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WINDKRAFTMASCHINE
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W-l'NDKSMAl?'PMA,)CITlNF, Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein
auf Wind kraftmaschinen und betrifft insbesondere eine Windkraftmaschine, die ein
auf einer vertikalen Achse oder Welle drehbar gelagerten Windrad sguSwei.¢lt.
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Bei derartigen Windkraftmeschinen ist es natürlich erforderlich,
bestimmte Einrichtungen vorzusehen, die dafür sorgen, dass die vom Wind beaufschlagten
Flügel bei der ersten halben Umdrehung-des Windrades die Windkraft übertragen und
bei der zweiten halben Umdrehung des Windrades frei im Wind segeln, da sich das
Windrad ansonsten natürlich nicht drehen könnte.
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Beim Stand der Technik sind viele Versuche unternommen worden, dieses
Problem auf vielfältige Weise zu lösen. Die bekannten Vorrichtungen sind jedoch
gewöhnlich schwerfällig und leiden an Gewichtabeschränkungen, so dass die Gesamtgrösse
der bekannten Vorrichtungen stark begrenzt ist.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und schafft eine ein horizontales
Windrad aufweisende Windkraftmaschine, die leicht mit einem nahezu jeden beliebigen
Durchmesser gebaut werden kann, der in Abhängigkeit von der Ausführungsform beispielsweise
zwischen 3 und 155 Meter liegen kann.
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Die Erfindung schafft eine Windkraftmaschine mit einer Stützkonstruktion,
einem in einer Horizontalebene drehenden Windrad, einer in der Stützkonstruktion
vertikal angeordneten Mittelachse, einer Einrichtung zur drehbaren Abstützung des
Windrades auf der Achse, wobei das Windrad eine Vielzahl von radial verlaufenden
Flügelanordnungen aufweist, die drehbar gelagert sind und radial von der Einrichtung
zur drehbaren Abstützung des Windrades auf der Achse ausgehen
und
in gleiclamässigem Abstand ringsum die Achse angeordnet sind, wobei mindet;ens ein
vom Wind beaufschlagter Flügel in jeder Flügelanordnung untergebracht ist, mit einer
Einrichtung zur schwenkbaren Befestigung des vom Wind beaufschlagten Flügels. an
der Flügelanordnung zur Erzielung einer Relativbewegung des Flügels gegen die Flügelanordnung,
und mit einer 7lpinrichtung, die wirksam zwischen der Flügelanordnung und dem vom
Wind beaufschlagten Flügel verlauf und die Schwenkbewegung des vom Wind beaufschlagten
Flügels über die Ebene der Flügelanordnung suf der Abwindseite des Windrades verhindert,
wobei der vom Wind beaufschlagte Flügel in eine Stellung schwenkt, die im wesentlichen
900 zur Ebene der Flügelanordnung auf der Aufwindseite des Windrades liegt, wenn
sich das Windrad dreht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung,
die mit hilfe einer herkömmlichen Steuereinrichtung leicht gesteuert werden kann,
so dass die Drehgeschwindigkeit des Windrades nicht über einen bestimmten ert hinausgeht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung
der vorstehend beschriebenen Art, bei welcher die Abnahme der Kraft verhältnismässig
einfach ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtunfr
der vorstehend beschriebenen Art, die je nach Wunsch eine V-.elzshl von radial verlaufenden
Flügelanordnungen aufweisen kann, so dass immer eine Vielzahl von Flügelanordnungen
vom Wind beaufschlagt wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung
der vorstehend beschriebenen Art, die in ihrem Aufbau einfach, in der Herstellung
wirtschaftlich und ansonsten gut für die Zwecke geeignet ist, für welche die Vorrichtung
ausgelegt ist.
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Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht
einer Ausführungsform, die iiui zwei radial verlaufende Flügelanordnungen aufweIst;,
Fig. 3 eine der Fig. 1 ehnliche Ansicht auf eine andere Ausführungsform gemäss der
Erfindung.
