DE19757121A1

DE19757121A1 - Windkraftmaschinen / Fluidkraftmaschinen mit kreisförmigem Rotor und Gehäuse auf kreisförmigen Fahrwegen

Info

Publication number: DE19757121A1
Application number: DE19757121A
Authority: DE
Inventors: Felix Johannes Thiede
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-01

Description

Stand der Technik

Windkraftmaschinen mit horizontaler Drehachse, wie sie aus den hergebrachten Wind mühlen weiterentwickelt worden sind bis zu den heute vielfach gebauten Windkraftanlagen auf Masten mit Flügel und Elektrogenerator an der Mastspitze montiert, haben sich durchgesetzt.

Durch diese Technik wird jedoch die Anforderung, aus der Windströmung einen mög lichst großen Querschnitt aufzufangen, nicht gelöst. Der Einsatz größerer Rotordurchmes ser setzt immer größere Masthöhen voraus. Die dabei auftretenden Kräfte können nicht mehr beherrscht bzw. zu vertretbaren Kosten nicht mehr beherrscht werden, weshalb bei höheren Windgeschwindigkeiten der Rotor abgebremst und stillgelegt wer den muß.

Windkraftmaschinen mit Rotor auf vertikaler Drehachse haben in kommerzieller Nutzung kaum Anwendung gefunden, mit Ausnahme des Darrieus-Rotors. Bei theoretisch denk baren größeren Anlagen mit vertikaler Drehachse können die auftretenden Kräfte durch die vertikale Drehachse nicht mehr aufgenommen und abgeleitet werden. Auch durch Einsatz von Abspannvorrichtungen (Abspannseilen) ist dieses Problem nicht gelöst worden.

Windkraftmaschinen mit vertikaler Drehachse bringen das Problem mit sich, daß der ein zelne vom Wind um die vertikale Achse gedrehte Rotorpunkt nach Zurücklegen eines Halbkreises von 180 Grad mit der vorher windabgewandten Seite dem Wind entgegen dreht und diesem einen Widerstand bietet, der noch erhöht wird dadurch, daß der Rotor flügel sich entgegen der Windrichtung bewegt.

Ein Lösungsversuch ist angegeben in der Patentschrift 3609936 C2 bzw. 3715008 A1, bei denen der gegen den Wind sich bewegende Flügel "aus dem Wind" gedreht wird, jedoch erfordert das dort beschriebene System aufwendige mechanische Vorrichtungen mit entsprechender Störanfälligkeit. Andere Vorschläge sehen vor, den Rotor und ein Windleitgehäuse auf eine gemeinsame Achse zu setzen, wobei der gegen die Windrichtung sich bewegende Rotorflügel durch das Gehäuse sich im "Windschatten" befindet. Auch solche Lösungen scheitern daran, daß die vertikale Drehachse die auftretenden Kräfte nicht aufnehmen und ableiten kann.

Die Anforderungen für die Konstruktion von Windkraftmaschinen konzentrieren sich darauf,

a) möglichst große von der Windkraft beaufschlagte Rotorflächen zu erzielen.
b) die Windkräfte, soweit sie nicht in mechanische Rotationsenergie umgesetzt werden, zuverlässig abzuleiten.
c) bei Windkraftmaschinen mit horizontal rotierendem Rotor, den Energieverlust möglichst niedrig zu halten, der verursacht wird durch den Gegen druck, der durch den jeweils sich gegen die Windrichtung drehenden Rotorteil erzeugt wird.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß wie folgt gelöst.

Die verwendeten Bezeichnungen sind wie folgt zu verstehen:
"Rotor"ist die gesamte durch den Wind in Drehbewegung versetzte Vorrichtung.
"Rotormittelpunkt" ist der mathematische (gedachte) Mittelpunkt eines kreisförmigen Rotors.
"Rotorfahrweg" ist die kreisförmige Flasche auf Gelände oder Wasserfläche, auf der sich der Rotor bewegt.
"Rotorchassis" ist der kreisförmige untere Teil des Rotors, der auf dem Rotorfahrweg rotiert und auf der Oberseite die Rotorflügel trägt.
"Rotorflügel" sind Vorrichtungen unterschiedlicher Ausführungsart, die auf dem Rotorchassis befestigt sind und vom Wind beaufschlagt werden.
"Wind" ist die Luftströmung oder Strömung eines anderen Mediums. "Mit-Wind-Takt" ist derjenige Halbkreis von 180° der Rotation eines bestimmten Punk tes des Rotors, bei dem sich dieser Punkt mit dem Wind, d. h. in Windrichtung, bewegt.
"Gegen-Wind-Takt" ist derjenige Halbkreis von 180° der Rotation eines bestimmten Punktes des Rotors, bei dem sich dieser Punkt gegen den Wind bewegt. "Gehäuse" ist eine Vorrichtung, die den Rotor ganz oder teilweise umschließt.

