DE20115330U1 - Wind turbine with a casing surrounding the rotor blades - Google Patents
Wind turbine with a casing surrounding the rotor bladesInfo
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Description
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Anmelder-AZ.: K 263-GbmApplicant ref.: K 263-Gbm
Anmelder: KBE Engineering GmbH, Raiffeisenstraße 8Applicant: KBE Engineering GmbH, Raiffeisenstraße 8
78658 Zimmern o.R·, (DE) Anmelder-Nr.:78658 Zimmern o.R·, (DE) Registration number:
Bezeichnung: Windkraftturbine mit einem die RotorblätterDesignation: Wind turbine with a rotor blades
umgebenden Mantelgehäusesurrounding casing
BeschreibungDescription
Die Erfindung betrifft eine Windkraftturbine mit einem mit Rotorblättern versehenen, einen elektrischen Generator rotierend antreibenden Rotor, wobei die Rotorblätter zur Verbesserung des Wirkungsgrades von einem umlaufenden Mantelgehäuse umgeben sind, dessen Querschnittsform aerodynamisch der Querschnittsform eines Tragflügels eines Flugzeuges ähnlich ist und dessen vorderer Lufteinlaßquerschnitt kleiner ist als dessen hinterer Luftauslaßquerschnitt, wodurch zumindest bereichsweise eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch das Mantelgehäuse hindurchströmenden Luftstromes erreicht wird.The invention relates to a wind turbine with a rotor provided with rotor blades which drives an electric generator in rotation, wherein the rotor blades are surrounded by a circumferential casing to improve efficiency, the cross-sectional shape of which is aerodynamically similar to the cross-sectional shape of an aircraft wing and the front air inlet cross-section of which is smaller than the rear air outlet cross-section, whereby an increase in the flow velocity of the air flow through the casing is achieved at least in some areas.
Windkraftturbinen der gattungsgemäßen Art sind schon seit Jahrzehnten bekannt und werden in sogenannte "freifahrende" Windkraftturbinen und in sogenannte Mantelturbinen unterschieden. Solche als Mantelturbinen ausgebildete Windkraftturbinen der gattungsgemäßen Art bestehen im wesentlichen aus einem Rotor, welcher mit zwei oder mehreren Rotorblättern versehen ist. Durch diesen Rotor wirdWind turbines of the generic type have been known for decades and are divided into so-called "free-running" wind turbines and so-called ducted turbines. Such ducted turbines of the generic type essentially consist of a rotor which is provided with two or more rotor blades. This rotor
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zur elektrischen Energieerzeugung ein elektrischer Generator rotierend angetrieben, wobei die Rotorblätter zur Verbesserung des Wirkungsgrades von einem umlaufenden Mantelgehäuse umgeben sind.To generate electrical energy, an electric generator is driven in rotation, with the rotor blades being surrounded by a circumferential casing to improve efficiency.
Es hat sich dabei gezeigt, wie insbesondere aus der US 4,132,499 ersichtlich ist, daß für bestimmte Querschnittsformen des Mantelgehäuses die Ausbeute aus der Windenergie im Vergleich zu einer sogenannten freifahrenden Windkraftturbine erheblich verbessert werden kann, indem die Querschnittsform etwa der Querschnittsform eines Tragflügels eines Flugzeuges ähnlich ausgestaltet wird. Dabei wird dieses Tragflügelprofil als umlaufender Ringmantel ausgebildet, dessen vorderer Lufteinlaßquerschnitt kleiner ist als dessen hinterer Luftauslaßquerschnitt. Durch diese Art "Trichterform" wird in Zusammenwirken mit der aerodynamischen Querschnittsform eine erhebliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch das Mantelgehäuse hindurchströmenden Luftstromes im Vergleich zur Umgebung erreicht. Mit der Ausgestaltung unterschiedlicher Querschnittsformen des Mantelgehäuses sowie einem zusätzlichen im Luftaustrittsbereich des Mantelgehäuses angeordneten Diffusor-Ring befaßt sich beispielsweise auch die WO 00/50769, in welcher die unterschiedlichen Varianten von Querschnittsformen des Mantelgehäuses sowie unterschiedliche Anstellwinkel der vorge-It has been shown, as can be seen in particular from US 4,132,499, that for certain cross-sectional shapes of the casing, the yield from wind energy can be significantly improved compared to a so-called free-running wind turbine by designing the cross-sectional shape similar to the cross-sectional shape of an aircraft wing. This wing profile is designed as a circumferential ring casing, the front air inlet cross-section of which is smaller than the rear air outlet cross-section. This type of "funnel shape" in conjunction with the aerodynamic cross-sectional shape achieves a significant increase in the flow speed of the air flowing through the casing compared to the environment. WO 00/50769, for example, also deals with the design of different cross-sectional shapes of the casing and an additional diffuser ring arranged in the air outlet area of the casing, in which the different variants of cross-sectional shapes of the casing and different angles of attack of the pre-determined
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schlagenen Querschnittsprofile zur Windrichtung dargestellt sind.The cross-sectional profiles for the wind direction are shown.
Problematisch jedoch ist die Herstellung sowohl des Mantelgehäuses selbst wie auch des an diesem zusätzlich angeordneten Diffusor-Ringes insbesondere für größer bauende Mantelturbinen, deren wirksamer Durchmesser mehrere Meter betragen kann. So wird beispielsweise in der WO 00/55440 vorgeschlagen, das Mantelgehäuse aus einzelnen Segmenten herzustellen. Diese Segmente wiederum bestehen aus einem Gitterrohrrahmen, welcher außenseitig mit einer entsprechend geformten, äußeren Oberfläche, beispielsweise in Form von einzelnen Blechen, abgedeckt ist. Durch Zusammenfügen dieser einzelnen Segmente wird ein Mantelgehäuse mit aerodynamischem Querschnitt und Durchmessern von über 40 Metern hergestellt. Aufgrund des äußerst komplizierten Aufbaus ist eine derartige Herstellung eines solchen Mantelgehäuses äußerst kostspielig. Vorteilhaft bei dieser Konstruktion ist jedoch, daß das Mantelgehäuse selbst äußerst stabil aufgebaut ist, so daß der Rotor zusammen mit einem entsprechend von diesem Rotor angetriebenen Generator über eine entsprechende Stützkonstruktion zentral in das Mantelgehäuse feststehend eingebracht werden kann, ohne daß zu befürchten ist, daß das Mantelgehäuse aufgrund der hohen Belastungen einerseits gewichtsbedingt und andererseits aufgrund der auftretenden hohen Windkräfte Schaden nehmen könnte.However, the manufacture of both the casing itself and the diffuser ring additionally arranged on it is problematic, particularly for larger casing turbines whose effective diameter can be several meters. For example, WO 00/55440 proposes producing the casing from individual segments. These segments in turn consist of a tubular space frame, which is covered on the outside with a correspondingly shaped outer surface, for example in the form of individual metal sheets. By joining these individual segments together, a casing with an aerodynamic cross-section and diameters of over 40 meters is produced. Due to the extremely complicated structure, producing such a casing is extremely expensive. The advantage of this design, however, is that the casing itself is extremely stable, so that the rotor, together with a generator driven by this rotor, can be fixed centrally in the casing via a corresponding support structure, without there being any fear that the casing could be damaged due to the high loads, on the one hand due to the weight and on the other hand due to the high wind forces that occur.
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Bei weiteren bekannten Mantelgehäusen (US 4,021,135) wird das Mantelgehäuse aus einem Vollkörper hergestellt, in welchen der Rotor zusammen mit dem Generator als Einheit eingebracht wird und mittels Spanndrähten zentral im Mantelgehäuse gehalten wird. Durch dieses Verspannen des Generators im Mantelgehäuse muß eine äußerst stabile Konstruktion des Mantelgehäuses vorgesehen sein.In other known casings (US 4,021,135), the casing is made from a solid body into which the rotor is inserted together with the generator as a unit and is held centrally in the casing by means of tension wires. This bracing of the generator in the casing means that the casing must be extremely stable.
Bekannterweise sind, wie aus den angegebenen Druckschriften ersichtlich ist, diese Mantelgehäuse insbesondere für kleiner bauende Mantelturbinen aus Vollmaterial hergestellt und bestehen nach derzeitiger Kenntnis für ortsfest aufgestellte Mantelturbinen in der Regel aus einem metallischen Werkstoff. Dies wiederum bedeutet, daß insbesondere zum Erreichen einer optimalen aerodynamischen Formgebung des Gehäusequerschnittes äußerst hohe Fertigungskosten vorliegen.As is known, as can be seen from the documents cited, these casings are made of solid material, particularly for smaller casing turbines, and according to current knowledge, they are generally made of a metallic material for stationary casing turbines. This in turn means that extremely high manufacturing costs are involved, particularly in order to achieve an optimal aerodynamic shape of the casing cross-section.
