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Windstauwerk
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Die Erfindung betrifft ein Windstauwerk mit in grosser Anzahl nebeneinander
und übereinander angeordneten, vom Wind drehbaren Rotoren zum Antrieb von beliebigen
Kraftmaschinen.
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Es ist bekannt, für diese Stauwerke Windräder mit verstellbaren Flügeln
zu verwenden; durch die Kreisform dieser Räder wird jedoch nur eine unzureichende
nutzung erzielt.
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Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Windstauwerke
der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass Kraftverluste weitgehend vermieden
und somit gute Wirkungsgrade erreicht werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäss für die Rotoren
auf Drehachsen angeordnete Schnecken verwendet, die eine solche Steigung haben und
derart schräg in bezug auf den einfalienden .iind angeordnet sind, dass die Schneckengänge
auf der einen Seite der Drehachse dem Wind eine wesentlicn grössere Angriffsfläche
bieten -als auf der anderen Seite der Drehachse, wobei die Anordnung so getroffen
sein kann, dass auf der einen Seite der schnecke die Schnekengänge im wesentlichen
im rechten Winkel zur Windrichtung verlaufen, während die auf der anderen Seite
der Drehachse befindlichenl
sich bei der Rotordrehung in den Wind
hineindrehenden Abschnitte der Scnneckengänge im wesentlichen einen zur Windrichtung
parallelen Je lauf haben und daher keinen nennenswerten Widerstand bieten können.
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Zweckmässigerweise erfolgt auch eine besondere Anordnung der übereinander
gelegenen Rotoren, und zwar aufgrund der erfindung in der Weise, dass übereinander
gelegene Rotoren, vergleichsweise eng etagenartig übereinander, etwa wie zwei kämmende
Zahnräder zusammenwirken, indem von zwei übereinander liegenden Rotoren ihre einander
zugekehrten Abschnitte vom Wind gedreht werden, während die abgekehrten, auf der
anderen Seite der Drehachse befindlichen Abschnitte der Schneckengänge aufgrund
ihrer Parallelstellung zur Windrichtung in den Wind hineindrehen können. Diese Anordnung
der Rotoren erö-ffnet die Möglichkeit, hinter den vorgenannten übereinander angeordneten
rotoren weitere Rotoren anzuordnen, die jedoch gerad an den Stellen der vorne gelegenen
Rotoren ihre etwa ih rechten Winkel zur Windrichtung verlaufenden Abschnitte der
Schneckengänge haben. toierdurcn wird eine besonders wirksame Nutzung der Windkraft
erzielt; der Wind, der zwei übereinander liegende Schmecken passieren kann, und
zwar in dem genannten Bereicn der in den Wind arehenden Abschnitte der Schnekengänge,
kann nunmehr die im hintergrund befindlichen Rotoren in Drehung versetzen.
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Die erwähnten rotoren weruen vorzugsweise nicht als kompakte Schnecken,
sondern als witterungsbeständige beichtkonstruktion ausgeführt, indem auf einer
Drehachse
speichenartige Halterungen für segelartige z.B. aus einem
beständigen Kunststoff gefertigte Bespannungen
die auch auswechselbar angeordnet werden können.
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Dabei können auch diese nalterungen durch zusätzliche Verspannungen
versteift und verfestigt werden.
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Die erwähnten Rotoren bilden gewöhnlicn eine Wand bzw.
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bei-vorne -und hinten angeordneten Rotoren eine Art Doppelwand. Es
ist aber auch möglich, mehrere ninzel- oder Doppelwände vorzusehen, wobei diese
insb. im Winkel zueinander anzuordnen sind, woaurch auch festigkeitsmässige Vorteile
erreichbar sind und ein bessere Stau des Windes eintritt. Zur Erhöhung der Wirksamkeit
kann sich auch oberhalb der Stauwände ein Stausegel befinden, das besonders dann
günstig angebracht werden kann, wenn die vorerwähnten Wände V- oder gar .w-förmig
angeordnet sind.
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Hierbei versteht -es sich, dass derartig angeordnete Stauwände auch
drehbar gelagert sein können, wobei nicht nur Laufwerke, sondern auch schwimmende
Lagerungen verwendet werden können, um so die betreffende Wände in die günstigste
Stellung zum llind drehen zu können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung. erläutert,
in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sina.