03.00 Rotor-Chassis, Rotorfahrweg und Auflagerung

Der hier vorgeschlagene Rotor ist dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem horizontal angeordneten kreisförmigen tragenden Element besteht (Rotorchassis), auf dessen Obersei te die vom Wind beaufschlagten "Windfänger-Elemente"= Rotorflügel angebracht sind. Das Rotorchassis oder eine Mehrzahl davon bewegen sich auf einem oder mehreren kon zentrisch angeordneten kreisförmigen Fahrwegen (Rotorfahrwegen). Der Rotor gleitet, fährt, schwimmt, oder schwebt auf dem Rotorfahrweg ohne Erforder lichkeit einer Drehachse.

03.01.01. Über die Rotorfahrwege werden die Windkräfte, soweit diese nicht in Bewe gungsenergie umgewandelt werden, sowie das Eigengewicht des Rotors, in den Untergrund abgeleitet.

03.01.02. Die Unterseite der Rotorchassis und die Oberfläche des Rotorfahrweges werden als jeweils zueinander parallele Flächen ausgebildet.

03.01.03. Sie sind als plane, waagerecht-liegende Flächen ausgebildet.

03.01.04. Sie sind konisch ausgebildet. Die konische Ausbildung gewährleistet eine direkte Ableitung der seitlichen Scherkräfte auf den Rotorfahrweg. Sie sind konisch ausgebildet dergestalt, daß die Unterseite des Rotorchassis einen nach unten gerichteten (nach unten sich verjüngenden) Konusabschnitt bildet und die Oberseite des Rotorfahrweges einen parallel dazu liegenden nach oben sich erweiternden Konusabschnitt bildet.

03.01.05. Die konische Ausbildung von Rotorchassis und Rotorfahrweg kann auch sich auf eine Teilfläche erstrecken dergestalt, daß der innenliegende Teil planeben und nur der je weilige Randbereich konisch ausgebildet wird. Diese Version kommt in Frage bei Anlagen mit großen Kreisdurchmessern, um Aufgrabungen zur Mitte hin oder Anschüttungen im äußeren Bereich gering zu halten.

03.01.06. Die konzentrische Spurführung des Rotorchassis wird gewährleistet durch An ordnung von Zugkraft aufnehmenden Elementen beispielsweise aus Abspannseilen, die an einem Sockel im Mittelpunkt der Anlage drehbar befestigt sind.

03.01.07. Die konzentrische Spurführung des schwimmenden Rotorchassis wird durch kon zentrisch um den Rotor herum angebrachte Spurführungsvorrichtungen gewährleistet. Diese Spurführungsvorrichtungen können bestehen aus Gleitlagern, Rollenlagern, Schie nen/Radsystemen und Abstands-Magnetsystemen.

03.02.01. Die dezentrale Auflagerung erfolgt über am Rotorchassis angebrachte Räder die auf einer oder mehreren konzentrischen (kreisförmigen), am Boden angeordneten Schienen (Rotorfahrweg) laufen.

03.02.02. Die dezentrale Auflagerung erfolgt über eine oder mehrere am Rotorchassis unterseitig angebrachte konzentrische Schienen oder Rollbahnen, die auf am Boden ange brachten in Kreisform (konzentrisch) angeordneten Rädern laufen.

03.03.: Die dezentrale Auflagerung erfolgt durch Schienen am Rotorchassis und Schienen auf dem Rotorfahrweg, zwischen denen Räder laufen. Die Achsen dieser Räder sind durch Führungsvorrichtungen miteinander verbunden.

03.04: Die dezentrale bewegliche Auflagerung erfolgt durch eine ebene, in den Boden fest eingebaute kreisförmige Fahrbahn mit einer glatten, möglichst reibungsarmen, abrieb festen Oberfläche aus Beton, Asphaltbeton, Metall, Kunststoff oder ähnlichem Material sowie an dem Rotorchassis unterseitig angebrachte Räder, insbesondere gummibereifte, luftbereifte Räder, beispielsweise wie sie für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Solche Kraftfahrzeugräder sind ausgelegt für hohe Geschwindigkeit und geringe Geräu schentwicklung.

03.05.00: Das Rotorchassis kann bestehen aus einem kreisförmigen Schwimmkörper, auf dem oberseitig die vom Wind beaufschlagten Rotorflügel befestigt sind. Dieser kreisförmige Rotor-Schwimmkörper schwimmt auf einer kreisförmigen Wasserfläche als Rotorfahrweg. Mehrere Rotor-Schwimmkörper können konzentrisch angeordnet werden.

03.05.01. Diese Wasserfläche kann ein natürliches Gewässer sein.

03.05.02.: Diese Wasserfläche kann ein künstlich angelegter kreisförmiger Kanal sein.

03.05.03.: Es können mehrere Kanäle konzentrisch angeordnet werden.

Dieses System bietet von den möglichen Systemen der kreisförmigen beweglichen Auflage rung des Rotors den geringsten Reibungswiderstand zwischen Rotor und Rotor-Fahrweg. Es ist daher besonders geeignet zum Einsatz in Gebieten mit überwiegend schwachen Win den.