Weiter ist beispielsweise aus der DE 199 03 846 Al bekannt, das Mantelgehäuse aus Beton herzustellen, um eine äußert hohe Stabilität dieses Mantelgehäuses zu erreichen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß dieses Mantelgehäuse gemäß dieser bekannten Windkraftturbine keine aerodynamische Formgebung des Gehäusequerschnittes aufweist, so daß eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades hier nur bedingt erreichbar ist. Andererseits wäre eine Mantelturbine mit Betonmantelgehäuse mit optimiertem, ae-Furthermore, it is known from DE 199 03 846 A1, for example, to manufacture the casing from concrete in order to achieve an extremely high level of stability for this casing. The disadvantage here, however, is that this casing according to this known wind turbine does not have an aerodynamic shape of the casing cross-section, so that a significant improvement in efficiency can only be achieved to a limited extent. On the other hand, a casing turbine with a concrete casing with optimized, ae-
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rodynamisch geformten Mantelgehäuse nur äußerst aufwendig herstellbar, da dies äußerst teurer und großer Formen zum Gießen des Mantelgehäuses bedarf. Außerdem weist ein aus Beton gegossenes Mantelgehäuse ein extrem hohes Eigengewicht auf, so daß für die Abstützung bzw. Fundamentierung beispielsweise einer Standsäule ebenfalls besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine ausreichende Stabilität auch bei höheren Winddrücken sicherstellen zu können. Auch dadurch wird eine solche Windkraftturbine mit Betonmantelgehäuse erheblich teurer, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz nur schwer vorstellbar ist.A rodynamically shaped casing is extremely difficult to manufacture, as this requires extremely expensive and large molds for casting the casing. In addition, a casing cast from concrete has an extremely high dead weight, so that special measures must be taken for the support or foundation of a column, for example, in order to ensure sufficient stability even at high wind pressures. This also makes such a wind turbine with a concrete casing considerably more expensive, so that it is difficult to imagine its economic use.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftturbine der gattungsgemäßen Art mit einem stabilen, leicht herstellbaren und damit kostengünstigen Mantelgehäuse auszustatten.Accordingly, the invention is based on the object of equipping a wind turbine of the generic type with a stable, easy to manufacture and thus cost-effective casing.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mantelgehäuse aus einem aerodynamisch geformten, oberflächenbeschichteten Hartschaumkörper gebildet ist, oder daß das Mantelgehäuse aus Kunststoff besteht und aus einer umlaufenden, separaten Innenwand und einer umlaufenden, separaten Außenwand gebildet wird, welche in ihrem in Achsrichtung der Rotorachse vorderen und hinteren Endbereichen miteinander, insbesondere durch eine Schweißoder Klebverbindung verbunden sind, oder daß das Mantelgehäuse aus einem oder mehreren, im Quer-The object is achieved according to the invention in that the casing is formed from an aerodynamically shaped, surface-coated rigid foam body, or in that the casing is made of plastic and is formed from a peripheral, separate inner wall and a peripheral, separate outer wall, which are connected to one another in their front and rear end regions in the axial direction of the rotor axis, in particular by a welded or adhesive connection, or in that the casing is made from one or more transversely
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schnitt aerodynamisch geformten und umlaufend in eine kreisrunde Form gebogenen Stranggußhohlprofilen gebildet ist.formed from continuously cast hollow profiles that are aerodynamically shaped and bent all the way around into a circular shape.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mantelgehäuses ist dieses in kostengünstiger Weise herstellbar. Dazu sind alternativ drei verschiedene Ausführungsformen vorgesehen. The design of the casing according to the invention allows it to be manufactured in a cost-effective manner. Three different embodiments are provided as an alternative.
So kann zum einen das Mantelgehäuse aus einem aerodynamisch geformten, oberflächenbeschichteten Hartschaumkörper gebildet sein. Solche Hartschaumkörper haben den Vorteil, daß sie in einfacher Weise präzise bearbeitet werden können, so daß die profilierte Querschnittsform des Mantelgehäuses einfach erreichbar ist. Um eine möglichst aerodynamisch günstige Oberfläche zu erreichen, ist der Hartschaumkörper desweiteren beschichtet. Als Beschichtung kommen hierbei verschiedenen Laminate zur Anwendung, welche eine äußerst präzise und glatte Oberfläche bilden. Desweiteren wird durch diese Oberflächenbeschichtung auch eine erhebliche Erhöhung der Eigenstabilität des Mantelgehäuses erreicht, so daß dieses auch größeren Belastungen, insbesondere bei Sturm oder dergleichen, standhält.For example, the casing can be made from an aerodynamically shaped, surface-coated rigid foam body. Such rigid foam bodies have the advantage that they can be precisely machined in a simple manner, so that the profiled cross-sectional shape of the casing is easy to achieve. In order to achieve the most aerodynamically favorable surface possible, the rigid foam body is also coated. Various laminates are used as the coating, which form an extremely precise and smooth surface. Furthermore, this surface coating also significantly increases the inherent stability of the casing, so that it can withstand greater loads, especially during storms or the like.
Als zweite Alternative kann das Mantelgehäuse aus Kunststoff bestehen und eine umlaufende, separate Innenwand und eine umlaufende, separate Außenwand bilden. Das bedeutet, daß das Mantelgehäuse in einfacher Weise ausAs a second alternative, the casing can be made of plastic and form a surrounding, separate inner wall and a surrounding, separate outer wall. This means that the casing can be easily made of
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formstabilen Spritzgießteilen herstellbar ist, welche beispielsweise in ihren in Achsrichtung der Rotorachse vorderen und hinteren Endbereichen miteinander verbunden sind. Die Verbindung dieser Kunststoffwände kann dabei vorzugsweise durch Schweiß- und Klebverbindungen erfolgen. dimensionally stable injection-molded parts can be produced which are connected to one another, for example, in their front and rear end areas in the axial direction of the rotor axis. The connection of these plastic walls can preferably be made by welding and adhesive joints.
Als dritte Variante ist vorgesehen, daß das Mantelgehäuse aus einem oder mehreren, im Querschnitt aerodynamisch geformten und umlaufend in eine kreisrunde Form gebogenen Stranggußhohlprofilen gebildet wird. Durch diese Ausgestaltung können insbesondere in einfacher Weise auch Mantelgehäuse mit größeren Abmessungen bis über 2 0 Meter Durchmesser und entsprechender Länge realisiert werden. Aufgrund der Verwendung von Hohlprofilen, beispielsweise Aluminiumhohlprofilen, welche im Stranggußverfahren herstellbar sind, wird bei äußerst hoher Stabilität des gesamten Mantelgehäuses ein äußerst geringes Gewicht erreicht. Dabei ist vorgesehen, daß die Stranggußhohlprofile in ihrem Querschnitt bereits dem Wandquerschnitt des Mantelgehäuses entsprechen und zum Bilden eines geschlossenen Gehäuseringes entsprechend kreisrund gebogen werden. As a third variant, the casing is made from one or more continuously cast hollow profiles with an aerodynamic cross-section and bent all the way around into a circular shape. This design makes it particularly easy to produce casings with larger dimensions of up to 20 meters in diameter and corresponding length. Due to the use of hollow profiles, for example aluminum hollow profiles, which can be produced using the continuous casting process, an extremely low weight is achieved with extremely high stability of the entire casing. The cross-section of the continuously cast hollow profiles already corresponds to the wall cross-section of the casing and is bent into a circular shape to form a closed casing ring.
Dabei kann gemäß Anspruch 2 vorgesehen sein, daß das Mantelgehäuse in Umfangsrichtung in zwei oder mehrere identisch ausgebildete Einzelsegmente unterteilt ist. DiesAccording to claim 2, it can be provided that the casing is divided in the circumferential direction into two or more identically designed individual segments. This
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hat insbesondere bei der Herstellung größerer Mantelgehäuse den Vorteil, daß die Einzelbestandteile kleiner ausgebildet sind und somit, insbesondere für den Transport, weniger Raum beanspruchen und auch selbst ein geringeres Gewicht aufweisen. Diese Aufteilung in zwei oder mehrere Einzelsegmente ist dabei für alle drei Ausgestaltungsvarianten des Mantelgehäuses gemäß Anspruch l vorgesehen. has the advantage, particularly in the manufacture of larger casings, that the individual components are smaller and thus take up less space, particularly for transport, and are also lighter themselves. This division into two or more individual segments is provided for all three design variants of the casing according to claim 1.
