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Nutzung der lebendigen Kraft Nieder- oder Hochdruck,
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durch Druck und Rückstoß an ausweichenden F]achen, Rotore, Walzen,
als Dachfirst integriert und Groß-Projekt.
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Die Erfindung betrifft Rotore (Turbinen) zur Umwandlung lebendiger
Kraft in elektrische oder mechanische Energie eines Stoffes wie Wind, strömende
Gase, Dampf und Flüssigkeiten, sowie durch einem Generator erzeugter Ilochdruck,
durch Druck und Rückstoß an ausweichenden formgebundenen Flächen - Rotore. Strömungsführende
Windrotorwalzen die von zwei Seiten axial, j jeweils der Windrichtung einwirken,
als Dachfirst integriert, horizontal oder vertikal Freistehend auch als Großprojekt,
verwendet werden können.
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Die Nutzung der Windkraft im allgemeinen und als Einzelversorgung
eines IIauses in form von elektrischer Energie, rückt immer näher. Bei dem staatlichen
Energieprogramm geht der Trend zur Sicherstellung des industriellen Wachstums hin
und des steigenden Weltverbrauches. Die Nutzung der Solareinstrahlungen sind in
unseren Breitengraden nicht nur durch den Wechsel von Tag und Nacht, sondern auch
durch die Jahreszeiten und das Wetter abhängigen Schwankungen unterlegen.
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Eine Nutzung erhält man auch mit dem Effekt des Winddruckes, zumal
die Luftbewegungen über die Wintermonate an Häufigkeit und an Stärke zunehmen als
im Sommer. Ferner die Nutzung von
Lufthochdruck für eine Umvreltfreundlichere
Atmosphäre einzuleiten.
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Es ist bekannt, daß Windwerke sich zur Windrichtung eindrehen und
die Rotor von dieser einen Richtung beaufschlagt werden eine vielzahl an Arbeitsflächen
besitzen, die vom Drehpunkt entfernt liegen. Bekannt sind mehere Rotorwalzen im
entgegengesetztem Drehsinn, veränderliche Strömungsauffangöffnungen, Patentschrift
810500 und veränderliche Leitflächen ausgangszeitig Patentschrift 2451751, stationäre,
der Geländeform Einheiten Einheiten von zwei Seiten Patentschrift GB721926, sowie
die in einem Dachfirst eingebaute Windrotorwalze Patentschrift FR 2289766. Bekannt
sind auch Rotore (turbinen) mit Riickstoßeffekt im Motorenbau, Generatoren mit freifliegenden
Kolben, Junkers, Renault. Ferner Pilotgeber für verschiedene Windrichtungen Patentschrift
US 2563279.
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Diese Windwerke haben sich mehr oder weniger mit einem nur Eingang
und einem nur Ausgang, sowie strömungstechnisch und deren Wirkungsgrad festgelegt,
so haben mehrere Rotore zusammen ein gemeinsames Gehäuse, die Nutzung das Hausdach
als Strömungsablenkung zum First ist nicht genutzt. Bei den Rückstoßrotoren (Turbinen)
halten die extremen Strömungsgeschwindigkeiten den Rückstoßauslaß im Querschnitt
klein, die Strömung wird von innen aus dem kleinen Achsraum her nach außen geführt.
Bei freifliegenden Kolben mit Verbrennungsdruckantrieb werden nur die Abgase für
einem Turbinenantrieb genutzt, deren Schaufeln aus spezial Material bestehen. Bei
dei! Pilotgeber ist die Windfahne zur Steuerung nicht frei beweglich um 360 Grad.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Umbruch
für Rotore (Turbinen) zu schaffen die ökonomischer arbeiten, als die vorbekannten
Windrotorwerke.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung eines Rotores
(Turbine) zur Umwandlung von lebendiger Kraft der Partikel z. B. von Luft, Gase.