03.06.01: Die dezentrale bewegliche Auflagerung und Spurführung erfolgt dadurch, daß zwischen Rotor und Rotorfahrweg Tragmagneten/Abstandsmagneten angebracht sind, die ein berührungsfreies Rotieren des Rotors auf dem Rotorfahrweg erlauben.

03.06.02.: Die Erzeugung von elektrischem Strom erfolgt durch Lineargeneratoren dergestalt, daß auf dem Rotorfahrweg kreisförmig ein Linear-Stator (feststehender Teil des Generators) angeordnet ist, auf dem die am Rotor angebrachten Magnete berüh rungsfrei rotieren, so daß ein Lineargenerator entsteht.

03.06.03: Die Erzeugung von elektrischen Strom erfolgt durch Lineargeneratoren derge stalt, daß seitlich um den Rotor herum kreisförmig ein Linearstator (feststehender Teil des Generators) angeordnet ist. Auf dem Außenumfang des Rotorchassis sind Tragmag neten angebracht, die innerhalb des Linearstators rotieren.

03.07.00: In Gegenden mit Minustemperaturen ist eine Vorrichtung gegen das Einfrieren des Wassers im Fahrwegkanal erforderlich.

03.07.01: Der Fahrwegkanal wird durch Erdwärme auf einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes gehalten. Grundwasser wird durch Wärmetauscher - Rohrleitungen, die am Boden des Fahrwegkanals angeordnet sind, gepumpt, und gibt die innewohnende Wärme an das Wasser des Fahrwegkanals ab und wird dann direkt wieder in geschlos senem Kreislauf in die wasserführende Schicht zurückgepumpt. Hierbei ist eine Ver änderung der Grundwasserqualität oder Umweltbelastung ausgeschlossen.

03.08.: Der Fahrweg besteht aus einer Eisfläche, auf der der Rotor gleitet.

03.10: ROTOR- FLÜGEL Der Rotor besteht aus dem unter Ziff. 03.00 beschriebenen Rotor-Chassis (Basis-Element) sowie einer Mehrzahl von Windaufnahmeelementen (Rotorflügel), die auf dem Rotorchas sis oberseitig angeordnet sind und den Druck des horizontal anströmenden Windes auf nehmen und das Rotorchassis in Drehung versetzen.

03.11.01: Die Rotorflügel bestehen aus rechteckigen Rahmen, in die die windaufnehmen den Flächen - nachfolgend "Segel" bezeichnet -, eingespannt sind.

Die Segel bestehen grundsätzlich aus dünnen flexiblen Stoffen, wie beschichtete Gewebe aus Baumwolle oder Kunstfasern, wie Segeltuch, Planen, Kunststoff mit Glasfasereinlage, z. B. Polyester/Glasfaserfolien oder Metallblechen.

03.11.02.: Um die Rotorsegelfläche planeben zu halten und zur Übertragung des Wind drucks von der Segelfläche auf den Rahmen ist der Rahmen vorderseitig und rückseitig mit je einem Stütz-Drahtgeflecht vom Typ Baustahlmatten oder Abspanndrähte be spannt. Zwischen diesen Stützgeflechten liegt die Segelfläche.

03.12.01: Für den Fall von Starkwinden muß die windbeaufschlagte Fläche reduziert werden.

03.12.02. Die Segel an den Rotorflügelrahmen werden aus flexiblen Materialien gebildet, die aufgerollt werden können. Der Rotorflügelrahmen enthält eine oder mehreren Achsen mit Motorantrieb, auf die die flexiblen Windsegelflächen aufgerollt werden. Durch den gleichen Antrieb der Aufrollachse werden über Zugseile die Segel in den Rotorflügelrahmen in die ursprüngliche Stellung zurückgezogen.

03.13. Die Fläche der Rotorflügel ist zur Aufnahme des Winddrucks während des Mit- Wind-Takts im Winkel von 90 Grad, d. h. vertikal, gegen den horizontal anströmenden Wind gestellt. Beim Gegen-Wind-Takt oder bei Starkwind ist es erforderlich, den Luftwiderstand des Segels zu reduzieren.

03.13.01. Die Segelrahmen sind auf dem Rotorchassis mit der unteren Kante drehbar an einer Achse befestigt, so daß der Rahmen um 90 Grad auf die Ebene der Basis herunterge klappt werden kann. Der Rahmen wird vorderseitig durch eine Führung, die auf der Basis montiert ist, geführt, z. B. durch Zahnstange, geschlitztes Führungsrohr mit innenliegenden Rollen.

03.13.02.: Der Rahmen kann durch mechanische Vorrichtungen wie Hydraulik, Motor mit Getriebe, Zahnstange, in Abhängigkeit von der jeweiligen Windströmung zu dem jeweili gen Rahmen senkrecht oder horizontal verstellt werden.

Diese Lösung erfordert Einzelantriebe und Einzelsteuerung je Rahmen.

03.13.03. Der Rahmen wird über einen Mitnehmerzapfen, der in einer Führung läuft, die Bestandteil eines um den Rotor angebrachten Gehäuses ist, geführt und auf und nieder bewegt, dergestalt, daß beim Mit-Wind-Takt der Rahmen senkrecht gestellt ist und beim Gegen-Wind-Takt niedergelegt ist, um dem Wind geringstmöglichen Widerstand zu bieten. Diese Lösung erfordert keine Einzelantriebe und keine Einzelsteuerung.