Desweiteren kann gemäß Anspruch 3 für die zweite Alternative der Ausgestaltung des Mantelgehäuses aus Kunststoff vorgesehen sein, daß die Innenwand und die Außenwand des Mantelgehäuses einen ein- oder mehrteiligen Hohlraum bilden, welcher mit einem aushärtenden Hartschaum ausgeschäumt ist. Auch diese zusätzliche Ausschäumung des Hohlraumes zwischen der Innenwand und der Außenwand bewirkt eine erhebliche Aussteifung des gesamten Mantelgehäuses, so daß auch die Variante aus Kunststoff eine äußerst hohe Eigenstabilität aufweist und somit auch für größere Belastungen und auch für größere Abmessungen geeignet ist.Furthermore, according to claim 3, for the second alternative of the design of the plastic casing, it can be provided that the inner wall and the outer wall of the casing form a single or multi-part cavity which is filled with a hardening rigid foam. This additional foaming of the cavity between the inner wall and the outer wall also results in considerable stiffening of the entire casing, so that the plastic variant also has an extremely high inherent stability and is therefore also suitable for greater loads and for larger dimensions.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann gemäß Anspruch 4 vorgesehen sein, daß das Mantelgehäuse in Achsrichtung der Drehachse des Rotors in zwei oder mehrere hintereinanderliegende und miteinander zu einem Gehäusekörper verbundene Stranggußhohlprofile unterteilt ist.In a further advantageous embodiment, according to claim 4, it can be provided that the casing is divided in the axial direction of the axis of rotation of the rotor into two or more continuous cast hollow profiles lying one behind the other and connected to one another to form a housing body.
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Auch durch diese Unterteilung wird ein einfacher Transport für größere Mantelgehäuse erreicht. Dabei bilden die einzelnen, hintereinanderliegende und miteinander verbundenen Stranggußhohlprofile im Bereich ihrer jeweiligen axialen Länge einen Teilabschnitt der aerodynamischen Querschnittsform. D.h., daß die axialen Stranggußhohlprofile kastenartig ausgebildet sind und in ihrer zusammengesetzten Struktur die fertige Querschnittsform des gesamten Mantelgehäuses bilden.This subdivision also makes it easier to transport larger casings. The individual continuous cast hollow profiles, which are arranged one behind the other and connected to one another, form a section of the aerodynamic cross-sectional shape in the area of their respective axial length. This means that the axial continuous cast hollow profiles are designed like boxes and, in their assembled structure, form the finished cross-sectional shape of the entire casing.
weiterhin kann gemäß Anspruch 5, insbesondere auch für größere Mantelgehäuse vorgesehen sein, daß nur ein vorderes und ein hinteres Stranggußhohlprofil vorgesehen ist, deren Formgebung der Querschnittsform des Mantelgehäuses in den entsprechenden axialen Bereichen entspricht. Zwisehen diesen in axialer Richtung voneinander beabstandeten Stranggußhohlprofilen sind zum Erreichen der restlichen Querschnittsform innere und äußere Leitbleche vorgesehen, durch welche die Stranggußhohlprofile feststehend miteinander verbunden sind. Diese Leitbleche bilden dabei im entsprechenden axialen Bereich die Innenwand und die Außenwand des Mantelgehäuses. Es versteht sich, daß dabei die Leitbleche ebenfalls in Umfangsrichtung gebogen sind und aber auch in axialer Richtung eine entsprechend gebogene Profilierung aufweisen, so daß die Leitbleche zusammen mit den Stranggußhohlprofilen die aerodynamische Querschnittsform des Mantelgehäuses bilden.Furthermore, according to claim 5, particularly for larger casings, it can be provided that only one front and one rear continuous cast hollow profile are provided, the shape of which corresponds to the cross-sectional shape of the casing in the corresponding axial areas. Between these continuous cast hollow profiles, which are spaced apart from one another in the axial direction, inner and outer guide plates are provided to achieve the remaining cross-sectional shape, by means of which the continuous cast hollow profiles are fixedly connected to one another. These guide plates form the inner wall and the outer wall of the casing in the corresponding axial area. It goes without saying that the guide plates are also bent in the circumferential direction and also have a correspondingly bent profile in the axial direction, so that the guide plates together with the continuous cast hollow profiles form the aerodynamic cross-sectional shape of the casing.
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Dabei kann gemäß Anspruch 6 vorgesehen sein, daß insbesondere bei größerer axialer Länge des Mantelgehäuses und damit bei größerem axialen Abstand der beiden Stranggußhohlprofile gemäß Anspruch 5 zwischen den inneren und äußeren Leitblechen Versteifungsstege eingebracht sind. Hierdurch kann insbesondere eine äußerst hohe Eigensteifigkeit des Mantelgehäuses und zum anderen auch eine präzise Querschnittsform erreicht werden.According to claim 6, it can be provided that, particularly with a greater axial length of the casing and thus with a greater axial distance between the two continuously cast hollow profiles according to claim 5, stiffening webs are introduced between the inner and outer guide plates. This makes it possible to achieve an extremely high inherent rigidity of the casing and, on the other hand, a precise cross-sectional shape.
Um nun das erfindungsgemäß ausgestaltete Mantelgehäuse möglichst geringen äußeren Belastungen auszusetzen, ist gemäß Anspruch 7 vorgesehen, daß der Rotor zusammen mit dem Generator auf einer das Mantelgehäuse radial durchragenden, säulenartigen und auf einem Untergrund feststehend montierbaren Tragvorrichtung gelagert ist. Dabei ist desweiteren vorgesehen, daß das Mantelgehäuse über eine separate Stützvorrichtung abgestützt wird. Diese Stützvorrichtung kann dabei wahlweise auf dem Untergrund, an der Tragvorrichtung des Rotors oder auch des Generators befestigt sein. Auch eine Befestigung beispielsweise durch entsprechende Stützstreben des Mantelgehäuses direkt am Generator ist erfindungsgemäß vorgesehen. Durch diese selbsttragende Halterung des Mantelgehäuses werden auf das Mantelgehäuse keine zusätzlichen Belastungen beispielsweise durch das Eigengewicht des Rotors zusammen mit dem Generator oder auch den am Rotor wirkenden Winddruck übertragen.In order to subject the casing designed according to the invention to as little external load as possible, according to claim 7, the rotor is mounted together with the generator on a column-like support device that projects radially through the casing and can be mounted in a fixed position on a base. It is also provided that the casing is supported by a separate support device. This support device can be attached either to the base, to the support device of the rotor or to the generator. The invention also provides for attachment, for example by means of corresponding support struts of the casing directly to the generator. Due to this self-supporting mounting of the casing, no additional loads are transferred to the casing, for example due to the dead weight of the rotor together with the generator or the wind pressure acting on the rotor.
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NEYMEYER & PARTNER GbR, Patentanwälte MN/mnNEYMEYER & PARTNER GbR, Patent Attorneys MN/mn
17. September 200117 September 2001
Die Kopplung der separaten Stützvorrichtung des Mantelgehäuses sowie der separaten Tragvorrichtung des Rotors bzw. Generators ist dabei derart ausgebildet, daß gemäß Anspruch 8 der Rotor, der Generator und das Mantelgehäuse gemeinsam um eine im wesentlichen vertikale, rechtwinklig zur Rotorachse verlaufende Drehachse drehbar gelagert sind. Dabei ist eine drehfeste Verbindung der Stützvorrichtung und der Tragvorrichtung vorgesehen, so daß bei der Ausrichtung der gesamten Windkraftturbine abhängig von der Windrichtung sich der Rotor mit dem Generator zusammen mit dem Mantelgehäuse gemeinsam auf diese entsprechend vorliegende Windrichtung ausrichten.The coupling of the separate support device of the casing and the separate support device of the rotor or generator is designed in such a way that, according to claim 8, the rotor, the generator and the casing are jointly mounted so that they can rotate about an essentially vertical axis of rotation running at right angles to the rotor axis. A rotationally fixed connection of the support device and the support device is provided so that when the entire wind turbine is aligned depending on the wind direction, the rotor with the generator together with the casing are aligned together with this corresponding wind direction.
Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades kann gemäß Anspruch 9 vorgesehen sein, daß im Bereich des Luftaustritts am Mantelgehäuse wenigstens ein im Durchmesser größerer Diffusor-Ring vorgesehen ist, welcher in Richtung der Luftströmung kegelförmig erweitert ausgebildet ist. Zum Mantelgehäuse hin wird zwischen dem Diffusor-Ring und dem Mantelgehäuse ein im wesentlichen vollständig umlaufender Luftspalt gebildet, durch welchen in Zusammenwirken mit der radial nach außen gerichteten Umlenkung des Luftstromes eine zusätzliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch das Mantelgehäuse hindurchgeleiteten Luftstromes bewirkt wird. Damit wird durch diesen Diffusor-Ring der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Windkraftturbine weiter verbessert.To further improve the efficiency, according to claim 9, at least one diffuser ring with a larger diameter is provided in the area of the air outlet on the casing, which is conically widened in the direction of the air flow. Towards the casing, an essentially completely circumferential air gap is formed between the diffuser ring and the casing, which, in conjunction with the radially outward deflection of the air flow, causes an additional increase in the flow speed of the air flow passed through the casing. This diffuser ring thus further improves the efficiency of the wind turbine according to the invention.
