DE102015000603B4

DE102015000603B4 - Windenergieanlage aus einem oder mehreren Windkanälen für ein Kraftfahrzeug und mit mindestens einer an diesem und in der Luftströmung des fahrenden Fahrzeugs angeordneten Windturbine mit Stromgenerator zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie für das Fahrzeug.

Info

Publication number: DE102015000603B4
Application number: DE102015000603.7A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Murat Yesil
Current assignee: YESIL, MURAT, DE
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: DE102015000603A1

Abstract

Es sind Hybridkraftwagen mit Windräder aufweisenden Windkraftgeneratoren bekannt, die außen am Kraftwagen verteilt sind oder aus einer Öffnung des Chassis herausragen. Es soll die Aerodynamik des Fahrzeuges als auch die gewinnbare elektrische Leistung verbessert werden. Windkanal in Form eines länglichen Strömungsgehäuses mit Strömungskanälen und einer Luftbeschleunigungskammer, der sich in Längsrichtung von einer Einlassöffnung der Wagenvorderseite bis zur Rückseite erstreckt, mit einem trichterförmig auf ein Windturbinenrad sich verbreiternden Türbinenablufttrichter, das einer dazu axialen Antriebs- und Lagerwelle sowie einer von dieser angetriebenen äußeren Antriebswelle die zu einem Ausgleichsgetriebe zum Antrieb eines Stromgenerators führt, wobei eine Kontrolle und Steuerung der Ladung der Antriebsakkus/Versorgungsakkus erfolgt mit Stromversorgung auch weiterer elektrischer Geräte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Windkraft der an einem fahrenden Fahrzeug sich einstellenden Luftströmung mit mindestens einem oder mehreren am Fahrzeug anzuordnenden Windkanälen in Form eines länglichen Strömungsgehäuses, das in Längsrichtung des Fahrzeuges von dessen Vorderseite im Wesentlichen bis zur Hinterseite führbar ist und an einer oder mehreren Einlassöffnungen an der Vorderseite des Fahrzeuges anbringbar ist, mit einer ein oder mehreren Windturbinenräder aufweisenden Windturbine und mit einem davon anzutreibenden Stromgenerator, um das Fahrzeug mit zusätzlicher elektrischer Hilfsenergie zu versorgen, wobei der als Hilfsenergie bei fahrendem Fahrzeug durch den Stromgenerator erzeugte Strom zum Aufladen zusätzlicher Vorsorgungsakkus des Fahrzeuges und/oder zur Stromversorgung elektrischer Verbraucher und anderer elektrischer Anlagen des Fahrzeuges dient.
Derartige Windenergieanlagen mit zwei länglichen, als Windkanäle im Fahrzeug längs dessen Außenseiten geführten Luftströmungsgehäusen sind gemäß der DE 10 2009 014 909 A1 bekannt. Das Luftströmungsgehäuse weist im Wesentlichen einen rohrförmigen länglichen Schacht mit einem schmalen Rohrdurchmesser auf, welcher bis zum Heck des Fahrzeuges geführt ist, sowie am Schachtende eine Windturbine.
An den Turbinenachsen der beiden im Fahrzeug verwendeten Windkanäle sind dabei jeweils Zahnräder montiert, welche über einen Zahnriemen miteinander verbunden sind. Diese treiben einen Generator zur Stromerzeugung an. Die im schmalen Schacht der Windkanäle angelegten Turbinen sind dort am Ende als Schneckenwindturbinen ausgebildet, welche eine geringe gleichbleibende Auffangfläche besitzen. Der Antrieb der in zwei benachbarten Strömungsgehäusen angeordneten Windturbinen, welche gemeinsam über den vorgesehenen Zahnriemen den Stromgenerator antreiben, ist in der Funktion aber anfällig. Dies da die beiden Strömungsgehäuse bei Kurvenlagen und Windverhältnissen unterschiedliche Luftströmungen aufweisen und somit die über die beiden Zahnriemen verbundenen Turbinen sich gegenseitig abbremsen. Das Luftströmungsgehäuse ist lediglich als rohrförmiger Schacht über die gesamte Länge ausgebildet, wobei die sich einstellende Aerodynamik im Strömungsgehäuse nicht vorteilhaft beeinflusst wird und somit auch der Antrieb der einzelnen Windturbinen mangelhaft ist.
Ferner sind Windenergieanlagen in Form von „Turbinen-Spoiler” bzw. Windenergiemodule gemäß der DE 10 2009 007 870 B4 bekannt, welche in größerer Anzahl auf der Außenseite eines Zuges, eines Busses oder eines LKW'S angebracht sind und den Fahrtwind zur Stromerzeugung nutzen. Die Anbringung erfolgt derart, dass der Luftwiderstand dieser „Turbinen-Spoiler”, welche von der Fahrzeugaußenseite vorstehen, möglichst gering ist. Durch spezielle Seiteneinlässe drehen sich die Windturbinen automatisch immer in die optimale Windrichtung ein.
Gemäß der DE 203 08 468 U1 ist ein Verbrennungsmotor-/Elektromotor-Kraftwagen mit Komplexgeneratoren bekannt, die am Kraftwagen verteilt sind und jeweils Windkraftgeneratoraggregate bilden. Diese können beispielsweise unter der Öffnung des Motorraumdeckels angeordnet sein, wo z. B. das Turbinenrad des Turbogeneratorenaggregates durch eine Öffnung aus dem Motorraumdeckel herausragt oder durch eine sonstige Öffnung des Chassis. Durch den gewonnenen Strom kann dann die Antriebsbatterie eines Elektroautos oder eines Hybridfahrzeuges durch die sich einstellende Windkraft aufgeladen werden. Dabei kann der Strom auch als elektrische Energie für Heiz- und Klimaanlagen dienen. Es muss aber darauf geachtete werden, dass der Fahrwiderstand durch diese Windenergiemodule oder Windkraftgeneratoraggregate nicht so groß ist, dass die aus der Windenergie gewonnene elektrische Energie durch einen sich einstellenden höheren Benzin- oder Stromverbrauch des Antriebsmotors des Fahrzeuges aufgezehrt wird. Sofern diese zusätzlichen Aggregate derart klein sind, dass sie die Aerodynamik des Kraftfahrzeuges nicht stark beeinflussen, weisen diese lediglich eine geringe gewonnene elektrische Leistung auf.
Bei Elektrofahrzeugen sehen manche Fahrzeughersteller kleine Verbrennungsmotoren vor, welche dann betrieben werden, sobald der Ladestrom der Fahrzeugbatterien zum Antrieb des Elektromotors zur Neige geht. Die insofern vorgesehenen benzin- oder dieselgetriebenen Verbrennungsmotoren produzieren dann den für die Weiterfahrt oder den Weg zur nächsten Ladestation nötigen Fahrstrom.
Im Gegensatz zur Anlage einer größeren Anzahl von Windturbinen bzw. von Windkraftgeneratoraggregaten auf der Außenseite eines Fahrzeugdaches, welche jeweils einen nicht zu vernachlässigenden Fahrtwiderstand besitzen und aufgrund der notwendigen Anlage als gekoppeltes Windkraftgeneratorenaggregat konstruktiv aufwendig sind, geht die Erfindung von der Idee aus, gemäß der DE 10 2009 014 909 A1 an einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug an der Vorderseite, dort wo früher der Kühlergrill bei einem mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Auto war, nun ein oder mehrere Lufteinlässe für ein oder mehrere Windkanäle mit einer oder mehreren dort angeordneten Windturbinen und Stromaggregaten anzulegen, wobei der Windkanal strömungsgünstig ausgebildet ist und sich über die größte Länge des Fahrzeuges erstreckt.
Es besteht insofern insbesondere auch gegenüber der DE 10 2009 014 909 A1 die Aufgabe diese bekannten Windenergieanlagen für Fahrzeuge sowohl hinsichtlich der verbliebenen Aerodynamik des Fahrzeugs als auch der entsprechend gewonnen elektrischen Leistung zu verbessern.
Gelöst wird dies bei einer Windenergieanlage der eingangs genannten Art gemäß den weiteren Merkmalen des Anspruches 1. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der oder die im Fahrzeug anzuordnenden Windkanäle aus einem länglichen Strömungsgehäuse mit hintereinander angeordneten länglichen Strömungskanälen und Kammern zum verbesserten Druckaufbau des Antriebs der Windturbine bestehen, nämlich aus

– einem vorderen Luftauffang- und Einlasstrichter,
– einem anschließenden vorderen Luftdurchlassrohr,
– eine sich im Öffnungsquerschnitt vorne verbreitende erste Kammer mit Druckluftanschlüssen, wobei diese erste Kammer sich im hinteren Kammerabschnitt im Öffnungsquerschnitt zu einem Kompressionsbereich verengt,
– einem sich anschließenden hinteren Luftdurchlassrohr mit einem von dort als zweite Kammer im Öffnungsquerschnitt sich in Strömungsrichtung trichterförmig verbreitenden Turbinenablufttrichter zur Führung der gleichmäßig zu verteilenden Luftströmung auf die am Trichterende festgelegte Windturbine mit Windturbinenrad.

Gemäß diesen Merkmalen der aerodynamischen Ausbildung des Strömungsgehäuses wird ein optimaler Druckaufbau der Luftströmung im Luftströmungskanal bereits auch während der Anfahrt des Fahrzeuges erreicht. Im Turbinenablufttrichter stellt sich dabei eine gleichmäßige Luftverteilung der durch den Fahrtwind aufgefangenen Luftströmung und ein größerer Druckaufbau vor dem radial nach außen gerichteten Turbinenblättern der Windturbine ein.
Die erste Kammer des Strömungsgehäuses mit dem sich vergrößernden Öffnungsquerschnitt im vorderen Abschnitt und mit dem seitlich dort vorgesehenem Druckluftanschluss dient zur Erhöhung der Luftströmung vom vorderen Luftauffang- und Einlasstrichter zum vorderen Luftdurchlassrohr, in dessen Öffnung eine Saugwirkung durch den Strahl der Druckluftdüsen erzielt wird.
Dabei dient die erste Kammer als auch der trichterförmige Turbinenablufttrichter zum gemeinsamen Druckaufbau für die Windturbine aus der während der Fahrt des Autos sich einstellenden Luftströmung. Es ist somit in der ersten Kammer die Zufuhr von Druckluft aus einem vorzugsweise elektronisch gesteuerten Luftdruckbehälter mit Druckventil vorgesehen, und im Turbinenablufttrichter gemäß seiner trichterförmigen Form, welche sich zu den Turbinenblätter der Windturbine öffnet, eine gleichmäßige Luftverteilung über den Turbinenquerschnitt unter Erhöhung des Druckes für die mit Überdruck in Form einer Fächerturbine arbeitende Windturbine gegeben.
