, a wind turbine with a rotor rotating around a vertical axis that can be attached to a building or similar structure.

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Bereitstellung elektrischer Energie auf der Basis von Wind, die insbesondere im urbanen Raum angewendet werden kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.One object underlying the present invention is to provide an improved technology for providing electrical energy based on wind, which can be used in particular in urban areas. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Windkraftanlage einen ersten Rotor, der um eine erste vertikale Drehachse drehbar gelagert ist; einen zweiten Rotor, der um eine zweite vertikale Drehachse gelagert ist; wobei die Rotoren nebeneinander liegen; ein Leitelement mit einem V-förmigen Abschnitt, um horizontalen Wind in einen ersten Luftstrom zum ersten Rotor und einen zweiten Luftstrom zum zweiten Rotor aufzuteilen; und einen Generator, der von einem der Rotoren angetrieben werden kann.According to a first aspect of the present invention, a wind turbine comprises a first rotor mounted for rotation about a first vertical axis of rotation; a second rotor mounted for rotation about a second vertical axis of rotation; the rotors being adjacent to each other; a guide element having a V-shaped section for dividing horizontal wind into a first air flow to the first rotor and a second air flow to the second rotor; and a generator that can be driven by one of the rotors.

Die Windkraftanlage kann einfach und kompakt aufgebaut sein. Die Rotoren können auf derselben vertikalen Höhe angebracht sein. Durch die Anordnung der Rotoren kann die Windkraftanlage bezüglich einer horizontalen Belastung durch Wind und/oder bezüglich einer vertikalen Belastung durch Schwerkraft gut ausgewogen sein. Die Windkraftanlage kann vorteilhaft in einem urbanen Gebiet, beispielsweise in einer Stadt, einem Wohngebiet oder nahe einer Sport- oder Freizeiteinrichtung eingesetzt werden. Dadurch kann ein wertvoller Beitrag zur dezentralen und nachhaltigen Bereitstellung elektrischer Energie geleistet werden. Die Windkraftanlage kann nur wenige bewegte Teile umfassen und leicht zu warten sein. Für ihren Aufbau können Standardteile verwendet werden, die kostengünstig und auch in größeren Stückzahlen verfügbar sein können.The wind turbine can be simple and compact. The rotors can be mounted at the same vertical height. The arrangement of the rotors allows the wind turbine to be well balanced with respect to horizontal loads from wind and/or vertical loads from gravity. The wind turbine can be used advantageously in an urban area, for example in a city, a residential area or near a sports or leisure facility. This can make a valuable contribution to the decentralized and sustainable provision of electrical energy. The wind turbine can have only a few moving parts and be easy to maintain. Standard parts can be used for its construction, which can be inexpensive and also available in larger quantities.

Bevorzugt ist ein Rotor gegenüber dem Leitelement gelagert. Das Leitelement kann gleichzeitig als struktureller Träger genutzt werden. Durch die Belegung des Leitelements mit mehreren Funktionen kann die Windkraftanlage weiter einfach und kostengünstig erstellt werden.Preferably, a rotor is mounted opposite the guide element. The guide element can also be used as a structural support. By assigning several functions to the guide element, the wind turbine can be constructed simply and cost-effectively.

Das Leitelement kann einstückig aus einem Flachmaterial herstellbar sein. Das Flachmaterial kann insbesondere ein Blech umfassen. Weiter bevorzugt weist das Leitelement entlang seiner horizontalen Erstreckung eine im Wesentlichen einheitliche Höhe auf. Das Leitelement kann beispielsweise aus einer Tafel oder einem Rollenmaterial kostengünstig und mit nur geringem Verschnitt herstellbar sein.The guide element can be manufactured in one piece from a flat material. The flat material can in particular comprise a sheet of metal. The guide element preferably has a substantially uniform height along its horizontal extension. The guide element can be manufactured, for example, from a sheet or a roll of material, cost-effectively and with only a small amount of waste.

Alternativ kann zur Herstellung des Leitelements auch ein Kunststoff verwendet werden, der bevorzugt mittels Fasern verstärkt ist. Die Verstärkung kann beispielsweise eine Matte mit Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfasern umfassen. Der Kunststoff kann beispielsweise Epoxyd oder Polyester umfassen und in flüssiger oder pastöser Form zusammen mit der Matte verarbeitet und dann ausgehärtet werden.Alternatively, a plastic can be used to produce the guide element, which is preferably reinforced with fibers. The reinforcement can, for example, comprise a mat with carbon, glass or aramid fibers. The plastic can, for example, comprise epoxy or polyester and can be processed in liquid or pasty form together with the mat and then cured.

