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Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage zur Erzeugung von kinetischer oder elektrischer Energie mit einem eine Auf- und Abwärtsbewegung ausführenden und für geringe Windgeschwin- digkeiten optimierten Flügel in Leichtbauweise, der über ein Pleuelrohr und ein Schwungrad mit einem Generator, einer Bewässerungspumpe oder einem anderen Anwender verbunden ist, wobei eine Mechanik für die automatische Auf- und Abwärtsbewegung des Flügels an Führungen, ein drehbarer Rahmen für die Drehung des Flügels um eine vertikale Achse und Seitenflossen zur Drehung des Flügels in den Wind vorgesehen sind.
Gegenüber Windrädern hat eine solche Windkraftanlage die Vorteile, dass keine kritischen Blattspitzen - Geschwindigkeiten auftreten, und dass pro Quadratmeter Grundfläche wesentlich mehr Flügelflache zur Verfügung steht, da kein ausladender Rotor verwendet wird. Zudem können alle Wartungsarbeiten in Bodennahe durchgeführt werden und der Flügel kann überwiegend in Segeltuchbespannung ausgeführt werden.
Windkraftanlagen, bei denen durch die Auf- und Abwartsbewegung eines Flügels Energie gewonnen wird, sind z B. aus der US 4 915 584 A bekannt, wobei die Änderung der Bewegurhgs- richtung durch Änderung des Anstellwinkels des Flügels erzielt wird und der Flügel in einer Früh- rung auf- und abgleitet, die mit einem ortsfesten Rahmen verbunden ist. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass sie nur fur eine Windrichtung optimal positioniert ist und dass die Flügeltiefe dadurch begrenzt ist, dass ihr Flügel konstruktionsbedingt seitlich nur an emem Punkt gehalten werden kann.
Weiters ist aus der WO 98/12433 eine Vorrichtung bekannt, die übereinander angeordnete Flügel enthält, die mindestens zwei Bewegungsfreiheitsgrade haben und durch einen gerichteten Fluidstrom zum Flatten gebracht werden, wobei die dabei entstehende Oszillationsbewegung zur Energieerzeugung genutzt wird Eine solche Vorrichtung funktioniert nur über einer kritischen Geschwindigkeit des Fluidstromes und arbeitet aufgrund der permanenten Änderung der Anstellwinkel der Flügel unter grosser Lärmerzeugung.
Schliesslich ist aus der US 3 995 972 A eine Windkraftanlage bekannt, die z.B. in eine Front eines grossen Gebäudes integriert oder am Dach eines Gebäudes montiert werden kann. Mehrere übereinander angeordnete Flügel führen dabei eine Auf- und Abwartsbewegung aus, wobei durch einen entsprechenden Anschlag an der Konstruktion der Anstellwinkel des Flügels bei der Umkehr der Bewegung geändert wird. Damit dies möglich ist, ist wiederum seitlich eine punktförmige Aufhängung jedes Flügels vorgesehen, wodurch die Flügeltiefe begrenzt ist. Bei der gezeigten drehbaren Variante, die die Flügel nach der aktuellen Windsituation ausrichtet, stellt sich durch die Drehung der Flügel das Problem, wie die Auf- und Abwärtsbewegung der Flügel auf den Anwender übertragen werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Windkraftanlage zu schaffen, die die Verwen- dung einer grösseren Flügeltiefe erlaubt und somit auf die Anordnung mehrerer Flügel übereinander
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die Landschaft bzw. ein Ortsgebiet ergeben. Ferner soll das Problem gelöst werden, dass eine einfache Energieübertragung von dem sich auf- und abbewegenden Flüge! auf einen Anwender ermöglicht wird.
Die erfindungsgemässe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Flügel an jeder Seite in mindestens zwei Führungen, insbesondere Gleitschienen geführt wird und die Mechanik Steuerstaihgen enthält, die über ein Ruderhorn ein Hohenruder am Flügel auf- und abbewegen. Bei der Windkraftanlage der vorliegenden Erfindung wird der Flügel also an mehreren Punkten seitlich gehalten und der Flügel kann daher in beliebiger Tiefe hergestellt werden Die dadurch sich ergebende aktive Flügelfläche ist gross und em Uberemanderanordnen von mehreren Flügeln geringerer Tiefe ist nicht mehr erforderlich.
Das Landschaftsbild wird nicht gestort, da selbst grössere Anlagen nicht über die Bauhöhe eines Einfamilienhauses hinausgehen Auf diese Weise sind sie leicht in das Ortsgebiet zu intelgrieren und auch im Ortsgebiet einsetzbar. Kleinere Anlagen können auch in abgelegenen Gebieten zur Stromversorgung oder zur Bewässerung eingesetzt werden
Vorzugsweise gleiten die Steuerstangen an Führungsrohren mittels Gleithülsen auf und ab, wobei ein Unterschied in der Neigung dieser Führungsrohre und der Neigung der Führungen für den Flügel gegenüber der Ebene des Rahmens besteht, der den Ausschlag des Ruderhorns bzw.
