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Technisches Umfeld
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehmomentes an einem Generator zur Energiegewinnung, umfassend ein Grundgestell an dem eine das Drehmoment erzeugende Welle gelagert ist, welche mit wenigstens einem an der Welle verbundenen, schwenkbar gelagertem Element in Wirkverbindung steht zur Gewinnung der Bewegungsenergie durch Windkraft oder Wasserkraft.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erzeugung eines Drehmomentes an einem Generator zur Energiegewinnung hinreichend bekannt wie diese beispielsweise in Form von Windrädern existieren. Derartige Windanlagen bedürfen einer hohen Infrastruktur und einer besonderen Standortlage, damit diese Windräder betrieben werden können. Derartige Windanlagen sind jedoch nicht dafür geeignet diese zur lokalen Versorgung von Gebäuden zu nutzen, weil diese hinsichtlich ihrer Bauweise nicht für einen Betrieb in Gebäudenähe geeignet sind. Zudem ist eine Energiegewinnung mit Windrädern bei geringen Luftmassenbewegungen problematisch.
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Aufgabe
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehmomentes an einem Generator zur Energiegewinnung dahingehend weiterzubilden, die insbesondere an Stellen – und hier insbesondere im Gebäudebereich – unmittelbar einsetzbar sind, wobei die Vorrichtung auch bei einer geringen Luftmassenbewegung eine hohe Energieausbeute bereitstellt.
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Lösung
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen nun darin, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energiegewinnung klein bauend und flexibel eingesetzt werden kann, so dass sie auch auf Dachflächen installierte werden kann. Die Vorrichtung besteht hierbei aus zwei Elementteilen, die im Wechsel über ein begrenztes Bodenmaß vor- und zurückschwenken und durch diese wechselnde Bewegung ein Drehmoment erzeugen, welches an einem Generator genutzt wird. Der besondere Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass die Vorrichtung einfach und schnell auf Dachflächen installiert werden kann, so dass der Einsatz und damit die Energiegewinnung unmittelbar erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann schon bei geringen Windstärken eingesetzt werden, so dass eine Energiegewinnung auch bei sehr geringen Luftmassenbewegungen möglich ist.
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Gemäß der Erfindung wird hierzu merkmalsgemäß vorgeschlagen, dass an dem Grundgestell wenigstens zwei im Wechsel zusammenwirkend gelagerte Elementteile angeordnet sind, an denen radial zur Schwenkachse der Elementteile jeweils verstellbare Flächenlamellen vorgesehen sind, die gegen die Windrichtung im Wechsel eine geschlossene und eine geöffnete Fläche durch Verschwenken einnehmen, wobei die beiden Elementteile, die in ihrer Schwenkbewegung von einer nach vorne bis nach hinten geneigten Schwenklage an dem Grundgestell begrenzt sind und wobei in Wechselwirkung der beiden Elementteile das eine Elementteil mit den Flächenlamellen gegen die Windrichtung eine geschlossene Fläche von einer nach vorne geneigten Lage bis zu einer nach hinten geneigten Lage einnehmen, wobei das andere Elementteil mit den Flächenlamellen gegen die Windrichtung eine geöffnete Fläche von der nach hinten geneigten Lage gegen die Windrichtung zurück zu der nach vorne geneigten Lage einnehmen zur Erzeugung eines Drehmomentes an der Generatorwelle. Aufgrund dieser Ausbildung ergibt sich ein Schwenkmechanismus im Wechsel der in Teilbewegungen auf eine Generatorwelle wirkt, so dass durch die Teilverschwenkungen über das entsprechende Bogenmaß Impulse auf eine Generatorwelle abgegeben werden.