In einer Ausführungsform können hoch belastete Stellen, beispielsweise eine Abschlusskante oder ein Ein- oder Auslauf für Luft zu oder von einem Rotor, mit einem Streifen Flachmaterial verstärkt werden. Dazu kann ein Verschnitt bei der Erstellung des Leitelements eingesetzt werden. Ein solches Element kann mittels Nieten, Löten oder Schweißen, insbesondere Punktschweißen, mit dem Leitelement verbunden werden. Beispielsweise kann Im Bereich des Lufteinlasses eines Rotors das Führungselement oben oder unten jeweils eine Lasche aufweisen, die mit dem Beginn des Kreisbogens vernietet ist.In one embodiment, highly stressed areas, for example a terminal edge or an inlet or outlet for air to or from a rotor, can be reinforced with a strip of flat material. For this purpose, offcuts can be used when creating the guide element. Such an element can be connected to the guide element by means of riveting, soldering or welding, in particular spot welding. For example, in the area of the air inlet of a rotor, the guide element can have a tab at the top or bottom that is riveted to the start of the circular arc.

Enden des V-förmigen Abschnitts laufen weiter bevorzugt in Ummantelungen der Rotoren aus. So können die Rotoren gekapselt sein, sodass ein Fremdkörper weniger leicht in den Bereich des Rotors eindringen kann. Die Rotoren können verbessert wartungsarm betrieben werden und eine Unfallgefahr kann verringert sein. Außerdem können durch die Ummantelung Strömungsverhältnisse am Rotor verbessert sein, sodass eine Ausbeute an mechanischer Energie vergrößert sein kann.The ends of the V-shaped section preferably end in casings on the rotors. This allows the rotors to be encapsulated so that foreign bodies are less likely to penetrate the rotor area. The rotors can be operated with less maintenance and the risk of accidents can be reduced. The casing can also improve flow conditions on the rotor so that the yield of mechanical energy can be increased.

Eine Ummantelung kann im Bereich eines Endes des V-förmigen Abschnitts unvollständig geschlossen sein, um Wind in den Bereich des Rotors einzulassen. So kann zwischen dem V-förmigen Abschnitt und dem Ende ein vertikaler Spalt oder Schlitz bestehen, durch den Wind in den Bereich des Rotors eintreten kann. Die Ummantelung kann dabei vorteilhaft als Trichter fungieren, um vermehrt Wind zum Rotor zu leiten. Optional kann ein Ende des Leitelements gegenüber dem V-förmigen Abschnitt abgestützt sein, beispielsweise mittels einer Strebe oder eines Gitters, um der Ummantelung zusätzliche Stabilität zu verleihen.A casing can be incompletely closed in the area of one end of the V-shaped section to allow wind to enter the area of the rotor. For example, there can be a vertical gap or slot between the V-shaped section and the end through which wind can enter the area of the rotor. The casing can advantageously function as a funnel to direct more wind to the rotor. Optionally, one end of the guide element can be supported opposite the V-shaped section, for example by means of a strut or a grid, to give the casing additional stability.

Eine Ummantelung kann einen Ausschnitt zum Austritt von Wind aufweisen. Der Ausschnitt liegt bevorzugt einer Eintrittsöffnung für Wind im Wesentlichen gegenüber. Weiter bevorzugt verläuft eine Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung (dem Einlauf) und der Austrittsöffnung (dem Auslauf) nicht über die Drehachse des Rotors, sodass Wind durch die Eintrittsöffnung eintreten, im Wesentlichen tangential auf den Rotor treffen und durch die Austrittsöffnung wieder austreten kann. Ein Winkel, auf dem der Rotor im Wind wirksam ist, kann beispielsweise ca. 30 - 80° betragen. Um das Leitelement einstückig ausführen zu können ist bevorzugt, dass der Ausschnitt das Leitelement nur in einem oder mehreren vertikalen Abschnitten durchbricht. Insbesondere an einem oberen und/oder unteren Ende des Leitelements kann ein Steg des Materials verbleiben.A casing can have a cutout for the exit of wind. The cutout is preferably located substantially opposite an inlet opening for wind. More preferably, a connection between the inlet opening (the inlet) and the outlet opening (the outlet) does not run over the axis of rotation of the rotor, so that wind can enter through the inlet opening, hit the rotor substantially tangentially and exit again through the outlet opening. An angle at which the rotor is effective in the wind can be, for example, approximately 30 - 80°. In order to be able to make the guide element in one piece, it is preferred that the cutout only breaks through the guide element in one or more vertical sections. In particular, a web of the material can remain at an upper and/or lower end of the guide element.