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Je nach Größe und Ausgestaltung des Mantelgehäuses können gemäß Anspruch 10 im Bereich des Luftaustritts am Mantelgehäuse auch mehrere Diffusor-Ringe mit größer werdendem Durchmesser vorgesehen sein. In Strömungsrichtung sind diese dabei hintereinander angeordnet und bilden jeweils ebenfalls zwischen sich einen im wesentlichen vollständig umlaufenden Luftspalt. Auch durch diese Ausgestaltung wird der Wirkungsgrad der Windkraftturbine weiter verbessert. Depending on the size and design of the casing, several diffuser rings with increasing diameters can also be provided in the area of the air outlet on the casing according to claim 10. These are arranged one behind the other in the direction of flow and also form an essentially completely circumferential air gap between them. This design also further improves the efficiency of the wind turbine.
Daß die gemäß Anspruch 9 und 10 vorgesehene Luftspalte "im wesentlichen" vollständig umlaufen sollen, bedeutet, daß diese lediglich durch entsprechende Haltestege der Ringe untereinander bzw. des ersten Diffusor-Ringes am Mantelgehäuse unterbrochen sein sollen, um die Wirkung der zusätzlich eingebrachten und radial nach außen umgelenkten Luftströmung möglichst optimal zu gestalten.The fact that the air gaps provided according to claims 9 and 10 are to run "essentially" all the way around means that they are to be interrupted only by corresponding retaining webs between the rings or the first diffuser ring on the casing in order to optimize the effect of the additionally introduced and radially outwardly deflected air flow as much as possible.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Windkraftturbine sowie unterschiedliche Varianten der Ausgestaltung des Mantelgehäuses dargestellt. Dabei ist die Erfindung nicht auf das konkrete Ausführungsbeispiel bzw. Ausgestaltungen des Mantelgehäuses beschränkt, sondern umfaßt auch weitere, nicht konkret als Ausführungsbeispiel beschriebe Varianten, welche Inhalt der Patentansprüche sind. Es zeigt:An embodiment of the wind turbine according to the invention and different variants of the design of the casing are shown below with the aid of the drawing. The invention is not limited to the specific embodiment or designs of the casing, but also includes other variants not specifically described as embodiments, which are the subject of the patent claims. It shows:
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7S052<Villlji<>fcn-Sfl1jV;tiniB&(i (DE) 17. September 20017S052<Villlji<>fcn-Sfl 1 j V ;tini B & ( i (DE) September 17, 2001
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Windkraftturbine der erfindungsgemäßen Art;Fig. 1 is a perspective view of a wind turbine of the type according to the invention;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Windkraftturbine aus Fig. l;Fig. 2 is a vertical section through the wind turbine of Fig. l;
Fig. 3 die Schwenklagerung der Windkraftturbine aus den Fig. 1 und 2 als vergrößerten Ausschnitt III aus Fig. 2;Fig. 3 shows the pivot bearing of the wind turbine from Figs. 1 and 2 as an enlarged section III from Fig. 2;
Fig. 4 einen Querschnitt durch das Mantelgehäuse der Windkraftturbine bestehend aus einem oberflächenbeschichteten Hartschaumkörper;Fig. 4 a cross-section through the casing of the wind turbine consisting of a surface-coated rigid foam body;
Fig. 5 einen Querschnitt durch das Mantelgehäuse bestehend aus Kunststoff mit einer umlaufenden, separaten Innen- und Außenwand;Fig. 5 a cross-section through the casing made of plastic with a surrounding, separate inner and outer wall;
Fig. 6 einen Querschnitt durch das Mantelgehäuse, welches aus einem vorderem und hinteren StranggußFig. 6 a cross section through the casing, which consists of a front and rear continuous casting
hohlprofil gebildet wird, welche über ein inneres und ein äußeres Leitblech miteinander verbunden sind,-hollow profile, which are connected to each other via an inner and an outer guide plate,-
Fig. 7 das Ausführungsbeispiel des Gehäusequerschnittes gemäß Fig. 5 mit zusätzlichen Aussteifungs-Fig. 7 the embodiment of the housing cross-section according to Fig. 5 with additional stiffening
stegen;bridges;
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Fig. 8 ein in axialer Richtung in mehrere Stranggußprofile unterteiltes Mantelgehäuse im Querschnitt; Fig. 8 shows a casing divided in axial direction into several continuous cast profiles in cross section;
Fig. 9 ein einstückig als Stranggußprofil hergestelltes Mantelgehäuse im Querschnitt.Fig. 9 shows a cross-section of a casing made in one piece as an extruded profile.
Fig. l zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Windkraftturbine l mit einem Mantelgehäuse 2, einem Rotor 3, einem Generator 4 sowie einem am hinteren Ende des Mantelgehäuses 2 angeordneten Diffusor-Ring 5. Der Rotor 3 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit fünf Rotorblättern 6 versehen, durch welche der Rotor bei einer entsprechenden durch das Mantelgehäuse 2 hindurchströmenden Luftströmung rotierend angetrieben wird. Diese Rotationsbewegung des Rotors 3 wird über eine entsprechende mechanische Kopplung auf den in der Zeichnung nicht näher dargestellten Generator 4 übertragen, so daß dieser elektrische Energie erzeugt.Fig. 1 shows a perspective view of a wind turbine 1 according to the invention with a casing 2, a rotor 3, a generator 4 and a diffuser ring 5 arranged at the rear end of the casing 2. In the present embodiment, the rotor 3 is provided with five rotor blades 6, by means of which the rotor is driven in rotation when an appropriate air flow flows through the casing 2. This rotational movement of the rotor 3 is transmitted via a corresponding mechanical coupling to the generator 4 (not shown in detail in the drawing), so that the generator generates electrical energy.
Das Mantelgehäuse 2 weist eine aerodynamische Form auf, dessen Querschnittsform der Tragflügelform eines Flugzeugtragflügeis ähnlich ist, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 weiter erkennbar ist, ist der Rotor 3 zusammen mit dem Generator 4 auf einer säulenartigen, auf dem Untergrund feststehend montierbaren Tragvorrichtung 7 angeordnet. Zur Montage des Rotors 3 zusammen mit dem Generator 4 auf der Trag-The casing 2 has an aerodynamic shape, the cross-sectional shape of which is similar to the shape of the wing of an aircraft, as can be seen in particular from Fig. 2. As can be seen from Figs. 1 and 2, the rotor 3 together with the generator 4 is arranged on a column-like support device 7 that can be mounted in a fixed position on the ground. To mount the rotor 3 together with the generator 4 on the support device,
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vorrichtung 7 ist eine Art Kreuzschlitten 8 vorgesehen, welcher beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem vertikal nach unten gerichteten Montagezylinder 9 feststehend auf der Tragvorrichtung 7 montiert ist.device 7, a type of cross slide 8 is provided, which in the present embodiment is fixedly mounted on the support device 7 with a vertically downward-directed mounting cylinder 9.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Kreuzschlitten 8 aus einer unteren Stützplatte 10, auf welcher eine zweite Lagerplatte Il vorgesehen ist, die mit der Stützplatte 10 über eine Schwalbenschwanzverbindung 12 (Fig. 2) in horizontaler Richtung quer zur Drehachse 13 des Rotors 3 verstellbar gelagert ist. Desweiteren ist auf dieser Lagerplatte Il eine Montageplatte 14 vorgesehen, auf welcher der Generator 4 feststehend montiert ist. Diese Montageplatte 14 steht ihrerseits wiederum über eine quer zur Schwalbenschwanzverbindung 12 verlaufend ausgerichteten Schwalbenschwanzverbindung 15 mit der mittleren Lagerplatte Il in axialer Richtung der Drehachse 13 verstellbar in Verbindung. Durch diese beiden Schwalbenschwanzverbindungen 12 und 15 ist der Generator 4 und somit auch der Rotor 3 bezüglich des Mantelgehäuses 2 einerseits zentriert ausrichtbar und andererseits ist eine optimale axiale Position des Rotors 3 mit seinen Rotorblättern 6 möglichst im engsten Querschnittsbereichs des Luftdurchtritts des Mantelgehäuses 2 einstellbar.In the present embodiment, the cross slide 8 consists of a lower support plate 10 on which a second bearing plate II is provided, which is adjustably mounted with the support plate 10 via a dovetail connection 12 (Fig. 2) in the horizontal direction transverse to the axis of rotation 13 of the rotor 3. Furthermore, a mounting plate 14 is provided on this bearing plate II, on which the generator 4 is fixedly mounted. This mounting plate 14 is in turn connected to the middle bearing plate II in the axial direction of the axis of rotation 13 via a dovetail connection 15 running transversely to the dovetail connection 12. By means of these two dovetail connections 12 and 15, the generator 4 and thus also the rotor 3 can be aligned centrally with respect to the casing 2 on the one hand and an optimal axial position of the rotor 3 with its rotor blades 6 can be set as far as possible in the narrowest cross-sectional area of the air passage of the casing 2.