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In vorteilhafter Weise bestehen die Elementteile im Wesentlichen aus U-förmigen Profilgestellen, deren Schenkel einerseits das Trägerprofil für die schwenkbar gelagerten Flächenlamellen und andererseits die Schwenkachsen für die Elementteile bzw. die Profilgestelle selbst bilden. Hierzu ist zu den Schwenkachsen der Profilgestelle parallel verlaufend in dem Grundgestell eine Antriebswelle angeordnet, welche über Kettenradgetriebe mit den Schwenkachsen der Profilgestelle in Wirkverbindung stehen. Die Kettenradgetriebe wirken mit an der Antriebswelle angeordneten Freilaufeinrichtungen zusammen, die mit der oder den Generatorwellen in Wirkverbindung stehen. Dabei stehen in vorteilhafter Weise die Freilaufeinrichtungen mit Übersetzungsgetrieben mit dem oder der Generatorwelle in Wirkverbindung. Somit ergibt sich ein über einen Freilauf geführter Antrieb, der eine kontinuierliche Drehbewegung auf die Generatorwelle überträgt. Diese wird aufgrund der vorhandenen Kettenradgetriebe übersetzt, so dass eine entsprechende Drehzahl an der Generatorwelle erzeugt wird.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die auf den Schwenkachsen angeordneten Kettenräder der Kettenradgetriebe über eine Mitnehmerstange gelenkig verbunden. Hierbei ist die Mitnehmerstange an einer im Schwerpunkt des Grundgestells vorgesehenen Halterung gelagert. Zur Verbindung zwischen den beiden Kettenrädern sind jeweils endseitig an der Mitnehmerstange nutförmige Kulissen angeordnet in die jeweils an den Kettenrädern angeordnete Zapfen greifen. Aufgrund dieser Ausbildung wird nun erreicht, dass, wenn jedes der Elementteile ein Bogenmaß in der Bewegung von etwa 90° vollzogen hat, über die Mitnehmerstange entsprechend ein Drehmoment übertragen wird, welches auf die gegenüberliegende Seite des zweiten Elementteils gelenkt wird, so dass ein gekoppelter Bewegungsablauf zwischen den beiden gelagerten Kettenrädern hervorgerufen wird. Durch die gelenkige Verbindung wird erreicht, dass ein durchgehender Bewegungsablauf auf die Generatorwelle erzeugt wird, infolge der bewegungsmechanischen Verbindung der Elementteile untereinander.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Flächenlamellen bei ihren Schwenkbewegungen durch eine magnetische Steuerung ausgerichtet. Hierzu sind an dem Grundgestell radial an den Schwenkachsen Magnetringe vorgesehen, die zur Verstellung der Flächenlamellen von der geöffneten Fläche in die geschlossene Fläche mit am Profilträger angeordneten Magnettellern zusammenwirken. Ist also jeweils an den Elementteilen ein Schwenkvorgang beendet, so werden die an den Trägern gelagerten Flächenelemente entsprechend umgestellt, so dass sie beim Zurückschwenken die geöffnete Stellung einnehmen und in der zurückschwenkenden Bewegung die geschlossene Fläche einnehmen.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Grundgestells besteht dies im wesentlichen aus stirnseitig angeordneten t-förmigen Trägern, die mit Querträgern verbunden sind. Dabei ist das Grundgestell in einer im Schwerpunkt angeordneten Achse drehbar auf einem Gestänge angeordnet, wobei die Drehachse mit einer Windrichtungsanzeige zusammenwirkt. Aufgrund dieser Ausbildung wird erreicht, dass entsprechend die Vorrichtung immer optimiert ausgerichtet ist, so dass die Luftanströmung senkrecht auf den Flächenelementen erfolgt.