Prinzipiell kann jede Art Rotor verwendet werden, die eine Ausnutzung von tangential strömendem Wind erlaubt. Ein Rotor kann beispielsweise nach Art eines Savonius-Rotors ausgeführt sein. Dabei kann der Rotor in vertikaler Richtung gerade oder nach Art einer Helix geführt sein. Alternativ kann auch zum Beispiel ein Darrieus-Rotor in gerader oder helixförmiger Bauweise verwendet werden.In principle, any type of rotor can be used that allows the use of tangentially flowing wind. A rotor can, for example, be designed like a Savonius rotor. The rotor can be straight in the vertical direction or like a helix. Alternatively, a Darrieus rotor in a straight or helical design can also be used.

Darüber hinaus kann am Leitelement ein Lager angebracht sein, um das Leitelement um eine weitere vertikale Drehachse drehbar zu lagern. Die weitere vertikale Drehachse verläuft bevorzugt parallel zu den Drehachsen der Rotoren. Ein dem Wind zugewandtes Ende des Leitelements und die Rotoren sind dabei bevorzugt auf verschiedenen Seiten der Drehachse angeordnet. Das Ende und die Drehachsen der Rotoren können ein gleichschenkliges Dreieck bilden, auf dessen Mittellinie die Drehachse des Leitelements liegen kann. Durch das Lager kann sich die Windkraftanlage automatisch in den Wind ausrichten, sodass eine optimale Ausnutzung zur Verfügung stehender Energie möglich ist. Eine zusätzliche Steuerung der Ausrichtung um die Hochachse kann nicht erforderlich sein. Ein Drehwinkel zwischen der Windkraftanlage und einer Struktur, an der die Anlage befestigt ist, kann auf einen Teil von 360° beschränkt sein. Elektrische Energie, die durch einen Generator an einem Rotor bereitgestellt wird, kann mittels eines flexiblen Kabels an die Struktur übermittelt werden. Eine komplexe Anordnung wie ein Schleifring oder eine induktive Übertragung kann nicht erforderlich sein.In addition, a bearing can be attached to the guide element in order to mount the guide element so that it can rotate about a further vertical axis of rotation. The further vertical axis of rotation preferably runs parallel to the axes of rotation of the rotors. An end of the guide element facing the wind and the rotors are preferably arranged on different sides of the axis of rotation. The end and the axes of rotation of the rotors can form an isosceles triangle, on the center line of which the axis of rotation of the guide element can lie. The bearing enables the wind turbine to automatically align itself into the wind so that optimal use of available energy is possible. Additional control of the alignment about the vertical axis may not be necessary. An angle of rotation between the wind turbine and a structure to which the turbine is attached may be limited to a part of 360°. Electrical energy provided by a generator on a rotor can be transmitted to the structure by means of a flexible cable. A complex arrangement such as a slip ring or inductive transmission may not be necessary.

Die Windkraftanlage kann ein Rohr umfassen, das zwischen Schenkeln des V-förmigen Abschnitts vertikal verläuft; wobei das Lager in dem Rohr angebracht ist. Das Rohr kann fest mit dem Leitelement verbunden sein, insbesondere Stoffschlüssig, beispielsweise mittels Kleben, Löten oder Schweißen. In einer Ausführungsform kann das Rohr einstückig mit dem Leitelement ausgeführt sein.The wind turbine can comprise a tube that runs vertically between legs of the V-shaped section; the bearing is mounted in the tube. The tube can be firmly connected to the guide element, in particular in a material-locking manner, for example by means of gluing, soldering or welding. In one embodiment, the tube can be made in one piece with the guide element.