Hohenruders hervorruft D h , durch den sich verringernden Abstand zwischen den Führungsrohren
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und den Führungen für den Flügel kommt es zu einer Drehung des Ruderhorns und damit zu einer Änderung des Anstellwinkels des Höhenruders. Das Höhenruder alleine bewirkt bei der erfindungsgemässen Windkraftanlage die Bewegungsrichtung des Flügels.
Vorzugsweise ist das Pleuelrohr in einem in dem Flügel integrierten' Gleitlager drehbar gelagert, ragt durch eine Öffnung im Rahmen und ist über das Schwungrad mit dem ortsfesten Anwender verbunden D. h., der Anwender muss nicht mitgedreht werden, was die Nutzung der erzeugten Energie vereinfacht.
Vorzugsweise enthält die Windkraftanlage ein mit dem Rahmen drehbares Dach, das vorzugsweise die Seitenflossen trägt und es sind am oberen Wendepunkt des Flügels Windschutzjalousien angeordnet Wenn die Windschutzjalousien in Position gebracht sind, wird keine Abwärtsbewegung des Flügels mehr durch den Winde zugelassen Die Windschutzjalousien schützen den Flügel seitlich und das Dach schützt den Flügel oben, so dass in dieser Parkposition des Flügels der Flügel vor Witterung geschützt ist
Im folgenden soll die erfindungsgemässe Windkraftanlage anhand der beiliegenden Zeichnungen, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen, näher beschrieben werden. Dabei zeigt die Fig 1 eine Seitenansicht, die Fig 2 eine Ansicht von oben ohne Dache sowie die Fig. 3 eine Ansicht von vorne der erfindungsgemässen Windkraftanlage.
Wie in den Figuren gezeigt, enthält die Anlage einen kreisförmigen Rahmen 2, der auf Gummiwalzen 4 läuft und um 360 drehbar ist. Der Rahmen 2 ist durch eine Bodenplatte abgedeckt, die eine Öffnung für das Pleuelrohr 3 enthält.
Der Rahmen 2 wird mit Sicherungswalzen 5, die ebenfalls aus Gummi sind und von oben auf den Rahmen 2 drücken, gesichert. Der Einsatz von Gummiwalzen 4 soll auch in windreichen Wüstengebieten mit gelegentlichen Sandstürmen einen reibungslosen Einsatz gewährleisten Wälzlager würden eine Kapselung des gesamten kreisförmigen Rahmens erfordern.
Auf den kreisförmigen Rahmen 2 aufgesetzt sind die Gleitschienen 6 an denen der Flügel 1 auf- und abgleitet. Auf der Flügelober- und -unterseite befinden sich im Bereich der Gleitschienen 6 nicht eingezeichnete vorlaufende Schmutzabweiser. Die Gleitschienen 6 sind mit dem Dach 7 festverbunden und ergeben durch eine geeignete Befestigung - die aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nicht eingezeichnet ist - einen starren Rahmen.
Steuerstangen 8 wirken zu beiden Seiten des Flügels 1 auf ein Ruderhorn 9, das durch die Verstellung des Höhenruders 10 die Auf- und Abwärtsbewegung des Flügels 1 bewirkt. Dünnwandige Führungsrohre 11, die mit dem kreisförmigen Rahmen 2 und dem Dach 7 verwindungsfrei verbunden sind, führen die Steuerstangen 8 und bewirken durch ihre Neigung gegenüber der kreisförmigen Bodenplatte den Ausschlag des Höhenruders 10.
Gleithülsen 12, sorgen dafür, dass die Steuerstangen 8 parallel zum Boden bzw. zur Bodenplatte an den dünnwandigen Führungsrohren 11 auf- und abgleiten
Eine weitere Gleithülse 13 befindet sich auf der Steuerstange 8 selbst und ist mit der Flügelunterseite durch eine Verbindungsstange 14 verbunden, damit jede Steuerstange 8 an zwei Punkten mit dem Flügel verbunden ist und nach oben oder unten gezogen wird, so dass keine Gefahr des "Verklemmens" der vorerwähnten Gleithülsen 12 besteht.
Die Fig. 2 und 3 (mit dem Flügel am oberen Wendepunkt) zeigen zudem, wie die dünnwandigen Führungsrohre 11 am kreisförmigen Rahmen 2 bzw. der Platte befestigt sind und wie die Steuerstangen 8 mit den Gleithülsen 12 auf die beiden Ruderhörner 9 wirken.
Figur 2 lässt zudem erkennen, dass die Flügelfläche etwa der Grundfläche entspricht.
