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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windstromerzeuger.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Vom Standpunkt der Sicherstellung stabiler Energieressourcen und der Verhinderung der globalen Erwärmung her gesehen ist in zunehmendem Maße die Windstromerzeugung eingeführt worden, wobei andererseits aber offensichtlich wird, dass ein Problem dahingehend besteht, dass an einigen Errichtungsorten aufgrund von Konstruktionshandhabungsproblemen sowie Problemen bezüglich der Störungssuche und Wartungshandhabung in technischer Hinsicht sowie durch diverse Probleme, die durch besondere Wetterbedingungen in jeweiligen Regionen verursacht werden, die geplante Stromerzeugungsmenge nicht gewonnen werden kann. Als ein Faktor für Ausfälle und Störungen mit der höchsten Häufigkeit kann beispielhaft insbesondere ein Blitzschlag an einer Windstromerzeugungsanlage angeführt werden, und es wird über eine große Anzahl von Schadensfällen, wie zum Beispiel Schäden an Blättern, berichtet.
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Ein Blitzschlag wird in zwei Kategorien eingeteilt: ein direkter Blitzschlag und ein induzierter Blitzschlag. Der direkte Blitzschlag verursacht den Bruch eines Blatts, einer Gondel usw., und das Durchbrennen elektronischer Bauteile, wobei es auch einen Fall gibt, bei dem Gebäudefenster durch umherfliegende beschädigte Teile zerbrochen wurden. Der induzierte Blitzschlag verursacht in erster Linie das Durchbrennen elektronischer Bauteile und dergl. aufgrund eines Spitzenstroms, was zu einem Feuer führen kann. Bei den von einem Blitzschlag herrührenden Beschädigungen handelt es sich in vielen Fällen um den Ausfall eines Blatts oder einer Steuervorrichtung. Ein Großteil der am Blatt vorkommenden Ausfälle wird insbesondere durch einen Blitzschlag verursacht, und deshalb ist es eine wichtige Aufgabe, Gegenmaßnahmen in Bezug auf einen Blitzschlag am Blatt vorzusehen.
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Auf diesem technischen Gebiet gibt es verwandte Technik, die
JP 2008-115783-A . Die
JP 2008-115783-A offenbart ein Blatt für eine Windturbine, das aus einem nichtleitenden Plattenmaterial in Tragflächenform gebildet ist und umfasst: einen Blitzaufnahmeabschnitt, der aus einem leitfähigen Material besteht, an einer Außenfläche freiliegt, die aus dem nichtleitenden Plattenmaterial gebildet ist, und so ausgebildet ist, dass er am Blatt in der Richtung von vorne nach hinten verläuft; und einen Leiter mit einem Ende, das mit dem Blitzaufnahmeabschnitt elektrisch verbunden ist und in der Richtung eines Fußabschnitts im Inneren des Blatts verläuft.
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Gemäß dem vorstehenden beschriebenen Blatt einer Windturbine kann ein Blitz leicht eingefangen werden, weil der aus dem leitfähigen Material gebildete Blitzaufnahmeabschnitt an einer Außenplatte des Blatts freiliegt. Des Weiteren ist der Blitzaufnahmeabschnitt in einer langen Form ausgebildet, die sich am Blatt in der Richtung von vorne nach hinten erstreckt (vorzugsweise vollständig um die Außenoberfläche herum). Deshalb kann ein Oberflächenstrom, der durch einen Blitzschlag an einer Stelle entsteht, die näher an der Spitzenseite als am Blitzaufnahmeabschnitt liegt, und der an der Oberfläche des Blatts weitergeleitet wird, kaum einen anderen Weg nehmen, als vom Blitzaufnahmeabschnitt erfasst zu werden. Der vom Blitzaufnahmeabschnitt erfasste Blitzstrom wird durch den im Inneren des Blatts angeordneten Leiter in Richtung des Fußabschnitts hin ausgeleitet und kann über eine Nabe und einen Metallabschnitt eines Turms oder den bis zum Erdboden verlaufenden Leiter zur Masse abgeleitet werden. Deshalb besteht eine Wirkung darin, dass ein Blatt realisiert werden kann, das beim Einfangen eines Blitzes sehr zuverlässig ist, um das Blatt vor dem Blitz zu schützen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wie vorstehend beschrieben, hat bei einem Windstromerzeuger ein Blitz die Tendenz, eher in einen Flügel der Windturbine einzuschlagen, also in ein Blatt, das die höchste Position des Windstromerzeugers einnimmt. Demgemäß ist die Bereitstellung von Gegenmaßnahmen im Hinblick auf einen Blitzschlag am Blatt eine wichtige Aufgabe, um die Zuverlässigkeit des Windstromerzeugers zu verbessern. Des Weiteren wird in den letzten Jahren glasfaserverstärkter Kunststoff, der als GFRP bezeichnet wird, für das Blatt als Material verwendet, um sowohl eine Gewichtsreduzierung als auch eine Festigkeitssteigerung des Blatts zu erzielen. Bei GFRP handelt es sich um einen Isolator, und um im Falle eines Blitzeinschlags am Blatt den Blitzschlag zu einem Massedraht auszuleiten, ist es notwendig, separat einen leitfähigen Körper am Blatt vorzusehen.
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7A ist eine Abbildung, die eine Gesamtansicht eines üblichen Windstromerzeugers veranschaulicht. Der übliche Windstromerzeuger umfasst: eine Gondel 3, die an einem Turm 4 angeordnet ist, der als Tragsäule eines Stromerzeugers dienen soll, und im Inneren den Stromerzeuger umfasst; und einen Rotor mit einer Nabe 2 und einer Mehrzahl von Flügeln, nämlich einer Mehrzahl von Blättern 1, die an einem Ende der Gondel 3 angeordnet sind. Wie in 7A dargestellt ist, umfasst das Blatt 1 einen Blitzaufnahmeabschnitt zum Schutz vor einem Blitz, und zwar einen Rezeptor 5 an einem Spitzenabschnitt desselben.
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7B ist eine Abbildung, die die Umgebung eines Spitzenabschnitts des Blatts 1 nach Aufnahme eines Blitzschlags veranschaulicht. Der nahe dem Spitzenabschnitt des Blatts 1 angeordnete Rezeptor 5 ist über ein im Inneren des Blatts 1 angeordnetes leitfähiges Material 10 mit dem Massedraht verbunden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Fall einer Windturbine nach Aufnahme eines Blitzschlags untersucht und herausgefunden, dass, wie in 7B veranschaulicht ist, der Rezeptor 5 selbst nach dem Blitzeinschlag am Blatt 1 keinen Schaden nimmt, während die Rückseite in Drehrichtung des Blatts 1, nämlich eine Hinterkantenseite des Blatts 1 stärker beschädigte Bereiche 11, wie zum Beispiel Brüche und Risse, aufweist, als es am Rezeptor 5 der Fall ist. Bei 8A bis 8D handelt es sich um Abbildungen, die einen Mechanismus veranschaulichen, wie der beschädigte Abschnitt 11 in 7B entsteht. Wie in 8A veranschaulicht ist, schlägt der Blitz aller Wahrscheinlichkeit nach in ein Blatt a 1a ein, das sich zu Beginn des Blitzschlags an der höchsten Position des Windstromerzeugers befindet. Das Blatt 1 wird durch Aufnahme von Wind während des Betriebs des Windstromerzeugers gedreht, und die Drehgeschwindigkeit wird in einer Position, die näher an der Spitze des Blatts 1 liegt, schneller und kann in manchen Fällen 70 m/sec oder mehr betragen. Deshalb tritt, wie in 8B veranschaulicht ist, ein Phänomen auf, bei dem ein Blitzstrom des am Blatt a 1a eingeschlagenen Blitzes zu einer gegenüberliegenden Seite der Drehrichtung des Blatts a 1a hin gezogen wird, nämlich zur Hinterkantenseite des Blatts a 1a. Das Phänomen setzt sich vermutlich fort, bis das Blatt b 1b durch Drehung des Blatts 1 an die höchste Position gelangt und der Blitzschlag – wie in 8C veranschaulicht ist – zu dem Blatt b 1b weitergeleitet wird, obwohl die Situation von der Zeitdauer und dem Energiewert des Blitzschlags abhängt.
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Aufgrund des vorstehend beschriebenen Mechanismus kann in Betracht gezogen werden, dass der Blitzstrom in Drehrichtung nach hinten gezogen wird, nämlich zur Hinterkantenseite des Blatts 1, das den Rezeptor 5 in der Umgebung des Spitzenabschnitts aufweist, und der beschädigte Abschnitt 11 entsteht am Blatt 1, wie in 8D veranschaulicht. Hierbei kann der Bereich des Rezeptors 5 am Blatt 1 vergrößert werden, wobei jedoch, wenn der Rezeptor 5 mehr als nötig vergrößert wird, das Gewicht des Blatts 1 zunimmt, was einen Einfluss auf die Dauerhaltbarkeit etc. des Blatts 1 haben kann. Mit anderen Worten ist im Falle einer Vergrößerung des Rezeptors 5 zur Verhinderung der Entstehung des beschädigten Abschnitts 11 in 8D das Gewicht der Spitze des Blatts 1 erhöht und eine Schwerkraftkomponente und eine Trägheitskraftkomponente können die Beanspruchung des Blatts erhöhen.
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Das in der
JP 2008-115783-A offenbarte Blatt für die Windturbine ist nicht in ausreichendem Maße dazu in der Lage, den Einfluss des Blitzschlags auf den Abschnitt zu reduzieren, der sich weiter in Richtung der Hinterkantenseite als der Blitzaufnahmeabschnitt befindet, der am Spitzenabschnitt des vorstehend beschriebenen Blatts angeordnet ist. Es gibt auch dahingehend eine Schwachstelle, dass das Gewicht des Blatts mehr als nötig erhöht ist, weil der Blitzaufnahmeabschnitt in der Richtung des Blatts von vorne nach hinten lang ausgebildet ist (vorzugsweise vollständig um die Außenfläche herum).