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Es zeiger Fig. 1 eine Draufsicht auf zwei hintereinander angeordnete
Rotoren, die unter einem Winkel von etwa 450 A
zur Windeinfallrichtung
angeordnet sind, Fig. 2 die Rotoren gemäss Fig. 1 in der Vorderansicht, und zwar
die linke Hälfte der Abbildung den hinteren Rotor und die rechte Hälfte der Abbildung
einen Abschnitt des vorne gelegenen Rotors, wobei die Ansicht in Richtung des Windes
angenommen dargestellt ist, Fig. 3 einen Rotorabschnitt in der Ansicht, und zwar
senkrecht zur Drehachse gesehen, Fig. 4 den Rotor gemäss Fig. 3 in der Seitenansicht
Fig. 5 einen Rotor in der Darstellung gemäss Fig. 4, jedoch in grösserer Darstellung,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie vrl - VI VI von Fig. 5, Fig. 7 eine Draufsicht
auf ein v-förmiges Stauwerk, Fig. 8 ein abge-wandeltes Stauwerk in der Draufsicht,
Fig. 9 ein Stauwerk im senkrechten Schnitt Fig. 1o das Stauwerk gemäss Fig. 9 in
der Gesamtansicht und Fig. 11 eine Draufsicht auf das Stauwerk gemäss Fige 1o in
verkleinertem Masstab.
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Fig. 12 einen senkrechten Schnitt durch den rotor gemäss Fig. 2 und
sig. 13 einen Rotor nach Fig. 1 ih aer Seitenansicht, Einleitend sei bemerkt, dass
die Ausführungsbeispiele der Erfindung vorwiegend die Ausbildung und Anordnung der
Rotoren sowie die zu ihrem Betrieb erforderlichen Einrichtungen zeigen; die von
den Rotoren angetriebenen Kraftmaschinen ( Generatoren usw. ), die Wellengetriebe
und die Kupplungen sind also nicht weiter dargestellt.
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die kennen beliebig ausgebildet sein.
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Die Rotoren 1 sind ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung, sie
haben auf ihrer Welle 2 ins wesentlichen durckgehende, also nicht unterbrocnene
Schneckengänge 3, 4, gleicher Steigung S, jedoch sind die Schneckengänge 3, 4 jedes
Rotors 1 um eine halbe Steigung gegeneinander versetzt. Die Rotoren sind zudem gemäss
Fig. 1, 7 und 9 paarweise angeordnet, und zwar bei einander parallelen Wellen 2
in Richtung des Windes ( Pfeilrichtung 5 ) gesehen hintereinander. Von diesen Rotorenpaaren
sind wiederum mehrere in Richtung ihrer ellen 2 hintereinander angeordnet ( vgl.
Fig. 7 gestrichelte Darstellung ) und zudem sind die Rotorenpaare auch übereinander
installiert ( vgl. Fig. 9 ), wobei die Wellen 2 stets waagerecht verlaufen, jedoch
aber auch unter besonderen Bedingungen geneigt sein können.
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Wichtig ist ferner, dass die wellen 2 praktisch unter
einen
winkel von etwa 450 zuin Wind anstehen und zudem die Steigung s so im bereich des
äusseren Rotorumfanges gewählt t ist, aass die Schneckengänge dort ebenfalls mit
der Welle 2 einen Winkel von etwa 450 bilden, dies wiederum insgesamt so, dass die
oberhalb der Wellen 2 befindlichen Abschnitte 6 der Scnneckengänge 3, 4 in wesentlichem
Bereich im rechten Winkel zum Wind anstehen, während die unterhalb der Wellen 2
befindlichen Abschnitte 7 der Schneckengänge 3, 4 im wesentlichen parallel zum Wind
gerichtet sind. diese Voraussetzungen sind für die Rotoren 1 gegeben, die dem Wind
zugekehrt sind. Die dem wind abgekehrten Rotoren 1 haben unter den obigen Voraussetzungen
entgegengesetzte Ausbildungen. Die unteren Abschnitte 8 stehen etwa senkrecht zum
Wind, während die oberen Abschnitte 9 etwa parallel zum Wind verlaufen.
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Diese Anordnung ist deshalb vorteilhaft, weil nunmehr der die unteren
Abschnitte 7 passierende Wind die Abschnitte 8 beaufschlagen kann.
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Diese Verhältnisse gelten für die rotoren gemäss Fig. 1 - 3; betracntet
man jedoch die Rotorenanordnung gemäss Fig. 9, also auch die übereinander angeordneten
hotorenpaare, so ergibt sich, dass von den übereinander angeordneten bzw. die micht
vorgesehenen Rotoren 1 je die zur Aufnahme von Windkraft vorgesehenen Abschnitte
( o, 8 bzw. i, 9 ) einander zugekehrt sind, damit der Wind abwechselnd ein vorne
liegendes dotorpaar und eih hinten liegendes Rotorpaar beaufschlagen kann.