Je nach den geographischen Gegebenheiten muss das Dach 7, das Seitenflossen 15 aufweist, um den Flugel 1 in den Wind zu drehen, auf der dem Wind zugekehrten Seite mehr oder weniger nach unten gezogen werden, da der obere Wendepunkt gleichzeitig der Ruhestellung des Flügels 1 entspricht. Allenfalls können auch noch Windschutzjalousien vorgesehen werden. Auch das Flügelprofil hängt von den geographischen Gegebenheiten bzw den vorherrschenden Windgeschwindigkeiten ab Hier wurde das Profil E 593 vorgeschlagen, das bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten hohen Auftrieb liefert und für muskelbetriebene Fluggeräte verwendet wurde.
Figur 1 (1) Flügel, der sich auf- und abwärts bewegt
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(2) kreisförmiger Rahmen mit Bodenplatte, um 360 Grad drehbar (3) Pleuelrohr (4) Gummiwalzen, auf denen der kreisförmige Rahmen drehbar gelagert ist (5) Sicherungswalzen, die von oben auf den kreisförmigen Rahmen drücken (6) Gleitschienen an denen der Flügel auf- und abgleitet (7) Dach (8) Steuerstangen, die über das Ruderhorn das Höhenruder bewegen (9) Ruderhorn (10) Höhenruder (11) Dünnwandige Führungsrohre, die mit dem kreisförmigen Rahmen und dem Dach verwin- dungsfrei verbunden sind (12) Gleithülsen, die bewirken, dass die Steuerstangen parallel zum Boden an den Führungs- rohren auf- und abgleiten (13) Gleithülse auf der Steuerstange (14) Verbindungsstange zwischen Gleithülse 13 und Flugel (15) 3 Seitenflossen am Dach,
die die Anlage gegen den Wind drehen.
(16) Gleitlager Figur 2 Anlage von oben, ohne Dach, Flügel am oberen Wendepunkt (1) Flügel, der sich auf- und abwärts bewegt (2) kreisförmiger Rahmen mit Bodenplatte, um 360 Grad drehbar (6) Gleitschienen an denen der Flügel auf- und abgleitet (8) Steuerstangen, die über das Ruderhorn das Höhenruder bewegen (9) Ruderhorn (10) Höhenruder (11) Dünnwandige Führungsrohre, die mit dem kreisförmigen Rahmen und dem Dach verwin- dungsfrei verbunden sind (12) Gleithülsen, die bewirken, dass die Steuerstangen parallel zum Boden an den Führungs- rohren auf- und abgleiten (13) Gleithülse auf der Steuerstange (14) Verbindungsstange zwischen Gleithülse 13 und Flügel (16) Gleitlager Figur 3 Anlage von vorne (2) kreisförmiger Rahmen mit Bodenplatte, um 360 Grad drehbar (6) Gleitschienen an denen der Flügel auf- und abgleitet (11) Dünnwandige Führungsrohre,
die mit dem kreisförmigen Rahmen und dem Dach verwin- dungsfrei verbunden sind (12) Gleithülsen, die bewirken, dass die Steuerstangen parallel zum Boden an den Führungs- rohren auf- und abgleiten (14) Verbindungsstange zwischen Gleithulse 13 und Flugel (15) 3 Seitenflossen am Dach, die die Anlage gegen den Wind drehen
PATENTANSPRÜCHE:
1 Windkraftanlage zur Erzeugung von kinetischer oder elektrischer Energie mit einem eine
Auf- und Abwärtsbewegung ausführenden und für geringe Windgeschwindigkeiten opti- mierten Flügel in Leichtbauweise, der über ein Pleuelrohr und ein Schwungrad mit einem
Generator, einer Bewasserungspumpe oder einem anderen Anwender verbunden ist, wo- bei eine Mechanik für die automatische Auf- und Abwartsbewegung des Flügels an Füh- rungen, ein drehbarer Rahmen für die Drehung des Flugeis um eine vertikale Achse und
Seitenflossen zur Drehung des Flügels in den Wind vorgesehen sind, dadurch gekenn-
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zeichnet, dass der Flügel (1) an jeder Seite in mindestens zwei Führungen, insbesondere
Gleitschienen (6), geführt wird und die Mechanik Steuerstangen (8) enthält, die über ein
Ruderhorn (9) ein Höhenruder (10) am Flügel (1) auf- und abbewegen.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerstangen (8) an
Führungsrohren (11) mittels Gleithülsen (12) auf- und abgleiten, wobei ein Unterschied in der Neigung dieser Führungsrohre (11) und der Neigung der Führungen (6) für den Flügel (1) gegenüber der Ebene des Rahmens (2) besteht, der den Ausschlag des Ruderhorns (9), bzw. Höhenruders (10) hervorruft.
3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuelrohr (3) in einem in den Flügel (1) integrierten Gleitlager (16) drehbar gelagert ist, durch eine Öffnung im Rahmen (2) ragt und über das Schwungrad mit dem ortsfesten Anwender ver- bunden ist.
4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Rahmen (2) drehendes Dach (7), das vorzugsweise die Seitenflossen (15) trägt, vor- gesehen ist und am oberen Wendepunkt des Flügels (1) Windschutzjalousien angeordnet sind.
HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN