DE8701665U1

DE8701665U1 - Vertical shaft wind turbine

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Publication number: DE8701665U1
Application number: DE8701665U
Authority: DE
Original assignee: ALPHA REAL AG ZUERICH CH
Current assignee: ALPHA REAL AG ZUERICH CH
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3703269A1

Description

ALPHA REAL AG P 1749ALPHA REAL AG P 1749

Vertical wind turbine

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit einem Rotor, der eine vertikale Zentralwelle und eine Mehrzahl von sich im wesentlichen in Radialebenen, vorzugsweise bogenartig vom oberen zum unteren Endbereich der Zentralwelle erstreckenden Rotorblättern aufweist, wobei die Zentralwelle über eine im Bereich ihres unteren Endabschnitts angeordnete Kupplungsvorrichtung mit einer leiatungsabnehmenden Einrichtung, insbesondere einem elektrischen Generator-Aggregat, in Antrifbsverbindung Steht und wobei mindestens ein torsionselastischer Rotationsenergiespeicher für den Ausgleich von Drehmomentpulsationen der Turbine vorgesehen ist. Hauptsächlicher Einsatzbereich solcher Windturbinen ist die Stromerzeugung.The invention relates to a wind turbine with a rotor which has a vertical central shaft and a plurality of rotor blades extending essentially in radial planes, preferably in an arc from the upper to the lower end region of the central shaft, the central shaft being connected to a power-receiving device, in particular an electrical generator unit, via a coupling device arranged in the region of its lower end section, and at least one torsionally elastic rotational energy storage device being provided for compensating torque pulsations of the turbine. The main area of application for such wind turbines is power generation.

Wiridtürbrnen dieser Bauart sind unter der Bezeichnung Därrieüs-Turbinen bekannt Cs. z.B. Journal Aircraft, Vol.13, No.12,Turbines of this type are known as Därrieüs turbines Cs. e.g. Journal Aircraft, Vol.13, No.12,

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1976, S.1023 - 102-4). Sie haben den Vorteil einer vergleichst weise einfachen Grundkonstruktion und eignen sich besonders für mittlere Und grössere Einheitsleistungen, Die Gründkonstruktion begünstigt auch eine ästhetisch befriedigende Gestaltung, was trepen der grossen Bauhöhe und der anzustreben- den Anordnung jeweils einer grösseren Anzahl von Einheiten in sogenannten "Windfarmen" im Hisbiiek· auf· 2U vermeidende Storus- gsn dss Ltindschäftsbildes wesentlich ist.They have the advantage of a relatively simple basic construction and are particularly suitable for medium and large unit outputs. The basic construction also facilitates an aesthetically pleasing design, which is essential in terms of avoiding disruption to the business image due to the large construction height and the desired arrangement of a large number of units in so-called "wind farms".

Diesen Systemvorteilen steht das grundsätzliche Problem der Drehmoment- bzw. Leistungspulsation gegenüber* Diese ist dadurch bedingt, dass das Drehmoment einen periodischen Zeitverlauf mit Nullstellen aufweist. Die entsprechend starke Pulsation der abgegebenen Leistung kann bei Anschluss eines mit der turbine gekuppelten Stromerzeugers an ein im Vergleich zur Generatorleistung leistungsstarkes Netz mit ausreichend starrer Freqüenzhaltung zwar unter gewissen Umständen zugelassen werden, im Inselbetrieb und bei Parallelbetrieb mehrerer Generatoren mit Windturbine ist sie jedoch im allgemeinen störend.These system advantages are offset by the fundamental problem of torque or power pulsation* This is caused by the fact that the torque has a periodic time profile with zero points. The correspondingly strong pulsation of the output power can be permitted under certain circumstances when a power generator coupled to the turbine is connected to a network that is powerful compared to the generator output and has sufficiently rigid frequency control, but in island operation and when several generators are operated in parallel with a wind turbine, it is generally disruptive.