Für die Führung wird die Drehenergie des Rotors eingesetzt.

Der Mitnehmerzapfen wird mit einem Rad versehen, das in der Führungsschiene läuft.

Mitnehmerzapfen (am Rotor) und Führungsschiene (am Gehäuse) werden als Magnet- System ausgebildet, dergestalt daß diese beiden Elemente durch Tragmagnete berührungs frei jeweils in einem festen Abstand gehalten werden.

03.14: Die Ausbildung des Rotorflügels unter dem Gesichtspunkt, beim "Gegen-Wind- Takt" den Luftwiderstand gering zu halten, erfolgt dergestalt, daß der Rotorflügel zur Oberfläche des Rotorchassis geneigt angebracht wird, z. B. im Winkel von 45°. Die so ent stehende Öffnung zeigt beim Mit-Wind-Takt gegen den Wind und nimmt die Windkraft auf. Sie ist beim Gegen-Wind-Takt von Wind abgewendet, während die geneigte (schräge) Oberseite gegen den Wind liegt und den anströmenden Wind nach oben ableitet.

03.20.01.: Der Rotorflügel ist als Hohlkörper in Form eines Halbquaders ausgebildet, dessen geneigte Ebene oben liegt und dessen senkrechte Fläche offen ist. Die Anordnung dieses Rotorflügels auf dem Rotorchassis ist so gewählt, daß beim "Mit-Wind-Takt" die Öffnung gegen den Wind gerichtet ist und die Windkraft aufge nommen wird, beim "Gegen-Wind-Takt" die geneigte Ebene gegen den Wind liegt und den anströmenden Wind nach oben ableitet.

03.20.02: Die Ausbildung der Wandflächen des Rotor-Hohlkörpers nach Ziffer 03.20.01 erfolgt nach der Beschreibung unter Ziffer 03.11.01. und 03.11.02. Windaufnahmeflächen und Seitenflächen sind ganz oder teilweise aufrollbar gemäß Darstellung zu 03.12.02, so daß bei Starkwind die Windaufnahmeflächen stufenlos reduziert werden können.

03.21. Die Ausbildung des Rotorflügel erfolgt in anderer strömungstechnisch geeigneter Form wie Viertelkugelschale oder Halbkugelschale, wobei jeweils beim Mit-Wind-Takt die Öffnung gegen den Wind gerichtet ist und beim " Gegen-Wind-Takt" die Rundung gegen den Wind gerichtet ist und somit einen möglichst geringen Luftwiderstand bietet.

03.22: Die Ausbildung des Rotorflügels erfolgt aus zwei winkelförmig aneinanderstehenden ebenen Flächen, dergestalt daß bei Anströmung durch den Wind (Mit-Wind-Takt) die Öffnung gegen den Wind zeigt, beim Gegen-Wind-Takt die Winkelspitze gegen den Wind zeigt. Dieses Element kann oberseitig geschlossen sein und bildet dann einen Hohlkörper.

03.23: Die Ausbildung der Rotorflügel erfolgt dergestalt, daß eine senkrecht stehende Flä che halbkreisförmig oder ellipsenförmig gebogen ist, so daß eine offene Seite entsteht, die beim Mit-Wind-Takt vom Wind angeströmt wird und die Windenergie aufnimmt, und eine geschlossene Seite, die beim Gegen-Wind-Takt einen geringeren Luftwiderstand bildet.

04.00: Gehäuse

04.01: Das Außengehäuse umschließt den Rotor konzentrisch und ist an der Windseite mit einer Öffnung zum Anströmen des windseitigen Teils des Rotors, der sich im Mit-Wind- Takt befindet, versehen und auf der windabgewandten Seite mit einer Ausströmöffnung. Das Gehäuse ist mit Wandausformungen versehen, die auf der Windseite eine Sammlung und Konzentration der Luftströmung auf die Einlaßöffnung sowie auf der Lee-Seite einen Unterdruck im Bereich der Auslaßöffnung des Gehäuses bewirken.

04.02: Das Gehäuse ist konzentrisch zu dem Rotor drehbar auf einem oder mehreren konzentrischen Fahrwegen gelagert.

Die Auflagerung zwischen Gehäuse und Gehäuse-Fahrweg ist wie beim Rotor unter Ziffer 03 . . . beschrieben.

04.03: Das Gehäuse wird von der Eintrittsöffnung zu der Austrittsöffnung durch den Luft strom durchströmt. Das Gehäuse ist in dem Bereich, der nicht Durchströmungsbereich ist, oberseitig geschlossen, um eine Einwirkung der Luftströmung auf die im Gegen-Wind- Takt befindlichen Rotorflügel zu vermeiden.