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Zum Bewegungsablauf der Vorrichtung erfolgt die Lasteinleitung auf die geschlossenen Lamellenflächen durch den Wind oder eine leichte Luftmassenbewegung bis der Schwenkarm die Endlage erreicht. Durch die Schwenkbewegung des Schwenkarms ergibt sich eine Lasteinleitung mit Drehbewegung und hohem Drehmoment. Die Schwenkbewegung wird auf kleine Mitnehmerhebel übertragen, wobei die kleinen Mitnehmerhebel einen großen Mitnehmerhebel zum Synchronlauf steuern. Dabei wird die Schwenklamellenbewegung auf ein großes Zahnrad übertragen und mittels einer Kette auf kleines Zahnrad übersetzt. Dann erfolgt die Übertragung mit Übersetzung auf eine hohe Drehzahl zum Generator, der den Strom aufgrund der Schwenkimpulse erzeugt. Der Strom kann mittels einer Batteriespeicherbox gespeichert werden.
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Durch die Bewegung des Schwenkarms wird aufgrund der Lamellenmagnetscheibe in der Stellung 0° oder 90° die Fläche geöffnet oder geschlossen. Die Endlage des Schwenkarms wird durch den Festanschlag erreicht. Ein Rückstoß des Schwenkarms wird durch das Abstoßen der Endlagen-Rückstoßmagnete erzeugt. Die gegenüberliegende Schwenkarmposition läuft synchron gegenläufig zum belasteten Schwenkarm. Das Lamellenpaket ist hier geöffnet und die Luftmassen bewegen sich durch das geöffnete Lamellenpaket und durch den Rückstoß des belasteten Schwenkarms öffnet sich das Lamellenpaket aufgrund der Lamellenmagnetscheibe und stellt bei der Rückbewegung keinen Windwiderstand mehr dar.
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Durch die Bewegung des Schwenkarms fungiert die Lamellemagnetscheibe im Zusammenhang mit dem fest positionierten Magnetring als berührungslose Stellkupplung für die Lamellenausrichtung. Der entlastete Schwenkarm schwenkt zurück, wobei der gegenüberliegende Schwenkarm sofort das Lamellenpaket schließt und stellt somit einen Windwiderstand dar. Durch die Wiederholung der Schwenkbewegungen ergibt sich der Effekt, dass die Generatorwelle sich permanent dreht, der Rücklauf einer Schwenkbewegung wird mittels Rückfreiläufe freigegeben, damit die Generatorwelle sich nur in einer Drehrichtung bewegt. Handelsübliche Freilaufklemmkörper sind hier möglich. Der Generator erzeugt Strom aufgrund der Schwenkimpulse und der permanenten Generatorwellenbewegung, so dass eine permanente Stromerzeugung und Stromeinspeisung bereitgestellt wird.
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Somit kann ein Batteriespeicher als Puffer gespeist werden und das Gebäude kann permanent mit Strom von bis zu 5 kW und darüber hinaus versorgt werden. Die Vorrichtung ist maßlich frei skalierbar je nach Aufstellort, Wind bzw. Luftmassenbewegung. Sie funktioniert bei leichten Luftbewegungen, welche von Rotorkraftanlagen nicht registriert werden, da diese zu schwach sind. Die Vorrichtung nutzt im Gegensatz die Vollausbeute der Luftbewegung im Gegensatz zu Rotor-Windanlagen aus. Diese schrauben sich nur durch die Belastung und wandern nur wenig von der Luftmassenbewegung den Strom um. Die Vorrichtung ist aufgrund ihrer Plug und Play Installation einfach zu handhaben. Bei der Verwendung der Vorrichtung als solches sind keine baulichen Stellflächenpräparierungen notwendig.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehmomentes für die Energiegewinnung;
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2 eine weitere perspektivische Darstellung der Vorrichtung gemäß der 1 mit geöffnetem Gehäuse;
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3 eine weitere perspektivische Darstellung des Grundgestells ohne Elementteile in einer ersten Ansicht;
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4 das Grundgestell gemäß der 3 in einer weiteren Ansicht;
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5 eine perspektivische Darstellung der Antriebswelle mit den beiden Generatoren;
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6 eine perspektivische Darstellung der Magnetringe mit den zusammenwirkenden Magnettellern an den Flächenelementen;
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7 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung in einer Ständerbauweise; und
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8 eine Einzelansicht des Ständers gemäß der 7 ebenfalls in der Perspektive.