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen sehr zuverlässigen Windstromerzeuger zur Verfügung zu stellen, bei dem der Einfluss eines Blitzschlags in das Blatt beim Windstromerzeuger minimiert wird.
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Ein Windstromerzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Turm, der an Land oder vor der Küste angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Tragsäule eines Stromerzeugers zu sein; eine Gondel, die auf dem Turm angeordnet ist und in ihrem Inneren den Stromerzeuger aufweist; und einen Rotor, der an einem Ende der Gondel angeordnet ist und ein Blatt und eine Nabe aufweist, die dazu ausgelegt sind, Wind aufzunehmen und den Wind in Rotationsenergie umzuwandeln. Der Windstromerzeuger ist mit einem Blitzaufnahmeabschnitt versehen, der in der Umgebung eines Spitzenabschnitts des Blatts angeordnet und dazu ausgelegt ist, im Falle eines Blitzeinschlags den Blitzschlag aufzunehmen, und mit einer Metallfolie, die an einer Oberfläche des Blatts auf einer Hinterkantenseite angeordnet und mit dem Blitzaufnahmeabschnitt elektrisch verbunden ist.
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Ein Windstromerzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Turm, der an Land oder vor der Küste angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Tragsäule eines Stromerzeugers zu sein;
eine Gondel, die auf dem Turm angeordnet ist und in ihrem Inneren den Stromerzeuger aufweist; und einen Rotor, der an einem Ende der Gondel angeordnet ist und ein Blatt und eine Nabe aufweist, die dazu ausgelegt sind, Wind aufzunehmen und den Wind in Rotationsenergie umzuwandeln. Der Windstromerzeuger ist mit einem ersten Blitzaufnahmeabschnitt, der in der Umgebung eines Spitzenabschnitts des Blatts angeordnet und dazu ausgelegt ist, im Falle eines Blitzeinschlags den Blitzschlag aufzunehmen, und mit einem zweiten Blitzaufnahmeabschnitt versehen, der an einer Oberfläche des Blatts auf einer Hinterkantenseite angeordnet und mit dem ersten Blitzaufnahmeabschnitt elektrisch verbunden ist.
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Darüber hinaus ist ein Windstromerzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Turm, der an Land oder vor der Küste angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Tragsäule eines Stromerzeugers zu sein; eine Gondel, die auf dem Turm angeordnet ist und in ihrem Inneren den Stromerzeuger aufweist; und einen Rotor, der an einem Ende der Gondel angeordnet ist und ein Blatt und eine Nabe aufweist, die dazu ausgelegt sind, Wind aufzunehmen und den Wind in Rotationsenergie umzuwandeln. Der Windstromerzeuger ist mit einem Blitzaufnahmeabschnitt versehen, der in der Umgebung eines Spitzenabschnitts des Blatts angeordnet und dazu ausgelegt ist, im Falle eines Blitzeinschlags den Blitzschlag aufzunehmen. Der Blitzaufnahmeabschnitt ist entlang einer Hinterkante des Blatts an der Oberfläche des Blatts auf der Hinterkantenseite so angeordnet, dass er sich in Richtung zur Nabe des Blatts erstreckt, und auch entlang einer Vorderkante des Blatts an der Oberfläche des Blatts auf einer Vorderkantenseite so angeordnet, dass er sich in Richtung zur Nabe des Blatts erstreckt. Ein Endabschnitt des Blitzaufnahmeabschnitts an der Oberfläche des Blatts auf der Hinterkantenseite ist in der Richtung der Nabe länger als ein Endabschnitt des Blitzaufnahmeabschnitts an der Oberfläche des Blatts auf der Vorderkantenseite ausgebildet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger verwirklicht werden, bei dem der Einfluss eines Blitzeinschlags in das Blatt am Windstromerzeuger minimiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, worin:
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1 eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;.
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4A eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4B eine Abbildung ist, die einen Querschnitt eines Teils des Blatts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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7A eine Abbildung ist, die eine Gesamtansicht eines repräsentativen Windstromerzeugers veranschaulicht;
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7B eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts im Falle eines Blitzeinschlags am repräsentativen Windstromerzeuger veranschaulicht;
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8A eine Abbildung ist, die einen Zustand des repräsentativen Windstromerzeugers im Falle eines Blitzeinschlags veranschaulicht;
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8B eine Abbildung ist, die einen Zustand des repräsentativen Windstromerzeugers im Falle eines Blitzeinschlags veranschaulicht;
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8C eine Abbildung ist, die einen Zustand des repräsentativen Windstromerzeugers im Falle eines Blitzeinschlags veranschaulicht; und
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8D eine Abbildung ist, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts am repräsentativen Windstromerzeuger im Falle eines Blitzeinschlags veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine Abbildung, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts an einem Windstromerzeuger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird eine vollständige Konfiguration des Windstromerzeugers gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben, wobei keine ausführliche Beschreibung von Teilen erfolgt, die den Teilen eines repräsentativen, zuvor in 7A beschriebenen Windstromerzeugers entsprechen. Ein Blatt 1 des Windstromerzeugers gemäß der ersten Ausführungsform ist aus einem Isoliermaterial, wie zum Beispiel einem glasfaserverstärkten Kunststoff, gebildet, der als GFRP bezeichnet wird. Ein Blitzaufnahmeabschnitt, nämlich ein Rezeptor 5, der dazu ausgelegt ist, im Falle eines Blitzeinschlags den Blitzschlag aufzunehmen, ist in der Umgebung des Spitzenabschnitts des Blatts 1 angeordnet.