Dampf oder Flüssigkeit, in elektrische oder mechanische Energie vorgeschlagen, dadurch
gekennzeichnet ist, daß ein oder mehrere Rotore von der Eingangsströmung außerhalb
des Rotores, so im Rotor selbst geleitet werden, daß ein zum Rückstoß geformter
Kanal entsteht, eine dadurch divergent entstehende Schaufelfläche auch noch von
der Eingangs strömung lukrativ zur Wirkung kommt. Der Rotor selbst kann aus zwei
Rückstoßkanälen mit Schaufelflächen, bis zu mehreren solcher Einheiten bestehen.
Das die Gehäuse für jede Rotorhälfte ein sich bildender Druckkanal, gleich 1/4 eines
Kreises ausmacht der axial bis zu bestimmender Meterlänge besteht, beiderseitige
Strömirngsauffangöffnungen mit axialen Strömungsleitflächen, gegen einer Stauwirbelbildung,
um optimale Wirkung zu erzielen. Eine oder mehrere formgebundenen schräg gestellten
Flächen haben zur Strömungsrichtung vor der Fläche, im ausweichsinn, einen Strömungseintritt
für einen Kanal, der die Eintrittsströmung hinter der schräggestellten Fläche bis
um 90 Grad versetzt leitet und zum Rückstoß führt. Die Gehäuseteile der Rotorwalzen
und die axialen Strömungsleitflächen zur Rotorwalze sind strömungsgemäß der Windrichtung
angepaßt, schräg von oben oder schräg von unten. Bei stationärem festverankerten
Gehäuse auch als Dachfirst integriert, können mehrere parallele Rotorwalzen mit
Zwischengehäuseteilen
zur Anwendung kommen. Um eine seitliche Drehung
des Windes auf die Rotorwalzen zu ermöglichen, werden vertikale drehbare Leitflächen
von einem Piloten gesteuert. Um die Länge der Rotorwalzen frei von Schwingungen
und einen ruhigen Lauf zu ermöglichen, sind Zwischenwände vorgesehen, die eine weitere
Rotorwalzenlagerung, als auch oberer Gehäuseträger, Zwischengehäuse und die axialen
Strömungsleitflächen tragen.
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Bei Großprojekte mit einer vielzahl an Rotoreinheiten in horizontaler
Lage, sowie in vertikaler Aufstellung, können Pilotgeber mit Nehmerteil die Windströmungsrichtuiig
zu den Rotorgehäuseeinheiten finden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch
die lebendige Kraft auf dem Rotor (Turbine) unter Berücksichtigung eines gegebenen
Durchmessers und einer axialen Länge, die Wirkfläche für zwei Funktionen vorgesehen
ist, einmal zur Einleitung des Rückstoßes und das zweitemal um den Strömungsdruck
aufzunehmen. Um eine optimale Wirkung zu erzielen sind drei Rückstoßkanäle vorgesehen,
deren Einläße zwischen diesen sich in Drehpunktnähe befinden, da der Rückstoßauslaßkanal
auf der lebendigen Kraftwirkendenseite, auch zum Einlaß wird, kommt eine Doppelwirkung
zustande, es kann auch nur der Rückstoßkanal zum Einlaßkanal für den Rückstoß sein,
somit auch den Schaufelflächendruck aufnehmen.
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Dadurch entsteht ein viermal höherer Drehmoment mit doppelter Auaveichgeschwindigkeit.
Ferner einer formgebundenen schräg gestellten Fläche mit der Funktion eines Rllckstoßes.
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Daß die Rotorwalzen - Turbineneinheiten mit entgegengesetzten Strömungseingängen,
die auch Strömungsausg&nge sein
können, als Dachfirst integriert,
oder darauf montiert werden kann, das schräge Hausdach als Strömungszuführung dient.
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Die Gehäuseteile und axialen Strömungsleitflächen sind der Windrichtung
angepaßt. Die rotierenden Teile sind an den Gehäuseteilen enganliegend, aber frei
im Lauf, aus leichtem Material, um einen ruhigen Lauf zu gewährleisten. Die vertikalen
drehbaren I,eitflächen werden mittels Windrichtungspiloten mechanisch von einem
Motorgetriebe gesteuert und bis 180 Grad einschwenken, können auch zur Rotorwalze
geschlossen werden. Als freistehende horizontale Großfläche mit mehreren metern
Walzenlänge, werden durch einen Windpiloten bis 180 Grad schwenkbar gesteuert, bei
vertikalen großen Einheiten kann der Windpilot auch bis 360 Grad schwenkbar steuern.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Abb.l einen Querschnitt eines Rotores (Turbine).