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Fig. J> eine perspektivische Darstellung eines Windrades für die
Windkraftmaschine gemäss der Erfindung, Fig. 4 eine Seitenansicht eines vom Wind
beaufschlagten Flügels, Fig. 5 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform
eines vom Wind beaufschlagten Flügels, Fig. 6 eine ßeitenansicht des in Fig. 5 gezeigten
Flügels, und Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Wind rades fiir
die Windkraftmaschine gemäss der Erfindung.
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende
Teile in den verschiedenen Figuren.
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Bei der näheren Beschreibung der Erfindung wird zunächst auf Fig.
1 Bezug genommen, in welcher das Bezugszeichen lo eine Stützkonstruktion bezeichnet,
welche die Form eines auf drei Beinen stehenden Turmes oder dergleichen haben kann
und aufrecht stehende Hauptstützen 11 und dazwischenMerlaufende Querstreben 12 aufweist.
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Ein oberer Achsenhalter 13 und ein unterer Achsenhalter 14 sind an
den beiden obersten Querstreben 12 A und 12 B befestigt. Eine Hauptachse 15 wird
an ihrem unteren Ende in diesen Achsenhaltern 13 und 14 gehalten. Die Hauptachse
15 verläuft von den Achsephaltern senkrecht nach oben, wie dies in Fig. 1 deutlich
gezeigt ist.
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Ein Windrad 16 ist auf der feststehenden Hauptachse 15 drehbar gelagert,
wi.e dies im Nachstehenden noch beschrieben wird. Das Windrad 16 kann jedoch such
an der Hauptachse 15 befestigt sein, die dann in den Achsenhaltern 13 und 14 drehbar
gelagert ist, die in diesem Fall dann die Form von Lagern haben.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch eine vertikal
angeordnete, drehbare Lagerbtichse oder Nabe 17 vorgesehen, die in ihrem Inneren
obere und untere Lager 18 aufweist. Diese Lager 18 sind auf der feststehenden Hauptachse
15 angeordnet und drehen sich auf dieser Achse.
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Eine Stützbuchse 19 kann an der Hauptach"e 15 befestigt sein, um das
Windrad 1s für eine Drehbewegung um die Achse 15 abzustützen.
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Das Windrad 16 weist eine Vielzahl von Flugelanordnungen 20 auf.
Zwei dieser Plügelanordnungen sind in Fig. 1 gezeigt.
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Wie jedoch ein blick auf Fig. 3 zeigt,ist eine Vielzahl von Flügelanordnungen
vorgesehen, die in gleichem, gegenseitigen Abstand angeordnet sind un von der drehbaren
Lagerbüchse oder Nabe 17 ausgehen. Jede Flügelanordnung weist einen im wesentlichen
rechteckigen, offenen Fachwerkträger 21 auf, der längsverlaufende Ober- und Untergurte
22 und diagonal verlaufende Querstreben 23 besitzt, die alle durch Schweissen oder
ähnliche Massnahmen miteinander verbunden sind.
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An den Aussenenden dieser Fachwerkträger ist jeweils ein
rechteckiger
Stützrahrnen 24 vorgesehen. Dieser Stützrahmen weist vertikale Streben 25 suf, die
von den horizontalen Untergurten 22 nach oben verlaufen. Eine weitere horizontale
Strebe 26 begrenzt zusammen mit vertikalen Streben 27 A den offenen, rechteckigen
Stützrahmen ae Ende der Flügelanordnung, wie dies aus Fig. 1 deutlich hervorgeht.
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Es sind eine oder mehrere vom Wind beaufschlagte Flügel 27 vorgesehen,
Diese Flügel weisen im wesentlichen einen recheckigen Rahmen 28 und ein vom Wind
beaufsch3;gtes Flügel.-blatt 29 auf, welches den rechteckigen Rahmen 28 überspannt
und am Rahmen 28 befestigt ist.
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Die Flügelblätter haben eine im wesentlichen schalenartige Gestalt,
wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Flügelblätter besitzen eine konkave Vorderseite
29 A und eine konvexe Rückseite o, wie dies deutlich gezeigt ist.
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Die Flügelblätter 29 können aus Metall, Kunststoff oder irgendeinem
anderen geeigneten Material in Abhängigkeit von den krametern der gewählten Ausführungsform
bestehen.
