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Beschreibung
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Titel Das Windschaufelrad im Windkraftwerk Anwendungsbereich Die Erfindung
wird angewandt bei neuen Kraftwerken Zweck Gewinnung von elektrischer Energie durch
übereinander angeordnete Windschaufelräder Technik Nach den Berechnungsgrundlagen
für Windbelastungen Din 1055 und für Standfestigkeit nach Din 1050.
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Es sind keine Schriften und Au6führungsunterlagen über Erfindungen
dieser Art bekannt.
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Aufgabe 1. Die Erfindung besteht darin, eine senkrecht stehende Achse
durch Windkräfte in horizontaler Richting zum Drehen zu bringen um dadurch Drehkräfte
und Drehmomenta zu erzeugen.
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2. Die Erfindung besteht darin, die senkrecht stehende Achse dazu
zu bringen, sich nur in einer bestimmten Richtung zu drehen.
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3. Die Erfindung besteht darin, starke Drehkräfte und Drehmomente
zu gewinnen.
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Diese drei Erfindungen ermöglichen im Zusammenwirken die Gewinnung
großer Energiekräfte.
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Lösung Die Aufgabe wird gelöst durch das Windschaufelrad. Das Windschaufelrad
ist auf der Zeichnung Blatt 1 dargestellt.@ 1. Das Windschaufelrad besteht aus einer
senkrecht stehenden, leicht drelibaren Achse.
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An dieser Achse sind 5, 6 oder 7 Windscheiben angeschlossen. Diese
Windscheiben sind in der Mitte abgeknickt zu Windschaufeln.
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Die Schaufel.hohlseite nimmt die Windkräfte voll auf, während auf
dem Schaufelrücken die Windkräfte im Verhältnis zu seiner Neigung abgleiten.
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2. Bei bestimmter Anordnung der Windschaufeln an der Achse dreht
sich die Achse nach rechts.
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(im Sinne des Uhrzeigers). Es ist gleichgültigaus welcher Richtung
der Wind weht, das Windschaufelrad dreht sich nach rechts.
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Werden die Windschaufeln spiegelbildlich zu der vorgenannten Anordnung
auf der Achse angebracht, so resultiert daraus eine Linksdrehung des Windschautelrades.
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3. Es werden viele Windschaufelräder übereinander angeordnet. Die
übereinander angeordneten Radachsen werden durch biege feste Stöße miteinander verbunden
und bilden dadurch eine durchlaufende Achse. Die Achse wird in Höhe der Gerüstbühnen
durch horizontale Kugellager geführt. Am Fuß erhält die Achse ein Spezial-Kugellager
zur Aufnahme der Lasten aus des Eigengewicht der Schaufeln und den Achsen. D1Q Horizontalkräfte
aus der Achse werden ebenfalls durch das Fußlager aufgenommen. (Siehe Zeichnung
Blatt 1,Seite 12).
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Weitere Ausstattungen Rücklaufsicherung Die rechtsdrehende Windschaufelradachse
wird sit einem Kontakt'versehen zur Sicherung gegen Rücklauf. (Siehe Zeichnung Blatt
3, Seite 33) Bei linksdrehender Achse wird der Kontakt im umgekehrten Sinne angebracht.
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Gerüste Jedes Windschaufelrad muß durch ein Gerüst aus Stahl oder
Stahlbeton gehalten werden. Diese Gerüste müssen stabil sein. Sie müssen die Garantie
dafür bieten, daß die Windschaufelräder senkrecht stehen und bei Windwirkung sich
ungehindert drehen können.
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Die Funktion der Erfindung Das Windschaufelrad (siehe Blatt 2, Seite
12) wirkt ähnlich wie ein Waagebalken.
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Die Achse ist hier der Drehpunkt des Waagebalkens. Die Windkratt
(Gewicht) auf die Schaufeln wirkt hierbei als Drehkraft.
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Durch die Anordnung der Windschaufeln entsteht auf der rechten Seite
der Achse eine größere Drehkraft als auf der linken Seite der Achse. Dadurch wird
bewirkt, daß das Windrad nach rechts dreht. Wenn das Wind rad durch Windeinwirkung
rechtsdrehend angebauten ist, dann schaltet sich das Gegengewicht (die Windkraft
auf der linken Drehpunktseite) von selber aus. Es wirkt dann nur noch rechtsdrehende
Windkraft.
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Es treten bei Wind die verschiedensten Wirkungsarten auf wie zum
Beispiel Sturm, Wirbel, Böen usw. Dadurch könnte der Rundlauf des Windrades ins
Stottern geraten und das Windrad versuchen, auf Linksdrehung zu kommen. In diesem
Fall schaltet sich sofort die Rücklaufsicherung ein, die jede Linksdrehung verhindert.