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Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, bilden die beiden Schneckengänge
in wesentlichen ein schrankes s, um so einerseits
den Wind besser
stauen zu können ( Abschnitte 6, 8 ) und andererseits beim hineindrehen der Abschnitte
7, 9 in den Wind geringere Gegenkräfte aufbringen zu müssen.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Rotoren 1 sind in den Fig.
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3 - 6 dargestellt.
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Die Ausbildung der Schneckengänge 3, 4 ist bei grösseren Rotoren 1
von besonderer Bedeutung, weil es im wesentlichen darauf ankommt, bei vertretbarem
Materialaufwand leichte, schon bei kleinen Windgeschwindigkeiten drehbare Rotoren
vorzusehen. Gemäss Fig. 3 und 4 können z.B. die Schneckengänge 3, 4 durch Endscheiben
12, durch parallel zur Welle 1 verlaufende Verspannungen am äusseren umfang ( Spanndränte
13 ) und auch durch Schrägverspannungen 14 verfestigt sein.
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Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 und 6 sind mit der Welle 1 radial
verlaufende Halterungen 15 vorgesehen, die aus mit geringem gegenseitigem Abstand
angeordnete Stäben 16 bestehen, zwischen denen Segel 17 gespannt sind, welche aus
einem reissfesten, biegsamen Werkstoff z,J. einem Kunststofi-gewebe oder einer Folie
bestehen können.
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An den seitlichen Ränuern der etwa trapezförmigen Segel 17 befinuliche
Schlaufen 18 ermöglichen eine feste, jedoch lösbare Halterung der Segel 17 durch
einstecken von Stäben 15 Diese Stäbe 19 verhinderh ei@v Herausrutschen der Schlaufen
18.
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Gernäss Fig. 7 bilden die rotoren 1 in der Anordnung gemäss
Fig.
7 Stauwände 20, von aenen zwei Stauwände 2c im rechten Winkel zueinander angeordnet
wind. Das so gebildete V einet sich in besonderer Weise als Windstauwerk; es ist
zur Anpassung an unterschiedliche Windrichtungen drehbar galagert. Die Schwenkachse
21 befindet sich etwa im Scheitel des V, während die Schenkel 22 etwa an ihren Enden
mit einem Fahrwerk 23 versehen sind, das eine Führung auf einer kreisbahn 24 ermöglicht.
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Der Raum oberhalb und zwischen den beiden Schenkeln 22 dient zur Anbringung
eines Stausegeldacnes 25, das auch in den Fig. 9, 10 und 11 dargestellt ist. kieses
Stausegeldach 25 besteht - ebenso wie die Segel 17 -aus einem reissfesten, witterungsbeständigen
Gewebe oder Folie; damit jedoch eine gute Stauwirkung eintritt, sind Spannmasten
26 an den Stauwänden 20 gelagert, die dem Stausegeledach 25 eine nach oben gewolote
Gestalt verleihen.
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Daurcn wird die ausnutzbare Fläche für ein Windstauwerk vergrössert;
die wirksame Höhe ist in Fig. 9 mit H bezeichnet.
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Während bei der Ausführung gemäss Fig. 7, 9 und 10 Massenahmen erforderlich
sind, um das Windstauwerk in den Wind zu drehen bzw. stets diese Stellung zu halten,
sind diese Massnahmen bei der Ausbildung gemäss Fig. 8 überflüssig. Der Schwerpunkt
des Systems ist mit P bezeichnet; die drehachse 21 befindet sich dabei in der der
der Spitze des W. Sa-durch entsteht ein Drehmoment für den Fall, dass die Spitze
des W nicht mehr genau
gegen die Einfallrichtung des Windes zeigt.
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Wie insb. aucn aus Fig. 9 erkennbar ist, können die rotoren nahe übereinander
angeordnet sein; da zudem je zwei Kotoren 1 hintereinander vorgesehen sind, und
zwar mit den in Fig. 9 aufgezeigten Drehrichtungen, werden besonders gute Wirkungsrade
erreicht.
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Erwähnt sel noch, dass auch die Fahrwerke 23 und deren Laufbahnen
abgewandelt werden können. So ist es möglich, die Stawände auch auf einem natürlichen
oder einem künstlichen Gewässer schwimmend anzuordnen, wobei dann entsprechend ausgeführte
Pontons od. dgl. Verwendung finden.
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L e e r s e i t e