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Stand der Technik
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Ausgehend von den Windmühlen bei denen vier Windflügel um ein Zentrum
herum angeordnet sind um einen Mühlenantrieb in einer Bockwindmühle oder einer Holländermühle
zu bewirken, über einen Antrieb mit einem Amerikanischen oder Hallodayschen Windrad
bei dem viele feste feste Flügel auf einem Kranz sitzen und mit langsamer Drehzahl
und niedriger Leistung laufen,über eine Windanlage mit Tragflächenprofil auf der
ein, zwei oder drei Flügel sitzen und die mit relativ hoher Drehzahl laufen,ist
man darauf angewiesen wenn man mehr Leistung aus einer Anlage herausholen will die
Durchmesser zu vergrößern.
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Das bedeutet aber auch,daß der Turm immer höher und die einzelnen
Flügel immer länger werden müssen.Das ergibt jedoch immer größere probleme mit den
Schwingungen in Turm und Flügeln und den erhöhten Kosten für eine Anlage.
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Verschiedene Anlagen mußten schon stillgelegt werden da sich Material
risse in den Flügeln durch die Auswirkungen der Schwingungen eingestellt hatten.Es
gibt aber auch noch andere Systeme mit denen aus wind Energie erzeugt werden kann
wie Vertikalturbinen, Savoniusrotoren,Flettnerrotoren oder die Darieusvertikalturbinen.Diese
Systeme haben sich aus den verschiedensten Gründen nicht durchgesetzt.Es scheint
der Windflügel mit Tragflächenprofil die günsigste Ausführung zu sein.
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Es stellte sich somit die Aufgabe eine Windanlage zu entwickeln die
auf Windflügel mit Tragflächenprofil ausgerichtet ist,die nicht zu hoch baut,die
entsprechend kurze Flügel hat um die Schwingunen im Griff zu behalten und die viele
gleiche Bauteile hat die unproblematisch in Herstellung und Betrieb sind.Damit kann
man die Baukosten sehr niedrig halten.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß es statt
eines Drehzentrums mindestens zwei voneinander entfernt liegende Drehpunkte gibt,die
durch Führungsschienen und Kraftübertragungselemente miteinander verbunden sind.
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Auf den Führungsschienen laufen Wagen,in der Regel mit drei Rädern
wobei ein Rad innen und zwei außen laufen.Auf dem Wagen ist ein Führungsrohr für
die Aufnahme des starren oder drehbaren Flügelholmes befestigt oder am Führungsrohr
sind Aufnahmen zur Befestigung der Rollen angebracht.Am Führungsrohr sind die Anschläge
für die Verbindung zwischen dem Flügel und dem Kraftübertragungselement vorhanden.Diese
Verbindung wird in der Regel durch Schrauben hergestellt.Die Führungsschienen werden
in der Regel aus Rohren oder anderen Profilen hergestellt.
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Zur Dämpfung der Laufgeräusche können die Rohre mit Kunststoffbeton
oder anderen Massen gefüllt werden.Die Führungsschienen sollten,von oben gesehen,schräg
geschnitten und gesoßen sein.
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An der Stoßstelle werden die Schienen auf ein Konsol geschraubt,
oder anders verbunden,welches am Tragwerk befestigt wird.
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Auf das Umlenkteil werden Aufbauten aufgebracht die so angeordnet
sind daß die Räder den Kontakt zum Führungsrohr nicht verlieren.Für das gleiche
Problem dienen die einmal rechts und einmal links angebrachten Führungsbleche in
denen die Rollen mit einmal rechts und einmal links eingearbeiteten Nuten laufen.
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die Kraft und Führungselemente laufen an den Umlenkstellen und zwischendrin
zur Haltung der Seitenabstände auf Seilrollen, Kettenrädern oder anderen Rädern.Die
Umlenkräder sitzen entweder nur auf Wellen in den Spannstationen oder dienen als
Antrieb für Getriebe und Energiewandler bzw. Generatoren.
