EP2007982A1

EP2007982A1 - Vorrichtung zur nutzung von strömungsenergie

Info

Publication number: EP2007982A1
Application number: EP07722210A
Authority: EP
Inventors: Nikolas Kelaiditis; Alexis Kelaiditis
Original assignee: Individual
Current assignee: ITEA ECOTECH GmbH
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-12-31
Also published as: US20090169354A1; US8192140B2; WO2007118462A1; DE102006057677A1

Abstract

Die Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie weist langgestreckte umlaufende Elemente (18) mit der Strömung zugekehrten Anströmflächen (34,35) auf, die Elemente (8) sind parallel zueinander in Abständen zu einem rotierenden Käfig (1) oder zu einem an einer Führung umlaufenden Band, in denen sie Sprossen bilden, verbunden und die Rotationsachse bzw. Umlenkachsen sind quer zur Strömungsrichtung angeordnet, wobei die Elemente (8) jeweils zwei Anströmflächen (34,35) aufweisen. Die beiden Anströmflächen (34,35) können beim Lauf des Rotors (1 ) bzw. Bandes durch Drehung der Elemente (8) in die dem Wind zugekehrte Richtung schwenkbar sein. Die Vorrichtung kann außerhalb des rotierenden Käfigs (1) mit im wesentlichen radial ausgerichteten Leitwänden (22) und der Rotor (1) und die Wände (22) mit einem flachkegelstumpfförmigen Dach (24) versehen sein.

Description

Beschreibung:

„Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit langgestreckten umlaufenden Elementen, die der Strömung zugekehrte Anströmflächen aufweisen. Solche Vorrichtungen sind in der Form der Windräder bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Art von Vorrichtungen der eingangs genannten Gattung zu schaffen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elemente parallel zueinander in Abständen zu einem rotierenden Käfig oder zu einem an einer Führung umlaufenden Band, in dem sie Sprossen bilden, verbunden sind, dessen Rotationsachse bzw. Umlenkachsen quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist bzw. sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von den bekannten Windrädern hauptsächlich durch die Bewegungsrichtung der Elemente. Diese werden parallel zu sich selbst, in der Regel horizontal, bewegt und rotieren, anders als beim Windrad, nicht in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung. Die Drehbewegung wird bei der Erfindung vielmehr von dem Käfig bzw. dem Band durchgeführt, auf dem die Elemente montiert sind. Eine solche Vorrichtung ermöglicht eine kompakte Konstruktion z.B. innerhalb eines Turmes, so dass bei gleicher Leistung die große Grundstücksfläche, die die bekannten Windräder einnehmen, nicht benötigt wird. Entsprechend ist der Montage- und Wartungsaufwand bei der Erfindung geringer. Die Umwelt wird nicht durch sichtbare Bewegung und wechselnden Schattenwurf gestört.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die

Elemente jeweils zwei Anströmflächen auf, von denen die eine beim Lauf an der der Strömung zugekehrten Seite des Rotors bzw. Bandes und die andere beim Lauf an der anderen Seite der Strömung zugekehrt ist. Konstruktionsbedingt ist stets eine Seite der Vorrichtung der Strömung zugewandt und eine Seite befindet sich im Verhältnis zur Strömung hinter den vorderen Elementen. Zweckmäßigerweise ist auf dem rotierenden Käfig bzw. dem umlaufenden Band eine Vielzahl von Elementen angeordnet. Entsprechend der An- zahl und Anströmfläche der Elemente wird somit auf einem großen Teil der angeströmten Fläche des Rotors bzw. des Bandes Strömungsenergie aufgenommen.

Da die einzelnen Elemente mit Abstand voneinander auf dem Käfig bzw. Band montiert sind, tritt immer ein Teil der Strömung durch die der Strömung zugewandte Seite. Dieser Teil der Strömung wird von den hinteren Elementen erfasst und trägt zur Energieübertragung bei.