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Der Rezeptor 5 ist aus einem leitfähigen Material mit hoher Korrosionsfestigkeit und hohem Leitvermögen gebildet, zum Beispiel aus einem Material, wie beispielsweise Aluminium (Al) oder rostfreiem Stahl (SUS). Des Weiteren ist an einer Oberfläche des Blatts 1 ein leitfähiges Material 8 an einer in Drehrichtung des Blatts 1 weiter hinten liegenden Oberfläche, nämlich out der Seite einer Hinterkante 14 des Blatts 1, in einer Position angeordnet, die weiter hinten liegt als der Rezeptor 5, und mit dem Rezeptor 5 elektrisch verbunden ist. Darüber hinaus ist das leitfähige Material so angeordnet, dass es sich vom Rezeptor 5 in Richtung einer Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante des Blatts 1 erstreckt. Vorzugsweise wird für das leitfähige Material 8 eine dünn ausgearbeitete Metallfolie, wie beispielweise eine Folie aus Aluminium (Al) oder rostfreiem Stahl (SUS), verwendet, um das Gewicht des Blatts 1 nicht mehr als nötig zu erhöhen. Zum Beispiel wird für das leitfähige Material 8 ein aus der Metallfolie gebildetes Metallband verwendet, auf dessen Rückseite ein leitfähiges Klebstoffmaterial aufgetragen ist, wodurch erreicht wird, dass mit einer einfachen Konstruktion in wirksamer Weise eine Gegenmaßnahme im Hinblick auf einen Blitzeinschlag an der Oberfläche des Blatts 1 auf der Hinterkantenseite vorgesehen wird, ohne dass das Gewicht des Blatts 1 mehr als nötig erhöht wird. Wie in 1 durch eine wellige Linie angedeutet ist, sind im Inneren des Blatts 1 ein Strukturmaterial 6, das als Tragwerk des Blatts 1 dienen soll, und auch ein Kabel 7 angeordnet, bei dem es sich um ein leitfähiges Material handeln soll, um einen Blitzstrom eines am Rezeptor 5 eingeschlagenen Blitzes zu einem Massedraht abzuleiten. Hier sind zwei Reihen der Strukturmaterialien 6 veranschaulicht, aber die Anzahl der Reihen ist optional, und es kann auch den Fall geben, in dem das Strukturmaterial im Spitzenabschnitt nicht vorgesehen ist.
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Hierbei wird die Länge des leitfähigen Materials 8, das so angeordnet ist, dass es sich vom Rezeptor 5 entlang der Hinterkante 14 des Blatts 1 in Richtung der Nabe 2 des Blatts 1 erstreckt, in Abhängigkeit von der Größe des Windstromerzeugers und einer Form des Blatts (Flügelform) bestimmt, wobei der Blitzschlag wirksamer auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1 aufgenommen werden kann, wenn die Länge beispielsweise mit im Wesentlichen 30 bis 100 cm angesetzt wird. Außerdem kann es manchmal vorkommen, dass der Blitzschlag einen Abschnitt trifft, der weiter als 100 cm vom Rand entfernt ist. Deshalb soll der vorstehende beispielhafte Bereich, d. h. 30 bis 100 cm, die Erfindung nicht auf diesen spezifischen Bereich einschränken.
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Wie oben beschrieben, kann der Blitzschlag gemäß dem Windstromerzeuger der ersten Ausführungsform im Falle eines Blitzeinschlags wirksamer aufgenommen werden, und darüber hinaus kann der Blitzschlag, nämlich der Blitzstrom, zu einem Massedraht über eine einfache Konstruktion abgeleitet werden, ohne das Gewicht des Blatts mehr als nötig zu erhöhen. Im Ergebnis kann der Schaden am Blatt 1 minimiert werden. Dadurch lässt sich ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger erzielen, bei dem durch einen Blitzschlag nur ganz wenige Ausfälle und Störungen verursacht werden.
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Zweite Ausführungsform
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2 ist eine Abbildung, die die Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts an einem Windstromerzeuger gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird eine vollständige Konfiguration des Windstromerzeugers gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben, wobei keine ausführliche Beschreibung von Teilen erfolgt, die den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Teilen entsprechen.