Gemäß Anspruch 1 ist insofern die Ausbildung einer Windenergieanlage der eingangs genannten Art dahingehend vorgesehen, dass diese aus einem Windkanal mit mindestens einer Windturbine an einem Fahrzeug zur Erzeugung von elektrischer Hilfsenergie über einen anzutreibenden Stromgenerator besteht und aus den unterschiedlichsten mechanischen und elektronischen Komponenten zur Kraftübertragung und zur Ansteuerung der Verbraucher des Fahrzeugs. Diese dienen der Aufladung zusätzlicher Versorgungsakkus des Fahrzeugs, und zur Versorgung dort vorhandener elektrischer Verbraucher und anderer elektrischer Anlagen. Diese zusätzliche Stromversorgung ist für jede Art von Hybrid- und Elektrofahrzeugen, wie z. B. Elektroautos, Elektrotransporter, Elektromotorräder, Elektrobusse, Flugzeuge und Züge (Schienenfahrzeuge) vorgesehen.
Da wiederaufladbare Batterien als zusätzliche Versorgungsakkus verwendet werden, die in Elektrofahrzeugen nach einer gewissen Zeit Ihre Kapazität verlieren und wieder zum Aufladen an eine geeignete Steckdose angeschlossen werden müssen, hilft die erfindungsgemäße Windenergieanlage aus Windkanal, Windturbine und Stromgenerator u. a. den Ladezyklus zu verlängern. Bereits bei fahrendem Fahrzeug werden nämlich die Versorgungsakkus durch die vom Stromgenerator erzeugte Hilfsenergie aufgeladen, wobei auch die Versorgung von Geräten und Anlagen, wie z. B. Radio, Lichtanlage und Klimaanlage, über die Stromversorgung des Stromgenerators bzw. die erzeugte Hilfsenergie erfolgt.
Dazu kommt, dass Fahrzeug- und Versorgungsakkus bei Tiefenentladung nur noch etwa die Hälfte Ihrer Kapazität besitzen oder sogar nur so wenig, dass kein Antrieb des Elektrofahrzeuges mehr möglich ist. Die erfindungsgemäße Windenergieanlage aus Windkanal, Windturbine und Stromgenerator am Fahrzeug sorgt dafür, dass eine derartige Fehlfunktion nicht eintreten kann, da die Versorgungsakkus während der Fahrt des Fahrzeuges ständig mit Strom versorgt werden, wobei eine eingebaute Ladesteuerung der Batterien dafür sorgt, dass eine Prüfung der Batterien erfolgt und dem Fahrer signalisiert wird, wann sein Fahrzeug für den nächsten Ladezyklus an die Steckdose muss.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage ist auch zur zusätzlichen Ausstattung aller Art von Elektro- und Hybridfahrzeugen geeignet, da diese leicht z. B. unterhalb des Fahrzeuges anbringbar ist. Herkömmliche Elektrofahrzeuge belasten im Betrieb bekanntlich die Antriebsakkus insofern, als alle Stromverbraucher an diesen angeschlossen sind und insofern die Reichweite des Fahrzeuges und die Kapazität des Antriebsakkus sich sehr schnell verringern kann. Durch die erfindungsgemäße Windenergieanlage wird die Kapazität und Reichweite der Antriebsakkus der herkömmlichen Elektrofahrzeuge um ein Vielfaches gesteigert, da bei der Fahrt des Fahrzeuges die zusätzlich installierte Windenergieanlage die elektrischen Verbraucher des Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt und die Antriebsakkus zusätzlich mit Strom aufläd. Insofern wird insbesondere verhindert, dass herkömmliche Antriebsakkus nur eine geringe Lebensdauer aufweisen, wenn diese, wie sonst üblich, komplett aufgeladen und entladen werden. Es ergibt sich somit eine Schonung und längere Lebensdauer der Antriebsakkus herkömmlicher Elektrofahrzeuge, wenn die erfindungsgemäße Windenergieanlage zusätzlich installiert ist. Insbesondere bei Hybridelektrofahrzeugen verringert sich der Treibstoffverbrauch und auch der Stromverbrauch der Antriebsakkus.
Die Gestaltung der Windenergieanlage aus einem oder mehreren nebeneinander verlaufenden Windkanälen aus Frontspoiler, Luftauffang- und Einlasstrichter, aus einem langen Rohr- und Kammersystem aus vorderen und hinteren Luftdurchlassrohr sowie erster Kammer der Luftströmung und erst im Endabschnitt dieses Windkanals angeordnetem Turbinenablufttrichter ermöglicht die Führung einer sehr großen Luftströmung durch oder seitlich des Autos, die sich sonst an dessen Vorderseite als Luftwiderstand aufbauen würde. In dem Windkanal kann durch Änderung der Rohrabmessung eine Beschleunigung der Luftströmung sowie durch die erste Kammer der Luftströmung zunächst ein Sog und eine Verwirbelung und im hinteren Abschnitt eine Kompression der Luft und somit eine Beschleunigung der Strömung erreicht werden. Diese wird gleichmäßig durch den speziell vorgesehenen Turbinenablufttrichter auf die Turbinenblätter des Windturbinenrades geführt. Auf Grund des geringen Luftwiderstandes des Fahrzeugs verbessert sich dabei gleichzeitig dessen Aerodynamik. Diese Vorteile werden dabei auch bereits bei Windenergieanlagen mit Windkanälen erreicht, die kürzer als die Länge des Fahrzeugs sind, also z. B. bereits vor Beginn des Kofferraums mit ihrer ersten Kammer der Luftströmung und den daraus vorstehenden Antriebswellen des anzutreibenden Ausgleichsgetriebes endenden.
Vorteilhafte Ausbildungen der Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Des weiteren wird gemäß weiterem Hauptanspruch Schutz für die Ausbildung eines Fahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, seien dies nun Hybrid-Elektrofahrzeuge, Elektroautos, Elektrotransporter, Elektromotoren, Elektrobusse, Flugzeuge oder Züge. Zwei vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus Windkanal, Windturbine und Stromgenerator sowie weitere zugeordnete elektrische Anlagen des Fahrzeuges ergeben sich aus der folgenden Beschreibung dieser Ausführungsformen anhand von insgesamt 13 Figuren der Zeichnungen.
Es zeigen:
1: Den kompletten Aufbau zweier derartiger nebeneinander in Abstand zueinander angeordneter Windenergieanlagen aus Windkanal, Windturbine und gemeinsamen Gleichstromgenerator gemäß einer ersten Ausführungsform, wie er im oder unterhalb eines Fahrzeugs angeordnet wird, wobei über zwei zur Fahrzeugmitte miteinander verbundenen Frontspoiler, welcher jeweils aus Seitenspoiler, unteren Spoiler und mittleren Spoiler besteht, die bei fahrendem Fahrzeug sich einstellende Fahrtluft in den linken und rechten Windkanal auf die an deren Endabschnitt jeweils angeordnete Windturbine geleitet wird, welche als Fächerturbine ausgebildet ist. Die erzeugte Drehbewegung der Windturbine wird jeweils auf eine axial in Längsrichtung des Windkanals gerichtete untere Antriebs- und Lagerwelle geleitet, deren Drehmoment jeweils über eine obere linke Antriebswelle bzw. eine obere rechte Antriebswelle auf ein gemeinsames Ausgleichsgetriebe geführt ist. Durch dieses wird ein Synchrongetriebe angetrieben, welches dann zum Antrieb des gemeinsamen Gleichstromgenerators mit Gleichstromrichter, Steuergerät für die zu versorgenden elektrischen Anlagen des Fahrzeuges, einschließlich der Fahrzeugbatterien und Versorgungsakkus dient.
2: Eine Darstellung zweier zueinander beabstandeter Windenergieanlagen aus Windkanal, Windturbine und Stromgenerator gemäß 1 unter spezieller Darstellung des Aufbaus des Windkanals sowie der Windturbine in einer Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-B in 1 sowie der Frontspoiler gemäß der Schnittlinie C-D unter Darstellung der Lagerung des Windturbinenmotors im Turbinenablufttrichter sowie der dort mittig längsverlaufende untere Antriebs- und Lagerwelle mit seitlich an dieser Lagerwelle gelagerten Turbinenblättern sowie Darstellung der seitlichen Halterung der Lagerwellen durch ein Lauflageraußen- und innenring zum Windturbinenrad (39) durch vordere und hintere Stäbe gegenüber den Wandungen des Turbinenablufttrichters.
3: Die Lagerung der Turbinenblätter der Windturbine auf einem Turbinenfutter mit einem vorderen Lauflageraußenring eines Leichtlauflagers der unteren Antrieb- und Lagerwelle sowie einem hinteren Lauflageraußening.
4a Eine Vorderansicht des Lagers des Turbinenfutters mit Lauflageraußenring und Lauflagerinnenring sowie der vorgesehenen Verzahnung des Lauflagerinnenringes.
4b: Eine Seitenansicht des Turbinenfutters mit Lauflagerinnenring und Lauflageraußenring sowie einer auf das Turbinenfutter bzw. das Ende der axialen unteren Antriebs- und Lagerwelle zu setzenden Endkappe.
4c: Eine Endkappenvorderansicht mit Darstellung der vorgesehenen Montagelöcher zur Befestigung des Lauflageraußenringes über vier gleichmäßig beabstandete Gewindebohrungen.
5: Als Draufsicht die Rückseite der Windturbine unter Darstellung des Aufbaus aus einzelnen Turbinenblättern und der mittigen Antriebs- und Lagerwelle sowie der Lagerung im Turbinenablufttrichter sowie unter Darstellung der verwendeten vier äußeren hinteren Stäbe zwischen dieser Welle und der Innenwandung des Turbinenablufttrichters zur Turbinenhalterung bzw. Stabilisierung.
6a, 6b: Den Aufbau der unteren Antrieb- und Lagerwelle der Windturbine sowie den Aufbau der oberen linken Antriebswelle und der oberen rechten Antriebswelle, welche auf das gemeinsame Ausgleichsgetriebe und dieses auf das gemeinsame Synchrongetriebe sowie den gemeinsamen Gleichstromgenerator geführt sind, unter Darstellung des Eingriffs der Schneckenverzahnung am äußeren Endabschnitt der unteren Antrieb- und Lagerwelle sowie des in diese Schneckenverzahnung eingreifenden Zahnrades des Endes der oberen Antriebswelle.