Die Windkraftanlage ist bevorzugt dazu eingerichtet, an einer freistehenden vertikalen Struktur angebracht zu werden. Eine solche Struktur kann durch das Rohr verlaufen und das Lager kann die Windkraftanlage gegenüber der Struktur drehbar lagern. Die Struktur kann beispielsweise einen Mast, eine Säule oder eine Stütze umfassen. Die Windkraftanlage kann nur einen begrenzten Strömungswiderstand gegenüber dem Wind aufweisen, sodass viele bestehenden Strukturen mit der vorgeschlagenen Anlage ausgestattet werden können, ohne dass ihre Standfestigkeit beeinträchtigt wäre.The wind turbine is preferably adapted to be mounted on a free-standing vertical structure. Such a structure may pass through the tube and the bearing may support the wind turbine so that it can rotate relative to the structure. The structure may comprise, for example, a mast, a column or a support. The wind turbine may have only a limited drag against the wind, so that many existing structures can be equipped with the proposed turbine without compromising their stability.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Straßenlaterne einen Mast mit einer hierin beschriebenen Windkraftanlage; sowie eine Leuchte am oberen Ende des Masts. Die Straßenlaterne kann zum Betrieb der Leuchte an ein Energieverteilungsnetz angeschlossen sein. Elektrische Energie, die durch die vorgestellte Windkraftanlage bereitgestellt wird, kann in dieses Netz eingespeist werden. Alternativ kann die leuchte direkt mittels Energie der Windkraftanlage betrieben werden. Weiter alternativ kann die bereitgestellte Energie in einem lokalen Energiespeicher gespeichert werden, beispielsweise um die Leuchte aus dem Energiespeicher zu betreiben.In a particularly preferred embodiment, a street lamp comprises a mast with a wind turbine described herein; as well as a lamp at the top of the mast. The street lamp can be connected to an energy distribution network to operate the lamp. Electrical energy provided by the wind turbine presented can be fed into this network. Alternatively, the lamp can be operated directly using energy from the wind turbine. Further alternatively, the energy provided can be stored in a local energy storage device, for example to operate the lamp from the energy storage device.

Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 eine Windkraftanlage an einer freistehenden vertikalen Struktur;
2 einen horizontalen Schnitt durch eine Windkraftanlage; und
3-5 ein Leitelement für eine Windkraftanlage in weiteren Ansichten

darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:

1 a wind turbine on a freestanding vertical structure;
2 a horizontal section through a wind turbine; and
3-5 a guide element for a wind turbine in further views

represents.

1 zeigt eine Windkraftanlage 100 an einer freistehenden vertikalen Struktur 105, die vorliegend eine Straßenlaterne 105 umfasst. Die Straßenlaterne 105 kann beispielsweise in einem urbanen Gebiet, etwa in einem Industrie- oder Wohngebiet, an einem Platz oder einer Sportanlage oder auch entlang einer Landstraße angebracht sein. Die Straßenlaterne 105 umfasst einen Mast 110 mit einem vertikalen Abschnitt, an dem die Windkraftanlage 100 angebracht ist. Oberhalb der Windkraftanlage 100 kann der Mast fortgesetzt sein und an einem entfernten Ende eine Leuchte 115 tragen, die üblicherweise dazu eingerichtet ist, einen Bereich um den Mast 110 zu erhellen. 1 shows a wind turbine 100 on a free-standing vertical structure 105, which in this case comprises a street lamp 105. The street For example, the street lamp 105 may be installed in an urban area, such as an industrial or residential area, in a square or sports facility, or along a country road. The street lamp 105 includes a mast 110 having a vertical section to which the wind turbine 100 is attached. Above the wind turbine 100, the mast may be continued and carry a light 115 at a distal end, which is typically configured to illuminate an area around the mast 110.

Die Straßenlaterne 105 kann an ein Energieversorgungsnetzwerk 120 angeschlossen sein, das bevorzugt unterirdisch verläuft. Eine Steuerung der Leuchte 115 erfolgt weiter bevorzugt separat von der Energieversorgung, beispielsweise autark oder mittels einer Signalisierung, die zum Beispiel drahtlos oder als Powerline ausgeführt sein kann.The street lamp 105 can be connected to an energy supply network 120, which preferably runs underground. The lamp 115 is further preferably controlled separately from the energy supply, for example autonomously or by means of signaling, which can be implemented wirelessly or as a power line, for example.

In einer Ausführungsform ist der Mast 110 teilbar, um ein Aufsetzen der Windkraftanlage 100 zu erleichtern. Bevorzugt wird die Windkraftanlage 100 auf einen unteren Abschnitt des Masts 110 aufgesetzt. Ein oberer Abschnitt mit der Leuchte 115 kann anschließend wieder mit dem unteren Abschnitt verbunden werden.In one embodiment, the mast 110 is divisible to facilitate installation of the wind turbine 100. Preferably, the wind turbine 100 is installed on a lower section of the mast 110. An upper section with the light 115 can then be reconnected to the lower section.