Dis Rücklaufsicherung ist auf Blatt 3 (siehe Seite 13) dargestellt.
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Zu jedem Windrad gehören vier Erfindungen: 1. die Windschaufeln,
2. die Radachse mit Fuß- und Führungslager 3. die Übereinander-Anordnung der Radachsen
um dadurch zu einer hohen Drehachse und großen Drehkraft zu kommen, 4. die Rücklaufsicherung.
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Verwendungsbereich Das Windkraftwerk, betrieben durch das Windschaufelrad,
kann in jeder Größe und jeder Anzahl von übereinander angeordneten Windschaufelrädern
ausgeführt werden.
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Das Windkraftwerk kann auf dem Land und auch auf dem Wasser aufgestellt
werden. Es kann sogar in Wasser , auf eines Ponton treibend, Aufstellung finden.
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Einige Ausführungsbeispiele sind auf den Blättern 4, 5, 6 siehe Seiten
14, 15, 16 aufgezeigt.
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Beweis für die Funktionsfähigkeit der Erfindung In vier Rechenbeispielen
und unter Zugrundelegung der Figur auf Blatt 2, Seite 12 ist errechnet, daß das
Windschaufelrad inner nach rechts dreht, weil in allen vier Fällen die rechtsdrehende
Windkraft größer ist als das linksdrehende Gegengewicht.
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Beispiel hierzu : Annahten: Windschaufelgröße 8,oo 6,ooa Schaurelticfe
= 1,34s, Berechnungsgrundlagen für Windbelastungen nach Din 1055, mittlere Höhe
2o,oom bis 13o,oom, Windgeschwindigkeit v = 42/sec, Staudruck q = 11o km Beiwert
c = 1,2.
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Bei Schaufeln, de von Wind voll getroffen sind, wird eingesetzt w
= q.c. sin α # ### # Bei Schaufeln, die auf des geneigten Schautelrücken getroffen
sind, wird eingesetzt: w = q . c . sin α oder cosoC.
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Bei Schaufeln, die ii Windschatten liegen, wird eingesetzt: 60 %
der obigen Worte.
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Es folgt nun die Ermittlung der Drehkräfte und Drehmomente am Windschaufelrad,
wenn der Wind von Norden, Osten, Süden oder Westen weht. (Siehe Seite 5 bis 10)
Beispiel
Wind von Norden auf das Windschaufelrad, siehe Blatt 2, Seite 12.
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Wind auf dor rechten Drehpunktseite: Wind auf Schaufel "1".
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1,34 @@@@@ sinα = = 0,425; cosα = = 0,915; w1 = 0,110
# 1,2 # 8,00 # 5,75 # = 6,6ot; cosα 0,50 Hebelarm = 2,875 + = 3,125m; 2 Wind
auf Schaufel "5".
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2,60 2,20 sinα = = 0,77; cos α = = 0,65; 3,39 3,39 w5
= 0,110 # 1,2 # 8,00 # 2,20 # 0,65 = 1,51t; 2,20 Hebelarm = = 1,10m; 2 Wind auf
Schaufel "2" (liegt im Windschatten).
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2,30 2,10 sinα = = 0,735; cosα = = 0,67; 3,14 3,14 w2
= 0,110 . 1,2 . 8,00 . 2,10 . 0,67 . o,60 = 0,89t; Hebelarm = 0,90m; Wind auf der
linken Drehpunktseite: Wind auf Schaufel "4".
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sin α' = 0,60 = 0,19; cos α" = 3,05 = 0,97; 3,14 3,14
w'4 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 3,05 . 0,97 = 3,13t; Hebelarm = 3,325m; 2,935 1,80 sinα"
= = 0,865; cosα" = = 0,535; 3,39 3,39 w'41 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 1,80 . 0,535
= 1,02t; Hebelarm = 0,90m; Wind auf Schaufel "3" (liegt im Windschatten).
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sin α' = 2,90 = 0,93; cos α' = 1,550 = 0,495; 3,14 3,14
w'3 = 0,110 . 1,2 . 8,00 . 1,55 . 0,495 . o,60 = 0,485t; Hebelarm = 4,075m;
0,835
3,30 sinα" = = 0,247; cosα" = = 0,975; 3,39 3,39 Hebelarm = 1,65m; w"3
= 0,110 . 1,2 . 8,00 . 3,30 . 0,975 . 0,60 = 2,02t; Wind von Osten auf das Windschaufelrad
, siehe Blatt 2, Seite 12.
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Wind auf die rechtsdrehende Achsenseite.