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Jeder der vom Wind beaufschlagten Flügel 27 ist mit Hilfe von vertikal
nach oben und unten abstehenden Stiften 71 in Stützrahmen 24 schwenkbar gelagert.
Die Stifte 31 sind in der Nähe einer vertikalen Kante des Flügels angeordnet. Bei
der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform stehen diese Stifte 31 von den aussenliegenden,
vertikalen Streben 22 der rechteckigen Rahmen 28 ab. Die Stifte 31 sind in nicht
dargestellten Lagern in den horizontalen Streben der Stützrahmen 24 drehbar gelagert.
Hierdurch können die Flügel um eine vertikale Achse schwingen.
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Es ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Schwing-oder Schwenkbewegung
der vom Wind beaufschlagten Flügel
steuert. Diese Einrichtung,
kann Anschl.e.fgre 33 aufweisen, die an den Ober- und ITntergurten 22 und an den
hori.zontalen Streben 26 in unmittelbarer Nihe der inneren Enden der Flügel 27 befestigt
sind. Es kann jedoch auch eine Anordnung vorgesehen sein, die ein ausreichendes
offenen der Flügel gestattet, um den Winddruck herabzusetzen und damit die höchste
Drehgeschwindigkeit zu regeln.
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Der Aufbau einer derartigen Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt. Diese
Anordnung weist eine vertikale Welle 33 A auf, die in der ganz aussen liegenden
vertikalen Strebe 25 A drehbar gelagert ist und einen Arm 33 B besitzt, welcher
an der vertikalen Welle 33 A befestigt ist und von jedem Ende der vertikalen Welle
33 A im rechten Winkel absteht.
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Die Anschläge 33 C sind an den freien Enden der Arme 73 B ausgebildet
und werden von den Flügeln erfasst. Ein Steuerhebel 33 D ist an der vertikalen Welle
33 A befestigt und steht von dieser Welle ab. Der Steuerhebel 33 D kann mit einer
nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden sein, welche die Stellung der Arme
35 13 und damit die Anschlagstellung der Flügel sert. Die Anschlage 33 oder die
vorstehend beschriebene Anordnung können wahlweise für jede der beschriebenen Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden, wobei die zuletzt genannte Anordnung besonders für
Vorrichtungen mit grösseren Durchmessern geeignet ist.
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Dies bedeutet, dass die Flügel nicht über eine Seite der Vertikalebene
des Stützrahmens 24 hinausschwingen können, wenn sich das Windrad in Richtung des
Pfeiles 34 dreht, wie dies in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. Dies beruht darauf,
dass die Flügel mit den Anschlägen in Eingriff stehen, während sie den Teil des
Kreises durchlaufen, der auf der rechten Seite der Linie 35 in Fig. 7 liegt. Wenn
jedoch die Flügel den linken Teil oder Abschnitt des in Fig. 7 gezeigten Kreises
durchlaufen, können die Flügel von den Stützrahmen 24 wegs chwin gen und der durch
den
Pfeil 56 angezeigten Windrichtung folgen, so dass die Flügel
über diesen Teil des Kreises oder der Drehnng frei im Wind segeln. Es ist auch zu
beachten, dass diese Wirkung ùngeachtet der Windrichtung eintritt, so dass sich
das Windrad unter allen Umstiinden in wirkungsvoller Weise dreht.
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Es ist auch zu beachten, dass es immer eine Vielzahl von Flügeln
gi1W, die sich in der geschlossenen, vom Wind beaufschlaften Stellung auf der rechten
Seite des Kreises befinden. Fig. 7 ist eine schematische Darstellung und zeigt nur
8 Flügelanordnungen. Es können jedoch auch mehr Flügelanordnungen vorgesehen sein,
wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
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Die aus der Drehung herrührende Kraft des Windrades 16 kann durch
irgendeine herkömmliche Einrichtung, wie beispielsweise ein Zahnrad >7, abgenommen
werden, wenn sich die Welle 15 dreht. Die herkömmliche linrichtung zur Abnahme der
aus der Drehung herrührenden Kraft kann auch ein Zahnrad 38 sein, das an der Unterseite
des Windrades befestigt ist, wenn das Windrad auf einer feststehenden Achse 15 drehbar
gelagert ist.