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Abb.2 einen Querschnitt einer schrägen formgebundenen ausweichenden
Fläche.
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Abb.3 einen Querschnitt von zwei Rotore (Turbinen).
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Abb.4 einen Querschnitt einer rundum Turbine mit Einström und Auslaßkanälen.
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Abb.5 einen Schnitt eines rundum Gehäuses.
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Abb.6 einen Querschnitt von zwei Rotore - Walzen im gleichen Drehsinn,
Gehäuse, Zwischengehäuse und axialen Strömungsrichtungsflächen als Dachfirst.
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Abb.7 zeigt einen Windrichtungsweiser mit Piloten, Getriebe und Gestänge.
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Abb.8 ist ein Pilot Geberteil und Nehmerteil dargestellt.
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Abb.9 einen Schnitt eines Lufthochdruck - Generatores.
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Abb.10 einen Querschnitt einer drei Stufen rundum Turbine.
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Abb.ll einen Querschnitt der drei Stufen.
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Der Rotor Abb.l besteht aus drei Rückstoßschaufelflächen, kann auch
zwei bis mehrere Rückstoßschaufelflächen besitzen und hat divergent zum riickstoßführenden
Eintrittskanal 3 dem zum Rückstoß kommenden Austrittskanal 3', die divergent gebildete
Schaufelfläche 2 mit der Strömungsführung 7, nimmt den Druck der lebendigen Kraft
auf, da der Rückstoßauslaßquerschnitt von 3' gleich Einlaßquerschnitt 3 auf der
strömungsankommenden Seite ist, kommt eine Doppelwirkung im Einströmkanal 3 zur
Leistungsabgabe, deren Austritt in 4 zum Eintritt in 5 des Rückstoßkanales 3', zum
Rückstoß kommt.
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Auf den Kanal 6, bei Drehung des Rotores, haben die Strömungspartikel
keinen Einfluß. Die drei Strömungskanäle 3,3' und 6 können im Querschnitt vergrößert
werden, sodaß die ausweichende Schaufelfläche 2 klein und die Rückstoßkraft groß
wird. Der Rotor (Turbine)l Abb.3 besteht aus drei RUckstoßschaufelflächen, trifft
die Strömung (lebendige Kraft) an den Rotor, so wird sie einmal durch die Strömungsführung
16,18 gebildeter Öffnung 12 in den gegenüber liegenden RUckstoßkanal 5 geführt und
kommt zum Rückstoßeffekt, durch die Formgebung des Rückstoßkanals 3' entsteht divergent
eine Schaufelfläche 2 die mit der Strömungsführung 7 identisch ist und zum Druckeffekt
kommt. Durch die nähe der Kanäle 12, 13 und 14 am Drehpunkt des Rotores und durch-das
ausweichen bei abgabe Effektiverleistung des Rotores, ist die Rückstoß.
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geschwindigkeit der lebendigen Kraft etwas kleiner als die ankommende
Strömung. Da der Rückstoßauslaßquerschnitt 3', auch zum Einlaßquerschnitt 3 auf
der strbmungsankommenden Seite wird, kommt eine Doppelwirkung zustande, deren Austritt
4 in 15 sich an der Durchflußströmung 12 - 5 anlehnt und ein ausbrechen, bei effektiver
Drehung des Rotores 1, verhindert.
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Die Strömung von 4 komment tritt bei 13 aus. Auf die Kanäle 6,14 bei
Drehung des Rotores, haben die Strömungspartikel der lebendigen Kraft keinen Einfluß.
Der untere Rotor Abb.3 ist bei einer Kopplung mit dem oberen Rotor um 60 Grad versetzt,
jeder Rotor hat sein Gehäuse, 8,9' und 9',9 nur das Zwischengehäuse 9' ist zusammengesetzt.