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Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt in der perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung eines Drehmomentes an einem Generator zur Energiegewinnung. Die Vorrichtung 1 umfasst hierbei ein Grundgestell 2, an dem eine das Drehmoment erzeugende Antriebswelle 3 gelagert ist, welche mit wenigstens einem mit der Antriebswelle 3 verbundenen schwenkbar gelagerten Element 4 in Wirkverbindung steht zur Gewinnung der Bewegungsenergie durch Windkraft.
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Wie aus der Zusammenschau der 1 und 2 zu erkennen ist, sind an dem Grundgestell 2 wenigstens zwei in Wechselwirkung gelagerte Elementteile 5 und 6 angeordnet, an denen radial zur Schwenkachse 7 der Elementteile 5, 6 jeweils verstellbare Flächenlamellen 8 vorgesehen sind. Im Wechsel ergibt sich eine geschlossene Fläche 8.1 und eine geöffnete Fläche 8.2, wobei die beiden Elementteile 5, 6 in ihrer Schwenkbewegung von einer nach vorne geneigten bis nach hinten geneigten Schwenklage begrenzt sind. In Wechselwirkung der beiden Elementteile 5, 6 nimmt das Elementteil 5 eine von vorne nach hinten geneigte Lage mit geschlossener Fläche 8.1 der Flächenlamellen 8 ein, wobei das andere Elementteil 6 mit den Flächenlamellen 8 gegen die Windrichtung eine geöffnete Fläche 8.2 von der nach hinten geneigten Lage gegen die Windrichtung noch vorne einnimmt, wobei dann der Bewegungsablauf entsprechend mit sich umkehrenden Flächen 8.1 und 8.2 wieder zurückbewegt.
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Durch die Bewegung der Elementteile 5, 6 in Wechselwirkung wird somit ein Drehmoment an der Generatorwelle 9 erzeugt, wie sie in den 2, 3, 4 und 5 näher gezeigt ist. Wie insbesondere aus der 1 und 2 näher zu erkennen ist, umfassen hierbei die Elementteile 5, 6 Profilgestelle 10 für die schwenkbar gelagerten Flächenlamellen 8 und bilden Schwenkachsen 11 für die Elementteile 5 und 6. Wie insbesondere aus der Zusammenschau der 3 und 5 zu erkennen ist, ist zu den Schwenkachsen 11 der Profilgestelle 10 parallel verlaufend in dem Grundgestell 2 eine Antriebswelle 12 angeordnet. Wie aus der 5 zu erkennen ist, wirken Kettenradgetriebe 13 und 14 mit an der Antriebswelle 12 angeordneten Freilaufeinrichtungen 15 zusammen, die mit der oder den Generatorwellen 9 über Übersetzungsgetriebe 16 in Wirkverbindung stehen. Somit ist gewährleistet, dass eine hinreichend hohe Drehzahl an den Generatoren 17 und hier an der Generatorwelle 9 ankommt.
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Wie insbesondere aus der Zusammenschau der 3 und 4 deutlich zu erkennen ist, sind die auf den Schwenkachsen 11 angeordneten Kettenräder 18 und 19 der Kettenradgetriebe 13 und 14 über eine Mitnehmerstange 20 verbunden. Die Mitnehmerstange 20 ist hierbei an einer im Schwerpunkt des Grundgestells 2 vorgesehenen Halterung 21 gelagert, wobei jeweils endseitig an der Mitnehmerstange 20 nutförmige Kulissen 22.1 und 22.2 vorhanden sind, in die jeweils an den Kettenrädern 18 und 19 angeordnete Hebel mit Zapfen 23 und 24 greifen. Aufgrund dieser Ausbildung sind die beiden gegenüberliegenden Kettenräder 18 und 19 kinematisch miteinander verbunden, so dass die wechselnden Verschwenkvorgänge der Elementteile 5 und 6 aufeinander abgestimmt sind und somit verbunden sind.