7: Eine vergrößerte Darstellung des Turbinenablufttrichters mit der dort als Turbinenlagerung dienenden axialen unteren Antriebs- und Lagerwelle mit am Turbinenfutter gelagerten Turbinenblättern und verwendetem Zentrierrohr und Leichtlauflager dieser Antriebs- und Lagerwelle
8: Den Windkanal der erfindungsgemäßen Windenergieanlage der aus Frontspoiler, Luftauffangtrichter, vorderes und hinteres Luftdurchlassrohr sowie mittiger ersten Kammer der Luftströmung und aus dem Turbinenablufttrichter gebildet ist, mit Darstellung der Luftströmung und -verwirbelung in der ersten Kammer der Luftströmung sowie in dem hinteren und vorderen Luftdurchlassrohr sowie der Anordnung eines elektronisch gesteuerten Luftdruckbehälters zur Beaufschlagung der Strömung in der mittigen ersten Kammer der Luftströmung über ein mit dem anfallenden Strom des Gleichstromgenerators zusätzlich ansteuerbaren elektronisch gesteuerten Druckventil.
9: Die rechte Seitenansicht eines Fahrzeugs mit an diesem rechts und verdeckt auch links angebrachter Windenergieanlage aus Windkanal, Windturbine und Stromgenerator sowie weiteren zur Steuerung der vorhandenen elektrischen Anlagen benötigten Vorrichtungen, wobei im Bereich der Fahrzeugvorderseite der Frontsploiler angeordnet ist und der Windkanal sich über die gesamte Innenlänge des Fahrzeuges bis zum Heck erstreckt, wo der Turbinenablufttrichter angeordnet ist mit in diesem gelagerter Windturbine.
10: Eine Heckansicht dieses Fahrzeugs unter Darstellung der in Abstand zueinander angeordneten Turbinenablufttrichter des rechten und nun sichtbarem linken Windkanals, welche jeweils über Fliegengitter nach außen verschlossen sind.
11: Die Vorderseite dieses Fahrzeugs unter Darstellung der dort eingelassenen beiden zueinander seitlich beabstandeten Frontspoiler der Luftauffang- und Einlasstrichter.
12: Eine Darstellung gemäß 1 in einer abweichenden zweiten Ausführungsform unter Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Windenergieanlagen aus Windkanal, Windturbine und aus abgeändertem Stromgenerator unter Verwendung eines einstufigen elektronisch gesteuerten Synchrongetriebes mit Wechselstromregler und Wechselstromgenerator statt Gleichstromgenerator.
13: Ein gegenüber 3 abgeändertes Turbinenfutter mit zusätzlicher an dessen Außenwandung angelegter Längsverzahnung und mit vorderem Lauflageraußenring und hinterem Lauflageraußenring, wobei auf diese Außenverzahnung die ebenfalls aus einem Polymerkunststoff bestehenden Turbinenblätter mittels Lamellen gelagert sind.
Der schematische Aufbau zweier nebeneinander in Abstand zueinander an der Unterseite eines Autos anzulegender Windenergieanlagen aus Windkanal (1, 1',), Windturbine (5, 5') und gemeinsamer Gleichstromgenerator (10) ergibt sich aus 1 und gemäß 9, 10 und 11 die Anlage dieser beiden Systeme in oder unterhalb eines Fahrzeuges (100).
Es sind, wie in 1 dargestellt, zwei zur Fahrzeugmitte miteinander verbundene Frontspoiler vorgesehen, welche jeweils aus einem Seitenspoiler (19), einem unteren Spoiler (20) und einem mittleren Spoiler (21) bestehen. Die bei fahrendem Fahrzeug sich einstellende Fahrtluft wird in den linken und rechten Windkanal (1, 1') auf die in deren Endabschnitt in einem Turbinenablufttrichter (4) jeweils angeordnete Windturbine (5, 5') geleitet. Diese sind jeweils als Fächerturbine ausgebildet. Die Drehbewegung der Windturbinen (5, 5') wird dabei jeweils auf eine axiale untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') geleitet, deren Drehmoment jeweils über eine obere linke Antriebswelle (26) bzw. eine obere rechte Antriebswelle (27) auf ein gemeinsames Ausgleichsgetriebe (8) geführt ist. Durch dieses wird ein Synchronisationsgetriebe (9) angetrieben, welches dann zum Antrieb des gemeinsamen Gleichstromgenerators (10) mit Gleichstromrichter (11), sowie Steuergerät (12) für die zu versorgenden elektrischen Anlagen des Fahrzeuges und die als Antriebsakkus dienenden Fahrzeugbatterien und zusätzliche Versorgungsakkus (17) dient.
Der Aufbau der wesentlichen Bestandteile der Windenergieanlagen aus Windkanal (1, 1'), Windturbine (5, 5') und dem gemeinsamen Gleichstromgenerator sowie der Vorrichtung (12) zur Steuerung der elektrischen Anlagen des Fahrzeugs und deren Funktion ist wie folgt: Die Windenergieanlage besteht aus zwei Luftauffangtrichtern (1a, 1b) die vorne unterhalb des Fahrzeugs den Fahrtwind in jeweils einen der Windkanäle (1, 1') leiten, aus einem vorderen Luftdurchlassrohr (2a), das mit dem Luftauffangtrichter (1a, 1b) jeweils verbunden ist, und aus einer ersten Kammer der Luftströmung (3) mit vorderem und hinterem Ansatzrohr, welche über jeweils eine Rohrverbindung (22) mit dem vorderen und dem hinteren Luftdurchlassrohr (2a, 2b) verbindbar sind, die vom Luftauffangtrichter (1a bzw. 1b) kommen oder zum Turbinenablufttrichter (4) mit dem dort angeordneten Windturbinenrad (39) führen.
Der in Strömungsrichtung sich weitende Turbinenablufttrichter (4) dient zur gleichmäßigen Luftverteilung der durch den Fahrtwind aufgefangenen Luftströmung und somit zur gleichmäßigen Luftverteilung in den Windturbinen (5, 5') sowie zum Druckaufbau (Diffusor). Die Lauflager der Windturbinenräder (39) sind im Turbinenablufttrichter (4) vorne wie auch hinten mit jeweils vier an diesen und dem Turbinenablufttrichter verschraubbaren Stäben (24, 25) befestigt. Zur Lagerung der Windturbinenräder (39) dient ein vorderer Lauflageraußenring (28), eines Windturbinenlagers in Form eines Leichtlauflagers (32). Dieses ist auf der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Windturbine (5, 5') hin drehbar angeordnet.
Die Lagerung der Windturbine durch diese an der Vorder- und Rückseite des Turbinenlagers angeordneten Stäbe (24, 25) ergibt sich deutlich aus 2, 5 und 7. Vorzugsweise ist an dem im Windkanal in Strömungsrichtung sich weitenden Turbinenablufttrichter (4) gemäß 9 eine sich in der Querschnittsabmessung konisch verjüngende Luftabtriebshaube (34) angesetzt, die den Strömungsdruck veringert.
Die Windturbinen selbst bestehen aus hochlegiertem Aluminium oder auch aus Titan oder auch aus anderem stabilen oder leichten Werkstoff wie Polymerkunststoff.
Die Turbinenblätter (30) sind auf einem rohrförmigen Turbinenfutter (29) mit einer Innenverzahnung befestigt. Das Turbinenfutter (29) ist wiederum vorne und hinten, wie in 3 dargestellt, über zwei äußere Leichtlauflager (32) auf der axialen unteren Antrieb- und Lagerwelle (6, 6') gelagert, die am Turbinenablufttrichter (4) befestigt und stabilisiert sind.
Über zwei obere linke und rechte äußere Antriebwellen (26, 27) und über eine dort jeweils angelegte Schneckenverzahnung wird der Antrieb der beiden axialen unteren Antriebs- und Lagerwellen (6, 6') aufgenommen. Dabei besitzt die axiale untere Antrieb- und Lagerwelle (6, 6') eine Radverzahnung, welche in die jeweils angelegte Schneckenverzahnung der beiden äußeren Antriebswellen (26, 27) greift. Der Eingriff ist deutlich in 6 dargestellt. Des Weiteren ist ein Stabilisier- und Lagerrohr (6a) angelegt, welches jeweils als Zentrierrohr für die Antriebswellen dient. Dieses Zentrierrohr (6a) ist mit einer Seite auf dem Lauflageraußenring (28) der Turbine gelagert und mit dem jeweils mittig zum Liegen kommenden Ende bis zum Ausgleichsgetriebe (8) geführt. In diesem Zentrierrohr (6a) läuft auch in einem abgewinkelten Teil die Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Windturbine (5, 5'), wobei diese in 1 nicht sichtbar ist. Ferner läuft in dem Zentrierrohr, wie in 1 dargestellt, jeweils die äußere linke bzw. rechte Antriebswelle (26, 27), welche jeweils zur Mitte zum Ausgleichsgetriebe (8) geführt sind. Die Lagerung der oberen Antriebswellen (26, 27) erfolgt in den Zentrierrohren (6a) jeweils über Leichtlauflager (7, 7', 7''). Dieses Zentrierrohr ist des Weiteren mit Getriebeöl in herkömmlicher Weise befüllt, damit keine Reibungsverluste entstehen und damit die unteren Antrieb- und Lagerwellen (6a, 6') sowie die oberen Antriebswellen (26, 27) sich reibungslos drehen können.
Die Leichtlauflager (7, 7', 7'') sind passgenau entsprechend dem Durchmesser des äußeren Zentrierrohres (6a) und der Antriebswellen (6, 6'; 26, 27) erstellt, so dass keine Fehlrotationen entstehen können. Zudem sind die äußeren Lauflagerringe (28) für das Turbinenfutter (29) mit Bohrlöchern versehen, damit das Getriebeöl das Zentrierrohr frei durchfließen kann. Das gemeinsame Auslassgetriebe (8) sorgt dafür, dass bei ungleich rotierenden oberen linken und rechten Antriebswellen (26, 27) die Rotation ausgeglichen wird und somit eine gleichmäßige Rotation auf das angeschlossene Synchrongetriebe (9) sich einstellt, wobei gleichzeitig das Drehmoment der Wellen sich erhöht. Zum Antrieb des Gleichstromgenerators (10) ist die Ausbildung des über das Ausgleichsgetriebe (8) anzutreibenden Synchrongetriebes (9) wesentlich. Das Synchrongetriebe wird von der Antriebswelle, die vom Ausgang des Ausgleichsgetriebes kommt, angetrieben. Dieses elektronisch gesteuerte Synchrongetriebe (9) besteht vorzugsweise aus sechs hochschaltenden Gängen, die das Drehmoment der vom Ausgleichsgetriebe (8) kommenden Antriebswelle vorzugsweise um das siebenfache erhöht. Dabei wird schon im „1. Gang” das Drehmoment um das zweifache erhöht.