2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Windkraftanlage 100 in einer schematischen Darstellung. Die Windkraftanlage 100 umfasst einen ersten Rotor 205, der um eine erste vertikale Drehachse 210 drehbar ist, und einen zweiten Rotor 215, der um eine zweite vertikale Drehachse 215 drehbar ist. Die Drehachsen 210, 220 verlaufen bevorzugt parallel und weiter bevorzugt in vertikaler Richtung. Die Rotoren 205, 215 können beispielsweise als Savonius- oder Darrieus-Rotoren ausgebildet sein. Die Rotoren 205, 215 können in gleicher vertikaler Höhe auf unterschiedlichen Seiten eines Masts 110 angebracht sein und ein Rotorenpaar bilden. 2 shows a horizontal section through a wind turbine 100 in a schematic representation. The wind turbine 100 comprises a first rotor 205, which is rotatable about a first vertical axis of rotation 210, and a second rotor 215, which is rotatable about a second vertical axis of rotation 215. The axes of rotation 210, 220 preferably run parallel and more preferably in the vertical direction. The rotors 205, 215 can be designed, for example, as Savonius or Darrieus rotors. The rotors 205, 215 can be mounted at the same vertical height on different sides of a mast 110 and form a pair of rotors.

Oberhalb oder unterhalb eines Rotors 205, 215 kann jeweils ein Generator 225 vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, elektrische Energie auf der Basis einer Drehung eines Rotors 205, 215 um die jeweilige Drehachse 210, 220 bereitzustellen. Ein Generator 225 kann einen Rotor 205, 215 um die Drehachse 210, 220 lagern. Optional kann auf einer dem Generator 225 gegenüber liegenden axialen Seite ein weiteres Lager vorgesehen sein. An dieser Seite kann auch eine Abdeckung vorgesehen sein, um den zylindrischen Bereich des Rotors 205, 215 zu verschließen.A generator 225 can be provided above or below a rotor 205, 215, which is designed to provide electrical energy based on a rotation of a rotor 205, 215 about the respective axis of rotation 210, 220. A generator 225 can support a rotor 205, 215 about the axis of rotation 210, 220. Optionally, a further bearing can be provided on an axial side opposite the generator 225. A cover can also be provided on this side to close the cylindrical region of the rotor 205, 215.

Ein Rotor 205, 215 kann zusammen mit einem Generator 225 als separat handhabbare Einheit ausgebildet sein. Ein Generator 225 kann eine elektrische Steuervorrichtung 230 umfassen, um die Bereitstellung elektrischer Energie aus Drehenergie zu steuern. Eine gemeinsame Steuervorrichtung 230 kann auf beide Generatoren 225 vorgesehen sein.A rotor 205, 215 can be designed together with a generator 225 as a separately manageable unit. A generator 225 can comprise an electrical control device 230 to control the provision of electrical energy from rotational energy. A common control device 230 can be provided on both generators 225.

Ein Leitelement 235 ist dazu eingerichtet, horizontal strömenden Wind 240 in einen ersten Luftstrom 245 und einen zweiten Luftstrom 250 aufzuteilen und den Rotoren 205 bzw. 215 zuzuführen. Dazu umfasst das Leitelement 235 ein vorderes Ende 255, das anströmendem Wind 240 möglichst zugewandt ist. Vom Ende 255 erstreckt sich ein V-förmiger Abschnitt 260. Der Abschnitt 260 umfasst zwei Schenkel, an die sich jeweils ein Ummantelungsabschnitt 265 anschließt.A guide element 235 is designed to divide horizontally flowing wind 240 into a first air stream 245 and a second air stream 250 and to supply them to the rotors 205 and 215, respectively. For this purpose, the guide element 235 comprises a front end 255, which faces the incoming wind 240 as far as possible. A V-shaped section 260 extends from the end 255. The section 260 comprises two legs, each of which is adjoined by a casing section 265.

Der V-förmige Abschnitt 260 teilt den Wind 240 in die Luftströme 245 und 250 auf und kann gerade oder geschwungen verlaufende Schenkel aufweisen. Bevorzugt ist das Leitelement 235 spiegelsymmetrisch geformt, wobei eine Spiegelachse 270 zwischen den Schenkeln verläuft. In der Darstellung von 2 verläuft die Spiegelachse 270 durch das Ende 255 und mittig zwischen den Rotoren 205, 215.The V-shaped section 260 divides the wind 240 into the air streams 245 and 250 and can have straight or curved legs. Preferably, the guide element 235 is shaped mirror-symmetrically, with a mirror axis 270 running between the legs. In the illustration of 2 the mirror axis 270 runs through the end 255 and centrally between the rotors 205, 215.