04.04: Das Gehäuse ist im Bereich des "Gegen-Wind-Taktes" mit Umkehrkanälen verse hen, die bewirken, daß der Luftstrom aus seiner Ursprungsrichtung in die Gegenrichtung in das Gehäuse hinein umgelenkt wird, um so die im Gegen-Wind-Takt befindlichen Rotorflügel von hinten anzuströmen.

04.05: Das Gehäuse wird durch einen Windrichtungsmesser und daran gekoppelte Steuerung- und Stellmotoren permanent "im Wind" gehalten dergestalt, daß die Ein strömungsöffnung des Gehäuses stets in der Windströmung liegt.

04.06: Um die Eintrittsöffnung herum, d. h. beidseitig und oberhalb, ist das Gehäuse mit Leitflächen versehen, die auf beiden Seiten in etwa gleich sind und eine Luftströmung einfangen, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt der Eintrittsöffnung des Ge häuses.

Dadurch kann der Rotor mit der Energie eines Luftströmungsquerschnitts beaufschlagt werden, der größer als die windbeaufschlagte Fläche der Rotorflügel ist.

Die Verwertung größerer Luftströmungsquerschnitte durch Leitflächen am Gehäuse ist kostenmäßig günstiger als die Verwertung gleicher Strömungsquerschnitte durch zusätz liche Windkraftmaschinen.

04.07.: Das Gehäuse ist so ausgebildet, daß es den Rotor lediglich in einem Halbkreis um schließt, und zwar denjenigen Halbkreis des Rotors, der sich im "Gegen-Wind-Takt" befindet, bei dem sich der Rotor entgegen der Windrichtung bewegt. Dadurch werden die gegen die Windrichtung sich bewegenden Teile des Rotors nicht vom Wind beauf schlagt, da sie im Windschatten des Gehäuses liegen.

04.08. Das Gehäuse ist im Bereich des "Gegen-Wind-Taktes" so ausgeführt, daß es den Rotor-Halbkreis seitlich und oben, d. h. in Form eines Tunnels, umschließt und auf Ge häuse- Fahrwegen auf der Außenseite und auf der Innenseite des Rotors auflagert.

05.00. Kraftübertragung

Die Drehkraft des Rotors ist auf einen Generator (bei der Erzeugung elektrischen Stroms) oder einer andere Kraftmaschine zu übertragen.

05.01.: Die Drehkraft wird vom Rotor direkt oder über ein Gestänge auf eine im Ro tormittelpunkt befindliche Achse, die auf die angeschlossene Kraftmaschine wirkt, über tragen.

05.02.: Die Drehkraft wird mechanisch abgenommen über eine mit dem Rotor verbun dene kreisförmige Vorrichtung, beispielsweise Zahnkranz, Zahnstange, glatte Laufflä che, oder Schienen.

Die Abnahme erfolgt über Zahnrad, normales Rad mit glatter Lauffläche, gummibereiftes Rad, oder auf der Schiene laufendes Rad.

05.03.: Bei größeren Rotordimensionen ergeben sich Ungenauigkeiten in der Spurführung. Diese werden ausgeglichen dadurch daß das Abnehmer-Zahnrad oder die Abnehmer- Räder federnd gelagert angeordnet werden.

05.04.: Die Abnahmeräder werden seitlich an den Rotor angepreßt, indem sie radial zum Rotormittelpunkt beweglich gelagert sind und durch eine rollbar auf schiefer Ebene gela gerte Masse in Richtung Rotormittelpunkt gedrückt werden. Hierdurch wird die Reibung zwischen Lauffläche und Abnahmerad gewährleistet.

05.05.: Die Abnahmeräder werden seitlich an den Rotor angepreßt, indem sie radial zum Rotormittelpunkt beweglich gelagert sind und durch Hydrauliksysteme in Richtung Ro tormittelpunkt gedrückt werden.

05.06.: Die Erzeugung von elektrischen Strom erfolgt durch die Anordnung von Stator wicklungen und Magneten an Rotor und Rotorfahrweg bzw. umgekehrt, gemäß der Be schreibung unter Ziff. 03.06. ff.

05.07.: Die Erzeugung von elektrischem Strom erfolgt durch die Anordnung von Rädern mit fester Achse zwischen Rotor und Rotorfahrweg, wobei auf den Achsen jeweils ein Ge nerator angeordnet ist und der erzeugte elektrische Strom durch Schleifkontakte in das Netz übertragen wird.

06.00 Zeichnungen

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele und Ausführungsmöglichkei ten der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 Querschnitt durch einen kreisförmigen Rotor (2) mit Rädern (11) auf Schienen (10). Die Kraftabnahme erfolgt durch eine kreisförmige Zahnstange (32) über die ein Generator (33) angetrieben wird. Der Rotor rotiert um einen gedachten Mittelpunkt (34). Die Siche rung der Spurführung erfolgt durch konische Ausbildung (Anböschung) des Rotorfahr weges (3) auf dem Rotorchassis (2) sind die Rotorflügel (13) angebracht.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Grundriß der Anlage, die in Fig. 1 dargestellt ist. Kreisförmiges Rotorchassis (2) auf kreisförmigem Rotorfahrweg (3). Bei der dargestellten Windrichtung (37) und Rotordrehrichtung (38) ist der Halbkreis von 0 Grad bis 180 Grad der "Mit-Wind-Takt", der Halbkreis von 180 Grad bis 360 Grad der "Gegen-Wind-Takt". Der Rotor rotiert um den gedachten Rotormittelpunkt (34).