Der Gleichstromgenerator (10) wird von der Ausgangswelle des Synchrongetriebes (9) angetrieben und erzeugt je nach Geschwindigkeit und Bedarf den benötigten Strom, welcher über ein Steuergerät (12) zur Versorgung der elektrischen Anlagen des Fahrzeuges, und insbesondere der als Antriebsakkus dienenden Fahrzeugbatterien und zusätzlicher Versorgungsakkus (17) dient. Ein Gleichstromrichter (11) wandelt die vom Gleichstromgenerator (10) kommenden ungleichförmigen Stromflüsse in einen konstanten Stromfluss um, damit kein Kurzschluss bei der Versorgung des Steuergerätes (12) entsteht. Das zu verwendende Steuergerät (12) ist ein Computer, der den Strom an die Verbraucher der zu versorgenden elektrischen Anlagen weiterleitet, dabei die einzelnen Verbraucher ansteuert und deren Tätigkeiten analysiert. Über das Steuergerät (12) fließt der Strom, der vom Gleichstromrichter (11) eingespeist wird. Dieser wird an die einzelnen Verbraucher je nach Bedarf weitergeleitet, wie z. B. an eine Klimaanlage (16), als Antriebsakkus dienende Fahrzeugbatterien, das elektronisch gesteuerte Synchrongetriebe (9), ein Kontroll- und Anzeigedisplay und an die zusätzlichen Versorgungsakkus (17). Das Steuergerät (12) steuert dabei das Synchrongetriebe (9) je nach Bedarf der benötigten Strommengen für die einzelnen elektrischen Verbraucher, vornehmlich für die als Antriebsakkus dienenden Fahrzeugbatterien, welche von Geräten (13) zum Batteriemanagement ständig überwacht werden und dem Steuergerät (12) melden, wann mehr Strom oder weniger Strom zur nötigen Aufladung der Batterien während des Betriebs des Fahrzeugs benötigt wird. Die Geräte (13) des Batteriemanagements sorgen dafür, dass alle als Antriebsakkus dienenden Fahrzeugbatterien konstant gleichmäßig aufgeladen werden und dies bereits während der Fahrt. Die Geräte kontrollieren jede einzelne als Antriebsakku dienende Fahrzeugbatterie auf Energieabfall und geben die Daten an das Steuergerät (12) weiter.
Der Ladeverteiler (14) ist das letzte Element dieses Systems aus einer Anordnung von Windkanal, Windturbine und Geräten zur Stromerzeugung und Ansteuerung der elektrischen Anlagen des Fahrzeugs. Von ihm aus werden die als Antriebsakkus dienenden Fahrzeugbatterien mit Strom gespeist. Jede Fahrzeugbatterie hat seine eigenen Versorgungsstrang und eine eigene Kontrolleinrichtung, die direkt mit dem Gerät (13) des Batteriemanagements verbunden sind, wie vorab erklärt.
Weiterer wesentlicher Bestandteil ist das Kontrolldisplay (15) dieses Systems, welches gut sichtbar vorne auf der Armatur der Fahrerkabine angebracht ist. Das Kontrolldisplay (15) ist mit dem Steuergerät (12) verbunden und gibt die Daten an das Sichtfenster des Fahrzeuges weiter, wie z. B. die momentane Kapazität jedes der Antriebsakkus der Fahrzeugbatterien und der zusätzlichen Versorgungsakkus, sowie auch den Verbrauch jedes einzelnen Akkus und die Leistung dieser Batterien (Lebensdauer in Prozent). Man kann hier auch ein Diagrammfenster öffnen, um zu beobachten, wie der Leistungsabfall sich einstellen wird und der Ladevorgang des Systems in verschiedenen Gängen des Synchrongetriebes (9) erfolgt. Es ist auch möglich, über das Kontrolldisplaygerät (15) manuell die einzelnen Geräte des Systems anzusteuern, wie z. B. die Klimaanlagen die Gänge des elektronisch steuerbaren Synchrongetriebes (9) hoch- und runterschalten. Das Kontrolldisplaygerät (15) verfügt über einen Prozessor und WLAN, so dass alle Daten und Fehler gespeichert und über eine Schnittstelle ausgedruckt werden und auch Fehleranalysen gemacht werden können. Das WLAN dient dazu, dass man mit einer eigenen „App” von seinem Handy aus bei Frost und Kalte die Klimaanlage (16) bedienen kann, sowie auch andere Geräte des Fahrzeugs.
Die Klimaanlage (16) sorgt in der Fahrerkabine für kühle und warme Luft und wird bedient über das Kontrolldisplay (15). Zugleich versorgt die Klimaanlage (16) die Kammern der Windturbine mit warmer Luft bei niedrigen Außentemperaturen, um anstehenden Frostbeschlag aufzutauen.
Die zusätzlichen Versorgungsakkus (17) des Fahrzeugs (100) werden durch den elektrischen Strom der Gleichstromgeneratoren (10) bei Fahrt ständig aufgeladen und arbeiten unabhängig von den als Antriebsakkus vorgesehenen Fahrzeugbatterien. Diese zusätzlichen Versorgungsakkus (17) versorgen bei Stillstand des Fahrzeuges deren elektrischen Anlagen, wie z. B. das Steuergerät (12), das Synchrongetriebe (9), die Klimaanlage (16) und das Kontrolldisplay (15), mit Strom. Sie dienen auch dazu, die Geräte, die ferngesteuert werden, wie z. B. die Klimaanlage (16) und das Kontrolldisplay (15) zumindest im Stand-by-Modus zu halten.
Im Innern der beiden Luftauffangtrichter (1a, 1b) sind Fliegengitter (18) mit Klammern angebracht, wobei diese dafür sorgen, dass keine Laubblätter, keine kleinen Steine oder andere kleine Gegenstände in den Luftkanal gelangen können. Das Fliegengitter (18) lässt sich dabei durch Beseitigung der Klammern leicht entfernen und reinigen oder durch ein neues Fliegengitter ersetzen. Die Seitenspoiler (19) dienen dazu, den seitlich abtreibenden Fahrtwind abzufangen und in den Luftauffangtrichter (1a, 1b) zu leiten. Der untere Spoiler (20) dient dazu, den nach unten abtreibenden Fahrtwind abzufangen und in den Luftauffangtrichter (1a, 1b) zu leiten. Der zusätzliche mittlere Spoiler (21) dient dazu, den Fahrtwind an der Fahrzeugfront zu teilen und den insofern gebrochenen Fahrtwind in beide Kammern des Luftauffangtrichters (1a, 1b) effizient zu leiten. Über die Rohrverbindung (22) werden die vorderen und hinteren Luftdurchlassrohre (2a, 2b) mit den Rohransätzen der ersten Kammer der Luftströmung (3) verbunden, wobei die Rohrstücke ineinander geschoben werden, also das vordere Luftdurchlassrohr (2a) an seinem Ende in den Rohransatz der ersten Kammer der Luftströmung (3). Insofern wird erreicht, dass die Fahrtluft ohne Verlust durch den Windkanal (1, 1') strömen kann. Das vordere Luftdurchlassrohr (2a) und der Rohransatz der ersten Kammer der Luftströmung (3) werden für jedes Fahrzeug verschieden lang sein. Um eine geeignete Strömung sowie Wärme in der ersten Kammer der Luftströmung (3) einzustellen, sind dabei Klimaschläuche (23) für Warmluft vorgesehen. Diese sind mit der ersten Kammer der Luftströmung (3) verbunden.
Zur Verdeutlichung der nebeneinander angelegten Frontspoiler des Fahrzeugs mit den einzelnen Spoiler (19, 20, 21) und des Aufbaus der Windturbinen (5, 5') bzw. der Anlage des Windturbinenrades (39) im Turbinenablufttrichter (4) sind diese Teile mit den bloßen Windkanälen (1, 1') und die Antriebswellen (24, 27) mit Ausgleichsgetriebe (8) gemäß der Schnittlinie A-B und C-D der 1 nunmehr im Gegensatz zu 1 nicht in Draufsicht, sondern in 2 einem Querschnitt dargestellt.
Insofern zeigt 2 zwei zueinander beabstandete Windenergieanlagen aus Windkanal (1, 1'), Windturbine (5, 5') und gemeinsamen Gleichstromgenerator (10) gemäß 1 unter spezieller Darstellung des Aufbaus des Windkanals sowie der Windturbine nun nicht mehr in Draufsicht auf die Innenseite des Windturbinenrades bzw. deren Turbinenblätter (30), sondern in einem Querschnitt durch die Lagerung des Windturbinenrades (39) im Turbinenablufttrichter (4) sowie über die dort mittig längs verlaufende untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') mit seitlich an dieser Lagerwelle gelagerten Turbinenblätter (30) sowie unter Darstellung der oberen und unteren Antriebswellen (26, 27) und der Turbinenhalterung durch die vorderen und hinteren Stäbe (24, 25) zur Halterung des Turbinenlagers bzw. der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') gegenüber den Wandungen des sich nach außen konisch verbreitenden Turbinenablufttrichters (4). Ferner die Anlage der beiden Frontspoiler vor den Luftauffangtrichtern (1a, 1b) in Querschnittsdarstellung statt in der Draufsicht der 1, welche durch ein vorderes, die beiden Frontspoiler außen an der Vorderseite hintergreifendes, diese gemeinsam umlaufendes Rahmenprofil miteinander verbunden sind. Ferner durch ein hinteres an der Rückseite umlaufendes Rahmenprofil und durch einen mittigen gemeinsamen Rahmen.
In 2 sind insofern im Querschnitt die Spoiler (12, 20, 21), die erste Kammer der Luftströmung (3) mit dem Turbinenablufttrichter (4) als zweite Kammer sowie die Windturbinenräder (39) dargestellt und die dazu gehörigen mechanischen Teile einschließlich des gemeinsamen Ausgleichsgetriebes (8).
Die erste Kammer der Luftströmung (3) ist so aufgebaut, dass die vom Fahrtwind abgeleitete Luft durch den im Öffnungsquerschnitt sich verbreiternden vorderen Abschnitt der ersten Kammer in der Strömungsgeschwindigkeit verringert wird, bei gleichzeitigem Druckabfall mit zusätzlichen Druckluftanschluss und im hinteren Kammerabschnitt sich im Öffnungsquerschnitt verengenden Kompressionsbereich. Dazu ist das von vorne, also vom Luftauffangtrichter (1a, 1b) kommende vordere Luftdurchlassrohr (2a) im Durchmesser breiter als das Endrohr der ersten Kammer der Luftströmung (3). Zwischen dem vorderen Luftdurchlassrohr (2a) und dem hinteren Endrohr der erste Kammer der Luftströmung (3) befindet sich deren im Durchmesser doppelt so breite Rohrkammer, in welcher sich die Luft ansammelt und durch das vom Durchmesser schmalere hintere Endrohr durchgepresst und somit beschleunigt wird.