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In den Fig. 5 und 6 ist eine Abwandlungsform der Flügel gezeigt.
Bei dieser Abwandlungsform ist der Flügel 39 kreisförmig, wobei Befestigungsstifte
oder Befestigungsschsen 40 auf einer Seite des Flügels nach oben und unten abstehen.
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Die Vorderseite 41 ist abermals konkav, wahrend die Rückseite 42 konvex
ist.
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Pig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher die lelügelanordnunf.en
45 radial verlaufen und in gleichem Abstand von der Mitt-elnabe 44 angeordnet sind.
Die Mittelnabe 44 ist auf einer vertikalen Achse 45 drehbar gelagert.
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Die Achse ist ebenfalls feststehend, sie kann sich jedoch
auch
mit dem Windrad 46 drehen, wenn dies erwünscht ist.
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Bei dieser Ausführungsform weist die Fliigelanordnung einen horizontal
verlaufenden offenen Fachwerktrxiger 47 auf, der horizontal verlaufende Ober- und
Untergurte 48 und diagonal verlaufende Querstreben 49 besitzt. Rechteckige Stützrahmen
50 stehen nach oben und unten von den Ober- und Untergurten 48 im Bereich derer
Aussenendrnab. Die vom Wind beaufschlagten Flügel 2 sind in diesen Stützrahmen 50
in ähnlicher Weise befestigt, wie dies im Vorstehenden beschrieben worden ist.
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Bei beiden Ausführungsformen ist es wünschenswert die äusseren Enden
der Flügelanordnungen abzustützen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die
Länge der Bliigelanordnungen beträchtlich ist. Bei beiden Ausführungsformen werden
Seile 51 mit ihren einen Enden an den Stützrahmen 24 an Punkten 52 befestigt. Die
Seile 51 verlaufen von den Punkten 52 nach oben und innen zur Mittelachse 15 A.
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Umfangsbänder oder Umfangsringe 54 sind rundh-m den Auseenumfang der
Flügelanordnungen an deren Ober- und Unterseiten befestigt, wie dies in Fig. 7 gezeigt
ist. Die Umfangsbänder oder Umfangsringe 54 sind an den Stützrahmen 50 der Flügelanordnungen
angeschweisst oder in anderer Weise angebracht. Obere und untere Stützstreben 55
können ebenfalls vorgesehen sein, um den einen Stützrahmen 50 gegen den anderen
Stützrahmen 50 zu versteifen.
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Wenn die Achse 15 feststehend ist, sitzt eine Lagerkappe 5-3 auf
dem oberen Ende der Achse. Die Seile 51 sind an dieser Lagerkappe befestigt. Wenn
sich jedoch die Achse oder Welle mit dem Windrad umdreht, werden die Seile sm oberen
Ende der Achse oder Welle 15 befestigt. Es braucht nicht besonders erwähnt zu werden,
dass herkömmliche, nicht dargestellte Spannvorrichtungen in den Seilen vorgesehen
sein können, um die Spannung der Seile einzustellen.
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Bei beiden Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass irgendeine
Art einer Geschwindigkeitsregelung vorgesehen ist, indem entweder der Öffnungsgrad
der Flügel, wie vorher erwähnt, geregelt oder die Drehgeschwindigkeit mit Hilfe
der die Kraft abnehmenden Zahnräder 7 oder 8 herabgesetzt wird.
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Da jedoch eine derartige Steueranordnung allgemein bekannt und üblich
ist, snheint es nicht notwendig zu sein, diese Steueranordnungen im Rahmen dieser
Anmeldung zu beschreiben oder darzustellen.
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Obgleich die vom Wind beaufschlagten Flügel beim dargestellten Ausführungsbeispiel
um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert sind, ist es natürlich auch möglich,
dass die vom Wind beaufschlagten Flügel in unmittelbarer Nähe der Ober- und Unterseiten
des Stützrahmens 24 um eine horizontale Achse drehbar gelagert sind. Die vom Wind
beaufschlagten Flügel können auch in der Nähe der ganz innenlxgenden vertikalen
Streben 32 des Stützrahmens drehbar gelagert sein.