Um die Aufnahme der Energie durch eine entsprechende Schrägstellung der Anströmfläche an der hinteren Seite zu ermöglichen, können die Elemente eine im ganzen dreieckige, vorzugsweise symmetrische, Form haben, bei der die beiden Anströmflächen zwei Seiten des Dreiecks bilden.

Diese Gestaltung führt bei geeigneter Wahl des betreffenden Dreieckwinkels zu der gewünschten schrägen Ausrichtung der Anströmflächen gegenüber der Strömungsrichtung an beiden genannten Seiten. Im Falle symmetrischer Gestal- tung der Elemente kann dabei die Symmetrieachse der Elemente parallel zur Bewegungsrichtung des Käfigs bzw. des Bandes gerichtet sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Elemente zur Vergrößerung der Anströmflächen dienende schwenkbare oder elastische Platten auf, die an der Ecke zwischen den beiden Anstrδmflächen des Elementes derart angeordnet sind, dass sie sich im wesentlichen parallel zu der von der Strömung beaufschlagten Dreieckseite ausrichten.

Die Elemente können sich durch diese Maßnahme an die Strömungsrichtung anpassen. Da anstatt der Dreiecksprofilformen nun Bretter eingesetzt werden, wird der Materialaufwand im Vergleich zu der anderen Ausgestaltung verringert. Bei der elastischen Variante werden die Bretter durch die Strömung gebogen und somit die Strömungsangriffsfläche verkleinert. Dadurch reguliert sich die an den Elementen anliegende Strömungskraft selbst.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Elemente im Querschnitt eine aerodynamische Form auf, um einen durch diese Form erzeugten Auftriebs- effekt auf der der Strömung zugewandten Seite, auf der der Strömung abgewandten Seite oder auf beiden Seiten des Käfigs zu nutzen.

In einer weiteren Ausführungsform sollen die Elemente selbst schwenkbar gelagert sein und von Federn gehalten werden derart, dass sie bei starker Strömung nachgeben und dadurch die Belastung der Vorrichtung an den Elementen verringert wird. Es kann aber so ein größerer Teil der Strömung den hinteren Elementen zugeführt und somit noch nutzbar gemacht werden.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Elemente Durchlassöffnungen auf, die vorzugsweise länglich ausgebildet und zueinander parallel angeordnet sind. An den Öffnungen können feste oder bewegliche, die Durchlassöffnungen zumindest teilweise verschließende Verschlussblätter angeordnet sein. Vorteilhaft können dadurch breitere Rotorblätter gebildet werden und es ist nur eine ge- ringere Anzahl von Elementen auf dem Umfang des Rotors notwendig; deshalb sind nur noch kleinere Transporteinheiten notwendig. Ferner ist somit die Produktion und Montage vor Ort einfacher.

Der Öffnungswinkel der Verschlussblätter kann steuerbar sein. Die Leistungsentnahme ist dann einfacher zu steuern. Ein Teil des strömenden Mediums wird quasi parallel geführt. Damit entstehen weniger Turbulenzen und die Energieausbeute aus dem abgehenden Strömungsmedium wird größer.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden auf dem Rotor unterschied- liehe Elemente der oben genannten Ausführungsformen angeordnet. Durch die Kombination der verschiedenen Elementformen und die sich daraus ergebenen unterschiedlichen Arten der Strömungsenergieaufnahme kann die Vorrichtung einfacher an die jeweiligen Strömungsbedingungen angepasst werden.

Zweckmäßig sind die Elemente im Verhältnis zur Rotationsachse verkippt angeordnet.