Die Außenwandungen des Turbinenablufttrichters (4) gehen von dem hinteren Luftdurchlassrohr (2b) mit einer Neigung von 20° im Querschnitt trichterförmig auseinander und gehen am Ende vorzugsweise in Querschnittsgrößen von 250 mm, 300 mm oder 350 mm über. Zudem hält der Turbinenablufttrichter die Windturbinen (5, 5') bzw. deren Windturbinenräder mittels den Stäben (24, 25), die am vorderen Lauflageraußenring (28) des Turbinenleichtlauflagers (32) befestigt sind und somit den Turbinenablufttrichter (4) mittig und steif nach außen halten. Diese Halterung ist insbesondere in 5 und 7 deutlich herausgestellt.
Die Stäbe (24, 25) sind aus gehärtetem Metall hergestellt und halten die Lagerung der Windturbine (5, 5') im Turbinenablufttrichter (4) mittig und fest. Es sind insgesamt 8 Stäbe für diese Turbinenhalterung vorgesehen, nämlich 4 am vorderen Lauflagerring (28) und 4 am hinteren Lauflagerring (31), wie in 5 deutlich herausgestellt. Die unten liegende Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') wird direkt von der Windturbine (5, 5') angetrieben, da diese Antriebswelle mit einer Außenverzahnung in eine innere Längsverzahnung (36) des Turbinenfutters (29) eingreift, und die Turbinenblätter (30) auf dieser entweder mittig festsitzend verankert sind oder gemäß 13 über eine Außenverzahnung (45) des Turbinenfutters (29) auf dieser befestigt sind. Die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') hat am anderen Ende eine Schneckenverzahnung (41), womit sie die obere linke bzw. obere rechte Antriebswelle (26, 27), die ein Zahnrad (36') mit einer Radverzahnung hat, antreibt, wie auch in 6 deutlich herausgestellt. Die oberen rechten und linken Antriebswellen (26, 27) werden insofern von der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') angetrieben und laufen direkt kraftmäßig in das Ausgleichsgetriebe (8). Der vordere feststehende Lauflageraußenring (28) bildet eine Einheit mit dem Turbinenfutter (29), das an der Innenseite dieses Lauflageraußenringes gelagert ist und sich darin frei drehen kann. Insofern bilden diese Teile zusammen das Leichtlauflager (32). An der Außenwand des Turbinenfutters (29) sind mittig festsitzend die Turbinenblätter (30) verankert. Dabei ist die Innenwand des Turbinenfutters (29) durchgehend verzahnt. Das Turbinenfutter (29) sitzt mit seinen beiden Enden in den zwei feststehenden Lauflagerringen (28, 31), wie in 3 und 4 zusätzlich dargestellt. Die Turbinenblätter (30) sind aus hochlegiertem Leichtmetall hergestellt, so dass sie der Windkraft standhalten können und die volle aufgenommene Windkraft auf die Antriebswelle übertragen. Der hintere feststehende Lauflagerinnenring (31) bildet eine Einheit mit dem Turbinenfutter (29) wie vorab zur Anlage des Lauflageraußenringes (28) bereits erklärt.
In 2 ist wie zu 1 die Lagerung der oberen linken und oberen rechten Antriebswelle (26, 27) im Leichtlauflager (7', 7'') dargestellt, wobei diese Leichtlauflager außen von dem Zentrierrohr (6a) umgeben sind und entsprechend dessen Durchmesser und den der Antriebswellen (26, 27) maßgenau ausgebildet sind, so dass keine Fehlrotation entstehen kann.
Die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Windturbine (5, 5') ist ebenfalls in einem derartigen Leichtlauflager (32) gelagert, so dass diese ohne Fehlrotation sich dort drehen kann. Auch dieses Leichtlauflager hat an seinem äußeren Lauflagerring Bohrungslöcher, damit Getriebeöl frei dort durchlaufen kann. Ferner erkennt man auch in 2 das Ausgleichsgetriebe (8), zu dem der Antrieb der oberen linke und rechte Antriebswelle (26, 27) geführt ist und deren unterschiedliche Rotation ausgleicht. Auf die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') des Turbinenlagers ist eine Endkappe (33) mit einem Dichtring (37, siehe 4) auf dem äußeren vorderen Lauflagerring (28) verschraubt. Diese Endkappe (33) dichtet das Rohrsystem der Zentrierrohre (6a) der Antriebswellen ab und sorgt dafür, dass das im Zentrierrohr (6a) aufgenommene Getriebeöl in diesem Rohrsystem bleibt.
Die Endkappe (33) ist in ihrer Gestalt trapezförmig und hat nach vorne eine abgerundete Schnauze, so dass sie den von vorne kommenden Wind gleichmäßig auf die Turbinenblätter (30) verteilt, wie dies auch noch in 4 dargestellt ist.
Das Zentrierrohr (6a) ist im Übrigen zum Ausgleichsgetriebe (8) beidseitig als Stabilisier- und Lagerrohr jeweils auf der rechten und linken Seite fortgeführt. Dieses ist mit einer Dichtung am Ausgleichsgetriebe jeweils beidseitig verschraubt. Des Weiteren ist es an seinem anderen Ende mit einer Dichtung am hinteren Lauflageraußenring (31) des Turbinenlagers verschraubt. In diesem Zentrierrohr ist zunächst die obere linke und die rechte Antriebswelle (26, 27) in zwei Leichtlauflagern gelagert und geht dann L-förmig nach unten in Richtung zum Turbinenlager bzw. die untere Antriebs- und Lagerwelle. In dem L-förmig nach unten gehenden Teil des Stabilisier- und Lagerrohres (6a) ist somit die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Windturbine (5, 5') gelagert, wie im Übrigen auch in 6 zu entnehmen. Zudem stabilisiert dieses Zentrier- bzw. Stabilisier- und Lagerrohr (6a) auch die Windturbine (5, 5') im Turbinenabluftrichter (4).
Die in 2 in Querschnittsansicht dargestellte Anordnung des Windturbinenrades (39), in dem Turbinenablufttrichter (4) sowie die Lagerung der Turbinenblätter (30) auf der axial in Längsrichtung des Windkanals ausgerichteten unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') ist nun in vergrößerter Darstellung in 3 mit der Lagerung der Turbinenblätter (30) auf deren Turbinenfutter (29) und unter Darstellung des Lauflageraußenringes (28) und des Lauflagerinnenringes (31) des Turbinenfutters (29) dargestellt, wobei insofern ein Leichtlauflager (32) gebildet wird. Das Turbinenfutter (29) ist in Halbschnitt dargestellt, wobei längst der dargestellten geschnittenen Buchse an der Innenseite eine Längsverzahnung (36) angelegt ist, welche im vorliegenden Beispiel 3 mm hoch ist. Mit dieser Längsverzahnung (36) kämmt das Turbinenfutter (29) mit der an ihrer Innenseite geführten, axial nach unten ausgerichteten Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Windturbine (5, 5'). Das Turbinenfutter hat einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Länge von 50 mm, wobei der Innendurchmesser 19 mm beträgt. Der äußere Durchmesser des Lauflageraußenringes (28) sowie des Lauflagerinnenringes (31) beträgt dabei jeweils 50 mm. Der Lauflageraußenring (28) des Leichtlauflagers (32) ist vom Innenrand zum Oberrand 10 mm hoch und hat eine Breite von ebenfalls 10 mm. Das Turbinenfutter (29) hat einen Durchmesser von 30 mm und ist gleichzeitig der innere Ring des Leichtlauflagers (32). Von seinem Innenrand bis zu seinem Oberrand ist es 8 mm hoch und die auf seiner Innenwandung angelegte Längsverzahnung (31) besitzt eine Höhe von 3 mm. Die Turbinenblätter (30) sind auf der Außenwandung des Turbinenfutters (29) kraftflüssig festgesetzt und drehen sich insofern mit dem Turbinenfutter (29).
4a zeigt in einer Vorderansicht das Lager des Turbinenfutters (29) mit seinem Lauflageraußenring (28) und seinem Lauflagerinnenring (31), wobei diese ein Leichtlauflager (32) bilden. Ferner die am Turbinenfutter (29) vorgesehene Lagerinnenringverzahnung in Form einer Längsverzahnung (36) für den Eingriff der durch diese in Drehbewegung zu setzenden unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6'). Es ist in 4a genau dargestellt, wie das Lager des Turbinenfutters (29) montiert ist. Der in dieser Querschnittsdarstellung erkennbare äußere konzentrische Flanschabschnitt ist der Lauflageraußenring (28), in welchem vier Montagelöcher (35) mit Gewindebohrungen angelegt sind. Über diesen und die Montagelöcher bzw. Bohrungen mit Innengewinde werden die Endkappen (33) montiert, welche das Lager des Turbinenfutters (29) nach Außen abschließen. Weiterer Bestandteil des Turbinenfutters (29) ist der Lauflagerinnenring (31).
In 4b ist das Lager des Turbinenfutters (29) in Seitenansicht wiedergegeben unter Darstellung des Lauflagerinnenrings (31) und des Lauflageraußenringes (28) sowie der auf diesem Turbinenfutter (29) sitzenden Endkappe (33), wobei die dort angelegte innere Längsverzahnung (36) in die Außenverzahnung der in 4 nicht dargestellten Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') eingreift.
In 4c ist die Endkappenvorderansicht mit der Darstellung der vorgesehenen Montagelöcher (35) des Lauflageraußenringes (28) dargestellt und die insofern dargestellte kreisförmige Querschnittsabmessung der Endkappe. Des Weiteren erkennt man in 4b den Dichtring (37), welcher zwischen dem Lauflageraußenring (28) und der Endkappe (33) zu liegen kommt.
In 5 ist von der Rückseite des Windturbinenrades (39) der Aufbau der Windturbine (5, 5') aus der Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') und aus einzelnen dort gelagerten Turbinenblättern (30) wiedergegeben, sowie die Lagerung dieses Windturbinenrades (39) im Turbinenablufttrichter (4) unter Darstellung der verwendeten vier hinteren Stäbe (25) zwischen der Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') und der Wandung des Turbinenablufttrichters (4) zur Turbinenhalterung bzw. Stabilisierung. Es sind zur Halterung des Turbinenlagers lediglich die hinteren vier Stäbe (25) dargestellt und nicht zusätzlich die in dieser Darstellung verdeckten, vorderen vier Stäbe (24), mit denen das Windturbinenrad insgesamt mittig und steif im Turbinenablufttrichter (4) montiert und gehalten wird. Diese Stäbe müssen sehr passgenau sein, da sie die Windturbine (5) bzw. das Windturbinenrad (39) im Turbinenablufttrichter (4) zentrieren. Die Stäbe (24, 25) werden von oben auf den Lauflagerring (28) außen des Turbinenlagers festgeschraubt, wobei die Stäbe (24, 25) im unteren Bereich ein Außengewinde haben und der Lauflageraußenring (28) bzw. der Lauflagerinnenring (31) Bohrungen mit Innengewinde, in welchen die Stäbe (24, 25) verschraubt werden können. An ihrem oberen Abschnitt haben die Stäbe (24, 25) eine Bohrung mit Innengewinde und werden mit einer Schraube (40) am Turbinenablufttrichter (4) festgelegt, wobei am Turbinenablufttrichter (4) hierzu entsprechende Montagelöcher angelegt sind.