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Wind auf Schaufel "1" sin α = 1,34 = 0,425; cos α = 2,875
= 0,915; 3,14 3,14 w1 = 0,110 . 1,2 . 8,oo . 1,34 . sind α = Q,61t;, Hebelarm
= 0,67m; Wind auf Schaufel "2" cos α= 5,60 = 0,94; 6,00 W2 = 0,110 . 1,2 .
8,0 . 5,6 . cos = 6,30t; 5,60 Hebelarm = = 2,80m; 2 Wind auf Schaufel "3" (liegt
im Windschatten).
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2,70 1,55 sinα = = 0,865; cosα' = = 0,495 3,14 3,14 Hebelarm
= 2,185m; 0,835 3,30 sinα" = = 0,247; cosα" = = 0,97: 3,39 3,39 Hebelarm
= 0,417m; w"3 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,70 . 0,495 . 0,60 = 0,845t; a= 2,185 w3" =
0,110 . 1,2 . 8,0 . 0,835 . 0,97 . 0,60 = 0,51t; a = 0,417 Wind auf links drehende
Achsenseite: Wind auf Schaufel "5".
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0,40 3,00 sinα = = 0,128; cosα = = 0,95; 3,14 3,14 2,60
2,20 sinα" = = 0,67; cosα" = = 0,65; 3,39 3,39 w'5 = 0,110 . 1,2 . 8,0
. 3,00 . 0,95 = 3,02t; a=4,10m; w"= = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,60 . 0,65 = 1,78t; a=1,30m;
Wind auf Schaufel "4" (liegt im Windschatten).
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0,60 3,05 sinα = = 0,191; cosα = = 0,975; sinα"
= = 0,865; cosα" = = 0,53; 3,39 3,39
w4 = 0,110 . 1,2 . 8,0
. 0,60 . 0,191 . 0,60 = 0,073t; a = 3,235m; w4 = 0,110 . 1,3 . 8,0 . 2,936 . 0,53
. 0,60 = 0,g6t; a = 1,477m; Wind von Süden auf das Windschaufelrad siehe Blatt 2,
Seite 12.
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Wind auf der rechts drehenden Achsenseite.
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Wind auf Schaufel "3".
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2,70 1,55 sinα = = 0,865; cosα= = 0,495; sinα" =
= 0,247; cosα" = = 0,975; 3,39 3,39 w = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,55 . 0,865 =
1,42t;-a = 4,075m w"3 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,30 . 0,965 = 3,40t; a = 1,65a; Wind
auf Schaufel "4" (liegt im Windschatten).
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0,60 3,05 sinα = = 0,191; cosα = = 0,975; sinα"
= = 0,53; cosα" = = 0,865; 3,39 3,39 w4= 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,05 . 0,975
. 0,60 = 1,88t; a= 3,325m; w"4 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,80 . 0,53 . 0,60 = 0,605t;
a = 0,90m; Wind auf der links drehenden Achsenseite Wind auf Schaufel "2".
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2,30 2,10 sinα = = 0,735; cosα = = 0,665; 3,14 3,14 w2
= 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,70 . 0,665 = 1,20t; a = 0,85m; Wind auf Schaufel "1" sin
α' = 1,34 = 0,425; cos α' = 2,875 = 0,915; 3,14 3,14 w1 = 0,110 . 1,2
. 8,0 . 6,0 . 0,425 = 2,68t; a r 3,125m; Wind auf Schaufel "5" (liegt im Windschatten).
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2,60 2,20 sinα" = = 0,77; cosα" = = 0,65; 3,39 3,39 w"2
= 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,20 . o,6s . 0,60 = 0,90t; a = 1,10m;
Wind
von Westen auf das Windschaufelrad siehe Blatt 2, Seite 12 Wind auf der rechts drehenden
Achsenseite.
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Wind auf Schaufel "4".
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0,60 3,05 sinα = = 0,191; cosα = = 0,975; 3,14 3,14 2,935
1,80 sinα" = = 0,865; cosα" = = 0,53; 3,39 3,39 w4 = 0,110 . 1,2 . 8,0
. 0,60 . 0,975 = 0,62t; a = 3,235m; w"4 = 0,110 . 1,2 . 8,o . 2,935 . 0,865 = 2,67t;
a = 1,467m; Wind auf Schaufel "5".
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0,40 3,00 sinα = = 0,127; cosα = = 0,95; 2,60 2,30 sinα"
= = 0,77; cosα" = = 0,68; 3,39 3,39 w'5 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 3,0 . 0,95 =
3,0t; a=4,10m; w"5(im Windschatten) = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,60.
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0,77 . 0,60 = 1,27t; a = 1,30m; Wind auf der links drehenden Achsenseite
Wind auf Schaufel "3".