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Anlage, ähnlich wie Fig. 1, wobei Rotorchassis (2) und Rotor fahrfläche (3) parallel zueinander liegende konische Flächen bilden.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht mit Rotorchassis (2) auf dessen Unterseite Schienen angebracht sind (10) sowie Rotorfahrweg (3), auf dem Schienen angebracht sind (10). Zwischen diesen Schienen laufen Räder (11), deren Achsen (12) durch eine Radachsenführung (25), die den Abstand zwischen den Achsen gewährleistet, verbunden sind.

Auf der Oberseite des Rotorchassis (2) ist der Rotorflügel (13) angebracht, dessen Rahmen (14) mit dem Rotorchassis über eine Drehachse (18) verbunden ist.

In senkrechter Stellung des Rotorflügels wird dieser beim Mit-Wind-Takt vom Wind be aufschlagt. Beim Gegen-Wind-Takt wird der Rotorflügel nach unten geklappt und der Wind strömt über ihn hinweg.

Fig. 5 zeigt den Grundriß der Darstellung in Fig. 4. Unterhalb des Rotors laufen die Räder bzw. Räderpaare (11) auf Schienen (10) und sind durch die Radachse (12) miteinander verbun den. Die Radachsenführung (25) verbindet die Achsen miteinander.

Die Kraftübertragung erfolgt von einer oder mehreren Achsen direkt auf einen oder meh rere Generatoren (33).

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht auf einen kreisförmigen Rotor mit schwimmendem Rotorchassis (4) auf dem beispielhaft winkelförmige Rotorflügel (22) dargestellt sind. Bei der angegebenen Windrichtung (37) dreht der Rotor in der Richtung (38). Die bei einem schwimmenden Rotor erforderliche Spurführung ist gewährleistet durch Abspannvorrichtungen (6), die an einem im Zentrum der Anlage angebrachten Sockel befestigt sind.

Fig. 7 zeigt als Querschnitt die Anlage gemäß Fig. 6. Der kreisförmige Rotor (4) schwimmt in einem kreisförmigen Kanal (5). Die Spurführung wird durch Abspannvorrichtungen ge währleistet die in einem Sockel im Zentrum der Anlage befestigt sind. Die Kraftabnahme ist dargestellt durch eine auf der Innenseite des Rotors angebrachte kreisförmige Zahn stange (32) von der die aufgenommene Energie über ein Zahnrad- und Welle auf einen Generator übertragen wird.

Fig. 8 zeigt die gleiche Anordnung wie in Fig. 7, jedoch beispielhaft für ein größeres Gewässer (5), das sowohl künstlich angelegter Kanal als auch natürliches Gewässer sein kann. In die sem schwimmt der kreisförmige Rotor (4) auf dem oberseitig Rotorflügel (13) in einer oder mehreren Reihen angebracht sind. Die Verankerung und Spurführung werden durch einen im Zentrum der Anlage angebrachten Sockel über Abspannvorrichtungen (6) gewährlei stet.

Die Kraftübertragung erfolgt beispielhaft durch einen innenseitig oder außenseitig am Rotor angebrachten Zahnkranz (32) , Zahnrad und Welle auf einen Generator.

Fig. 9 stellt einen Schnitt analog zu Fig. 1 dar. Auf dem Rotorfahrweg sind Statorwicklungen (9) angeordnet, auf denen unterseitig am Rotorchassis (2) angebrachte Trag-/Abstands magneten (8) rotieren. Seitlich sind um den kreisförmigen Rotor Statorwicklungen ange bracht, an denen Trag-/Abstandsmagneten (8), die am Rotorchassis (2) angebracht sind, rotieren. Auf dem Rotorchassis sind die windaufnehmenden Rotorflügel (13) angebracht.

Fig. 10 zeigt die Ausführung eines Rotorflügels als plane Fläche. Zwischen den Rotorflügelrahmen (14) ist in Gitterform eine Rotorflügel-Abspannung (16) angebracht, die der Fläche des Rotorflügel-Segels (15) Halt gibt. Durch durch mechanische Vorrichtungen mit elektri schem oder hydraulischem Antrieb oder durch eine Führung des Rahmen-Mitnehmers (20) kann der Rotorflügel von senkrechter Stellung über die Dreh-Achse (18) in horizontale (lie gende) Stellung gebracht werden.

Fig. 11 zeigt die Ausbildung eines Rotorflügels als Hohlkörper (24).

Fig. 12 zeigt den Schnitt durch das kreisförmige schwimmende Rotorchassis (4), welches in einem Kanal (5) schwimmt. Der Kanal ist am Boden durch ein Wärmetauschersystem (35) be heizbar. Der Rotor wird durch eine außerhalb des Kanals am Gelände angebrachte Spur führung (7) sowie zusätzlich durch ein Abspannsystem (6) in der Spur gehalten, die Kraf tabnahme erfolgt - beispielsweise - über einen am Rotor innenseitig oder außenseitig an gebrachten Zahnkranz (32) auf einen Generator (33).