Im Hinblick auf dieses Problem ist es bei Windturbinen der vorliegenden Art bereits bekannt, für den Ausgleich von Drehmomentpulsationen einen Rotationsenergiespeicher in Form eines Torsionsstabes vorzusehen, der in koaxialer Verlängerung der Zentralwelle angeordnet und einerseits an das untere Ende derselben sowie andererseits an den Antriebsflansch des Generator-Aggregates angeschlossen ist. Diese Konstruktion führt jedoch zu einer Höherlegung des unteren Endes der ZentralwelleIn view of this problem, it is already known for wind turbines of this type to provide a rotational energy storage device in the form of a torsion bar to compensate for torque pulsations, which is arranged in a coaxial extension of the central shaft and is connected on the one hand to the lower end of the same and on the other hand to the drive flange of the generator unit. However, this design leads to a raising of the lower end of the central shaft

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und des zugehörigen Fusslagers.and the associated foot bearing.

Wegen der Intensität der Pulsation ist für den Rotationsenergiespeicher eine hohe Speicherkapazität, d.h. ein grossesDue to the intensity of the pulsation, the rotational energy storage system requires a high storage capacity, i.e. a large

wirksames Volumen des Federelementes erforderlich. FQr die Jeffective volume of the spring element is required. FQr the J

Länge des Torsionsstabes ergeben sich daher Mindestwerte in der |length of the torsion bar therefore results in minimum values in the |

Grössenordnung von mehreren Metern. Die dadurch bedingte Höher- 1Order of magnitude of several meters. The resulting height 1

legung des Rotors ist beträchtlich und hat - bei vorgegebener IThe rotor's design is considerable and has - at a given I

effektiver Höhenabmessung des Rotors - eine entsprechende Ver- feffective height dimension of the rotor - a corresponding

grösserung der Gesamt-Bauhöhe zur Folge, die wegen der Be- \ increase in the overall height, which due to the loading \

messung von Abspannseilen und zugehörigen Verankerungen für die Imeasurement of guy ropes and associated anchorages for the I

Aufnahme der horizontalen Windkräfte sowie im Hinblick auf die IAbsorption of horizontal wind forces and with regard to the I

Landschaftsanpassung unerwünscht ist. Weiter hat die erhöhte ILandscape adaptation is undesirable. Furthermore, the increased I

Anordnung des unteren Wellenendes zusätzlichen Aufwand für die \ Arrangement of the lower shaft end additional effort for the \

Tragkonstruktion des Wellenfusslagers zur Folge. (Supporting structure of the shaft base bearing. (

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vertikalwellen-Windturbine mit Pulsationsausgleich, die für die Anordnung eines Rotationsenergiespeichers keine wesentliche Höher- \ legung des Zentralwellenfusses benötigt. Die erfindungsgemässe | Lösung dieser Aufgabe ist bestimmt durch die Merkmale des | Anspruchs 1.The object of the invention is therefore to create a vertical shaft wind turbine with pulsation compensation, which does not require a significant raising of the central shaft base for the arrangement of a rotational energy storage device. The inventive solution to this problem is determined by the features of claim 1.

Die Unterbringung des Rotationsenergiespeichers im Hohlkörper
der Zentralwelle löst das Problem in überraschend Vorteilhafter
und einfacher WeISe₁ da der* vergleichsweise grosse Innenraum
der zentralen Hohlwelle ohne zusätzlichen Bauaufwand und Raum-The accommodation of the rotational energy storage in the hollow body
the central shaft solves the problem in surprisingly advantageous
and easier ₁ because the* comparatively large interior
the central hollow shaft without additional construction effort and space

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bedarf, insbesondere ohne Vergrösserung der Bauhöhe, Die Verwirklichung grosser Speicherkapazitäten an Rotationsenergie ermöglicht. Das untere Ende der Zentralwelle mit seinem Fusslager kann unmittelbar oberhalb des eingangsseitigen Antriebsgliedes des Generator-Aggregates oder einer sonstigen leistungsabnehmenden Einrichtung, etwa einer Förderpumpe oder dergl., angeordnet werden. Dadurch entfällt der Aufwand und Raumbedarf für eine gesonderte Sockelkonstruktion. Mit besonderem Vorteil kann das Wellenfusslager im Bereich der Eingangsseite eines für den Generatorbetrieb erforderlichen Uebersetzungsgetriebes in die Getriebebaueinheit integriert werden.requires, in particular without increasing the overall height, the realization of large storage capacities for rotational energy is made possible. The lower end of the central shaft with its base bearing can be arranged directly above the input-side drive element of the generator unit or another power-taking device, such as a feed pump or the like. This eliminates the expense and space required for a separate base construction. With particular advantage, the shaft base bearing can be integrated into the gear unit in the area of the input side of a transmission gear required for generator operation.