Zusätzlich zu der horizontalen Kraftkomponente wird somit durch die Strömung auch eine vertikale an den Elementen angelegt. Dadurch kann je nach Ver- kippungsrichtung eine größere Stabilität des Rotors erreicht oder die Belastung der Lagerung verringert werden. In einer anderen Ausführung sollen die Elemente selbst schwenkbar sein, um durch einen Mechanismus auf der der Strömung zugekehrten und der abgekehrten Seite gegenüber der Strömung entsprechend ausgerichtet zu werden. Der Schwenkwinkel entspricht dem bei der vorgenannten Ausführung zwischen den beiden Anströmflächen gebildeten Dreieckswinkeln. Elemente mit einer aerodynamischen Form werden in einem Winkel geschwenkt, in dem die durch die Form erzeugten Auftriebskräfte wirken. Auch eine Kombination von beidem ist möglich. Die Schwenkung kann auch ganz oder teilweise durch die Strömung selbst erfolgen. Mit einer analogen Schwenkung können als Alternative auch Elemente vorgesehen werden, die nur eine Anströmfläche aufweisen. Sie sind dann durch Drehung in die Ausrichtung zur Strömung schwenkbar.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine, vorzugsweise pro- grammierbare, Steuerung zur automatischen an Strömungsrichtung und/oder -stärke und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors angepassten Ausrichtung der Elemente auf, wobei jedes Element beim Lauf des Rotors in jeder Rotorstellung derart ausgerichtet ist, dass die auf das Element wirkende Kraft optimal zur Drehung des Rotors beiträgt. Die Effizienz der Vorrichtung kann somit weiter erhöht werden.

Ferner können die Elemente während des Betriebs derart ausgerichtet werden, dass die Drehgeschwindigkeit, um z.B. bei starker Strömung eine Überlastung der Vorrichtung zu verhindern, kontrolliert oder der Rotor abgebremst wird. Wenn der Rotor unbewegt stehen soll, werden die Elemente so ausgerichtet, dass durch die Strömung eine möglichst geringe oder keine den Rotor drehende Kraft ausgeübt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Käfig durch Räder und Füh- rungen, auf denen die Räder laufen, gelagert und geführt. Die Führungen können durch Schienen gebildet sein, es sind aber auch einfache Abrollflächen vorstellbar. Auf dem Sockel, der die Vorrichtung trägt, ist der Käfig vertikal und horizontal gelagert. Die vertikale Lagerung trägt das Gewicht des Käfigs. Die horizontale Lagerung hält den Käfig gegen die horizontal wirkenden Kräfte, die vom Wind auf den Käfig ausgeübt werden. Entsprechend ist an der Oberseite des Käfigs nur eine horizontale Lagerung vorgesehen.

Die Räder können dabei am Rotor und die Führung am Sockel angeordnet sein. Alternativ können die Räder allerdings auch am Sockel angeordnet sein und so die Lagerung bilden. Der Rotor weist dann an seiner Unterseite Schienen oder Führungsflächen auf, die auf den Rollen sitzen. Entsprechend können Rotor und Sockel sowohl Räder als auch Fϋhruhgsflächen aufweisen.

Alternativ kann an der Innen- oder Außenseite des Käfigs eine einzige vertikale und horizontale Führung angeordnet sein. Zweckmäßigerweise ist die Führung für die Räder der Höhe des Käfigs nach nahe der Mitte angeordnet. Die Führung kann an der Außen- oder Innenseite angeordnet sein.

Besonders vorteilhaft ist diese Ausgestaltung wenn die Elemente der Länge nach nahe ihrer Mitte am Rotor gehalten sind. Die Führung kann durch einen Ring gebildet sein, der gleichzeitig als Befestigung für die Elemente dient.

Zweckmäßigerweise können die Achsen der Räder über eine Welle mit einem Generator verbunden sein, der die durch den Rotor an den Rädern erzeugte Rotationsenergie in elektrische Energie umwandelt.

In einer anderen Ausgestaltung ist der Rotor mit Schwimmkörpern versehen und auf diesen schwimmend in einem Wasserbecken angeordnet. Bei dieser Variante ist die Lagerung nahezu verschleißfrei und die Bewegungs- widerstände sind gering. Außerdem ist eine solche Führung wesentlich leiser.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor mit Verstrebungen an einer auf der Symmetrieachse des durch den Rotor gebildeten Zylinders angeordneten Achse gelagert. Je nach Größe der Vorrichtung sind am Rotor der Lagerung bzw. Befesti- gung der Elemente dienende kreisförmige Trägerleisten mit einer entsprechenden Anzahl von zur Mittelachse reichenden Verstrebungen angebracht.