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2,700 1,55 sinα = = 0,86; cosα = = 0,485; sinα"
= = 0,247; cosα" = = 0,975; 3,39 3,39 w3 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 2,70 . 0,485
= 1,34ot; a = 2,185m; w"3 = = 0,110 . 1.2 . 8,0 . 0,835 . 0,247 = 0,216t; a = 0,42m;
Wind auf Schaufel "2".
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2,30 2,10 sinα = = 0,73; cosα = = 0,67; 3,14 3,14 3,30
0,40 sinα = = 0,975; cosα" = = 0,118; 3,39 3,39 w"2 = 0,110 . 1,2 .
0,67 . 8,0 . 2,30 = 1,63t; a = 4,45m; w"2 (im Windschatten) = 0,110 . 1,2 . 8,0
. 3,30 .
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3,30 0,975 . 0,60 = 2,04t; a = = 1,65m; 2 Wind auf Schaufel "1" 1,34
sinα = = 0,40; (im Windschatten), 3,39 w1 = 0,110 . 1,2 . 8,0 . 1,34 . 0,40
. 0,60 = 0,34t; a = 0,67m;
Momente aus den Windkräften, siehe Blatt
Seite, bei Wind von Norden: siehe Seite 5 Mr = 6,60 . 3,125 + 1,51 . 1,10 + 0,89
.. 0,90= 23,06tm; Ml = = 3,13 . 3,325 + 1,02 . 0,90 + 0,485 . 4,075 + 2,02 . 1,65
= 16,64tm; 23,06 Sicherheit für Rechtsdrehen: n = = 1,38; 16,64 R = 6,60 + 1,51
+ 0,89 = 9,00 t L = 3,13 + 1,02 + 0,485 + 2,02 = 6,655t 15,655t Differenz = 2,345t
bei Wind von Osten: siehe Seite 6, Mr = 0,61 . 0,67 + 6,30 . 2,80 + 0,845 . 2,185
+ 0,051 . 0,417 = 19,88tm Ml = = 3,02 . 4,10 + 1,78 . 1,30 + 0,073 . 3,235 + o,96
. 1,477 = 16,365tm n = 19,88 = 1,21 fach; 16,365 R = Q,61 + 6,30 + 0,845 + 0,051
= 7,806t; L = 3,02 + 1,78 + 0,073 + 0,96 = 5,833t; 13,639t; Differenz = 1,973t;
bei Wind von Süden: siehe Seite 7, Mr =1,42 . 4,075 + 3,40 . 1,65 + 1,88 . 3,325
+ 0,605 . 0,90 = 18,20tm; M1 = 1,20 . 0,85 + 2,68 . 3,125 + 0,9Q . 1,10 = 10,41tm;
n = 18,20 = 1,68 fach; 10,41 R = 1,42 + 3,40 + 1,88 + 0,605 = 7,305 t ; L = 1,20
+ 2,68 + 0,90 = 4,780 t; 12,085 t; Differenz = 2,525 t;
Bei Wind
von Westen: siehe Seite 8 Mr =0,62 . 3,235 + 2,67 . 1,467 + 3,00 . 4,10 + 1,27 .
1,30 = 2,00 + 3,90 + 12,40 + 1,66= 19,96 tm; Mg = 1,34 . 2,185 + 0,216 . 0,42 +
1,63 . 4,45 + 2,04 . 1,65 + 0,34 . 0,67 = 2,92 + 0,o9 + 7,25 + 3,40 + 0,23 = 13,89
tm; n = 19,96 = 1,44 fach; 13,89 R = 0,62 + 2,67 + 3,00 + 1,27 = 7,56 t; L = 1,34
+ 0,216 + 1,63 + 2,04 + 0,34 =5,57 t; 13,13 t; Differenz = 1,99 t; Zusammenstellung
der Drehkräfte und Monente: Windrichtung Pdit Mr tm Ml tm Md'tm aus Norden s.S.9
2,345 23,06 16,64 6,420 aus Orten " 9 1,973 19,88 16,365 3,515 aus Süden " 9 2,525
18,20 10,41 7,790 aus Westen " 10 1,990 19,96 13,89 6,070 8,833 23,795 Die wirkliche
Drehkraft wird : P = + = 2,21 t; abzüglich 7% für Reibungsverlust = - 0,15 t; P
= 2,06 t; Das wirkliche Drehmoment wird: MD = 23,795 abzüglich 7% = - 0,40 tm MD
= 5,35 tm Bei einem Hebelarm: a = #### = 2,60m; Bei mehreren übereinander angeordneten
Schaufel rädern vergrößern sich P und MD um dia Zahl der übereinander liegenden
Windschaufelräder@ Zu P und MD@ siehe Blatt 7 Seite 17.