Das Leitelement 235 ist allgemein bevorzugt im Wesentlichen einstückig ausgeführt. Es ist bevorzugt, dass das Leitelement 235 aus einem Flachmaterial wie einem Blech herstellbar ist. Ein flaches Ausgangsmaterial kann ein übliches, vorbestimmtes Format aufweisen, beispielsweise A1 oder A0 oder Band- oder Rollenmaterial mit einer entsprechenden Breite.The guide element 235 is generally preferably designed essentially in one piece. It is preferred that the guide element 235 can be produced from a flat material such as a sheet metal. A flat starting material can have a conventional, predetermined format, for example A1 or A0 or strip or roll material with a corresponding width.

Das Leitelement 235 ist bevorzugt dazu eingerichtet, als strukturelles Element die Rotoren 205, 215 zu tragen. Dazu können die Rotoren gegenüber dem Leitelement 235 gelagert sein. Zur Montage der Windkraftanlage kann eine Baugruppe, welche einen Rotor 205, 215 umfasst, entlang einer Drehachse 210, 220 von oben oder unten axial in einen zugeordneten Ummantelungsabschnitt 265 eingeschoben und dort befestigt werden. Ein Lager eines Rotors 205, 215 kann gegenüber dem Leitelement 235 befestigt werden, dazu kann eine passende Struktur vorgesehen sein, beispielsweise eine Platte oder ein Balken, der sich in radialer Richtung zwischen dem Lager und dem Leitelement 235 erstreckt. Die Befestigung kann beispielsweise mittels einer Reihe von Schrauben, Bolzen oder Nieten erfolgen, die an einem axialen Ende punktuell oder auf einem Umfang um die Drehachse 210, 220 zwischen der Baugruppe und dem Leitelement 235 eingesetzt werden. Eine andere Befestigung, beispielsweise nach Art eines Bajonettverschlusses, kann ebenfalls verwendet werden. Auf einer gegenüberliegenden axialen Seite kann eine Abdeckung angebracht werden.The guide element 235 is preferably designed to support the rotors 205, 215 as a structural element. For this purpose, the rotors can be mounted opposite the guide element 235. To assemble the wind turbine, an assembly comprising a rotor 205, 215 can be inserted axially from above or below along an axis of rotation 210, 220 into an associated casing section 265 and fastened there. A bearing of a rotor 205, 215 can be fastened opposite the guide element 235; a suitable structure can be provided for this purpose, for example a plate or a beam that extends in the radial direction between the bearing and the guide element 235. The fastening can be carried out, for example, by means of a series of screws, bolts or rivets that are inserted at points at an axial end or on a circumference around the axis of rotation 210, 220 between the assembly and the guide element 235. Another type of fastening, such as a bayonet type, can also be used. A cover can be fitted on an opposite axial side.

Ein Ummantelungsabschnitt 265 des Leitelements 235 erstreckt sich bezüglich einer Drehachse 210, 220 auf einem vorbestimmten Winkel, der kleiner als 360° ist, entlang einer Mantelfläche eines zylindrischen Bereichs zur Aufnahme eines Rotors 205, 215. Dadurch bildet ein Ummantelungsabschnitt 265 einen zylindrischen Raum, in dem sich der Rotor 205, 215 drehen kann. Zwischen dem V-förmigen Abschnitt 235 und einem Ende des Leitelements 235 kann ein vertikaler Spalt verbleiben, der als Eintrittsöffnung dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom 245, 250 in den Bereich eines zugeordneten Rotors 205, 210 einzulassen. Um einen vorbestimmten Drehwinkel in Drehrichtung des Rotors 205, 210 versetzt ist im Ummantelungsabschnitt 265 bevorzugt eine Aussparung 275 vorgesehen, um eine Austrittsöffnung für den jeweiligen Luftstrom 245, 250 zu bilden. Drehrichtungen der Rotoren 205, 210 können einander entgegengesetzt verlaufen; bevorzugte Drehrichtungen sind in 2 durch gekrümmte Pfeile angedeutet.A casing section 265 of the guide element 235 extends with respect to a rotation axis 210, 220 at a predetermined angle, which is smaller than 360°, along a jacket surface of a cylindrical region for receiving a rotor 205, 215. As a result, a casing section 265 forms a cylindrical space in which the rotor 205, 215 can rotate. A vertical gap can remain between the V-shaped section 235 and one end of the guide element 235, which is designed as an inlet opening to admit an air flow 245, 250 into the region of an associated rotor 205, 210. Offset by a predetermined angle of rotation in the direction of rotation of the rotor 205, 210, a recess 275 is preferably provided in the casing section 265 in order to form an outlet opening for the respective air flow 245, 250. Directions of rotation of the rotors 205, 210 can run in opposite directions to one another; preferred directions of rotation are in 2 indicated by curved arrows.