Der Rotor (Turbine) Abb.4 hat mehrere Rückstoßschaufelflächen im Rotorkranz und
wird rundum von der Strömung (lebendigen Kraft) erfaßt, tritt die Strömung in den
Raum 11, so wird sie einmal durch die Strömungsführung 18 gebildeten Öffnung 12
in den Rückstoßkanal 3' geführt, leistet an der gebildeten Schaufelfläche 2 den
Druckeffekt, tritt auch in den divergent gewordenen Einlaßkanal 3 und gibt wiederum
an die Schaufelfläche 2' den Druckeffekt ab, verläßt durch den Auslaßkanal 55 den
Rotor.
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Der Rückstoß vom Kanal 3' strömt durch den Auslaßkanal 54.
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Die Rotorkreisfläche 63 verhindert, daß die Einlaßströmung bei 24
direkt in den Auslaß 55,56,57 und 54 strömt, dieser beschriebene Rotoreffekt wird
mehrmals gleichzeitig vollzogen. Der Rotor kann die Länge einer Walze haben. Das
Gehäuse mit dem evolventförmigen abgestuften Einlaßkanälen 50,51,52, 53, sowie mit
dem Auslaßkanälen 54t55,56,57 ist enganliegend an den Rotor, dieser aber freibeweglich.
Die evolventförmigen
Einlaßkanäle haben Strömlmgsleitflächen 25
und sollen eine Stauwirbelbildung verhindern, durch die Längsduse 24 trifft die
Strömung auf den Rotor. Die gebildeten Auslaßöffnungen mit den Auslaßkanälen 54',55',56'
und 57 haben zum Rotor eine kleinere Abdeckf]äche 60 und eine größere Abdeckfläche
59, die mit der Rotorkreisfläche 63 einen Kanalraum 11 bilden. In das Auslaßmittelstück
61 Abb.5 des Gehäuses münden die Auslaßkanäle 54',55',56', die durch den Unterdruck
hinter dem Gehause einen Austritt begünstigen, der Auslaßkanal 57 geht direkt ins
Freie. Die Rotore Abb.l, Abb.3, Abb.4 können bei einem gegebenen Durchmesser eine
Länge von mehreren Metern haben, die einer Walze ähneln und können mehrmals gelagert
sein. Der aumveichenden formgebundenen schräg gestellten Fläche 2 Abb.2 ist ein
Strömungseinlaßkanal 19 vorgesetzt, der sich hinter dieser Fläche strömungsführend
21,22 bis um 90 Grad legt und mit einer Strömungsrückstoßauslaßöffnung 20 endet,
die aerodynamische 23 verkleidete Einheit kann aus mehreren Flachenrückstoß - Einheiten
verschieden zusammengesetzt sein, z.B. Flügel, Axialrotore, Expanssionsläufer. Der
Rückstoßauslaßquerschnitt 20 kann gleich dem Strömungseinlaß 19 sein, 20 kann so
klein gehalten werden, bis ein Strömungseinlaßstau die einwirkende lebendige Kraft
auf die schräggestellte Fläche 2 abreißen läßt, die Fläche 2 kann die Form der Strömungsführung
21 haben. Das Gehäuse 8 und 9 Abb.l, sowie das Zwischengehäuse 9' Abb.3, Abb.6 ist
so ausgebildet, daß keine Strömungsenergie entweicht und 1/4 eines Kreises ausmacht,
die Kreisfläche 10 läßt dem Rotor soviel Spiel zum freien Durchdrehen.
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Kommt der Wind von links nach abb. 6, so trifft er auf das Schrägdach
283, strömt in die vom Gehäuse 8 und 9 gebildete Strömungsauffangöffnung in das
Gehäuse. Die Strömungsleitfischen 25 verhindern eine Stauwirbelbildung, das Zwischengehause
9' Abb.3, sowie Abb.6, sind der Windströmungsrichtung angepaßt, der Raum 24 kann
als Längsdüse betrachtet werden. Trifft weiter auf die obere Hälfte der Rotorwalze
1 und bildet einen Kanairaum 11, durch die Innenseite der halbrunden Schaufelflache,
der 1/4 runden Gehäusefläche 10 des Gehäuses 8 Abb.1, und der Rückseite des Folgenden
Rückstoßkanales. Zu diesem Vorgang kommt in Abb.3, Abb.6 bei mehreren Rotorwalzen
im gleichen Drehsinn das Zwischengehäuse 9' mit der 1/4 runden Flache 10 noch zur
Bildung des Kanalraumes 11.