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Bei extrem langen Flügeln kann noch eine zusätzliche,in etwa in Höhe
der Kraftübertragungselemente angebrachte Schiene die Flügel zusätzlich mit abstützen.Die
Flügel können fest angeflanscht werden und aus gebogenen Blechen oder einem Tragflächenprofil
bestehen oder auch entsprechend der Windgeschwindigkeit verstellbar sein.Die Verstellung
kann so erfolgen,daß ein Zylinder bei dem auf der Kolbenstange eine Windprallplatte
angebracht ist,eine Federung wirkt dem Winddruck entgegen, einen Hebel betätigt
der ein in der Regel hydraulisches
Ventil beaufschlägt das den Weg
freigibt für den Durchfluss von Flüssigkeiten zum Zylinder der die Verstellung des
Flügels bewirkt.Eine Pumpe,die mit umläuft und-durch Nocken die an der Laufschiene
oder am Gestell angebracht sind,den Pumpenhub bewirkt,kann für einen oder eine vielzahl
von Flügeln den Druck erzeugen.Die Regelung soll so erfolgen,daß bis zu einem Maximalwind
je nach Windgeschwindigkeit die Maximale Leistung aus der Anlage geholt werden kann
und bei -Sturm die Flügel sich so einstellen daß keine Überdrehzahl auftreten kann.
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Die Länge einer Anlage mit den mindestens zwei Umlenkstationen,wobei
ein oder mehrere Generatoren eingesetzt werden können,richtet sich nach der gewünschten
Leistung oder nach den äußeren Umständen.
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In der Regel wird man die Anlage als Rohrtraggerüst ausbilden das
mit einem Turmgerüst drehbar verbunden und eventuell mit Beinen zum Abstützen der
langen Anlage versehen ist.Das Traggerüst kann so ausgebildet sein,daß die Flügel
vor,hinter oder zwischen dem Gerüst laufen können.Das Traggerüst kann dreieckig,mehreckig
oder rund im Profil sein.
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Der Vorteil dieser Anlage besteht darin,daß viele gleiche Einheiten
verwendet und zusammengeschraubt werden können.Das fängt mit dem Traggerüst an das
aus gleichen Rohrstücken mit vielen gleichen Knotenstücken zusammengeschraubt wird,geht
mit den Flügeln weiter die im Abstand von ca.o,5 m bis ca. 2,5m auf der Anlage montiert
sein können wobei pro Flügel ein Holm und 3 bis 1o Tragflächenprofile eingebaut
werden die alle die gleiche Größe haben,und es geht weiter mit Ketten,Rollen, Führungsrohren,Verstelleinheiten
und vieles andere mehr.
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Das Tragwerk oder Traggerüst kann am Boden montiert werden.
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Dabei können auch gleich die Umlenkstationen mit den Ketten, den Laufschienen,den
Rädern den Getrieben mit den Generationen sowie die Führungsrohre mit den Rollen
für die Flügel.
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Anschließend kann es an Gestellen oder Kränen so hoch gezogen werden
daß die Flügel montiert werden können.Anschließend kann die fertig montierte Anlage
in bzw. auf die vorgesehene Höhe gebracht,auf das Drehgestell gesetzt und verschraubt
werden.Gleichzeitig werden noch die Beine ausgeschwenkt oder montiert.Die Länge
der Anlage hängt in erster Linie von der Übertragungskraft der Kraftübertragungselemente,
zum Beispiel Ketten,ab.Auf einem Tragwerk können jedoch mehrere Windenergieanlagen
nebeneinander oder hintereinander aufgebaut sein.
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Man kann bei starkem Sturm die Flügel so aus dem Wind drehen, daß
noch Energie erzeugt werden kann-und man kann die ganze Anlage aus dem Wind drehen.Der
Geräuschpegel durch die umlaufenden Flügel mit den Rollen kann relatiev niedrig
liegen wenn man die Laufschienenrohre mit Sand Kunststoffbeton oder ähnliche Massen
füllt und die Rohre und Abtriebe auf oder an Polster setzt.
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Unter der Anlage kann das Land ganz normal bebaut werden.
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Mit einer Anlage kann eine sehr große Windfläche ausgenutzt werden
zu der in der heute üblichen Form eine Vielzahl von Einzelwindrädern nötig wäre.Außerdem
wird bei der hier vorgestellten Form der Wind in Höhe mal Länge voll ausgenutzt
währen*n der heute noch üblichen Ausführung Kreise nebeneinander gestellt werden
müßten die sich aber bei bestimmten Windrichtungen voll oder teilweise überschneiden,also
nicht voll auszunutzen sind.