Ohne hierauf beschränkt zu sein, sieht die Erfindung insbesondere vor, dass als energiespeichernde Federelemente an sich bekannte Torsionsstäbe mit drehraomentübertragenden Anschlüssen im Bereich beider Stabenenden verwendet werden. Wesentlich für die erfindungsgemässe Aufgabenlösung ist hierbei jedoch die An-Without being limited to this, the invention provides in particular that known torsion bars with torque-transmitting connections in the area of both bar ends are used as energy-storing spring elements. However, the essential factor for the solution of the problem according to the invention is the

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Ordnung desjenigen Anschlusses, der die Verbindung zur Zentral- | welle herstellt, im Innenraum sowie mit vergleichsweise grossem Abstand oberhalb des unteren Endes der Zentralwelle. Der andere Anschluss, welcher die Verbindung zum Generatoraggregat oder dergl. herstellt, wird dann unmittelbar unterhalb der Zentralwelle angeordnet, Auf diese Weise können mit geringem Audwand sowie unter Einhaltung einer optimal niedrigen Lage des unteren Zentralwellenendes überaus grosse Rotationsenergien gespeichert und die entsprechenden PulSätiönen ausgeglichen Werden. *The connection that establishes the connection to the central shaft is arranged in the interior and at a comparatively large distance above the lower end of the central shaft. The other connection, which establishes the connection to the generator unit or the like, is then arranged directly below the central shaft. In this way, extremely large rotational energies can be stored and the corresponding pulse energies balanced out with little effort and while maintaining an optimally low position of the lower central shaft end. *

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Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung ziehlt darauf ab, den Innenraum der als Hohlkörper ausgebildeten Zentralwelle insbesondere hinsichtlich seiner beträchtlichen Radialabnsssungen für die Unterbringung von energiespeicherndem Federvolumen auszunutzen. Hierzu wird vorgesehen, dass der Rotationsenergiespeicher wenigstens ein weicheiastisches, vorzugsweise aus Elastomer-Material bestehendes Schub- oder Druck- bzw. Zngfed^rglied aufweist, das durch kraftübertragende Anschlussmittel einerseits mit der Innenfläche der Zentralwelle und andererseits mit einem Eingangsglied der leistungsabnehmenden Einrichtung verbunden ist. Mit einer solchen Konstruktion lässt sich ohne grossen Aufwand der weitaus überwiegende Teil des Inner^uerschnitts der Zentralwelle für die Energiespeicherung ausnutzen und wiederum ein Anschluss an die energieabnehmende ! Einrichtung unmittelbar am unteren Ende der Zentralwelle, d.h. eine erwünschterraassen niedrige Lage des Wellenfusses erreichen. Hervorzuheben ist ferner, dass diese Konstruktionsweise gleichzeitig eine grosse Erstreckung der energiespeichernden Federelemente in Axialrichtung der Zentralwelle und damit überaus grosse Speichervolumina ermöglicht.A significant development of the invention aims to utilize the interior of the central shaft, which is designed as a hollow body, in particular with regard to its considerable radial dimensions, for accommodating energy-storing spring volumes. For this purpose, the rotational energy storage device is provided with at least one soft-elastic thrust or compression or tension spring element, preferably made of elastomer material, which is connected by force-transmitting connection means on the one hand to the inner surface of the central shaft and on the other hand to an input element of the power-absorbing device. With such a construction, the vast majority of the inner cross-section of the central shaft can be utilized for energy storage without great effort and in turn a connection to the energy-absorbing device can be achieved directly at the lower end of the central shaft, i.e. a desired low position of the shaft base. It should also be emphasized that this type of construction simultaneously enables a large extension of the energy-storing spring elements in the axial direction of the central shaft and thus extremely large storage volumes.

Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung bezweckt dieA significant development of the invention aims at

&igr; kombinierte Ausnutzung der Radial- und Axialausdehnung des&igr; combined use of the radial and axial expansion of the

Welleninnenraumes zur Rotationsenergiespeicherung mit geringemShaft interior for rotational energy storage with low

konstruktivem Aufwand. Hierzu wird vorgesehen, wenigstens ein i constructive effort. For this purpose, at least one i

weicheiastisches Schub- oder Druck- bzw. Zugfederglied mit Wenigstens einem steifelastischen, Vorzugsweise langgestreckten Torsionsfederglied zu Verbinden. Letzterei, nimmt im allgemeinensoft elastic shear or compression or tension spring element with at least one stiff elastic, preferably elongated torsion spring element. The latter generally takes

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nur einen kleinen, im Bereich der Mittelachse gelegenen Teilonly a small part located in the area of the central axis

j der Innenquerschnittsflache der Zentralwelle ein, während derj of the inner cross-sectional area of the central shaft, while the

übrige, kreisringförmige Querschnittsteil für die Unterbringungremaining circular cross-sectional part for accommodation

J von weichelastischen, naturgemäss vergleichsweise voluminösenJ of soft-elastic, naturally comparatively voluminous

Federgliedern besonders gut geeignet ist.Spring links are particularly suitable.

Hinsichtlich des auf die Energiespeicherkapazität bezogenen Bauaufwandes besonders günstige Verhältnisse ergeben sich in Weiterbildung der Erfindung dann, wenn innerhalb des Kraftflusses zwischen der Zentralwelle und der leistungsabnehmenden Einrichtung wenigstens ein weichelastisches Schub- oder Druck- bzw. Zugfederglied und wenigstens ein steifelastisches, vorzugsweise langgestrecktes Torsionsfederglied in Serie angeordnet wird. Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, in die Anschlussmittel zur Verbindung des weichelastischen Federgliedes mit der energieabnehmenden Einrichtung ein steifelastisches, langgestrecktes Torsionsfederglied oder mehreren derselben zu integrieren bzw. diese Anschlussmittel als Torsionsfederglied auszubilden.With regard to the construction effort related to the energy storage capacity, particularly favorable conditions arise in a further development of the invention when at least one soft-elastic thrust or compression or tension spring element and at least one stiff-elastic, preferably elongated torsion spring element are arranged in series within the power flow between the central shaft and the power-absorbing device. In particular, it proves to be advantageous to integrate a stiff-elastic, elongated torsion spring element or several of them into the connection means for connecting the soft-elastic spring element to the energy-absorbing device or to design these connection means as a torsion spring element.

Die Erfindung wird weiter anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt:The invention is further explained using the embodiments shown schematically in the drawings. Herein:

Fig.l eine Seitenansicht einer Vertikalwellen-Windturbine herkömmlicher Bauart mit zwei diametralen Rotorblättern, mit überlagerter, strichlierter Teil-Seitenansicht des unteren Abschnitts einet effindüngsgemtssen Vertikalwellen-Wkndturbine, Fig.l a side view of a vertical shaft wind turbine of conventional design with two diametrical rotor blades, with a superimposed, dashed partial side view of the lower section of a vertical shaft wind turbine according to the invention,

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Fig* Z eine in grösserem Massstab gehaltene Teilschnitt" Seitenansicht des unteren Endabschnitss des Rotors einer effindungsgemässen Vertikalwellen^WindtUrbine mit Torsionsstab-EnergiespeicherjFig. 2 is a larger-scale partial section of the lower end section of the rotor of a vertical shaft wind turbine according to the invention with a torsion bar energy storage device.

Fig.3 einen abermals in grösserem Mässstäb gehaltenen Querschnitt der Zentralwelle einer effindungsgemässen Vertikalwellen-Windturbine mit weichelastischen Druck- und Zugfedergliedern undFig.3 a cross-section, again on a larger scale, of the central shaft of a vertical shaft wind turbine according to the invention with soft elastic compression and tension spring elements and

Fig.4 einen ebenfalls in grösserem Mässstäb gehaltenen Teil-Axialschnitt der Zentralwelle einer erfindungsgemässen Vertikalwellen-Windturbine mit weichelastischen Schubfedergliedern. Fig.4 is a partial axial section, also on a larger scale, of the central shaft of a vertical shaft wind turbine according to the invention with soft-elastic thrust spring elements.