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Bei Rotorwalzen mit entgegenlaufenden Drehsinn, sind das Zwischengehäuse
und das untere Gehäuse dem entsnrechend ausgebildet. Die Rotorwalzenlänge wird an
den Stirnseiten durch Wände begrenzt, weiche die Rotorwalzenlager aufnehmen, das
untere Gehäuseteil 9 mit dem oberen Gehäuseteil 8 tragen, die Zwischengehäuseteile
9', Abb.3 und Abb.6, sowie die axiaAen Strömungsleitflachen 25 halten. Um ein Durchschwingen
der Rotorwalzen zu vermeiden, sind Zwischenwände vorgesehen, die eine weitere Lagerung
ermöglichen und zugleich Träger der Gehäusetefle sowie der Strömungsflächen sind.
Die Rotorwalzeneinheit ist als Dachfirst Abb.6 aufgesetzt. Bei Windrichtungsänderungen,
Pfeilrichtung, werden die schwenkbaren Leitflächen 27, durch den Piloten 32 Abb.7,
zum Wind gerichtet und durch die festen Richtungsleitflächen 26 auf die Rotorwalzen
geleitet.
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Die schwenkbaren Leitflächen 27 sind fest mit dem Hebelarm 31 Abb.7
verbunden, ein an dem Hebelarm 31 bewegliches Gestange ist mittels Schwenkarm und
Zahnstange 35 verbunden.
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Der Windrichtungsweiser betätigt den Piloten 32 über ein mit Rotor
betätigtem Getriebe 33 und dem Zahlistangenrad 34 werden die Leitflächen 27 verändert.
Der Pilot 32 Abb .8 ftr Steuerschaltung, hat einen Geberteil auf einer Achse mit
der Umschaltscheibe 36', den Geberarmen 40 und 41, einem Nehmerteil auf einer Achse,
die Achsen sind getrennt, mit der Nehmerscheibe 36 und dem Getriebe 33,34. Auf die
Geberscheibe 36' wirkt eine Umschaltreibungs - und Rutschrolle 37, welche die Kontakte
38 Rechtslauf des Getriebes 33, oder Linkslauf des Getriebes bei einem Windspiel
von 10 Grad bewirkt. Die Geberarme 40 und 41 sind durch Gelenke von der Nehmerscheibe
36 abhebbar durch eine Kurve 45, so daß nur ein Geberarn auf die Kontaktbahn 46
links, oder 47 Rechtsdrehung der Nehmerscheibe 36 Kontakt hat. Die Kontaktbahnen
46,47 Abb.8, sind mit 10 Grad Windspiel getrennt. Eei Linksdrehung der Windrichtung
schwenkt der Geberarm 41 auf die Kontaktbahn 46, schaltet den Getriebemotor 33 auf
Linksdrehung bis die Nehmerscheibe den Kontakt zwischen 46 und 41 unterbricht, dabei
bleibt der Geberumschalter 37 mit Kontakt 39 weiter in Verbindung, erst bei Rechtsdrehung
der Windrichtung schaltet 37 auf 38 und 41 auf 47. Die Nehmerscheibe 36 schaltet
nur bis 180 Grad, da die Kurve 45 die Geberarme 40 und 41 anhebt und den Kontakt
unterbricht dabei die Schaltnocke 42 den Endschalter 48 Rechtsdrehung des Getriebemotores
33 einschaltet.