In die Rotorflügelrahmen (14) ist das Rotorflügelsegel (15) eingespannt, welches durch vor derseitig und rückseitig angebrachte Rotorflügel-Abspannung (16) gestützt wird.

Fig. 13 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Rotorflügelrahmen (14), an dem eine Aufroll achse (17) angebracht ist, auf die das Rotorflügelsegel (15) aufgerollt werden kann. Das Rotorflügelsegel wird vorderseitig und rückseitig durch Rotorflügelabspannung (16) ge stützt.

Fig. 14 zeigt eine Aufsicht auf einen kreisförmigen Rotor (1) dessen Rotorflügel (23) halbkreisför mig gebogen ausgebildet sind. Aus der Windrichtung (37) resultiert die Rotor- Drehrichtung (38).

Fig. 15 zeigt die Ausbildung der Rotorflügel (24) als Hohlkörper, die durch senkrechtstehende Flächen und in Zylinderform auf der Innenseite des Rotors angebrachte stehende Fläche gebildet wird.

Fig. 16 zeigt die Abwicklung der Innenseite des Rotorgehäuses (26) und, davorliegend den Rotor (2), der auf dem Rotorfahrweg (3) rotiert. Auf dem Rotor ist dargestellt: der Rotorflügel rahmen (14), der mit dem Rotorchassis mit einer Drehachse (18) verbunden ist und am obe ren Rand einen Mitnehmer (20) trägt.

Die Abwicklung zeigt die abgewickelte Innenfläche des Rotorgehäuses (abgewickelter Zylinder) von 0 bis 360 Grad, wobei die Strecke von 0 Grad bis 180 Grad den ,"Mit- Wind-Takt" darstellt, bei dem der Rotor von dem Wind in der Richtung (38) beaufschlagt wird.

Die Strecke von 180 Grad bis 360 Grad ist der "Gegen-Wind-Takt", bei dem die Anlage vom Wind in der Gegenrichtung (37) beaufschlagt wird.

Fig. 17 stellt die Draufsicht auf eine Windkraftmaschine mit Gehäuse dar.

Der Rotor (2) rotiert auf dem Rotorfahrweg. Er ist umschlossen von dem Gehäuse (26) welches auf dem Gehäuse-Fahrweg (29) jeweils in den Wind gedreht werden kann, so daß die Eintrittsöffnung (27) stets dem Wind zugewandt ist und die Austrittsöffnung (28) vom Wind abgewandt ist. Der Wind durchströmt das Gehäuse zwischen diesen Öffnun gen, wobei der Rotor im Bereich des "Mit-Wind-Takt"-Halbkreises den Rotor beauf schlagt, wohingegen der andere Halbkreis des Rotors in dem vom Gehäuse umschlosse nen Bereich und damit im "Windschatten" des Gehäuses liegt.

Durch einen trichterförmig ausgebildeten Umkehrkanal (30) wird der anströmende Wind umgeleitet und auf den Rotor geleitet dergestalt, daß die Rotorflügel in Drehrichtung ange strömt werden.

Fig. 18 zeigt einen Schnitt durch eine Anlage, analog zu Fig. 1. Die Drehkraft des Rotors wird vom Rotor (1) durch Abnehmer-Räder (39) abgenommen, die mit einem Generator (33) ver bunden sind. Abnehmer-Rad und Generator sind auf einem Abnehmer-Fahrweg (40) Radial beweglich und werden durch eine Abnehmer-Andruckvorrichtung (41) gegen den Rotor gedrückt.

Fig. 19 zeigt eine Anlage analog zu Fig. 18, wobei der Andruck der Abnehmer-Räder an den Rotor durch Schwerkraftvorrichtung (41), beispielhaft durch eine Masse auf schiefer Ebene, er folgt.

Fig. 20 zeigt die Anlage nach Fig. 18 bzw. Fig. 19 als Aufsichtsdarstellung, wobei die Abnehmer- Räder, die auf dem Abnehmer-Fahrweg (40) durch die Abnehmer-Andruckvorrichtung (41) gegen den Rotor gedrückt werden, jeweils einander gegenüberliegen.