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Ein Blatt 1 des Windstromerzeugers gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst im Inneren des Blatts 1, wie durch eine wellige Linie in 2 angedeutet ist, ein Strukturmaterial 6, das als Tragwerk des Blatts 1 dienen soll, und auch ein Kabel 7, welches das leitfähige Material sein soll, um einen Blitzstrom eines Blitzes, der einen Rezeptor 5 getroffen hat, wie in der ersten Ausführungsform zu einem Massedraht abzuleiten. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist zusätzlich zu dem an der Spitze des Blatts 1 angeordneten Rezeptor 5 ein zwischengeschalteter Blitzaufnahmeabschnitt, nämlich ein zwischengeschalteter Rezeptor 9, der einen anderen Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, separat vom Rezeptor 5 an einer Position angeordnet, die vom Spitzenabschnitt des Blatts 1 entfernt ist.
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Der zwischengeschaltete Rezeptor 9 ist über ein leitfähiges Material im Inneren des Blatts 1 mit dem Kabel 7 elektrisch verbunden. Der Umstand, dass ein leitfähiges Material 8 so angeordnet ist, dass es sich vom Rezeptor 5 in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang einer Oberfläche des Blatts 1 auf der Seite der Hinterkante 14 erstreckt, ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform in dem Punkt, dass das leitfähige Material 8 auf der Oberfläche des Blatts 1 so angeordnet ist, dass es den Rezeptor 5 mit dem zwischengeschalteten Rezeptor 9 verbindet. Mit anderen Worten sind der Rezeptor 5 und der zwischengeschaltete Rezeptor 9 über das Kabel 7 innerhalb des Blatts 1 elektrisch miteinander verbunden und sind zusätzlich durch das leitfähige Material 8 auf der Oberfläche des Blatts 1 elektrisch aneinander angeschlossen. Ein leitfähiger Pfad kann noch zuverlässiger sichergestellt werden, indem eine Metallfolie oder ein Metallband, und zwar das dünn ausgearbeitete, leitfähige Material, wie zum Beispiel eine Folie aus Aluminium (Al) oder rostfreiem Stahl (SUS), an der Oberfläche auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1 aufgeklebt wird, um die beiden Rezeptoren, nämlich den Rezeptor 5 und den zwischengeschalteten Rezeptor 9, wie in der zweiten Ausführungsform zu verbinden.
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Hier ist genau wie bei der ersten Ausführungsform die Länge des leitfähigen Materials 8, das so angeordnet ist, dass es sich vom Rezeptor 5 in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante 14 des Blatts 1 erstreckt, abhängig von der Größe des Windstromerzeugers und einer Form des Blatts (Flügelform) bestimmt, wobei aber der Blitzschlag wirksamer auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1 aufgenommen werden kann, wenn die Länge mit im Wesentlichen 30 bis 100 cm angesetzt wird.
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Gemäß dem Windstromerzeuger der zweiten Ausführungsform kann, genau wie in der ersten Ausführungsform, ein Blitzschlag im Falle eines Blitzeinschlags effektiver aufgenommen werden, und darüber hinaus kann der Blitzschlag, nämlich der Blitzstrom, mit einer einfachen Konstruktion zu einem Massedraht abgeleitet werden, ohne das Gewicht des Blatts mehr als nötig zu erhöhen. Im Ergebnis kann ein Schaden am Blatt 1 minimiert werden. Dadurch kann ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger realisiert werden, bei dem durch einen Blitzschlag weniger Ausfälle und Störungen verursacht werden.
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Dritte Ausführungsform
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3 ist eine Abbildung, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts an einem Windstromerzeuger gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird eine vollständige Konfiguration des Windstromerzeugers gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben, wobei eine ausführliche Beschreibung der Teile unterbleibt, die den in der ersten oder zweiten Ausführungsform beschriebenen Teilen entsprechen.
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Ein Blatt 1 des Windstromerzeugers gemäß der dritten Ausführungsform ist dasselbe wie bei der ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform, und zwar in dem Punkt, dass, wie durch eine wellige Linie in 3 angedeutet, innerhalb des Blatts 1 ein Strukturmaterial 6, das als Tragwerk des Blatts 1 dienen soll, und auch ein Kabel 7 enthalten sind, welches als leitfähiges Material dienen soll, um einen Blitzstrom eines Blitzes, der am Rezeptor 5 eingeschlagen hat, wie in der ersten Ausführungsform zu einem Massedraht abzuleiten. Des Weiteren hat der Punkt, dass zusätzlich zum Rezeptor 5, der am Spitzenabschnitt des Blatts 1 angeordnet ist, ein zwischengeschalteter Blitzaufnahmeabschnitt, nämlich ein zwischengeschalteter Rezeptor 9, der als anderer Blitzaufnahmeabschnitt dienen soll, separat vom Rezeptor 5 an einer vom Spitzenabschnitt des Blatts 1 entfernten Position angeordnet ist, dieselbe Konfiguration wie in der zweiten Ausführungsform.