Die in Fig.l angedeutete Vertikalwellen-Windturbine üblicher Bauart weist einen insgesamt mit 100 bezeichneten Rotor auf, der im wesentlichen aus einer als dünnwandiger Hohlkörper ausgebildeten Zentfalwelle 101 mit zwei diametral angeordneten Rotorblättern 102 besteht. Letztere sind bogenartig ausgebildet und verlaufen in Radialebenen bezüglich der Zentralwelle und sind mittels biegesteifer Anschlüsse 102a und 102b am oberen bzw. unteren Ende derselben verankert. An einem Spitzenlager 103 der Zentralwelle angreifende Abspannseile 104 mit nicht dargestellten Bodenänkern halten den Rotor in seiner Vertikalstellung. The vertical shaft wind turbine of conventional design indicated in Fig. 1 has a rotor, designated 100 overall, which essentially consists of a central shaft 101 designed as a thin-walled hollow body with two diametrically arranged rotor blades 102. The latter are curved and run in radial planes with respect to the central shaft and are anchored at the upper and lower ends of the same by means of rigid connections 102a and 102b. Guy ropes 104 engaging a tip bearing 103 of the central shaft with ground anchors (not shown) hold the rotor in its vertical position.

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Die Rotorblätter haben in bekannter, nicht dargestellter Weise ein tragflügelartiges Profil Und erzeugen ein an der Zentralwelle angreifendes Drehmoment, das durch den "scheinbaren", d.h. relativ zum Blatt gemessenen Wind entsprechend den Vektoren der jeweiligen Tängentiälbeweguhg Und des relativ zum Boden gemessenen Windes bestimmt ist. Infolge der mit der Drehbewegung verbundenen Richtungsänderung des scheinbaren Windes unterliegt dieses Drehmoment periodischen Aenderungen mit Nullstellen des Drehmomentbetrages, dih. einer intensiven Pulsation. Eine energieabnehmende Einrichtung 5, z.B. ein Generator-Aggregat, ist daher mit dem in einem Fusslager 107 radial geführten sowie axial abgestützten unteren Ende der Zentralwelle Über einen puffernden Rotationsenergiespeicher in Form eines elastisch verformbaren Torsiönsstäbes 108 verbunden. Wegen der Intensität der Drehmomentpulsation ist eine erhebliche Speicherkapazität erforderlich, was eine Länge des Torsionsstabes in der Grossenordnung von mehreren Metern bedingt. Dies | hat bei der bekannten Konstruktion eine entsprechende Hoherlegung des unteren Endes der Zentralwelle mit dem Fusslager nittels eines entsprechend tragfähigen Sockelgestells 109 zur Folge.The rotor blades have, in a known manner (not shown), an airfoil-like profile and generate a torque acting on the central shaft which is determined by the "apparent" wind, i.e. wind measured relative to the blade in accordance with the vectors of the respective tangential movement and the wind measured relative to the ground. As a result of the change in direction of the apparent wind associated with the rotary movement, this torque is subject to periodic changes with zeroing of the torque amount, i.e. an intensive pulsation. An energy-absorbing device 5, e.g. a generator unit, is therefore connected to the lower end of the central shaft, which is guided radially and supported axially in a base bearing 107, via a buffering rotational energy storage device in the form of an elastically deformable torsion bar 108. Due to the intensity of the torque pulsation, a considerable storage capacity is required, which requires a torsion bar length of the order of several meters. This | In the known construction, this results in a corresponding elevation of the lower end of the central shaft with the foot bearing by means of a correspondingly load-bearing base frame 109.