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Es kommt außerdem noch hinzu,daß bei den vorgestellten Anlagen nur
ein Energiewandler mit Getriebe einzusetzen wäre.
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Mit einer so einfachen Windenergieanlage kann ein ganzes Dorf mit
Strom versorgt werden.Bei nichtgebrauch des Stromes kann dieser in das Elektrische
Netz eingespeist werden und bringt dem Dorf noch einen zusätzlichen Nutzen.
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Beschreibung der Zeichnungen.
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Die Zeichnung Bild 1 zeigt die Grundform der Windenergieanlage die
aus dem Traggerüst (7) oder auch Turm (6),dem Tragwerk (5),hier in diesem Falle
als Rohrtragwerk hergestellt, die Umlenkstationen mit den Energiewandlern oder Generatoren(12)
mit nur zwei Flügeln gezeichnet,wobei die Flügelanzahl so ausgelegt werden soll,daß
die größtmögliche Leistung in einem Breitem Bereich erfolgt,den Flügelwagen,der
Lauf- und Führungsschiene und den Kraftübertragungselementen.
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Bild 2 zeigt eine Anlage die länger baudwobei ein Traggerüst als
Dreibein ausgebildet ist und oben mit einem Drehpunkt abschließt.Die Beine sind
gerade heruntergezogen und mit Seilen verspannt.Die Beine können beweglich aufgestellt
sein.
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In Bild 3 ist eine Anlage zu sehen bei der,aufgrund der großen Länge,mehr
als zwei Beine das Tragwerk unterstützen wobei die Beine entweder gerade nach unten
laufen oder schräg verspannt eingebaut werden (8).
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In Bild 4 ist ein Anlage zu sehen bei der die zwei Windanlagen bei
zu großem Sturm nach hinten weggeschwenkt werden können um Beschädigungen zu vermeiden.
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In Bild 5 und 6 ist eine Anlage zu sehen bei der nur ein Generator
in der Mitte über dem Drehpunkt angeordnet ist oder sein kann und die beiden mittleren
Umlenkstationen über ein oder zwei Getriebe den Generator antreiben.Die eine Anlage
ist vor dem Tragwerkquerschnitt und die Andere dahinter angeordnet.
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In Bild 7 und 8 sind Anlagen zu sehen die einmal einen erhalten Tragwerkquerschnitt
über die ganze Länge zeigen und einmal eine Ansicht zeigen die zur Mitte hin den
Querschnitt erhöht wobei die Erhöhung so ausgebildet sein kann daß sie nur nach
unten oder nur nach oben verläuft.
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In den Bildern 11,12,16 und 17 sind zwei Umlenkstellen der Laufschienen
zu sehen die einmal so ausgebildet sind daß auf
den Rohrbogen ein
Rohrelement (42) aufgeschweißt ist und am Anfang des Rohrbogens auf der einen Seite
ein abgerundetes Flacheisen angebracht wird und am Ende des Bogens auf der anderen
Seite des Rohres ein weieres Teil sitzt.In Bild 16 und 17 wird kein Rohrelement
aufgeschweißt sondern auf beiden Seiten abgerundete Flacheisen (23) angebracht auf
denen die Rollen laufen wobei zum Beispiel die vordere Rolle rechts aufläuft und
die hintere Rolle -links.
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In Bild 13,14 und 15 sind die Anbringungen der Rollen am Flügelfuß
und die Befestigung der Flügelfüße am Krtübertragungselement in verschiedenen Variationen
zu sehen.Zur Führung der Kraftübertragungselemente sind Sielrollen oder Kettenräder
(43) bzw.Kettenräder mit Rollen vorgesehen-(44).
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in Bild 31 und 32 ist eine Umlenkstelle zu sehen bei der ein Bewegungselement,zum
Beispiel eine Kette,die Flügelfüße (45) führt,eine oder auch mehrere Schienen die
Flügelfüße und die Flügel waagerecht und senkrecht halten und ein Kraftübertragungselement
mit dem Flügelfuß. verbunden ist.