Es sind auch Kombinationen der verschiedenen Lagerungsmöglichkeiten vorgesehen, z.B. im unteren Bereich eine Rad-Schiene-Lagerung und oben die genannten Verstrebungen zur Sicherung gegen Verkippung bei starkem Wind.

Zweckmäßigerweise ist der Käfig mit einem Zahnkranz versehen und durch mindestens ein in dieses eingreifendes, vorzugsweise auf der Innenseite des Käfigs angebrachtes Ritzel mit mindestens einem Generator gekoppelt.

Analog dazu kann eine Umlenkrolle des genannten umlaufenden Bandes mit einem Zahnkranz versehen und durch mindestens ein in dieses eingreifendes, vorzugsweise auf der Innenseite der Umlenkrolle angebrachtes Ritzel mit mindestens einem Generator gekoppelt sein. Des weiteren könnte die Umlenkrolle z.B. über eine Welle und ein Getriebe mit einem Generator verbunden werden.

In einer anderen Ausgestaltung werden zur Umwandlung der Bewegungsenergie in elektrische Energie am Rotor oder neben dem Rotor z.B. am Sockel Permanentoder Elektromagnete angeordnet, die in entsprechend auf der anderen Seite neben dem Rotor bzw. am Rotor angeordneten Induktionsspulen eine elektrische Spannung induzieren. Vorteilhaft kann man bei der Verwendung von Elektromagneten die Bremswirkung durch die Induktion auf dem Rotor je nach Stärke des Magnetfeldes vergrößern oder verkleinern.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung außerhalb des rotierenden Käfigs mit auf die Mitte des Rotors hinführenden, im wesentlichen radial ausgerichteten Leitwänden versehen. Diese dienen dazu, den Wind auf den Käfig zu fokussieren. So können auch Strömungen, die außerhalb der Käfigquerschnittsfläche verlaufen, auf den Käfig geleitet werden.

Je nach Ausführung ist es möglich, die eingefangene Menge und die Richtung der Strömung zu beeinflussen und diese effektiver auf die Anströmflächen der EIe- mente zu leiten.

Zweckmäßig werden die Leitwände derart aufgestellt, dass die Strömung möglichst radial auf den Rotor bzw. die Elemente geleitet wird. Die Leitwände können deshalb auf den Seiten, auf die die Strömung trifft, unterschiedliche Formen auf- weisen. Da die Fokussierung für alle Strömungsrichtungen möglich sein soll, können die Strömungsführungen aus mehreren einzelnen Leitwänden gebildet werden.

Alternativ können die Leitwände aus mehreren durch Gelenke verbundenen Gliedern bestehen, deren Ausrichtung durch Verschwenkung an den Gelenken ver- änderbar ist.

Die Position der Leitwände ist vorzugsweise steuerbar. Die Ausrichtung ist von der Form der Elemente abhängig und wird an die Strömungsstärke und die Rotationsgeschwindigkeit angepasst. Sie ist auch während des Betriebs der Vorrichtung ver- änderbar, so dass die Leitwände beim Anlaufen oder Abbremsen der Vorrichtung oder bei sich ändernden Strömungsverhältnissen in entsprechende Stellungen gebracht werden können. Auch auf das umlaufende Band kann die Strömung durch Leitwände fokussiert werden, vorzugsweise auf den Bereich zwischen den Umlenkrollen. Zum einen vergrößert dies die Querschnittsfläche der aufnehmbaren Strömung. Durch die Fokussierung auf den Bereich zwischen den Umlenkrollen wird aber auch eine höhere Effizienz erzielt, da die Strömung nur dort auf die Vorrichtung wirkt, wo die Anströmflächen optimal ausgerichtet sind.