Wie schematisch aus Fig.l und im einzelnen aus Fig.2 hervorgeht, ist der untere Endabschnitt la der Zentralwelle 1 mit den | hier ebenfalls über biegesteife Anschlüsse Ib angesetzten Rotorblättern 3 und dem zugehörigen Fusslager 7 unmittelbarAs can be seen schematically from Fig.l and in detail from Fig.2, the lower end section la of the central shaft 1 with the | here also attached via rigid connections Ib rotor blades 3 and the associated base bearing 7 is directly

oberhalb des Antriebseingänges der enefgieabnehmenderi Einrichtung 5 angeordnet, Weshalb die Höherlegüng des gesamten Roteffs und der Aufwand für ein besonderes Sockelgestell entfällt. Dies Wird in der aus Fig.2 ersichtlichen Weise erreicht durch Unterbringung einer Kupplungsvorrichtung 15, welche die Zentralwelle mit der energieabnehmenden Einrichtung 5 verbindet und einen insgesamt mit 17 bezeichneten Rotationsenergiesjieicher aufweist, innerhalb des unteren Endabschnitts la der Zentralwelle. Dieser Rötätiönsenergiespeicher umfasst als Wirkelement einen Torsionsstab 19, der infolge der Unterbringung innerhalb der Zentralwelle mit praktisch unbegrenzter Speicherkapazität ausgeführt werden kann, ohne die Höhenlage des unteren Wellenendes und damit des gesamten Rotors zu beeinflussen.above the drive input of the energy-absorbing device 5, which means that the entire rotor does not need to be raised and there is no need for a special base frame. This is achieved in the manner shown in Fig. 2 by accommodating a coupling device 15, which connects the central shaft to the energy-absorbing device 5 and has a rotational energy storage device, designated as a whole by 17, within the lower end section 1a of the central shaft. This rotational energy storage device comprises a torsion bar 19 as an active element, which, due to its placement within the central shaft, can be designed with practically unlimited storage capacity without affecting the height of the lower shaft end and thus of the entire rotor.

Zu diesem Zweck ist der obere Anschluss des Torsionsstabes 19 in Form einer drehfesten Kupplung 19a mit einem an der Innenfläche der Zentralwelle 1 befestigten Flansch 20 in entsprechendem Abstand oberhalb des unteren Wellenendes angeordnet. Der untere Anschluss des Torsionsstabes 19 mit einer drehfesten Kupplung 19b liegt dagegen unmittelbar unterhalb des unteren Endes der Zentralwelle und ebenfalls unmittelbar oberhalb des Antriebseinganges eines in Fig.2 angedeuteten Getriebes 8 der energieabnehmenden Einrichtung 5. Dies ergibt eine optimal niedrige Lage des Rotors. Ferner kann hierbei das Fusslager 7 unmittelbar an einem Sockelgehäuse 9 geringer Höhenausdehnung abgestützt werden, was die Konstruktion weiter vereinfacht. Besonders vorteilhaft ist ferner die in Fig.2 angedeutete Einbeziehung des Fusslagers 7 in die Baueinheit des SockelgehäusesFor this purpose, the upper connection of the torsion bar 19 is arranged in the form of a rotationally fixed coupling 19a with a flange 20 attached to the inner surface of the central shaft 1 at a corresponding distance above the lower shaft end. The lower connection of the torsion bar 19 with a rotationally fixed coupling 19b, on the other hand, is located directly below the lower end of the central shaft and also directly above the drive input of a gear 8 of the energy-absorbing device 5 indicated in Fig.2. This results in an optimally low position of the rotor. Furthermore, the base bearing 7 can be supported directly on a base housing 9 with a small height extension, which further simplifies the construction. The inclusion of the base bearing 7 in the structural unit of the base housing indicated in Fig.2 is also particularly advantageous.

9, Welches in diesem Fall durch das ohnehin Vorhandene Gehäuse des Getriebes 8 gebildet wird»9, which in this case is formed by the existing housing of the gearbox 8»

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist innerhalb des unteren Endabschnitts la der Zentralweile eine Kupplungsvorrichtung mit &kgr;. einem Rotationseriergiespeicher 18 angeordnet, der als Wirkelemente weichelastische, vorzugsweise aus Elastomer-MaterialIn the embodiment according to Fig.3, a coupling device with a rotational energy storage device 18 is arranged within the lower end section la of the central shaft, which has as active elements soft elastic elements, preferably made of elastomer material.