Desweiteren weisen die Stützplatte 10 und die Lagerplatte 11 rückseitig einen Verlängerungsabschnitt 16 bzw. 17Furthermore, the support plate 10 and the bearing plate 11 have an extension section 16 and 17 respectively on the rear side.
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auf, welche zur Abstützung eines Lagermoduls 18 für insgesamt vier im Ausströmbereich des Mantelgehäuses 2 im hinteren Endbereich angeordnete Schließklappen 19 vorgesehen ist. Desweiteren weist dieses Lagermodul 18 einen Stellantrieb auf, welcher insbesondere in den Fig. 1 und 2 vereinfacht als Stellwelle 20 dargestellt ist und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zur exakten axialen Positionierung in Richtung der Drehachse 13 des Rotors 3 für den Generator 4 zusammen mit der Rotor 3 dient.which is provided for supporting a bearing module 18 for a total of four closing flaps 19 arranged in the rear end area of the outflow area of the casing 2. Furthermore, this bearing module 18 has an actuator, which is shown in simplified form in particular in Figs. 1 and 2 as an actuating shaft 20 and in the present embodiment is used for exact axial positioning in the direction of the axis of rotation 13 of the rotor 3 for the generator 4 together with the rotor 3.
Eine solche axiale Position sollte dabei derart gewählt sein, daß der Rotor im Betriebszustand mit seinen Rotorblättern 6 im wesentlichen im Bereich der engsten inneren Stelle des Mantelgehäuses 2 angeordnet ist. Eine solche axiale Einstellung kann hier auch manuell durch einfaches Verdrehen der Stellwelle 2 0 geschehen, welche bei Erreichen der optimalen axialen Position der Rotorblätter 6 arretierbar ist. Desgleichen gilt auch für die Schwalbenschwanzverbindung 12, welche ebenfalls über entsprechende Stellspindeln in ihrer horizontalen Querlage zur Stützplatte 10 eingestellt und festgelegt werden kann. Desweiteren ist auch eine entsprechende Höheneinstellung der gesamten Anordnung, bestehend aus Rotor 3, Generator 4, Montageplatte 14, Lagerplatte Il und Stützplatte 10 vorgesehen, welche im Bereich des Montagezylinders 9 vorgesehen sein kann und eine entsprechende vertikale, relati-Such an axial position should be selected in such a way that the rotor in the operating state with its rotor blades 6 is arranged essentially in the area of the narrowest inner point of the casing 2. Such an axial adjustment can also be carried out manually by simply turning the adjusting shaft 20, which can be locked when the optimal axial position of the rotor blades 6 is reached. The same applies to the dovetail connection 12, which can also be adjusted and fixed in its horizontal transverse position to the support plate 10 using corresponding adjusting spindles. Furthermore, a corresponding height adjustment of the entire arrangement, consisting of rotor 3, generator 4, mounting plate 14, bearing plate II and support plate 10, is also provided, which can be provided in the area of the mounting cylinder 9 and has a corresponding vertical, relative
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ve Einstellung der Drehachse 13 zu deren konzentrischen Ausrichtung bezüglich des Mantelgehäuses 2 ermöglicht.ve adjustment of the axis of rotation 13 for its concentric alignment with respect to the casing 2.
Wie desweiteren aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist das Mantelgehäuse 2 über eine separate Stützvorrichtung S 21 selbsttragend mit dem Untergrund verbindbar.As can also be seen from Fig. 1 and 2, the casing 2 can be connected to the substrate in a self-supporting manner via a separate support device S 21.
Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist diese Stützvorrichtung 21 ein Bestandteil des Mantelgehäuses Die Tragvorrichtung 7 des Rotors 3 und des Generators 4 durchragt dabei sowohl das Mantelgehäuse 2 als auch die Stützvorrichtung 21 des Mantelgehäuses 2. Die Tragvorrichtung 7 und die Stützvorrichtung 21 sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und jeweils mit einem unteren Montageflansch 22 bzw. 23 versehen, über diese beiden Montageflansche und 23 sind die Tragvorrichtung 7 und die Stützvorrichtung 21 zusammen an einem drehbaren Lagerring 24 montiert, welcher wiederum an einer Lagerplatte 25 drehbar aufgenommen ist.As can be seen in particular from Fig. 3, this support device 21 is a component of the casing. The support device 7 of the rotor 3 and the generator 4 extends through both the casing 2 and the support device 21 of the casing 2. In the present exemplary embodiment, the support device 7 and the support device 21 are essentially cylindrical and are each provided with a lower mounting flange 22 and 23, respectively. Via these two mounting flanges 22 and 23, the support device 7 and the support device 21 are mounted together on a rotatable bearing ring 24, which in turn is rotatably received on a bearing plate 25.
Der Lagering 24 und die Lagerplatte 25 bilden zusammen ein Wälzlager, wobei die Lagerplatte 25 zur endgültigen Montage der gesamten Windkraftturbine auf einem Untergrund, wie beispielsweise einer Tragsäule, (in der Zeichnung nicht näher dargestellt) feststehend montierbar ist.The bearing ring 24 and the bearing plate 25 together form a rolling bearing, wherein the bearing plate 25 can be fixedly mounted on a base, such as a support column (not shown in detail in the drawing), for the final assembly of the entire wind turbine.
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Durch die gemeinsame Montage der Tragvorrichtung 7 mit ihrem Montageflansch 22 und der Stützvorrichtung 21 mit ihrem Montageflansch 23 am Lagerring 24 und deren konzentrische Anordnung bezüglich der vertikalen Drehachse 2 6 des aus dem Lagerring 24 und der Lagerplatte 25 bestehenden Wälzlagers wird somit eine gemeinsame Schwenkbewegung des Montagegehäuses 2 und dem Rotor 3 zusammen mit dem Generator 4 erreicht. Durch diese drehbare Lagerung des Mantelgehäuses 2 zusammen mit dem Rotor 3 und dem Generator 4 richtet sich die gesamte Windkraftturbine 1 automatisch auf die gerade vorherrschende Windrichtung aus.By jointly mounting the support device 7 with its mounting flange 22 and the support device 21 with its mounting flange 23 on the bearing ring 24 and their concentric arrangement with respect to the vertical axis of rotation 26 of the rolling bearing consisting of the bearing ring 24 and the bearing plate 25, a joint pivoting movement of the mounting housing 2 and the rotor 3 together with the generator 4 is achieved. By this rotatable mounting of the casing 2 together with the rotor 3 and the generator 4, the entire wind turbine 1 automatically aligns itself to the prevailing wind direction.
Dies ist beispielhaft in den Fig. 1 und 2 durch die Pfeile 27 und 28 dargestellt. Dabei ist erkennbar, daß eine solche Ausrichtung derart erfolgt, daß die Luftströmung im Bereich der Rotorblätter 6, also vorderseitig, in das Mantelgehäuse 2 eintritt und rückseitig im Bereich des Diffusor-Ringes 5 wieder aus dem Mantelgehäuse 2 austritt. Aufgrund der "kegelförmig" profiliert erweiterten Formgebung in Strömungsrichtung der Pfeile 2 7 und 2 8 und der aerodynamische Formgebung des Mantelgehäuses 2, wie dies insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, wird eine erhebliche Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Mantelgehäuses 2, insbesondere im axialen Bereich der Rotorblätter 6, erreicht, so daß der Wirkungsgrad zur Ausnutzung der Windenergie erheblich gesteigert wird.This is shown by way of example in Fig. 1 and 2 by arrows 27 and 28. It can be seen that such an alignment is carried out in such a way that the air flow enters the casing 2 in the area of the rotor blades 6, i.e. at the front, and exits the casing 2 again at the rear in the area of the diffuser ring 5. Due to the "conical" profiled expanded shape in the flow direction of the arrows 2 7 and 2 8 and the aerodynamic shape of the casing 2, as can be seen in particular from Fig. 2, a considerable acceleration of the flow velocity within the casing 2, in particular in the axial area of the rotor blades 6, is achieved, so that the efficiency of utilizing wind energy is significantly increased.
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Wie aus den Fig. l und 2 andeutungsweise bereits erkennbar ist, weist das Mantelgehäuse 2 im Querschnitt eine Innenwand 34 und eine Außenwand 35 auf. Dabei sind unterschiedliche Strukturen für das Mantelgehäuse 2 vorgesehen, welche in den nachfolgend beschriebenen Fig. 4 bis 9 näher erläutert werden.As can already be seen from Fig. 1 and 2, the casing 2 has an inner wall 34 and an outer wall 35 in cross section. Different structures are provided for the casing 2, which are explained in more detail in Fig. 4 to 9 described below.