Vorzugsweise sind zusätzlich der Rotor und die Leitwände mit einem flach-kegel- stumpfförmigen Dach versehen, dessen untere, kleinere Kreisfläche im wesent- liehen gleich dem Querschnitt des Rotors ist und dessen obere, größere Querschnittsfläche insbesondere die gleiche radiale Ausdehnung hat wie die Wände. Das Dach vergrößert den Aufnahmequerschnitt der Strömung noch einmal in der Höhe. Zweckmäßig weisen die unteren Dachflächen, mit denen die Strömung auf den Rotor geleitet wird, Abrundungen auf, um Wirbelungen zu vermeiden.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Leitwände gemeinsam mit dem Dach verfahrbar gelagert, so dass sie je nach Strömungsrichtung entsprechend ausgerichtet werden können. Zweckmäßig wird die gesamte Vorrichtung auf Trägern wie z.B. Säulen in einem Abstand vom Untergrund angeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können in der Vorrichtung mehrere Rotoren übereinander angeordnet sein. Entsprechend kann bei gleicher Grund- fläche der Vorrichtung über eine größere Höhe Strömungsenergie aufgenommen werden. Die Rotoren sind dann vorzugsweise in einem Turm angeordnet, der mit verstellbaren Leitwänden versehen ist. Ist die Vorrichtung in Gewässern aufgebaut, können die unteren Rotoren zur Aufnahme von Wasserkraft und die oberen zur Aufnahme von Windenergie vorgesehen sein.

Ferner ist eine horizontale Ausrichtung der Elemente und der Rotationsachse der Rotoren möglich. Die Elemente werden dann in horizontaler Projektion vertikal bewegt. Mehre derartige Rotoren können dann nebeneinander angeordnet werden. Ein solcher Aufbau ist beispielweise unter Brücken vorstellbar. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das Dach, die Leitwände und/ oder der Turm mit Anlagen zur Gewinnung von Sonnenenergie, vorzugsweise Photovoltaikanlagen, versehen.

Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung Freileitungen auf, mit denen die gewonnene elektrische Energie direkt von der Vorrichtung aus weiter übertragen werden kann. Die Freileitungen gehen dabei vorzugsweise vom Dach der Vorrichtung aus. Somit kann die Vorrichtung auch die Funktion eines Strommastes übernehmen.

Bei großen Anlagen kann der Innenraum auch für weitere Aufgaben, z.B. zur Umwandlung und Speicherung der elektrischen Energie (Speicherbatterien, Wasserstoff) genutzt werden. Dadurch wird die Effektivität der Anlagen weiter erhöht. Wetterbedingte Schwankungen können somit ausgeglichen werden.

Die Zeichnungen geben Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht einer ersten Vorrichtung zur Nutzung der Windenergie,

Fig.2 zeigt einen unteren Ausschnitt aus der Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 zeigt einen weiteren unteren Ausschnitt aus der Vorrichtung nach Fig. 1 in dem größeren Maßstab,

Fig. 4 zeigt den Ausschnitt IV aus Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 5 zeigt den Ausschnitt V aus Fig. 1 in größerem Maßstab, Fig. 6 zeigt den Ausschnitt IV einer Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab, Fig. 7 zeigt den Ausschnitt IV einer weiteren Ausgestaltung der

Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 8 zeigt eine Auswahl von Teilen einer Ausgestaltung der Vorrich- tung von der Seite,

Fig. 9 zeigt eine Auswahl von Teilen einer weiteren Ausgestaltung von oben,

Fig. 10 zeigt eine Einzelheit in Draufsicht,

Fig. 1 1 zeigt schematisch eine zweite Vorrichtung zur Nutzung der Windenergie,

Fig. 12 zeigt eine weitere Einzelheit in Draufsicht,

Fig. 13 zeigt Einzelheiten einer Ausgestaltung in Draufsicht,

Fig. 14 zeigt Einzelheiten einer anderen Ausgestaltung in Draufsicht, Fig. 15 zeigt Teile einer weiteren Ausgestaltung in schräger Draufsicht,

Fig. 16 zeigt Teile einer weiteren Ausgestaltung in schräger Draufsicht,

Fig. 17 zeigt eine Auswahl von Teilen der Vorrichtung von Fig. 1 schräg von oben, Fig. 18,19 und 20 zeigen weitere Vorrichtungen in Draufsicht,