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oder einem anderen Werkstoff mit vergleichsweise niedrigem jj Elastizitätsmodul bestehende Druck- und Zugfederglieder 20a aufweist. Jedes dieser Federglieder ist zwischen Anschlussgliedern 22a und 22b angeordnet. Erstere sind am Mantel der j Zentralwelle befestigt, während letztere über einen Ringraantel 22c sowie einen Flansch 22d und den Torsionsstab 19 eines steifelastischen Rotationsenergiespeichers 17 mit der energieabnehmenden Einrichtung S gekuppelt* Der Speicher 17 bildet daher in diesem Fall in zweckmässiger Einfachheit gleichzeitig die Anschlussmittel zur Abtriebsseite.or another material with a comparatively low jj elastic modulus. Each of these spring elements is arranged between connecting elements 22a and 22b. The former are attached to the casing of the j central shaft, while the latter is coupled to the energy-absorbing device S via an annular ring 22c as well as a flange 22d and the torsion bar 19 of a rigid-elastic rotational energy storage device 17. In this case, the storage device 17 therefore simultaneously forms, in a practical and simple manner, the connecting means to the output side.

Um wechselweise sowohl Druck- als auch Zugkräfte aufnehmen zuIn order to alternately absorb both compressive and tensile forces

können, sind die weichelästischen Federglieder mit den Anschlussgliedern 22a und 22b stoffschlüssig, etwa durch Vulkanisierung oder Klebung, verbunden. Ersichtlich bietet diese Konstruktion eine praktisch vollständige Ausnutzung des Innenquerschnitts der Zentralwelle für die Unterbringung von elastischem Speichervolumen, und zwar vor allem durch die Verbindung von weichelastischen, vergleichsweise voluminösen Speichergliedern mit steifelastischen, stabförmigen Speichergliedern. Durch geeignete Auswahl des Elastomer-Materials kann ausserdem einecan, the soft elastic spring elements are connected to the connecting elements 22a and 22b in a material-locking manner, for example by vulcanization or gluing. This construction clearly offers a practically complete utilization of the inner cross section of the central shaft for the accommodation of elastic storage volume, especially by connecting soft elastic, comparatively voluminous storage elements with stiff elastic, rod-shaped storage elements. By selecting the appropriate elastomer material, a

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gegebenenfalls erwünschte Dämpfungswirkang in der Kraftübertragung zwischen Zentralwelle und Abtriebsseite ohne zusätzlich Bauelemente erreicht werden. Konstruktiv erweist sich ferner die gezeigte Serienanordnung eines steifelastischen Torsionsstabes mit einer weichelastischen Speicheranordnung als besonders vorteilhaft, weil die Auswahl der verschiedenen Materialien innerhalb der Korabination eine Optimierung der Energiespeicher- und Dämpfungseigenschaften be- günstigt. Dabei kommt für das steifelastische Speicherglied insbesondere auch mit hochelastischen, d.h. eine hohe Elastizi- tätsgrenze aufweisenden Fasern, etwa Kohlenstoff-Fasern, armierter Kunststoff in Betracht.If necessary, the desired damping effect in the power transmission between the central shaft and the output side can be achieved without additional components. In terms of construction, the series arrangement shown of a rigid-elastic torsion bar with a soft-elastic storage arrangement also proves to be particularly advantageous because the selection of the various materials within the combination promotes an optimization of the energy storage and damping properties. In particular, plastic reinforced with highly elastic fibers, i.e. fibers with a high elastic limit, such as carbon fibers, can be considered for the rigid-elastic storage element.

Bei der Ausführung nach Fig.4 ist innerhalb des unteren Endabschnitts la der Zentralwelle ein Rotationsenergiespeicher 18a mit weichelastischen Schubfedergliedern 20b angeordnet, und zwar wie gemäss Fig.3 in Serienschaltung mit dem Torsionsstab 19 eines steifelastischen Rotationsenergiespeichers 17 innerhalb des Kraftflusses zwischen Zentralwelle und Abtreiabsseite. Die Federglieder 20b sind an ihren beiden axialen Endflächen stoffschlüssig mit Anschlussgliedern in Form von Flanschen 24a und 24b verbunden, Die ihrerseits mit der Innenfläche der Zentralwelle bzw. mit dem oberen Anschluss 19a des Torsionsstabes drehfest verbunden sind. Bei Verdrehung der beiden Flansche gegeneinander um die Mittelachse der Zentralwelle unterliegen die Federglieder 20b durch gegenSinnige Verschiebung ihrer beiderseitigen AxialflMehen im WesentlichenIn the embodiment according to Fig.4, a rotational energy storage device 18a with soft-elastic thrust spring elements 20b is arranged within the lower end section la of the central shaft, namely as shown in Fig.3 in series with the torsion bar 19 of a stiff-elastic rotational energy storage device 17 within the power flow between the central shaft and the output side. The spring elements 20b are connected at their two axial end surfaces in a material-locking manner to connecting elements in the form of flanges 24a and 24b, which in turn are connected in a rotationally fixed manner to the inner surface of the central shaft or to the upper connection 19a of the torsion bar. When the two flanges are rotated against each other around the central axis of the central shaft, the spring elements 20b are subject to essentially