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Es geschieht eine Umsetzung der Nehmerscheibe bis die vorwärtschaltbare
Nocke
43 den Rechtsschalter 48 wieder ausschaltet. Bei weiterer Linksdrehung des Windspiels
bekommt der Geberarm 40 Kontakt mit der Nehmerscheibe 36. Bei Rechtsdrehung des
\{Yindspiels schaltet die Umschaltscheibe 36' auf Kontakt 38 Rechtslauf des Getriebes
33, bis der Kontakt der Kontaktbahn 47 zum Geberarm 40 unterbrochen. wird. Bei weiterem
Windspiel nach rechts schaltet der Nocke 42 den Endschalter 49 Linksdrehung des
Getriebemotores 33, bis die vorviurtsschaltbare Nocke 44 den Einschalter 49 wieder
ausschaltet, so daß der Geberarm 41 oder 40 je nach Windrichtung zum Kontakt mit
der Nehmerscheibe 36 kommt. Der Windrichtungspilot kann auch rundum 360 Grad mit
Geber und Nehmerteil schalten, dabei fallen die Kontakte 40,45 geberseitig und 42,43,44,48
und 49 nehmerseitig weg. Die Mechanischenteile nehmerseitig 33,34,35 ebenfalls,
sodaß die Kontaktbahnen 46 und 47 den Drehmotor für die Rotoreiheiten, als Steuerschaltung,
direkt schaltet. Eine weitere Anordnung, als freistehende Großfläche mit mehreren
Rotorwalzen, horizontal oder vertikal und mehreren strömungsgemäß der Windrichtung
angepaßten Zwischengehäusen 9' und axialen Strömungsleitflächen 25 bei mehreren
Metern Rotorwalzenlänge, werden durch einen Windrichtungspiloten bis 180 Grad gesteuert.
Ein Staudruckmesser schaltet bei großen Windgeschwindigkeiten die Pilotsteuerschaltung
ab und schließt die Leitflächen 27, sinkt die Windgeschwindigkeit unter den eingestellten
Wert, werden die Leitflächen 27 wieder geöffnet und die Steuerschaltung wieder eingeschaltet.
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Der Hoclidruckgenerator Abb .9 besteht aus drei Einheiten, zvrei Verbrennungszylinder
im Zweitaktverfahren und einem doppelwirkenden Lufthochdruckzylinder 62, bei diesen
drei Einheiten sind die fliegenden Kolben mit einer Schubstange fest verbunden.
Das Treibmittel für die Zweitaktzylinder kann Benzin oder Diesel sein, die Fliehkräfte
der Kolben werden von der Zweitaktverdichtung und der Lufthochdruckvordichtung aufgefangen.
Der Lufthochdruckzylinder hat beiderseitig Ein und Auslaßventile, die Hochdruckluft
wird in die Druckausgleichkammer 50',51',52',53' geführt, die auch den Auslaßdruck
der Abgase der Zweitaktzylinder aufnehmen.
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Die Druckausg)eichl'ammern sind zur Druck - Rückstoßturbine als Düse
ausgebildet und setzen den Druck in Geschwindigkeit um. Die Turbinenstufen 63,64
und 65 Abb.10 sind in Abb.4 der Flachen und Kanalanordnung gleich, auch Abb.ll,
jedoch als einzelne Stufe versetzt angeordnet, mit einer Zwischens wand versehen
(getrichelte Kanäle), sodaß eine unterbrochene Reihe von Flächen und Rückstoßkanälen
im Läufer besteht.
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Wie schon unter Abb.4 beschrieben erfolgt der Strömungseintritt durch
50',51',52' und 53', der Austritt der ersten Läuferstufe 63 durch 54' in die zweite
Läuferstufe 64 durch die Düse 50'', sowie 55' durch die Düse 51", 56' durch die
Düse 52'', und 57' durch die Düse 53''. Von der Zweiten Läuferstufe 64 in die dritte
Läuferstufe 65 von 45'' durch 50''', 55'' durch 51''', 56'' durch 52''' und 57''
durch 53'''.
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Bei der dritten Läuferstufe Abb.11, 65 sind die Flächen und Rückstoßkanäle
nicht eingezeichnet, deren Ausgänge 54''', 55''', 56''' und 57''' münden in den
Auslaß 66 Abb.10 des Gehäuses 70, werden durch den Stufenläufer mittels Ventilator
67 in den Überdruckraum 68 geleitet und dort, von dem Lufthochdruckzylinder 82 angesaugt,
die überschüssige, mit Abgasen vermischte Luft wird durch 69 ins Freie geführt.