Fig.21 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung zur Nutzung der

Windenergie in Draufsicht,

Fig.22 zeigt eine Einzelheit aus Fig. 10 in größerem Maßstab in Draufsicht, Fig.23 zeigt eine Gesamtansicht einer Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig.24 zeigt eine Gesamtansicht einer weiteren Ausgestaltung der

Vorrichtung nach Fig. 1 ,

Fig. 25 zeigt Teile einer weiteren Ausgestaltung in Seitenansicht, Fig. 26 zeigt den Ausschnitt XXVI nach Fig. 25,

Fig.27 zeigt den Ausschnitt XXVII nach Fig.25,

Fig.28 zeigt eine Auswahl von Teilen einer Ausgestaltung der Vorrichtung in schräger Draufsicht,

Fig.29 zeigt eine Auswahl von Teilen einer Ausgestaltung der Vorrich- tung in Seitenansicht,

Fig.30 zeigt Einzelheiten einer Ausgestaltung nach den Fig. 28 und

29,

Fig. 31 zeigt eine Auswahl von Teilen einer Ausgestaltung der Vorrichtung in schräger Draufsicht, Fig. 32 zeigt eine Einzelheit aus Fig.31 ,

Fig. 33 zeigt Einzelheiten einer Ausgestaltung nach Fig. 31 ,

Fig. 34 zeigt Einzelheiten einer Ausgestaltung nach Fig. 31 ,

Fig. 35 zeigt Einzelheiten einer Ausgestaltung nach Fig. 31 ,

Fig. 36 zeigt eine Ausgestaltung von Teilen der Vorrichtung, Fig. 37 zeigt Teile einer Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 ,

Fig. 38 zeigt eine Gesamtansicht einer Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 in schräger Draufsicht,

Fig. 39 zeigt eine Gesamtansicht einer Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht, Fig.40 zeigt eine Einzelheit in größerem Maßstab,

Fig.41 - 47 zeigen weitere Vorrichtungen in Draufsicht,

Fig.48 zeigt die Vorrichtung nach Fig.47 in schräger Draufsicht,

Fig.49 zeigt eine Einzelheit in Seitenansicht, Fig. 50 zeigt eine Ausgestaltung der Vorrichtung in schräger Draufsicht,

Fig. 51 - 55 zeigen weitere Einzelheiten in Seitenansicht,

Fig. 56 - 58 zeigen Gesamtansichten von Ausgestaltungen der Vorrich- tung in Draufsicht,

Fig.59 - 62 zeigen weitere Vorrichtungen in Draufsicht,

Fig. 63 zeigt eine Einzelheit in Seitenansicht,

Fig. 64 zeigt eine weitere Vorrichtung in Draufsicht,

Fig. 65 zeigt eine Einzelheit nach Fig. 64 in Draufsicht, Fig. 66 - 68 zeigen Einzelheiten einer Ausgestaltung in Draufsicht,

Fig. 69 zeigt eine weitere Vorrichtung in Draufsicht,

Fig. 70 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 69 in schräger Draufsicht,

Fig. 71 und 72 zeigen weitere Vorrichtungen in schräger Draufsicht,

Fig. 73 zeigt eine weitere Vorrichtung in Draufsicht, und Fig. 74 zeigt Teile einer weiteren Vorrichtung in Draufsicht.

In einem ersten Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Elemente, wie in Fig. 1 dargestellt, zu einem Käfig 1 verbunden. Dieser Käfig 1 wird auf einem Sockel 2 gelagert, auf dem er rotiert. Außerdem ist der Käfig 1 an seiner Oberseite 3 gelagert. Die Lagerung ist in Fig.2, Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt. Wie in Fig. 2 zu sehen, ist auf dem Sockel 2 sowohl ein vertikal als auch ein horizontal ausgerichtetes Rad- Schiene-System montiert. In vertikaler Richtung ist die Schiene 4 angebracht, auf der in Abstand voneinander vertikal montierte Räder 5 laufen, die den Käfig 1 tragen. Die Schiene 4 ist entsprechend der Käfigform kreisförmig. Die in Fig.2 gezeigte horizontale Führung besteht aus der horizontal und vom Käfigmittelpunkt aus gesehen nach außen gerichteten Schiene 6, die im Schnitt dargestellt ist und den horizontal gelagerten Rädern 7, die sowohl im Schnitt als auch perspektivisch zu sehen sind.