Der Aufbau und die Funktion der unteren Antrieb- und Lagerwelle (6, 6') sowie auch der oberen Antriebswelle (26, 27), welche gemäß 1 und 2 in der dortigen Darstellung der Windenergieanlagen mit Windturbinen (5, 5') innerhalb der Windkanäle (1, 1') und des zusätzlich dargestellten Antriebs des Ausgleichsgetriebes durch diese Antriebswellen gezeigt ist, ist in vergrößerter Darstellung im einzelnen in 6a und 6b dargestellt.
In 6a erkennt man die Führung der oberen linken Antriebswelle (26), welche am äußeren rechten Ende ein Zahnrad (36') aufweist, und mittig in dem Stabilisier- und Lagerrohr (6a) geführt ist. Die Lagerung dieser Antriebswelle erfolgt wie in 2 ausgeführt über Leichtlauflager (7', 7''). Die obere Linke Antriebswelle (26), wie die obere rechte Antriebswelle (27), geht seitlich zum Antrieb des Ausgleichsgetriebes (8) über, was in 1 und 2 gezeigt ist. Dagegen kämmt das Zahnrad (36') der dargestellten linken Antriebswelle (26) mit der unterhalb davon in 6a in Querschnittsansicht dargestellten unteren Antriebs- und Lagerwelle (6'), welches zu diesem Zweck eine Schneckenverzahnung (41) an ihrem äußeren angrenzenden Abschnitt aufweist.
In der gegenüber 6a um 90° gedrehten Längsschnittdarstellung gemäß 6b erkennt man links das Ende der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') mit der an ihr angelegten Schneckenverzahnung (41), welches mit dem nun in Draufsicht dargestellten Zahnrad (36') kämmt, das am äußeren Ende der oberen linken Antriebswelle (26) angelegt ist. Die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') ist in dem nach unten abgewinkelten Stück des Zentrierrohres (6a) in dem Leichtlauflager (32) gelagert, wobei die Lagerung der beiden oberen Antriebswellen (26, 27) in den in dem oberen Stück des Zentrierrohres (6a) angelegten Leichtlauflagern (7', 7'') erfolgt. Diese Leichtlauflager sind im Innen- bzw. Außendurchmesser genau auf den freien Innendurchmesser des Zentrierrohres (6a) bzw. den Außendurchmesser der Antriebswellen abgestimmt. Das Zentrierrohr (6a) dient auch zur Stabilisierung des Turbinenlagers, wie in der vergrößerten Darstellung der folgenden 7 dargestellt. In dem Zentrierrohr (6a) befindet sich auch Getriebeöl, was dazu dient, das Leichtlauflager (7', 7''; 32) und die in diesen geführten Antriebswellen (26, 27) zu schmieren und damit vor einer Überhitzung zu schützen. Das Getriebeöl wird aufgefüllt über das in 1 und 2 dargestellte Ausgleichsgetriebe (8) und läuft bis zur Endkappe (33), welche auf den Lauflageraußenring (28) des Turbinenlagers sich befindet. Im Ausgleichsgetriebe wird das Getriebeöl auch wieder abgelassen und neu ausgetauscht werden.
Von den drei Leichtlauflagern (7, 7'; 32) dienen somit zwei für die obere Antriebswelle (26, 27) und ein Leichtlauflager für die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6'). Die passgenau ausgebildeten Leichtlauflager werden auf die einzelnen Antriebswellen gepresst und jeweils auf beiden Seiten mit Sprengringen (42, 42'; 43, 43'; 44, 44') in jeweils in der Außenseite der Antriebswellen vorgesehenen Einbuchtungen festgelegt (siehe insofern auch 7). Danach werden die Leichtlauflager mit den eingebrachten Antriebswellen (6, 6'; 26, 27) passgenau in das Zentrierohr (6a) verschoben und eingepresst.
Wie in 6a und 6b dargestellt, greift die von dem Windturbinenrad (39) angetriebene untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') mit ihrer Schneckenverzahnung (41) in das angrenzende an der oberen Antriebswelle (26) bzw. (27) gelagerte Zahnrad (36') ein. Insofern werden diese Antriebswellen über die sich drehende Schneckenverzahnung (41) der Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') angetrieben.
Die Schneckenverzahnung (41) ist eine spiralförmige, immer sich in dieselbe Richtung windende Verzahnung des Endabschnittes der Antrieb- und Lagerwelle (6, 6'), wobei die Verzahnung etwa 3 mm hoch ist und den Zahnkranz des Zahnrades (36') der oberen Antriebswelle (26) bzw. (27) antreibt. Die durch das Zahnrad (36') angetriebene obere Antriebswelle (26) bzw. (27) führt mit ihrem gegenüberliegenden Endabschnitt auf das Ausgleichsgetriebe (8). Das Zahnrad (36') ist somit ein festes Teil der oberen Antriebswelle (26, 27) und besitzt einen Zahnkranz von 3 mm Höhe und wird somit von der Schneckenverzahnung (41) angetrieben. Die Sprengringe (42, 42'; 43, 43'; 44, 44') sind auf beiden Seiten der Leichtlauflager (7', 7''; 32) und an den an der Außenseite der Antriebswellen vorgesehenen Einbuchtungen festgeklemmt. Insofern können die Leichtlauflager beim Einpressen in das Zentrierrohr (6a) sich nicht verschieben und auch nicht verkanten.
In 7 ist ein gegenüber 2 vergrößerter Querschnitt lediglich des oberen Teils gegeben, nämlich des Turbinenablufttrichters (4) mit dem dort angeordneten Windturbinenrad (39) und der zur Turbinenlagerung dienenden axial nach vorn sich erstreckenden unteren Antriebs- und Lagerwelle (6), mit an deren Turbinenfutter (29) gelagerten Turbinenblättern (30) und dem Zentrierrohr (6a) der unteren Antriebs- und Lagerwellen (6) und dessen dortigem Leichtlauflager (32).
Der Turbinenablufttrichter (4) ist ein Windkanalabschnitt, der die Windturbine (5) effizient mit einer Windströmung aus im Fahrzeug bei Betrieb sich einstellendem Fahrtwind versorgt. Die Innenwandung des sich weitenden Turbinenablufttrichters (4) weist, von dem Anschluss des hinteren Luftdurchlassrohrs (2b) bis zu seinem Trichterende eine Neigung von 20° auf. In dem hinteren Abschnitt vor dem Trichterende ist mittig die axiale untere Antriebs- und Lagerwelle (6) gelagert, von welcher seitlich radial die Turbinenblätter (30) in Richtung zur Innenwandung des Turbinenablufttrichters verlaufen. Diese sind am Turbinenlager auf dem radial zurückspringenden Turbinenfutter (29) gelagert, welches den vorderen Lauflageraußenring (28) und den hinteren Lauflagerinnenring (31) besitzt, welche radial gegenüber dem Turbinenfutter (29) vorspringen. Die Endkappe (33) des Turbinenlagers ist wie in der Schnittansicht der 7 dargestellt, auf dem vorderen Lauflageraußenring (28) gelagert. Insofern wird zu diesem auf 2, 4 und 5 verwiesen. Die Turbinenblätter (30) sind immer so lang, dass zwischen deren äußerer Spitze und der Innenwandung des Turbinenablufttrichters (4) ein freier Abstand von 0,5 mm gegeben ist. Zur Ausbildung des hinteren Lauflagerinnenrings (31) wird insbesondere auf 2, 3 und 4 und die dortigen Erläuterungen verwiesen. Im Übrigen erkennt man die Stäbe (24, 25) zur Turbinenlagerhalterung. Die vorderen Stäbe gehen vom vorderen Lauflageraußenring (28) aus und sind bis zur Innenwandung des Turbinenablufttrichters (4) geführt. Die hinteren Stäbe (25) zur Turbinenhalterung gehen vom hinteren Leichtlauflagerinnenring (31) aus und erstrecken sich ebenfalls bis zur Innenwandung des Turbinenablufttrichters (4). Die Befestigung der Stäbe (24, 25) erfolgt jeweils wie zur 2 und 5 erklärt. Der Dichtring (37) der Turbinenlagerung sitzt zwischen dem hinteren Lauflagerinnenring (31) und dem Zentrierrohr (6a), welches das Leichtlauflager (32) zur Lagerung der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6) zentriert und damit auch diese Antriebswelle. Das Zentrierrohr (6a) wird mit vier Schrauben auf dem hinteren Lauflagerinnenring (31) befestigt und durch den Dichtring (37) abgedichtet. Es stellt somit eine zusätzliche Stabilisierung des Turbinenfutters (29) im Kanal des Turbinenablufttrichters (4) dar. Zur Ausbildung der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6) der Windturbine (5) wird insbesondere Bezug auf die Ausführungen zu 2 und 6 genommen. Die Ausbildung des zur Lagerung dieser Antriebswelle verwendeten Leichtlauflagers (32) entspricht den Ausführungen zu 1, 2 und 6.
In 8 ist im Gegensatz zu 1 und 2 der bloße Windkanal (1) zudem ohne Anordnung der Windturbine (5) innerhalb des Turbinenablufttrichters (4) gezeigt, wobei in diesen die sich vom Frontspoiler nach hinten bis zum Turbinenablufttrichter (4) ausbildende Luftströmung des abgeleiteten Fahrtwindes des Fahrzeuges dargestellt ist sowie dessen Verwirbelung, insbesondere innerhalb der ersten Kammer der Luftströmung (3). In dieser wird über einen Luftdruckbehälter (46) und ein elektronisch gesteuertes Druckventil (49) mit zu dieser Kammer führenden Luftdruckschläuchen (52, 53) von zwei Seiten zusätzliche unter Druck stehende Luft zugeführt. In dieser ersten Kammer der Luftströmung (3) wird insofern die Luftströmung zunächst verringert bei gleichzeitigem Druckabfall. Man erkennt wie in 1 dargestellt, den Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) mit dem dort angesetzten Frontspoiler aus unterem Spoiler (20) und mit mittlerem Spoiler (21) sowie mit dem zusätzlichen Seitenspoiler (19), wobei deren Luftströmung zum Luftauffang- und einlasstrichter geführt ist. Der Luftdruckbehälter (46) mit dem elektrisch gesteuerten Druckventil (49) sowie den Luftdruckschläuchen (52, 53) ist grundsätzlich auch für die erste Kammer der Luftströmung (3) nachrüstbar, also eine vorzugsweise Ausbildung.