Bezugszeichenliste

1

Rotor, Rotorchassis

2

Rotorchassis (Land)

3

Rotorfahrweg (Land)

4

Rotorchassis schwimmend

5

Rotorfahrweg Wasser

6

Rotorabspannvorrichtung

7

Rotorspurführung

8

Tragmagnet/Abstandsmagnet

9

Stator/Statorwicklung

10

Schienen

11

Räder

12

Radachse

13

Rotorflügel

14

Rotorflügel-Rahmen

15

Rotorflügel Segel

16

Rotorflügel Abspannung (Stützgeflecht)

17

Aufrollachse

18

Rahmen-Drehachse

19

20

Rahmen-Mitnehmer

21

Rahmen-Führung

22

Rotorflügel winkelförmig

23

Rotorflügel gebogen

24

Rotorflügel-Hohlkörper

25

Radachsen-Führung

26

Gehäuse

27

Gehäuse-Eintrittsöffnung

28

Gehäuse-Austrittsöffnung

29

Gehäuse-Fahrweg

30

Umkehrkanal

31

Gehäuse-Leitflächen

32

Zahnkranz

33

Generator

34

Rotor-Mittelpunkt

35

Wärmetauscher-Rohre

36

37

Wind-Richtung

38

Rotor-Drehrichtung

39

Abnehmer-Räder

40

Abnehmer-Fahrweg

41

Abnehmer-Andruckvorrichtung

Claims

1. Windkraftmaschine mit in horizontaler Ebene rotierendem Rotor,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor kreisförmig ausgebildet ist und auf einer festen oder flüssigen kreisförmigen Fläche (Rotor-Fahrweg) rotiert.

2. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem kreisförmigen Basis-Element besteht (Rotor-Chassis), auf dem oberseitig Flügel oder Körper angeordnet sind, die die Windkraft aufnehmen.

3. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotor und Rotor-Fahrweg Räder angeordnet sind.

4. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotor und Rotor-Fahrweg Abstandsmagnete/Tragmagnete angeordnet sind, die den Rotor über dem Rotorfahrweg berührungsfrei in der Schwebe halten.

5. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite des Rotors und/oder auf dem Rotor-Fahrweg kreisförmig Fahrschienen angeordnet sind.

6. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rotorunterseite und Rotorfahrweg von außen nach innen geneigt ausgeführt sind.

7. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kreisförmig um den Rotor Vorrichtungen zur Spurführung angeordnet sind, in der Ausführung als Gleitlager, Rollenlager, Räderlager, oder Tragmagneten.

8. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem im Mittelpunkt der Windkraftmaschine befindlichen Sockel und dem Rotor Abspannvorrich tungen, vorzugsweise Abspannseile, angeordnet sind.

9. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor auf einer Wasserfläche als Rotor-Fahrweg schwimmend rotiert.

10. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Rotorchassis angebrachten Rotor-Flügel senkrecht stehen und über eine auf dem Rotor- Chassis befindliche Drehachse in horizontale Lage gebracht werden können.

11. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotor-Flügel mit einem Mitnehmerelement, z. B. Zapfen, Rad oder Magnete versehen sind, welche durch eine außerhalb des Rotors an einem umgebenen Gehäuse angeordneten Führung geführt werden und die Rotorflügel in ihrer Stellung verändern.

12. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windaufnahme flächen in Rahmen, zwischen einem Stützgeflecht, insbesondere aus Drahtgeflechten oder Abspanndrähten, angeordnet werden.

13. Windkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Windaufnahme flächen in dem Rahmen zwischen dem Stützgeflecht beweglich sind und aufgerollt werden können.

14. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Wind beauf schlagten Teile des Rotors als Hohlkörper ausgebildet werden, die auf einer Seite offen und auf der anderen Seite geschlossen sind.

15. Windkraftmaschine nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Wind beaufschlagten Teile des Rotors als Halbquader ausgebildet werden , die auf einer Seite of fen sind zur Aufnahme der Windenergie und zur anderen Seite eine schräge Oberfläche ha ben, um dem Wind geringeren Widerstand zu bieten.

16. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor von einem außenliegenden Gehäuse umgeben ist, welches um den Rotor auf einer kreisförmigen Gehäu se-Fahrfläche in Abhängigkeit von der Windrichtung gedreht werden kann.

17. Windkraftmaschine nach Anspruch 1 und nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an der Eintrittsöffnung mit windleitenden, druckerhöhenden Leitflächen und an der Austrittsöffnung mit windleitenden Unterdruck erzeugenden Leitflächen versehen wird.

18. Windkraftmaschine nach Anspruch 1 und Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit Umkehrleitflächen und - Kanälen versehen wird, die die Windströmung in Gegenrichtung in das Gehäuse umlenken.

19. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung elek trischen Stroms durch kreisförmige Lineargeneratoren erfolgt, dergestalt daß an Rotor und Fahrweg Magneten und Stator angebracht sind.

20. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung vom Rotor durch eine am Rotor angebrachte kreisförmige Zahnstange über ein Zahnrad auf einen Generator oder andere Kraftmaschine erfolgt und daß das Zahnrad federnd gela gert ist.

21. Windkraftmaschinenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung vom Rotor durch eine am Rotor angebrachte kreisförmige Fläche oder Schiene auf ein außer halb des Rotors angebrachtes Abnahmerad auf einen Generator oder andere Kraftmaschine erfolgt und daß das Abnahmerad durch Federdruck oder durch Schwerkraft über eine schiefe Ebene an den Rotor gedrückt wird.

22. Windkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertra gung vom Rotor über die Achse eines zwischen Rotor und Rotorfahrbahn angeordneten Laufrades auf einen mit der Radachse verbundenen Generator erfolgt und der erzeugte Strom über Schleifkontakte weitergeleitet wird.