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In Bild 18 ist ein dreieckiges Tragwerkprofil zu sehen bei dem Bleche
auf den vorderen Seiten sitzen (46) die den Wind in diesem Bereich auch noch den
Flügeln zuführen.Dieses Tragwerkprofil kann aber auch so angeordnet sein daß die
beiden schrägen Seiten nach hinten-führen.
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Es ist außerdem ein Viereckiges Tragwerkprofil in Bild 19 zu sehen
bei dem eine verstellbare Flügelähnliche Platte eingebaut ist (41).
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In Bild 29 und 30 sind noch verschiedene Tragwerkprofile zu sehen
wobei ein ronder Querschnitt noch mit einer tropfenförmigen Verkleidung (47) umhüllt
ist.
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In Bild 9 ist ein Bein eines Tragwerkes zu sehen.Die Abstützung am
Fuß kann nach Bild 23 erfolgen.Jenachdem-wieviel Rollen zum Abstützen benötigt werden,können
die Rollen auch Paarweise aufgehängt werden.Zwei Paar Rollen werden dann wieder
an einem Drehpunkt befestigt.
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Um ein wegkippen der Anlage bei Sturm mit zu verhindern, werden noch
unter der Schiene laufende Rollen am Fuß befestigt.
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In Bild 24 ist eine Stoßstelle in einer Laufschiene zu sehen bei
der die Verbindung so ausgebildet ist,daß die Rohre schräg abgeschnitten sind und
in jedem Rohrstück an jeder Seite ein Führungsstück eingepresst,eingeschrumpft oder
auf eine andere bekannte Art verbunden ist.An jedem Ende des Rohres und eventuell
zwischendrin wird es mit dem Tragwerk fest verbunden.
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In Bild 25 und 26 ist eine Flügelrippe zu sehen sie zum Beispiel
aus einer Leichtmetalllegierung bestehen kann in die eine Bohrung oder Durchlaß
eingearbeitet ist,die oder der nicht rund sein muß um den Flügelholm aufzunehmen
der auf die Form des Durchlasses gebracht ist.Damit wird erreicht,daß die Rippen
sich nicht verdrehen können und daß die Rippen graduell richtig aufgezogen werden.
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In Bild 27 und 28 ist die Flügelverstellvorrichtung oder -einrichtung
zu sehen die folgendermaßen aufgebaut ist: Die Prallplatte (28),die gerade oder
keglig,rund oder eckig sein kann, sitzt auf der Kolbenstange (33) eines Zylinders
(29).Eine Feder (36), die zwischen Zylinder und Prallplatte angeordnet ist,begrenzt
den Weg und ist so ausgelegt,daß bei neiner bestimmten Windgeschwindigkeit ein beimmter
Verstellwinkel des Flügels eingestellt wird.Eine oder mehrere Ausnehmungen oder
Bohrungen (35) im Kolben (34) des Zylinders sorgen dafür,daß bei Windstößen oder
Böen die Verstellung nicht zu schnell erfolgen kann.Die Verstellung geht so vor
sich,daß ein Hebel (38),eventuell mit Rolle (39),ein Ventil (31) so verstellt daß
ein Ölstrom den Kraftzylinder (30) beaufschlagt.Das Ventil sitzt auf der Kolbenstange
des Kraftzylinders.Der Ventilhebel (40) ist so ausgebildet,daß bei Nichtbetätigung
des Ventils der Ventilhebel nicht auf der einen oder anderen Seite gedrückt oder
gezogen wird.Das bedeutet aber auch, daß der Ölstrom von der Pumpe (32) ohne Druck
wieder zur Pumpe zurückläuft.
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Bei Betätigung des Ventilhebels dadurch,daß über die Bewegung der
Prallplatte durch den Wind der an dieser Kolbenstange befestigte Hebel den Ventilhebel
nach einer Seite herunterdrückt wird der Ölstrom in eine Zylinderseite solange einpresst
bis sich das Weggleichgewicht zwischen Prallplattenzylinder und Kraftzylinder wieder
eingestellt hat.das bedeutet,daß sich der Ventilhebel wieder in Nulllage befindet.
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Der Zylinder der Prallplatte ist an der Kraftzylinderkolbenstange
oder am Ventil befestigt.