Die Halterung des Luftauffang- und Einlasstrichters (1a) und des angrenzenden Trichters (16) erfolgt gemäß 2 und 8 über einen gemeinsamen vorderen Rahmen (47) sowie über einen gemeinsamen hinteren Rahmen (48) für diese. Der vordere Rahmen (47) hat ein äußeres Rahmenprofil aus gehärtetem Aluminium und besitzt eine nach hinten offene Seite. Auf diese wird ein flexibler Hartgummidichtrahmen eingesetzt. Nur dieser berührt den hinteren Rahmen (48) dieser Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) und (1b), wobei der vordere Rahmen (47) und hinterer Rahmen (48) zusammengeschraubt sind. Der hintere Rahmen (48) der Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) und (1b) besteht ebenfalls aus gehärtetem Aluminium und ist aus einem mit dem Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) und (1b) zusammenhängenden ganzen Teil gebildet. Der hintere Rahmen hat nach vorne eine offene Seite. Auf dieser offenen Rahmenseite wird ebenfalls ein flexibler Hartgummidichtrahmen gesetzt. Nur dieser Hartgummidichtrahmen berührt den vorderen Hartgummidichtrahmen, welcher auf der offenen Rahmenseite des vorderen Rahmens (47) aufgesetzt ist, sobald eine Verschraubung erfolgt. Diese beiden flexiblen Hartgummidichtrahmen sorgen dafür, dass Vibrationen und Stöße von Schlaglöchern und Straßenunebenheiten aufgefangen werden und somit keine Risse und Schäden am Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) oder (1b) entstehen. Der Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) ist aus legiertem und gehärtetem Aluminium hergestellt, kann aber auch aus Karbon oder anderen leichten stabilen Materialen gebildet werden.
Das längliche vordere Luftdurchlassrohr (1a) verbindet in 8 den Luftauffang- und Einlasstrichter (1a) mit der ersten Kammer der Luftströmung (3) bzw. deren Anschlussrohr.
Dieses Rohr und die verwendete Rohrverbindung (22) ist flexibel und dehnbar, so dass man es auch schnell an- und demontieren kann. Insofern kann man auch Verunreinigungen, welche sich im Rohrsystem des Windkanals (1) festgesetzt haben, schnell beseitigen. Außerdem verhindert diese „Flexibilität” und „Dehnbarkeit” der Rohrverbindung, dass Hebelwirkungen von den festen Bauteilen des Windkanals (1) auf andere Teile übertragen werden. Die erste Kammer der Luftströmung (3) besteht aus legiertem und gehärtetem Aluminium oder aus einem anderen leichten stabilen Material. Zum Aufbau, insbesondere der ersten Kammer der Luftströmung (3) wird auf die Ausführungen zu 1 und 2 verwiesen. Das hintere Luftdurchlassrohr (2b) mit den Rohrverbindungen (22') verbindet den hinteren Rohransatz der ersten Kammer der Luftströmung (3) mit dem Turbinenablufttrichter (4). Auch dieses hintere Luftdurchlassrohr (2b) ist wie das vordere Luftdurchlassrohr (2a) flexibel und dehnbar und besitzt die gleichen Eigenschaften wie das vordere Luftdurchlassrohr (2a). Der Turbinenablufttrichter (4) kann aus Edelstahl oder aus legiertem oder gehärtetem Aluminium gebaut werden. Der Aufbau und Arbeitsweise dieses Trichters ergeben sich dabei aus den Erläuterungen zu 1, 2 und 7. Der Aufbau und die Funktion des Seitenspoilers (19) ist in den Ausführungen zu 1 näher erläutert. Gleiches gilt für den aus dem unteren Spoiler (20) und den mittleren Spoiler (21) gebildeten Frontspoiler. Der Luftdruckbehälter (46) kann wie ausgeführt, direkt in einer bevorzugten Ausführungsform serienmäßig vorgesehen werden oder auch lediglich in einer Ausführung zu seiner Nachrüstung. Es weist ein Standardventil (51) zum Nachfüllen von Druckluft auf, was an jeder Tankstelle oder an einem Luftkompressor erfolgen kann. Der Luftdruckbehälter dient insbesondere dazu, dass beim Starten des Fahrzeuges bereits in die erste Kammer der Luftströmung (3) eine größerer Luftströmung geleitet werden kann und somit die Windturbine (5) in Bewegung gesetzt wird, bis schließlich das Fahrzeug auf eine genügend große Geschwindigkeit von z. B. 30 km/h beschleunigt ist und genügend Windkraft im Windkanal 1 gegeben ist, damit sich ein größeres Drehmoment an der Windturbine (5) einstellt. In diesem Zustand kann der Luftdruckbehälter ausgeschaltet werden oder zusätzlich zur im hinteren Kammerabschnitt der ersten Kammer der Luftströmung (3) eintretenden Kompression der Luft eingeschaltet bleiben. Der Luftdruckbehälter (46) dient insofern im Wesentlichen nur dazu, bereits am Anfang der Fahrt des Fahrzeuges mit der Windturbine ein ausreichendes Drehmoment zur Stromerzeugung bereitzustellen. Das elektronisch gesteuerte Ventil (49) zur Zuführung von Druckluft in die erste Kammer der Luftströmung (3) ist mit dem Steuergerät (12) verbunden und wird von diesem gesteuert und gibt seine Betriebsdaten an das Kontrolldisplay (15) des Fahrzeuges weiter. Insofern wird in diesem Display angezeigt, wie viel Luft noch in dem Luftdruckbehälter (46) vorhanden ist, und wann dieser Behälter nachzufüllen ist. Man kann auch am Kontrolldisplay (15) die Anzeige des Drucks des Luftdruckbehälters (46) manuell abschalten sowie auch die Anzeige der Steuerung des elektronisch gesteuerten Druckventils (49) für den Anschluss der Luftdruckschläuche (52, 53). Der Luftdruckbehälter besitzt ferner üblicherweise eine manuelle Druckluftanzeige und einen Druckminderer (50) sowie das Standardventil (51) zum Befüllen dieses Behälters.
Ein Kraftfahrzeug (100) mit den beiden an ihm in Längsrichtung nebeneinander in Abstand zueinander angelegten Windenergieanlagen aus zwei Windkanälen mit Luftauffang- und Einlasstrichter, Turbinenablufttrichter (4) und Windturbine (5) sowie dem dazwischen befindlichen Rohrsystem aus vorderem und hinterem Luftdurchlassrohr (2a, 2b) sowie erster Kammer der Luftströmung (3) ist in 9 dargestellt und zwar lediglich unter Darstellung des auf der rechten Fahrzeugseite zu sehenden Teils dieser Anlagen. Da bei Elektrofahrzeugen zu deren Einbau mehr Platz ist als bei Benzinfahrzeugen, weil bei diesen Elektrofahrzeugen Teile wie Auspuff, Großgetriebe, Motorblock, Ölwanne, Luftfilter und Kühler nicht benötigt werden, kann die Anlage der beiden Windenergieanlagen aus Windkanälen, Luftauffang- und Einlasstrichter sowie Turbinenabluftrichter mit dort angeordneter Windturbine (5) sowie der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6a) und den oberen und unteren Antriebswellen (26, 27) zum Antrieb des Ausgleichsgetriebes (8) und des Gleichstromgenerators (10) in unterschiedlichster raumsparender Weise im Fahrzeug oder unter dem Boden des Fahrzeuges erfolgen. Bevorzugt ist gemäß 9 an dem in der Querschnittsabmessung sich weitenden Turbinenablufttrichter (4) zusätzlich eine sich in der Querschnittsabmessung konisch verjüngende Luftabtriebshaube (34) angesetzt.
10 zeigt die Heckansicht des Fahrzeugs (100) unter Darstellung der in Abstand zueinander angeordneten beiden Turbinenablufttrichter (4) des rechten und des linken Windkanals (1, 1'), welche am Luftauffang- und Einlasstrichter (1a, 1b) jeweils über Fliegengitter (18) nach außen verschlossen sind. Insbesondere wenn die Turbinenablufttrichter bereits im Abstand von Autoheck weiter innen vom Fahrzeughinterteil enden, sind auf der Höhe des Turbinenablufttrichters (4) Luftauslassgitter angelegt, damit es keinen Luftdruckstoß gibt, was zum Bremsen der Windturbinen (5) führen würde.
Die Vorderseite des Fahrzeuges (100) mit den eingebauten beiden Windkanälen (1, 1') und den weiteren Teilen der Windenergieanlage aus Luftauffang- und Einlasstrichter (1a, 1b) sowie den beiden Frontspoilern aus unteren Spoiler (20) und mittleren Spoiler (21) ist in 11 dargestellt. Man sieht bei dieser Darstellung des Elektrofahrzeuges (100) von vorne, dass genügend Platz gegeben ist, um die beiden Luftauffang- und Einlasstrichter (1a, 1b) vorne im Front- bzw. Spoilerbereich des Fahrzeuges zu platzieren. Wie zuvor ausgeführt, fehlen nämlich bei Elektrofahrzeugen im Gegensatz zu Benzinfahrzeugen viele nun überflüssige Fahrzeugteile.
Schließlich ist in 12 ein abweichender Aufbau der gemäß 1 und 2 nebeneinander in Abstand zueinander angelegten Windenergieanlagen aus Windkanal (1, 1'), Luftauffang- und Einlasstrichter (1a, 1b), dem Rohrsystem aus vorderem Luftdurchlassrohr (2a) und hinterem Luftdurchlassrohr (2b) sowie aus der ersten Kammer der Luftströmung (3) und Turbinenablufttrichter (4) gegeben. Dies da die Verwendung eines einstufigen, elektronisch gesteuerten Synchrongetriebes (54) vorgesehen ist mit Wechselstromgenerator (56) statt des Gleichstromgenerators (10) und mit Wechselstromregler (55) statt Gleichstromrichter (11).