Im Bereich des V-förmigen Abschnitts 260 ist weiter bevorzugt ein vertikales Rohr 280 vorgesehen, das zwischen den Schenkeln des Abschnitts 260 liegen kann. Bevorzugt liegen beide Schenkel entlang einer vertikalen Kontaktfläche an dem Rohr 280 an. Das Rohr 280 ist kraftschlüssig mit dem Leitelement 235 verbunden, bevorzugt stoffschlüssig, etwa mittels Schweißen oder Kleben. Durch das Rohr 280 verläuft eine vertikale Drehachse 285 und im Rohr 280 kann ein Lager 290 angebracht sein, um das Leitelement 235 gegenüber einer externen Struktur 110 drehbar zu lagern. Das Rohr 280 bzw. die Drehachse 285 ist bevorzugt auf der Spiegelachse 270 platziert.In the area of the V-shaped section 260, a vertical tube 280 is preferably provided, which can lie between the legs of the section 260. Preferably, both legs rest against the tube 280 along a vertical contact surface. The tube 280 is connected to the guide element 235 in a force-fitting manner, preferably in a material-fitting manner, for example by means of welding or gluing. A vertical axis of rotation 285 runs through the tube 280 and a bearing 290 can be mounted in the tube 280 in order to rotatably support the guide element 235 relative to an external structure 110. The tube 280 or the axis of rotation 285 is preferably placed on the mirror axis 270.

Die Drehachsen und 210, 220 können zusammen mit dem vorderen Ende 255 ein gleichschenkliges Dreieck definieren, in dessen Bereich die vertikale Drehachse 285 verläuft. Ein horizontaler Abstand der Drehachse 285 zum vorderen Ende 255 ist bezüglich eines Abstands zu einer der Drehachsen 210, 220 bevorzugt so gewählt, dass sich das Leitelement 235 um die Drehachse 285 selbsttätig in den Wind 240 dreht. Dabei kann die Drehachse 285 näher am vorderen Ende 255 als an einer der Drehachsen 210, 220 liegen.The axes of rotation 210, 220 can define an isosceles triangle together with the front end 255, in the area of which the vertical axis of rotation 285 runs. A horizontal distance of the axis of rotation 285 to the front end 255 is preferably selected with respect to a distance to one of the axes of rotation 210, 220 such that the guide element 235 automatically rotates into the wind 240 about the axis of rotation 285. The axis of rotation 285 can be closer to the front end 255 than to one of the axes of rotation 210, 220.

3 bis 5 zeigen Ansichten eines beispielhaften Leitelement 235 für eine Windkraftanlage 100 in einer bevorzugten Ausführungsform. Das Leitelement 235 kann stellenweise verstärkt werden, beispielsweise im Bereich eines Endes oder einer Kante. Dazu kann weiteres Flachmaterial genutzt werden, bevorzugt in Form eines flachen, eines U-förmig oder eines O-förmig gebogenen Streifens, der an dem Leitelement 235 angebracht wird. 3 to 5 show views of an exemplary guide element 235 for a wind turbine 100 in a preferred embodiment. The guide element 235 can be reinforced in places, for example in the area of an end or an edge. For this purpose, additional flat material can be used, preferably in the form of a flat, U-shaped or O-shaped strip, which is attached to the guide element 235.

Eine Fläche des Leitelements 235 kann stabilisiert werden, indem in die Fläche eine Sicke eingebracht wird. Eine Sicke kann offen oder geschlossen ausgeführt sein und beispielsweise eine halbrunde, trapezförmige oder dreieckige Form aufweisen. Eine Sicke kann im Bereich der Ummantelung 265 eingefügt werden, um eine Torsionsfestigkeit in diesem Bereich zu verbessern.A surface of the guide element 235 can be stabilized by introducing a bead into the surface. A bead can be open or closed and can have, for example, a semicircular, trapezoidal or triangular shape. A bead can be inserted in the area of the casing 265 in order to improve torsional strength in this area.