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Hierbei ist gemäß der zweiten Ausführungsform ein leitfähiges Material 8, nämlich eine Metallfolie oder ein Metallband, auf eine Oberfläche des Blatts 1 so aufgeklebt, dass es den Rezeptor 5 und den Rezeptor 9 miteinander verbindet, wobei andererseits gemäß der dritten Ausführungsform das leitfähige Material 8, nämlich die Metallfolie oder das Metallband, einen Endabschnitt aufweist, der an einer Hinterkante des Blatts 1 angeordnet und vom Rezeptor 5 beabstandet ausgebildet ist.
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Gemäß der dritten Ausführungsform gibt es einen Bereich, der mehr hinterkanten-seitig als der Rezeptor 5 des Blatts 1 ist und nicht aus dem leitfähigen Material geformt ist, und zwar die Metallfolie oder das Metallband, die nicht zwischen dem Rezeptor 5 und dem leitfähigen. Material 8, nämlich der Metallfolie oder dem Metallband, vorgesehen sind. Jedoch wird der Blitzschlag, der an der Hinterkantenseite des Blatts 1 mit der Bewegung des Blatts 1 entlangwandert, über den zwischengeschalteten Rezeptor 9 und das leitfähige Material 8, nämlich die Metallfolie oder das Metallband, zu einem Massedraht geführt, wobei der Endabschnitt an der Hinterkante des Blatts 1 angeordnet ist. Mit dieser Konfiguration kann ein leitfähiger Pfad zuverlässiger sichergestellt werden, ohne das Gewicht des Blatts 1 mehr als nötig zu erhöhen, was auch bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist.
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Vorzugsweise ist das leitfähige Material 8, nämlich die Metallfolie oder das Metallband, aus einem Material mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hohem Leitvermögen gebildet, wie zum Beispiel aus einem dünn ausgearbeiteten Material, wie Aluminium (Al) oder rostfreiem Stahl (SUS).
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Gemäß dem Windstromerzeuger der dritten Ausführungsform kann, genau wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform, der Blitzschlag im Falle eines Blitzeinschlags effizienter aufgenommen werden, und der Blitzschlag, nämlich der Blitzstrom, kann über eine einfache Konstruktion zum Massedraht abgeleitet werden, ohne das Gewicht des Blatts mehr als nötig zu erhöhen. Im Ergebnis kann der Schaden am Blatt 1 minimiert werden. Dadurch lässt sich ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger verwirklichen, bei dem wenig Ausfälle und Störungen durch einen Blitzschlag verursacht werden.
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Vierte Ausführungsform
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4A und 4B sind Abbildungen, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts an einem Windstromerzeuger gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 4B ist eine Abbildung, die einen Querschnitt A-A' in 4A veranschaulicht. Es wird eine vollständige Konfiguration des Windstromerzeugers gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben, wobei eine ausführliche Beschreibung von Teilen entfällt, die den in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Teilen entsprechen.
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Ein Blatt 1 des Windstromerzeugers gemäß der vierten Ausführungsform ist mit einem Rezeptor 5 versehen, bei dem es sich um einen ersten Blitzaufnahmeabschnitt des Blatts 1 handeln soll, und zwar in der Umgebung eines Spitzenabschnitts des Blatts 1, wie in 4A veranschaulicht ist. Des Weiteren ist an einer Oberfläche, die in Drehrichtung des Blatts 1 weiter hinten liegt als der Rezeptor 5, also an einer Hinterkantenseite des Blatts 1, ein leitfähiges Material 8 vorgesehen, das einen zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, der mit dem Rezeptor 5 elektrisch verbunden ist, der den ersten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll; dieses leitfähige Material erstreckt sich ausgehend vom Rezeptor 5, der den ersten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante des Blatts 1.
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Zusätzlich ist, wie durch eine wellige Linie in 4A angedeutet, im Inneren des Blatts 1 ein leitfähiges Material 10 vorgesehen, und der Rezeptor 5 ist mit dem leitfähigen Material 10 elektrisch verbunden und leitet einen im Falle eines Blitzeinschlags erhaltenen Blitzschlag über das leitfähige Material 10 zum Massedraht hin ab. Dabei kann, obwohl dies in 4A nicht deutlich dargestellt ist, ein Tragwerkmaterial des Blatts 1, wie zum Beispiel ein Strukturmaterial 6 in 1 bis 3, separat vom leitfähigen Material 10 bereitgestellt werden. Gemäß der vierten Ausführungsform ist der Rezeptor 5, bei dem es sich um den ersten Blitzaufnahmeabschnitt handelt, einstückig mit dem leitfähigen Material 8 ausgebildet, welches den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellt. Anders ausgedrückt ist die Hinterkantenseite des Rezeptors 5 in einer Form ausgebildet, die sich entlang der Hinterkante des Blatts 1 erstreckt.