Wie aus den Fig. 1 und 2 weiterhin erkennbar ist, weist der Diffusor-Ring 5 einen größeren Durchmesser auf als der hintere Endbereich des Mantelgehäuses 2. Zur Montage des Diffusor-Ringes 5 dienen mehrere Radialstege 29, welche beispielsweise im hinteren Endbereich des Mantelgehäuses 2 eingelassen sind. Diese Radialstege 29 können einstückiger Bestandteil des Diffusor-Ringes 5 oder auch einstückiger Bestandteil des Mantelgehäuses 2 sein. Auch eine separate Ausbildung dieser Radialstege 29 ist vorgesehen, wobei zwischen den Radialstegen 29 und dem Mantelgehäuse 2 einerseits und den Radialstegen 29 und dem Diffusor-Ring 5 andererseits Schraub-, Kleb- oder auch anderweitig geeignete Verbindungen vorgesehen sein können.As can also be seen from Fig. 1 and 2, the diffuser ring 5 has a larger diameter than the rear end region of the casing 2. Several radial webs 29 are used to mount the diffuser ring 5, which are embedded, for example, in the rear end region of the casing 2. These radial webs 29 can be an integral part of the diffuser ring 5 or an integral part of the casing 2. A separate design of these radial webs 29 is also provided, whereby screw, adhesive or other suitable connections can be provided between the radial webs 29 and the casing 2 on the one hand and the radial webs 29 and the diffuser ring 5 on the other.
Wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar ist, ist auch der Diffusor-Ring 5 in Strömungsrichtung der Pfeile 28 kegelförmig erweitert ausgebildet, so daß durch diesen eine Verstärkung der Beschleunigungswirkung der Luftströmung bewirkt wird. Mit maßgeblich für diese Wirkung ist auch, daß der Diffusor-Ring 5 zum Mantelgehäuse 2 hin auf demAs can be seen in particular from Fig. 2, the diffuser ring 5 is also designed to be conically widened in the flow direction of the arrows 28, so that this increases the acceleration effect of the air flow. Another decisive factor for this effect is that the diffuser ring 5 is mounted on the
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kompletten Umfang beabstandet ist und somit ein im wesentlichen vollständig umlaufender Ringspalt 3 0 gebildet wird. Durch diesen Ringspalt 3 0 strömt ein an der Außenfläche des Mantelgehäuses 2 entlangströmender Luststrom (Pfeil 31) hindurch und wird durch die kegelige, ebenfalls aerodynamisch ausgestaltete Querschnittsform des Diffusor-Ringes 5, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, ebenfalls nochmals radial nach außen umgelenkt, wodurch wiederum die Saugwirkung am Ende des Mantelgehäuses 2 verstärkt wird. Dies führt wiederum zu einer Beschleunigung der Luftströmung innerhalb des Mantelgehäuses 2, insbesondere im Bereich der Rotorblätter 6. Zur weiteren Verstärkung der Strömungsgeschwindigkeit können noch weitere Diffusor-Ringe vorgesehen sein, welehe wiederum radial größer ausgebildet sind als der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Diffusor-Ring 5, so daß eine weitere Strömungsverstärkung bewirkt werden kann.entire circumference and thus an essentially completely circumferential annular gap 3 0 is formed. A flow of air (arrow 31) flowing along the outer surface of the casing 2 flows through this annular gap 3 0 and is also deflected radially outwards again by the conical, also aerodynamically designed cross-sectional shape of the diffuser ring 5, as is already known from the prior art, which in turn increases the suction effect at the end of the casing 2. This in turn leads to an acceleration of the air flow within the casing 2, in particular in the area of the rotor blades 6. To further increase the flow speed, further diffuser rings can be provided, which in turn are radially larger than the diffuser ring 5 shown in Figs. 1 and 2, so that a further flow amplification can be achieved.
Fig. 4 zeigt einen Querschnittsaufbau eines Mantelgehäuses 2/1, wie er insbesondere für Mantelgehäuse kleinerer Durchmesser, beispielsweise von 1,5 bis 5 m, verwendet werden kann. Ein solcher Aufbau ist allerdings nicht auf diese Durchmessergröße des Mantelgehäuses 2/1 beschränkt.Fig. 4 shows a cross-sectional structure of a jacket housing 2/1, as can be used in particular for jacket housings of smaller diameters, for example from 1.5 to 5 m. Such a structure is, however, not limited to this diameter size of the jacket housing 2/1.
Gemäß des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 ist vorgesehen, daß das Mantelgehäuse 2/1 aus einem aerodynamisch geformten, oberflächenbeschichteten Hartschaumkörper 32 gebil-According to the embodiment of Fig. 3, it is provided that the casing 2/1 is formed from an aerodynamically shaped, surface-coated hard foam body 32.
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det ist. Dieser Hartschauttikörper 32 kann in einfachster Weise mechanisch bearbeitet werden, so daß eine präzise Querschnittsform, wie diese in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist, äußerst kostengünstig erreichbar ist. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Eigenstabilität, eines als Hartschaumkörper 32 ausgebildeten Mantelgehäuses 2 ist eine Oberflächenbeschichtung 33 vorgesehen, welche die gesamte Oberfläche des Hartschaumkörpers 32 umgibt. Durch diese Beschichtung, welche beispielsweise als GFK-Laminat ausgeführt sein kann, wird die Stabilität des Hartschaumkörpers 32 in bezug auf seine Steifigkeit und auch Formstabilität erheblich verbessert. Desweiteren sind derartige Laminate äußerst einfach zu bearbeiten, so daß auch eine äußerst glatte, strömungsgünstige Oberflächenstruktur erreichbar ist. Es ist erkennbar, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 auch der Diffusor-Ring 5/1 aus einem beschichteten Hartschaumkörper gebildet wird. Auch der vereinfacht dargestellte Radialsteg kann aus einem solchen Material hergestellt sein, wodurch sich ein äußerst geringes Gesamtgewicht des Mantelgehäuses 2/1 ergibt.This hard foam body 32 can be machined in a very simple manner so that a precise cross-sectional shape, as shown by way of example in Fig. 3, can be achieved extremely cost-effectively. To improve the mechanical properties, in particular the inherent stability, of a casing 2 designed as a hard foam body 32, a surface coating 33 is provided which surrounds the entire surface of the hard foam body 32. This coating, which can be designed as a GRP laminate, for example, significantly improves the stability of the hard foam body 32 in terms of its rigidity and also dimensional stability. Furthermore, such laminates are extremely easy to machine so that an extremely smooth, aerodynamic surface structure can be achieved. It can be seen that in this embodiment of Fig. 4 the diffuser ring 5/1 is also formed from a coated hard foam body. The radial web shown in simplified form can also be made from such a material, which results in an extremely low overall weight of the casing 2/1.
Alternativ zu dieser Ausbildung des Mantelgehäuses kann dieses auch aus Kunststoff bestehen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Dabei ist vorgesehen, daß das Mantelgehäuse 2/2 aus einer separaten Innenwand 3 6 und separaten Außenwand 37 besteht. Diese Innenwand 36 und diese Außen-As an alternative to this design of the casing, it can also be made of plastic, as shown in Fig. 5. It is provided that the casing 2/2 consists of a separate inner wall 36 and a separate outer wall 37. This inner wall 36 and this outer
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wand 3 7 können dabei als Spritzgießteil hergestellt werden, wodurch eine äußerst hohe Präzision der Querschnittsform des Mantelgehäuses 2/2 erreichbar ist. Im vorderen Endbereich 3 8 sowie im hinteren Endbereich 39 kann zur Verbindung der Innenwand 36 und der Außenwand eine Klebverbindung oder auch eine Kunststoff-Schweißverbindung vorgesehen sein.wall 3 7 can be manufactured as an injection-molded part, whereby an extremely high precision of the cross-sectional shape of the casing 2/2 can be achieved. In the front end area 3 8 and in the rear end area 39, an adhesive connection or a plastic welded connection can be provided to connect the inner wall 36 and the outer wall.
Damit bilden die Innenwand 36 und die Außenwand 37 einen geschlossenen, umlaufenden Hohlraum 40, welcher zu weiteren Stabilisierung des Mantelgehäuses 2/2 ebenfalls ausgeschäumt sein kann. Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, kann der Diffusor-Ring 5/2 auf die gleiche Art und Weise hergestellt sein und ebenfalls aus Kunststoff bestehen und eine separate Innenwand 41 sowie separate Außenwand 42 aufweisen, welche ebenfalls in ihren Kontaktbereichen verklebt oder verschweißt sein können. Auch kann im Falle des Diffusor-Ringes 5/2 eine Ausschäumung dessen Hohlraumes 34 vorgesehen sein, wodurch eine erhöhte Stabilität des Diffusor-Ringes 5/2 erreicht wird.The inner wall 36 and the outer wall 37 thus form a closed, circumferential cavity 40, which can also be filled with foam to further stabilize the casing 2/2. As can also be seen from Fig. 5, the diffuser ring 5/2 can be manufactured in the same way and also consist of plastic and have a separate inner wall 41 and a separate outer wall 42, which can also be glued or welded in their contact areas. In the case of the diffuser ring 5/2, its cavity 34 can also be filled with foam, which increases the stability of the diffuser ring 5/2.