Bezugszeichenliste

1, 1': Windkanal
1a, 1b: Luftauffang- und Einlasstrichter
2a: vorderes Luftdurchlassrohr
2b: hinteres Luftdurchlassrohr
3: erste Kammer der Luftströmung
4: Turbinenablufttricher
5, 5': Windturbine
6, 6': untere Antriebs- und Lagerwelle
6a: Zentrierrohr (Stabilisier- und Lagerrohr)
7', 7'': Leichtlauflager
8: Ausgleichsgetriebe
9: Synchrongetriebe
10: Gleichstromgenerator
11: Gleichstromrichter
12: Steuergerät
13: Batteriemanagement
14: Ladeverteiler
15: Kontrolldisplay
16: Klimaanlage
17: Versorgungs-Akku
18: Fliegengitter
19: Seitenspoiler
20: unterer Spoiler des Frontspoilers
21: mittlerer Spoiler des Frontspoilers
22, 22': Rohrverbindungen
23: Klimaschlauch
24: vordere Stäbe zur Turbinenhalterung
25: hintere Stäbe zur Turbinenhalterung im Turbinentrichter
26: obere Antriebswelle (links)
27: obere Antriebswelle (rechts)
28: vorderer Lauflageraußenring zur Bildung eines Leichtlauflagers mit dem Turbinenfutter (3)
29: Turbinenfutter
30: Turbinenblätter
31: hinterer Lauflageaußenring zur Bildung eines Leichtlauflagers der Turbinenlagerung
32: Leichtlauflager der Turbinenlagerung
33: Endkappe an der Turbinenwelle
34: Luftabtriebshaube
35: Montagelöcher mit Gewindebohrung im Lauflageraußenring
36: Innere Längsverzahnung des Turbineninnenfutter (29) zum Eingriff mit der Außenverzahnung des angrenzenden Endes der unteren Antrieb- und Lagerwelle (6, 6')
36': Zahnrad der oberen linken oder rechten Antriebswelle
37: Dichtring
38: Antriebsakkus
39: Windturbinenrad
40: Schraube zur Befestigung der Stäbe am Turbinentrichter
41: Schneckenverzahnung des Endabschnitts der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der zum Zahnrad (36') der oberen Lagerwellen (26, 27) gerichtet ist
42, 42': Sprengringe zur Festlegung des Leichtlauflagers an der Antriebswelle
43, 43': Sprengringe zur Festlegung des Leichtlauflagers an der Antriebswelle
44, 44': Sprengringe zur Festlegung des Leichtlauflagers an der Antriebswelle
45: Längsverzahnung der Turbinenfutteraußenseite
46: Luftdruckbehälter
47: vorderer Rahmen für den Luftauffang- und Einlasstrichter
48: hinterer Rahmen für die Luftauffang- und Einlasstrichter
49: elektronisches Ventil, gesteuert durch das Steuergerät (Anzeige der Luftmenge im Luftdruckbehälter)
50: manuelle Druckanzeige und Druckminderer
51: Ventil zum Befüllen des Luftdruckbehälters
52, 53: Luftdruckschläuche
54: einstufiges, elektronisch gesteuertes Synchrongetriebe
55: Wechselstromregler
56: Wechselstromgenerator
100: Fahrzeug
101: Lamellen

Claims

Windenergieanlage zur Erzeugung elektrischer Energien aus der Windkraft der an einem fahrenden Fahrzeug (100) sich einstellenden Luftströmung mit mindestens einem oder mehreren, am Fahrzeug (100) anzuordnenden Windkanälen (1, 1') in Form eines länglichen Strömungsgehäuses, das in Längsrichtung des Fahrzeuges (100) von dessen Vorderseite im Wesentlichen bis zur Hinterseite führbar ist und an einer oder mehreren Einlassöffnungen an der Vorderseite des Fahrzeugs (100) anbringbar ist, mit einer ein oder mehrere Windturbinenräder (39) aufweisenden Windturbine (5, 5') und mit einem davon angetriebenem Stromgenerator (10, 56), um das Fahrzeug (100) mit zusätzlicher elektrischer Hilfsenergie zu versorgen, wobei der als Hilfsenergie bei fahrendem Fahrzeug (100) durch den Stromgenerator (10, 56) erzeugte Strom zum Aufladen zusätzlicher Versorgungsakkus (17) des Fahrzeuges (100) und/oder zur Stromversorgung elektrischer Verbraucher und anderer elektrischer Anlagen des Fahrzeuges dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkanäle (1, 1') des Strömungsgehäuses jeweils längliche Luftströmungskanäle und Kammern zum Druckaufbau für den Antrieb der Windturbine aufweisen, nämlich einen vorderen Luftauffang- und Einlasstrichter (1a, 1b), der in ein vorderes Luftdurchlassrohr (2a) übergeht, eine sich anschließende, im Öffnungsquerschnitt sich vorne verbreitende erster Kammer (3) mit Druckluftanschluss und im hinteren Kammerabschnitt sich im Öffnungsquerschnitt verengenden Kompressionsbereich, ein sich anschließendes hinteres Luftdurchlassrohr (2b) und einen von dort als zweite Kammer im Öffnungsquerschnitt sich in Strömungsrichtung trichterförmig verbreitenden Turbinenablufttrichter (4) zur Führung der Luftströmung auf die dort am Trichterende angelegte Windturbine (5, 5') mit mittig gelagertem Turbinenfutter (29) und mit mindestens einem Windturbinenrad (39), das eine im Turbinenablufttrichter (4) mittig verlaufende und axial in dessen Längsrichtung ausgerichtete Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') unter Drehung des Turbinenfutters (29) und des Stromgenerators (10) antreibt, wobei das Turbinenfutter (29) über diese Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') in einem axial äußeren Turbinenlager (32) drehbar gelagert ist, so dass sich das Turbinenfutter (29) mit dessen Windturbinenrad (39) frei drehen kann.
Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich zur Mündung des vorderen Luftdurchlassrohres (2a) im vorderen Teil der ersten Kammer (3) Anschlüsse für Luftdruckschläuche (52, 53) eines Druckluftbehälters (46) und/oder Anschlüsse von Belüftungsleitungen in Form von Klimaschläuchen (23) einer Klimaanlage (16) zur Vergrößerung des Druckaufbaus im Turbinenablufttrichter (4) der Windturbine (5, 5') angelegt sind, wobei zur Zuführung der Druckluft elektronisch gesteuerte Ventile (49) ansteuerbar sind.
Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine Antriebswelle (26, 27) aufweist, die von der im Windkanal (1, 1') axial in diesem sich erstreckenden Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Windturbine (5, 5') antreibbar ist und zu einem außerhalb des Windkanals (1, 1') liegenden Ausgleichsgetriebe (8) und/oder einem Synchrongetriebe (9) geführt ist und zum Antrieb des Stromgenerators (10, 56) dient, wobei auf dem Turbinenfutter (29) zum Antrieb der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') Turbinenblätter (30) des Windturbinenrades (39) befestigt sind, die sich bis kurz vor die Innenwandung des Turbinenablufttrichters (4) erstrecken, und wobei Einheiten (12, 13, 14) zur Kontrolle und Steuerung des Ladezustandes der zusätzlichen Versorgungsakkus (17) unter Stromversorgung über den Stromgenerator (10, 56) angelegt sind und wobei eine zusätzliche Anzeige auf einem Kontrolldisplay (15) über diese Kontrolle erfolgt, wenn die Spannung der Antriebsakkus (38) nicht ausreicht und insofern eine Stromaufnahme über die elektrische Steckdose notwendig ist, und wobei ferner eine zusätzliche Steuerung (12) der Strom- bzw. Spannungsversorgung weiterer betriebener elektrischer Geräte des Fahrzeuges (100) angelegt ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dem äußeren Ausgleichsgetriebe (8) führenden Antriebswellen (26, 27) als obere Antriebswellen außerhalb des Turbinenablufttrichters (4) angelegt sind.
Windenergieanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenlager (32) als Leichtlauflager ausgebildet ist und die Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') mit einem eine Schneckenverzahnung (41) aufweisenden Endabschnitt auf ein Zahnrad (36') der oberen Antriebswellen (26, 27) zum Antrieb des Stromgenerators (10, 56) geführt ist, wobei das Zahnrad (36') über eine Radverzahnung mit der Schneckenverzahnung (41) der unteren Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Turbine kraftschlüssig in Eingriff steht.
Windenergieanlage nach Anspruch 3 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') an ihrem anderen Endabschnitt eine Außenverzahnung besitzt, die mit einer inneren Längsverzahnung (36) des rohrförmigen Turbinenfutters (29) in Eingriff steht und somit diese Elemente miteinander verzahnt sind, wobei die Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') der Turbine an ihrem anderen Endabschnitt die Schneckenverzahnung (41) aufweist, womit sie eine der äußeren Antriebswellen (26, 27), die jeweils ein Zahnrad (36') haben, antreibt.
Windenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Antriebs- und Lagerwelle (6, 6') und die äußeren Antriebswellen (26, 27) mit einzelnen Leichtlauflagern in einem äußeren, diese Antriebswellen einschließenden und justierenden Zentrierrohr (6a) geführt sind.
Windenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 3–7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende des in der Querschnittsabmessung sich weitenden Turbinenablufttrichter (4) als dritte Kammer des Windkanals (1, 1') eine sich in der Querschnittsabmessung konisch verjüngende Luftabtriebshaube (34) angesetzt ist (9).
Windenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Anordnungen jeweils aus Windkanal (1, 1') und dessen Komponenten mit Windturbine (5, 5') nach den Ansprüchen 1–8 kraftmäßig mit ihren Antriebs- und Lagerwellen (6, 6') untereinander verbunden sind, um in Abstand seitlich nebeneinander am Fahrzeug (100) angeordnet zu werden, wobei deren Antriebswellen (6, 6', 26, 27) als gemeinsamer Antrieb auf das gemeinsame Ausgleichsgetriebe (8) führen und über ein elektrisch gesteuertes Synchronisationsgetriebe (9) der Antrieb des gemeinsamen Stromgenerators (10, 56) erfolgt.
Windenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage an ihrem kammer- und rohrförmigen Strömungsgehäuse Halte- und Montagemittel zur Befestigung am Chassis des Fahrzeuges (100) aufweist.
Windenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, die Halterung des Lagers (32) des Turbinenfutters (29) mittels Stäben (24, 25) erfolgt, die von dem Turbinenlager (32) oder einem Lauflageraußenring (28) und/oder Lauflagerring (31) zur Innenwandung des Turbinenablufttrichters (4) sich erstrecken,
Windenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 3–11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Antriebswellen (26, 27) der Antriebs- und Lagerwellen (6, 6') zweier Windkanäle (1, 1') zu einem außerhalb des Windkanals (1, 1') liegenden Ausgleichsgetriebe (8) und/oder einem Synchrongetriebe (9) geführt sind.
Fahrzeug mit einer oder mehreren Windenergieanlagen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Windkanäle (1, 1') zueinander seitlich beabstandet, unterhalb, seitlich oder oberhalb des Fahrzeugs (100) in dessen Längsrichtung von dessen Vorderseite bis im Wesentlichen zur Hinterseite sich erstrecken und mit ihrem vorderen Luftauffang- und Einlasstrichter (1a, 1b) an einer oder mehreren an der Vorderseite des Fahrzeuges angelegten Einlassöffnungen angeschlossen sind.
Fahrzeug nach Anspruch 13 mit einer oder mehreren Windenergieanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage mit ihrem gemäß den Ansprüchen 1–10 ausgebildeten kammer- und rohrförmigen Gehäuse sich unterhalb des Fahrzeugs (100) von dessen Einlassöffnungen an der Vorderseite lediglich bis vor Beginn des Kofferraums des Fahrzeuges (100) erstreckt.