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Darüber hinaus ist, wie in 4B veranschaulicht, das leitfähige Material, das den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellt, so ausgebildet, dass es sich mit dem Blatt 1 auf der Hinterkantenseite des Blatts 1 im Querschnitt A-A' in 4 in Eingriff befindet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Rezeptor 5, der den ersten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, und das leitfähige Material 8, welches den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, auf der Hinterkantenseite des Blatts 1 in der Umgebung des Spitzenabschnitts des Blatts 1 vorgesehen, wodurch im Vergleich zu einem Fall, bei dem einfach nur ein vergrößerter Rezeptor 5 am Spitzenabschnitt des Blatts 1 vorgesehen ist, eine noch größere Gewichtsreduzierung erzielt werden kann.
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Vorzugsweise wird für das Material des Rezeptors 5 und das leitfähige Material 8 zum Beispiel ein Material, wie Aluminium (Al) oder rostfreier Stahl (SUS), mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hohem Leitvermögen verwendet.
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Hier ist wie bei der ersten Ausführungsform die Länge des leitfähigen Materials 8, das so angeordnet ist, dass es sich vom Rezeptor 5 in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante 14 des Blatts 1 erstreckt, in Abhängigkeit von der Größe des Windstromerzeugers und einer Form des Blatts (Flügelform) bestimmt, wobei aber der Blitzschlag effektiver auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1 aufgenommen werden kann, wenn die Länge mit im Wesentlichen 30 bis 100 cm angesetzt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem Windstromerzeuger der vierten Ausführungsform der Blitzschlag im Falle eines Blitzeinschlags effektiver aufgenommen werden, und darüber hinaus kann der Blitzschlag, nämlich der Blitzstrom, zum Massedraht abgeleitet werden, ohne das Gewicht des Blatts mehr als nötig zu erhöhen. Im Ergebnis kann ein Schaden am Blatt 1 minimiert werden. Dadurch kann ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger erzielt werden, bei dem durch einen Blitzschlag weniger Ausfälle und Störungen verursacht werden.
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Fünfte Ausführungsform
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5 ist eine Abbildung, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts an einem Windstromerzeuger gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird eine vollständige Konfiguration des Windstromerzeugers gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben, wobei eine ausführliche Beschreibung derjenigen Teile unterbleibt, die den in der ersten bis vierten Ausführungsform beschriebenen Teilen entsprechen.
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Ein Blatt 1 des Windstromerzeugers gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dahingehend, dass ein auf der Seite einer Nabe 2 befindlicher Endabschnitt aus leitfähigem Material 8, das den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, über einen zwischengeschalteten Rezeptor 9 mit einem leitfähigen Material 10 elektrisch verbunden ist. Das Blatt gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform auch noch darin, dass das mit dem leitfähigen Material 8 elektrisch verbundene, leitfähige Material 10 innerhalb des Blatts 1 entlang dem leitfähigen Material 8 ausgebildet ist, das den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, der so angeordnet ist, dass er an einer Hinterkantenseite des Blatts 1 verläuft. Mit anderen Worten ist das leitfähige Material 8, das den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellen soll, an einer Oberfläche des Blatts 1 so vorgesehen, dass ein Rezeptor 5 mit dem zwischengeschalteten Rezeptor 9 elektrisch verbunden ist, der vom Rezeptor 5 beabstandet angeordnet ist. Gemäß der fünften Ausführungsform sind der Rezeptor 5, der der erste Blitzaufnahmeabschnitt ist, und das leitfähige Material 8 vorgesehen, das den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellt, und darüber hinaus ist der auf der Seite der Nabe 2 befindliche Endabschnitt des leitfähigen Materials 8, das den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt darstellt, über den zwischengeschalteten Rezeptor 9 mit einem Massedraht elektrisch verbunden, wodurch erreicht wird, dass das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen dem leitfähigen Material 10 und dem auf der Seite der Nabe 2 befindlichen Endabschnitt des leitfähigen Materials 8, bei dem es sich um den zweiten Blitzaufnahmeabschnitt handelt, im Falle eines Blitzschlags verhindert werden kann. Im Ergebnis kann ein durch einen Kurzschluss verursachter Schaden, wie zum Beispiel ein Bruch oder Riss, am Blatt 1 verhindert werden. Des Weiteren kann man bei dieser Konfiguration einen Effekt der Verstärkung einer Verbindungsstelle zwischen dem einstückig ausgebildeten ersten Blitzaufnahmeabschnitt und zweiten Blitzaufnahmeabschnitt erwarten, nämlich der Verbindungsstelle zwischen dem Rezeptor 5, dem leitfähigen Material 8 und dem Blatt 1.
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Für das Material des Rezeptors 5 und das leitfähige Material 8 wird gemäß der fünften Ausführungsform, genau wie bei der vierten Ausführungsform, vorzugsweise ein Material, wie Aluminium (Al) oder rostfreier Stahl (SUS), mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hohem Leitvermögen verwendet.
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Hier wird, wie bei der ersten Ausführungsform auch, die Länge des leitfähigen Materials 8, das so angeordnet ist, dass es sich vom Rezeptor 5 in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante 14 des Blatts 1 erstreckt, je nach der Größe des Windstromerzeugers und einer Form des Blatts (Flügelform) bestimmt, wobei aber der Blitzschlag wirksamer auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1 aufgenommen werden kann, wenn die Länge mit im Wesentlichen 30 bis 100 cm angesetzt wird.
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Gemäß dem Windstromerzeuger der fünften Ausführungsform kann der Blitzschlag im Falle eines Blitzeinschlags effektiver aufgenommen werden, und darüber hinaus kann der Blitzschlag, nämlich der Blitzstrom, zum Massedraht hin abgeleitet werden, ohne das Gewicht des Blatts mehr als nötig zu erhöhen. Im Ergebnis kann ein Schaden am Blatt 1 minimiert werden. Dadurch lässt sich ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger verwirklichen, bei dem durch einen Blitzschlag weniger Ausfälle und Störungen verursacht werden.
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Sechste Ausführungsform
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6 ist eine Abbildung, die eine Umgebung eines Spitzenabschnitts eines Blatts an einem Windstromerzeuger gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Es wird eine vollständige Konfiguration des Windstromerzeugers gemäß einer sechsten Ausführungsform beschrieben, wobei keine ausführliche Beschreibung in Bezug auf diejenigen Teile erfolgt, die den in der ersten bis fünften Ausführungsform beschriebenen Teilen entsprechen.
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Das Blatt 1 des Windstromerzeugers gemäß der sechsten Ausführungsform ist mit einem Rezeptor 5 in der Umgebung des Spitzenabschnitts versehen. Der Rezeptor 5 ist an einer Oberfläche des Blatts 1 auf der Seite der Hinterkante 14 so ausgebildet, dass er sich in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante 14 des Blatts 1 erstreckt, und ist an der Oberfläche des Blatts 1 auf der Seite einer Vorderkante 13 auch so ausgebildet, dass er in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Vorderkante 13 des Blatts 1 verläuft. Ein Blitzaufnahmeabschnitt an der Oberfläche auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1, nämlich ein Endabschnitt des Rezeptors 5, ist länger in Richtung zur Nabe 2 hin ausgebildet als ein Endabschnitt des Blitzaufnahmeabschnitts an der Oberfläche des Blatts 1 auf der Seite der Vorderkante 13, nämlich der Endabschnitt des Rezeptors 5. Dadurch, dass der Rezeptor 5 wie in dieser sechsten Ausführungsform eine solche Form annimmt, kann verglichen mit dem Fall, bei dem der Rezeptor 5 am Spitzenabschnitt des Blatts 1 einfach nur vergrößert ist, eine stärkere Gewichtsreduzierung erzielt werden.
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Für das Material des Rezeptors 5 und das leitfähige Material 8 wird gemäß der sechsten Ausführungsform, genau wie in der vierten Ausführungsform, vorzugsweise ein Material, wie Aluminium (Al) oder rostfreier Stahl (SUS), mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hohem Leitvermögen verwendet.
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Hierbei wird die Länge des Rezeptors 5, der so ausgebildet ist, dass er sich in Richtung zur Nabe 2 des Blatts 1 entlang der Hinterkante 14 des Blatts 1 auf der Oberfläche des Blatts auf der Seite der Hinterkante 14 erstreckt, je nach der Größe des Windstromerzeugers und einer Form des Blatts (Flügelform) bestimmt, wobei aber der Blitzschlag wirksamer auf der Seite der Hinterkante 14 des Blatts 1 aufgenommen werden kann, indem die Länge mit im Wesentlichen 30 bis 100 cm angesetzt wird.
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Gemäß dem Windstromerzeuger der sechsten Ausführungsform kann der Blitzschlag im Falle eines Blitzeinschlags wirksamer aufgenommen werden, und darüber hinaus kann der Blitzschlag, d. h. der Blitzstrom, zu einem Massedraht abgeleitet werden, ohne das Gewicht des Blatts mehr als nötig zu erhöhen: Im Ergebnis kann ein Schaden am Blatt 1 minimiert werden. Dadurch kann ein sehr zuverlässiger Windstromerzeuger bereitgestellt werden, der eine geringere Anzahl von durch Blitzschlag verursachten Ausfällen und Störungen aufweist.
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Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene modifizierte Beispiele davon umfasst sind. So sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zum Beispiel ausführlich beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung in verständlicher Art und Weise zu erläutern, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt, dass sie alle beschriebenen Ausgestaltungen umfasst. Des Weiteren kann ein Teil der Konfiguration gemäß einer Ausführungsform durch die Konfiguration gemäß anderen Ausführungsformen ersetzt werden, und darüber hinaus kann die Konfiguration nach einer Ausführungsform auch zu der Konfiguration gemäß anderen Ausführungsformen hinzukommen. Auch kann je nach den jeweiligen Ausführungsformen an einem Teil der Konfigurationen die Hinzufügung, Weglassung sowie die Ersetzung anderer Konfigurationen erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-115783 A [0004, 0004, 0010]