Diesen beiden Ausfuhrungsformen des Mantelgehäuses 2/1 und 2/2 gemäß der Ausführungsbeispiele der Fig. 4 und 5 ist gemeinsam, daß diese sich durch eine äußerst hohe Formstabilität und durch ein äußerst geringes Gewicht auszeichnen. Dies wiederum hat zur Folge, daß keine schweren Fundamente oder dergleichen verwendet werdenThese two embodiments of the casing 2/1 and 2/2 according to the embodiments in Fig. 4 and 5 have in common that they are characterized by extremely high dimensional stability and extremely low weight. This in turn means that no heavy foundations or the like are used.
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müssen, um eine Windkraftturbine der erfindungsgemäßen Art auf dem Untergrund verankern zu können. Insbesondere im Vergleich zu einer freifahrenden Winkraftturbine ergibt sich ein nur geringfügig höheres Gesamtgewicht bei gleichem wirksamen Durchmesser des Rotors, d.h. bei gleicher Baugröße.in order to be able to anchor a wind turbine of the type according to the invention to the ground. In particular, in comparison to a free-running wind turbine, the total weight is only slightly higher for the same effective diameter of the rotor, i.e. for the same size.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Querschnitt sform eines Mantelgehäuses 2/3, bei welchem der vordere Endbereich 45 und der hintere Endbereich 4 6 des Mantelgehäuses 2/3 aus einem vorgefertigten Stranggußhohlprofil 47 bzw. 48 gebildet wird. Die beiden Stranggußhohlprofile 47 und 48 bilden dabei im jeweiligen axialen vorderen Endbereich 45 bzw. hinteren Endbereich 46 einen Teil der gewünschten Querschnittsform des Mantelgehäuses 2/3. Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, weisen diese beiden Stranggußhohlprofile 47 und 48 einen relativ großen axialen Abstand voneinander auf, welcher beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 durch entsprechend gebogene, den Rest der aerodynamischen Querschnittsform des Mantelgehäuses 2/3 bildende Leitbleche 49 und 50 miteinander verbunden sind.Fig. 6 shows a further embodiment of the cross-sectional shape of a casing 2/3, in which the front end region 45 and the rear end region 46 of the casing 2/3 are formed from a prefabricated continuously cast hollow profile 47 or 48. The two continuously cast hollow profiles 47 and 48 form part of the desired cross-sectional shape of the casing 2/3 in the respective axial front end region 45 and rear end region 46. As can also be seen from Fig. 6, these two continuously cast hollow profiles 47 and 48 have a relatively large axial distance from one another, which in the embodiment according to Fig. 6 are connected to one another by correspondingly curved guide plates 49 and 50 which form the remainder of the aerodynamic cross-sectional shape of the casing 2/3.
Diese Leitbleche 49 und 50 weisen in ihrem jeweiligen Axialbereich eine leicht gebogene Form auf, so daß die gesamte aerodynamische Querschnittsform des Mantelgehäuses 2/3 durch die miteinander eine gemeinsame OberflächeThese guide plates 49 and 50 have a slightly curved shape in their respective axial areas, so that the entire aerodynamic cross-sectional shape of the casing 2/3 is determined by the common surface
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NEYMEYER & PARTNERGBK, Patentanwälte %· NEYMEYER & PARTNERGBK, Patent Attorneys % · J · · , J90S2 ^UüngemS^iwenningen (DE)J · · , J90S2 ^UüngemS^iwenningen (DE)
bildenden Stranggußhohlprofile 47 und 48 und die beiden Leitbleche 49 und 50 gebildet wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 6 bildet dabei das Leitblech 49 die Innenwand des Mantelgehäuses 2/3, während das Leitblech 50 die Außenwand dieses Mantelgehäuses 2/3 bildet. Zur Erhöhung der Stabilität, insbesondere im Bereich der Leitbleche 49 und 50, kann der zwischen diesen gebildete Hohlraum 51 ebenfalls ausgeschäumt sein.forming continuous cast hollow profiles 47 and 48 and the two guide plates 49 and 50. In the present embodiment of Fig. 6, the guide plate 49 forms the inner wall of the casing 2/3, while the guide plate 50 forms the outer wall of this casing 2/3. To increase stability, particularly in the area of the guide plates 49 and 50, the cavity 51 formed between them can also be filled with foam.
Alternativ zu dieser Ausschäumung können zwischen denAs an alternative to this foaming, between the
10' Leitblechen 49 und 50 auch entsprechende Stützstreben 52, 53 und 54 vorgesehen sein, wie dies für das Ausführungsbeispiel des Mantelgehäuses 2/4 in Fig. 7 dargestellt ist. Die vorderen und hinteren Endbereiche 55 und 56 des Mantelgehäuses 2/4 sind in diesem Falle wiederum als Stranggußhohlprofile 57 bzw. 58 ausgebildet, deren Formgebung beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Formgebung der beiden Stranggußhohlprofile 47 bzw. 48 des Ausführungsbeispieles gemäß der Fig. 6 entspricht. Die beiden Leitbleche 59 und 6 0 des Mantelgehäuses 2/4 entsprechen dabei ebenfalls den Leitblechen 49 und 50 des Ausführungsbeispieles des Mantelgehäuses 2/3 gemäß der Fig. 6. Bei beiden Ausführungsformen der Mantelgehäuse 2/3 und 2/4 sind die Stranggußhohlprofile 47 und 48 bzw. 57 und 58 in Umfangsrichtung zu einem umlaufenden Kreisring gebogen und im Bereich ihrer stumpf aufeinanderstoßenden Enden beispielsweise verschweißt oder verklebt.10' guide plates 49 and 50, corresponding support struts 52, 53 and 54 can also be provided, as is shown for the embodiment of the jacket housing 2/4 in Fig. 7. The front and rear end regions 55 and 56 of the jacket housing 2/4 are in this case again designed as continuously cast hollow profiles 57 and 58, respectively, the shape of which in the present embodiment corresponds to the shape of the two continuously cast hollow profiles 47 and 48 of the embodiment according to Fig. 6. The two guide plates 59 and 60 of the casing 2/4 also correspond to the guide plates 49 and 50 of the embodiment of the casing 2/3 according to Fig. 6. In both embodiments of the casing 2/3 and 2/4, the continuously cast hollow profiles 47 and 48 or 57 and 58 are bent in the circumferential direction to form a circumferential circular ring and are welded or glued, for example, in the region of their butt-jointed ends.
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Auch kann vorgesehen sein, daß das Mantelgehäuse 2/1, 2/2, 2/3 und 2/4 in Umfangsrichtung in mehrere, identisch ausgebildete Segmente unterteilt ist, welche entsprechend durch Kleb, - Schweiß- oder sonstige geeignete Verbindungen miteinander verbunden sind und das jeweilige komplette Mantelgehäuse 2/1, 2/2, 2/3 bzw. 2/4 bilden.It can also be provided that the jacket housing 2/1, 2/2, 2/3 and 2/4 is divided in the circumferential direction into several identically designed segments, which are connected to one another by adhesive, welding or other suitable connections and form the respective complete jacket housing 2/1, 2/2, 2/3 or 2/4.
Fig. 8 zeigt eine weitere Alternative 2/5 zur Ausgestaltung eines Mantelgehäuses. In diesem Falle ist vorgesehen, daß ebenfalls im vorderen Endbereich 62 und im hinteren Endbereich 63 jeweils ein Stranggußhohlprofil 64 bzw. 65 mit entsprechender Querschnittsform vorgesehen ist. Anstatt der beiden inneren und äußeren Leitbleche und 50 bzw. 59 und 60 gemäß der Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 6 und 7 ist der axiale Zwischenraum zwischen den axial voneinander beabstandeten Stranggußhohlprofilen 64 und 65 mit drei weiteren Stranggußhohlprofilen 66, 67 und 68 ausgestaltet. Diese Stranggußhohlprofile 66, 67, 68 können dabei axial ineinander einsteckbar und miteinander z.B. verklebt oder verschraubt sein, wie dies aus Fig. 8 erkennbar ist. Damit wird ein einheitliches Mantelgehäuse 2/5 aus diesen Stranggußhohlprofilen 64 bis gebildet, dessen Querschnittsform identisch ist mit den vorangegangen beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 4 bis 7.Fig. 8 shows a further alternative 2/5 for the design of a casing. In this case, it is provided that a continuous cast hollow profile 64 or 65 with a corresponding cross-sectional shape is also provided in the front end region 62 and in the rear end region 63. Instead of the two inner and outer guide plates 50 and 59 and 60 according to the embodiments according to Figs. 6 and 7, the axial space between the axially spaced continuous cast hollow profiles 64 and 65 is designed with three further continuous cast hollow profiles 66, 67 and 68. These continuous cast hollow profiles 66, 67, 68 can be axially inserted into one another and glued or screwed together, for example, as can be seen in Fig. 8. Thus, a uniform casing 2/5 is formed from these continuously cast hollow profiles 64 to 66, the cross-sectional shape of which is identical to the previously described embodiments according to Figs. 4 to 7.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Variante 2/6 eines Mantelgehäuses, bei welchem dessen Querschnittsform von einem einzigen einheitlichen Stranggußhohlprofil 70 gebildet wird. Dieses Stranggußhohlprofil 70 bildet eine entsprechende Innenwand 71 sowie eine entsprechende Außenwand 72, deren Formgebung ebenfalls der Formgebung der Querschnittsform der vorangegangenen Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 4 bis 8 entspricht. Dieses Stranggußhohlprofil 70 mit seiner Innen- und Außenwand 70, 72 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch zwei umlaufende Radialwände 73 bzw. 74 verstärkt.Fig. 9 shows a further variant 2/6 of a casing, in which its cross-sectional shape is formed by a single, uniform continuous-cast hollow profile 70. This continuous-cast hollow profile 70 forms a corresponding inner wall 71 and a corresponding outer wall 72, the shape of which also corresponds to the shape of the cross-sectional shape of the previous embodiments according to Figs. 4 to 8. This continuous-cast hollow profile 70 with its inner and outer walls 70, 72 is reinforced in the present embodiment by two circumferential radial walls 73 and 74, respectively.