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einer elastischen Schubverformung mit entsprechender Speicherung von potentieller Rotationsenergie. Zur Sicherung einer wohldefinierten Verformung der Federglieder ist der Flansch der obere Flansch 24b mittels eines angesetzten Zentralzapfens 25 in einem Lager 26 geführt, welch letzteres mittels eines Flansches 27 koaxial zur Zentralwelle gehalten ist.an elastic shear deformation with corresponding storage of potential rotational energy. To ensure a well-defined deformation of the spring elements, the flange of the upper flange 24b is guided by means of an attached central pin 25 in a bearing 26, the latter being held coaxially to the central shaft by means of a flange 27.

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Claims

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Expectations

1. Wind turbine with a rotor which has a vertical central shaft and a plurality of rotor blades extending essentially in radial planes, preferably in an arc from the upper to the lower end region of the central shaft, the central shaft being in drive connection with a power-taking device, in particular an electrical generator unit, via a coupling device arranged in the region of its lower end section, and at least one torsionally elastic rotational energy store being provided for compensating torque pulsations of the turbine, characterized in that the rotational energy store (17) is arranged at least partially within the central shaft (1) designed as a hollow body, preferably within the lower end section (1a) thereof.

2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the rotational energy storage device (17) has, in a manner known per se, at least one torsion spring member (19), the longitudinal dimension of which extends at least approximately completely within the lower end section (la) of the central shaft (1).

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3. Wind turbine according to claim 2, characterized in that an elongated, rigid-elastic torsion spring member (19) with torque-transmitting connections (19a, 19b) is provided in the region of its end sections in a manner known per se and that the connection (19a) establishing the connection to the central shaft is arranged in the interior and at a distance above the lower end (la) of the central shaft and the connection (19b) establishing the connection to the power-taking device (5) is arranged directly below the central shaft.

4. Wind turbine according to claim 3, characterized in that the elongated torsion spring member (19) of the rotational energy storage device (17) consists at least partially of plastic reinforced with highly elastic fiber material, preferably carbon fibers.

5. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotational energy storage device (18) has at least one soft-elastic thrust or compression or tension spring element (20a, 20b), preferably made of elastomer material, which is connected by force-transmitting connection means (22a _f 22b or 24a, 24b) on the one hand to the inner surface of the central shaft (1) and on the other hand to an input element of the power-taking device (5).

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6, Wind turbine according to claim 5, characterized in that at least one soft-elastic shear or compression spring element is connected to at least one stiff-elastic, preferably elongated torsion spring element.

7, Wind turbine according to claim 6, characterized in that within the power flow between the central shaft (1) and the power take-off device (5) at least one soft-elastic thrust or compression or tension spring element and at least one stiff-elastic, preferably elongated torsion spring element are arranged in series.

8. Wind turbine according to claim 6 or 7, characterized in that the connecting means for connecting the soft-elastic thrust or compression or tension spring member to the energy-absorbing device have at least one stiff-elastic, elongated torsion spring member.

9. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the end section (la) of the central shaft (1) receiving the coupling device (15) is provided with an axially supporting base bearing (7) which is supported directly on a base housing (9).

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10. Windturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet»' dass das PUsslägef (7) der¹ Zentralweile (I) mit dem Eingangsbereich eines Getriebes (8) der leistungsäbnehmenden Einrichtung zu einer Baueinheit ausgebildet ist.10. Wind turbine according to claim 9, characterized in that the PUsslagegef (7) of the ¹ central shaft (I) is designed with the input region of a gear (8) of the power take-off device to form a structural unit.