Mehrere Sicken können aufeinander abgestimmt sein, beispielsweise indem zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Sicke ein Zwischenraum verbleibt oder indem mehrere zueinander parallele Sicken verwendet werden. Sicken können nach üblichen Regeln bezüglich wirkender und aufzufangender Kräfte gestaltet sein. Sicken werden bevorzugt bevorzugt derart angebracht, dass sie den Strom von Wind 240 bzw. der Luftströme 245, 250 nicht stören. Beispielsweise kann entlang der Schenkel im V-förmigen Abschnitt 260 bevorzugt eine horizontale Sicke verwendet werden. Ist die Sicke geschlossen, kann ihre Richtung keinen Einfluss auf die Aerodynamik des Leitelements 235 nehmen.Several beads can be coordinated with one another, for example by leaving a gap between a vertical and a horizontal bead or by using several beads that are parallel to one another. Beads can be designed according to usual rules regarding acting and absorbed forces. Beads are preferably attached in such a way that they do not disrupt the flow of wind 240 or the air flows 245, 250. For example, a horizontal bead can preferably be used along the legs in the V-shaped section 260. If the bead is closed, its direction cannot influence the aerodynamics of the guide element 235.

Bezugszeichenreference sign

100100: Windkraftanlagewind turbine
105105: Struktur, Straßenlaternestructure, street lamp
110110: Mastmast
115115: Leuchtelight
120120: Energieversorgungsnetzwerkenergy supply network
205205: erster Rotorfirst rotor
210210: erste Drehachsefirst axis of rotation
215215: zweiter Rotorsecond rotor
220220: zweite Drehachsesecond axis of rotation
225225: Generatorgenerator
230230: Steuervorrichtungcontrol device
235235: Leitelementguiding element
240240: Windwind
245245: erster Luftstromfirst air stream
250250: zweiter Luftstromsecond air stream
255255: vorderes Endefront end
260260: V-förmiger AbschnittV-shaped section
265265: Ummantelungsheathing
270270: Spiegelachsemirror axis
275275: Aussparungrecess
280280: RohrPipe
285285: Drehachseaxis of rotation
290290: Lagercamp

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102020000063 B4 [0003]

Claims

Wind turbine (100), comprising: - a first rotor (205) which is mounted for rotation about a first vertical axis of rotation (210); - a second rotor (215) which is mounted about a second vertical axis of rotation (215); - wherein the rotors (205, 215) are located next to one another; - a guide element (235) with a V-shaped section (260) for dividing horizontal wind (240) into a first air flow (245) to the first rotor (205) and a second air flow (250) to the second rotor (215); and - a generator (220) which can be driven by one of the rotors (205, 215).

Wind turbine (100) after claim 1 , wherein a rotor (205, 215) is mounted opposite the guide element (235).

Wind turbine (100) after claim 1 or 2 , wherein the guide element (235) can be produced in one piece from a flat material.

Wind turbine (100) according to one of the preceding claims, wherein ends of the V-shaped section (260) terminate in casings (265) of the rotors.

Wind turbine (100) after claim 4 , wherein a casing (265) is incompletely closed in the region of one end of the V-shaped section (260) in order to admit wind (240) into the region of the rotor (205, 215).

Wind turbine (100) after claim 4 or 5 , wherein a casing (265) has a cutout (275) for the escape of wind (240).

Wind turbine (100) according to one of the preceding claims, wherein a bearing (290) is attached to the guide element (235) in order to support the guide element (235) so as to be rotatable about a vertical axis of rotation (285); wherein an end (255) of the guide element (235) facing the wind (240) and the rotors (205, 215) are arranged on different sides of the axis of rotation (285).

Wind turbine (100) after claim 7 , further comprising a tube (280) extending vertically between legs of the V-shaped portion (260); wherein the bearing (290) is mounted in the tube (280).

Wind turbine (100) according to one of the preceding claims, wherein the wind turbine (100) is adapted to be mounted on a freestanding vertical structure (105).

Street lamp (105) comprising a mast (110) with a wind turbine (100) according to one of the preceding claims; and a lamp (115) at the upper end of the mast (110).