Auch das Ausführungsbeispiel des Mantelgehäuses 2/5 zeichnet sich durch eine äußerst leichte und kostengünstig herstellbare Bauweise aus. Insbesondere sind die Ausführungsvarianten mit den Stranggußhohlprofilen für größere Mantelgehäuse geeignet, da sich diese durch eine hohe Eigensteifigkeit auszeichnen, wodurch diese den auftretenden Windkräften und Winddrücken sicher standhalten. Desweiteren kann durch die Verwendung von Stranggußhohlprofilen eine äußerst hohe Konturtreue erreicht werden. Nach dem Stranggießprozeß werden diese, die entsprechende Querschnittsform bereits aufweisenden Stranggußhohlprofile, wie sie beispielhaft in der Zeichnung dargestellt sind, mit entsprechendem Radius gebogen, so daß diese nach Fertigstellung des gesamten jeweiligen Mantelgehäuses einen kompletten Ringmantel bilden.The design of the casing 2/5 is also characterized by an extremely lightweight and cost-effective construction. The design variants with the continuously cast hollow profiles are particularly suitable for larger casings, as they are characterized by a high level of inherent rigidity, which means that they can reliably withstand the wind forces and pressures that occur. Furthermore, extremely high contour accuracy can be achieved by using continuously cast hollow profiles. After the continuous casting process, these continuously cast hollow profiles, which already have the corresponding cross-sectional shape, as shown in the drawing as an example, are bent with the corresponding radius so that they form a complete ring casing after the entire casing has been completed.
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4 MN/mn .«····· 17. September 2001 4 MN/mn."····· September 17, 2001
Diese Mantelgehäuse bzw. Stranggußhohlprofile können dabei in Umfangsrichtung auch lediglich Teilsegmente des gesamten Mantelgehäuses bilden und im Bereich Ihres Ringstoßes in geeigneter Weise, beispielsweise durch Verschweißen, Verkleben oder auch Verschrauben, miteinander fest verbunden sein. Die Lagerung solcher aus Stranggußhohlprofilen gebildeten Mantelgehäuse erfolgt in äquivalenter Art zu den in Fig. l und 2 bzw. Fig. 3 beschriebenen Verbindungselementen.These casings or continuously cast hollow profiles can also form only partial segments of the entire casing in the circumferential direction and can be firmly connected to one another in the area of their ring joint in a suitable manner, for example by welding, gluing or screwing. The mounting of such casings made from continuously cast hollow profiles takes place in an equivalent manner to the connecting elements described in Fig. 1 and 2 or Fig. 3.
Es versteht sich, daß in diesem Falle die Stützvorrichtung 21 nicht als einstückiger Bestandteil eines dieser Stranggußhohlprofile ausgebildet ist, sondern als separater Stützzylinder unterseitig am entsprechenden Mantelgehäuse befestigt ist. Auch hierzu sind die bekannten Verbindungsarten vorgesehen. Dabei kann ein umlaufender Ringflansch an der Stützvorrichtung vorgesehen sein, welcher beispielsweise in eine entsprechende Einsenkung der Außenkontur des Mantelgehäuses versenkt anordenbar ist.It is understood that in this case the support device 21 is not designed as a one-piece component of one of these continuous cast hollow profiles, but is attached as a separate support cylinder to the underside of the corresponding casing. The known types of connection are also provided for this. A circumferential ring flange can be provided on the support device, which can be arranged, for example, sunk into a corresponding depression in the outer contour of the casing.
Somit wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit all ihren Alternativen ein Mantelgehäuse für Windkraftturbinen zur Verfügung gestellt, welches ein äußerst geringes Eigengewicht aufweist, einfach und kostengünstig herstellbar ist und auch eine äußerst hohe Qualität der Querschnittsform bei gleichzeitig großer Eigenstabilität aufweist. Insbesondere ist auch die Art der Montage einesThus, the design according to the invention with all its alternatives provides a casing for wind turbines which has an extremely low dead weight, is easy and inexpensive to manufacture and also has an extremely high quality of cross-sectional shape while at the same time being very stable. In particular, the type of assembly of a
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solchen Mantelgehäuses aufgrund der separaten Stützvorrichtung in einfacher Weise und sicher durchführbar.Such a casing can be carried out easily and safely due to the separate support device.
Alternativ zu der in Fig. l und 2 dargestellten Stützvorrichtung 21 kann auch eine Verstrebung von der Innenwand 34 (Fig. 2) zum Generator 4 oder auch zur Tragvorrichtung 7 vorgesehen sein, um eine präzise ausgerichtete Montage des Mantelgehäuses 2 oder einer seiner Varianten relativ zum Rotor 3 mit seinen Rotorblättern 6 zu erreichen.As an alternative to the support device 21 shown in Fig. 1 and 2, a bracing from the inner wall 34 (Fig. 2) to the generator 4 or also to the support device 7 can be provided in order to achieve a precisely aligned assembly of the casing 2 or one of its variants relative to the rotor 3 with its rotor blades 6.
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Claims (10)
daß das Mantelgehäuse (2, 2/1) aus einem aerodynamisch geformten, oberflächenbeschichteten Hartschaumkörper (32) gebildet ist, oder
daß das Mantelgehäuse (2/2) aus Kunststoff besteht und aus einer umlaufenden, separaten Innenwand (36) und einer umlaufenden, separaten Außenwand (37) gebildet wird, welche in ihrem in Achsrichtung der Rotorachse (13) vorderen und hinteren Endbereichen (38, 39) miteinander, insbesondere durch eine Schweiß- oder Klebverbindung verbunden sind, oder
daß das Mantelgehäuse (2/3, 2/4, 2/5, 2/6) aus einem oder mehreren, im Querschnitt aerodynamisch geformten und umlaufend in eine kreisrunde Form gebogenen Stranggußhohlprofil (70) bzw. Stranggußhohlprofilen (47, 48, 57, 58, 64, 65, 66, 67, 68) gebildet ist. 1. Wind power turbine ( 1 ) with a rotor ( 3 ) provided with rotor blades (6) which drives an electric generator ( 4 ) in rotation, the rotor blades ( 6 ) being surrounded by a circumferential casing ( 2 , 2/1 , 2/2 , 2/3 , 2/4 , 2/5 , 2/6 ) to improve efficiency, the cross-sectional shape of which is aerodynamically similar to the cross- sectional shape of an aircraft wing and the front air inlet cross-section (arrows 27 ) of which is smaller than the rear air outlet cross-section (arrows 28 ), whereby at least in some areas an increase in the flow velocity of the air flowing through the casing ( 2 , 2/1 , 2/2 , 2/3 , 2/4 , 2/5 , 2/6 ) is achieved . air flow is achieved, characterized in that
that the casing ( 2 , 2 / 1 ) is formed from an aerodynamically shaped, surface-coated hard foam body ( 32 ), or
that the casing ( 2/2 ) consists of plastic and is formed from a circumferential, separate inner wall ( 36 ) and a circumferential, separate outer wall ( 37 ), which are connected to one another in their front and rear end regions ( 38 , 39 ) in the axial direction of the rotor axis ( 13 ), in particular by a welded or adhesive connection, or
that the casing ( 2/3 , 2/4 , 2/5 , 2/6 ) is formed from one or more continuously cast hollow profiles ( 70 ) or continuously cast hollow profiles ( 47 , 48 , 57 , 58 , 64 , 65 , 66 , 67 , 68 ) which are aerodynamically shaped in cross-section and bent all the way around into a circular shape.
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