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Wie aus der 1 und 2 aber auch aus der 6 deutlich zu erkennen ist, sind an dem Grundgestell 2 radial zu den Schwenkachsen 11 Magnetringe 25 vorgesehen, die zur Verstellung der Flächenlamellen 8 von der geöffneten Fläche 8.2 in die geschlossene Fläche 8.1 mit am Profilträger 10 angeordneten Magnettellern 26 zusammenwirken. Somit erfolgt über die Magnetteller 26 entsprechend die Verstellung der Flächenlamellen 8 bei den Schwenkbewegungen, wobei die jeweils in den Endstellungen der Elementteile 5, 6 die Ausrichtung der Flächenlamellen 8 erfolgt, so dass die Wechselwirkung sich zwischen den Flächen 8.1 und 8.2 vollzieht.
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Wie insbesondere aus der 1 und 2 sowie der 4 und 5 ersichtlich ist, besteht das Grundgestell 2 im Wesentlichen aus stirnseitig angeordneten t-förmigen Trägern 27 und 28, die mittels Querträgern 29 verbunden sind, so dass dadurch eine Stabillage für die Schwenkachsen 11 gegeben ist. Unterhalb des Grundgestells 2 ist eine im Schwerpunkt angeordnete Drehachse 30 vorgesehen, die auf einem Ständer 31 derart angeordnet ist, dass sich das Grundgestell 2 auf dem Ständer 31 drehen kann. Die Drehachse 30 ist hierbei mit einer Windrichtungsanzeige verbunden, so dass eine Ausrichtung des Grundgestells 2 auf dem Ständer 31 entsprechend der Windrichtung erfolgt.
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Die 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei hier die Vorrichtung 1 und hier das Grundgestell 2 nicht waagerecht aufgestellt ist sondern senkrecht, so dass zwei Vorrichtungen 1.1 und 1.2 an dem Grundgestell 2 angeordnet sind, die entsprechend wie beschrieben in Wechselwirkung stehen. Der Ständer 31 ist hierbei als Träger ausgebildet, so dass die Vorrichtung 1.1 und 1.2 hier beispielsweise im Bereich eines Wohnwagens aufgestellt werden kann.
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Zum Betrieb der Vorrichtung 1 kann diese auf einem Flachdach ca. fünf Meter über null positioniert werden und kann elektrisch an eine Batteriespeicherbox gekoppelt sein, die wiederum mit Stromwechselrichtern an den Hauptstrom gekoppelt ist. Hierbei ist die Vorrichtung 1 an ein elektronisches Windausrichtungsstativ gekoppelt, wobei das Leitwerk die Windrichtung registriert und diese an den Stellmotor weiter gibt, der über die Windrichtungsposition nach justiert.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Vorrichtung
- 02
- Grundgestell
- 03
- Welle
- 04
- schwenkbar gelagertes Element
- 05
- Elementteil
- 06
- Elementteil
- 07
- Schwenkachse
- 08
- Flächenlamellen
- 8.1
- geschlossene Fläche
- 8.2
- geöffnete Fläche
- 09
- Generatorwelle
- 10
- Profilgestell
- 11
- Schwenkachse
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Kettenradgetriebe
- 14
- Kettenradgetriebe
- 15
- Freilaufeinrichtungen
- 16
- Übersetzungsgetriebe
- 17
- Generatoren
- 18
- Kettenrad
- 19
- Kettenrad
- 20
- Mitnehmerstange
- 21
- Halterung
- 22
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- 22.1
- Kulisse
- 22.2
- Kulisse
- 23
- Zapfen an Hebel
- 24
- Zapfen an Hebel
- 25
- Magnetring
- 26
- Magnetteller
- 27
- T-Träger
- 28
- T-Träger
- 29
- Querträger
- 30
- Drehachse
- 31
- Ständer