Die obengenannten Rad-Schiene-Systeme sind in Fig. 4 detailliert dargestellt. Die Elemente 8, die den Käfig 1 bilden, stehen auf einer Leiste 9, die sowohl zur Lagerung 10 der Achsen 1 1 der vertikalen Räder 5 als auch zur Lagerung 12 der Achsen 13 der horizontalen Räder 7 dient. Die Leiste ist dazu mit den entsprechenden Aussparungen 14 und Löchern 15 versehen. Die Elemente 8 sind in so großem Abstand voneinander auf dem Käfig montiert, dass zwischen ihnen die Räder 5 oder 7 eingesetzt werden können. Zwischen den Elementen 8 sind abwechselnd je ein vertikales Rad 5 oder ein horizontales Rad 7angebracht. In Fig.5 ist die Lagerung an der Oberseite 3 dargestellt. Die Leiste 16 der Oberseite ist genauso aufgebaut wie die Leiste 9 der Unterseite. Analog zur Leiste 9 sind die Elemente 8 in der Leiste der Oberseite 16 gelagert. Hier wird zur Führung des Käfigs nur ein horizontales Rad-Schiene-System, eingesetzt, bei dem die Räder 17 an den Schienen (nicht dargestellt) der Oberseite laufen. Die Aussparungen 18 für die vertikal ausgerichteten Räder bleiben leer.

Wie in Fig. 6 zu sehen, können die Räder 52,55 alternativ auch am Sockel 2 befestigt sein und so die Lagerung bilden. Der Rotor 1 läuft dann mit seinem unteren Rand 56 direkt auf den Rollen 52,55. Schienen sind dann nicht mehr zwingend erforderlich, können aber vorteilhaft sein. Die an den Achsen 53,54 gelagerten Rollen 52,55 werden nicht mehr mit dem Rotor mitbewegt. Somit ist die bewegte Masse geringer und die Windenergie kann effizienter genutzt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Lagerung des Rotors 1 ist in den Fig.25, 26 und 27 dargestellt. Wie in dem Beispiel aus Fig. 6 sind die Räder am Sockel 2 befestigt. Die seitlichen Lagerungen 80, an denen die Achsen 81 der Räder 82 angeordnet sind, werden mit Federn 83 gehalten und horizontal geführt. Somit kann sich die Lagerung 80 an Formungenauigkeiten des Rotors 1 anpassen. In horizontaler Richtung weist die Führung 84 nach außen und nach innen Anschläge auf, die die Verschiebung der Lagerung 80 durch den Rotor 1 begrenzt. Die Räder sind mit Kugellagern 85 versehen, auf denen der untere Rand 56 des Rotors 1 läuft. Dieser kann sich auf den vertikal tragenden unteren Rädern 86 horizontal verschieben.

Auf der Innenseite des Rotors 1 ist zur Stabilisierung gegen Verkippung ein Ring 87 angeordnet. Auf der Innenseite des Rotors in der Vorrichtung stehen Säulen, an denen die Halterungen 88 befestigt sind. Diese greifen seitlich und von oben an den Ring 87 an. Es sind sechs solcher Halterungen 88 an den Säulen in gleichen Abständen voneinander vorgesehen.

In Fig.27 ist die Halterung 88 im Detail dargestellt. Sie ist von der Seite horizontal geführt und von einer Feder 89 gehalten. Analog zu dem obengenannten Beispiel weist die Führung 90 in horizontaler Richtung zwei Anschläge auf. An den Halterungen 88 sind je zwei Kugellager 85 angeordnet, von denen eine horizontal und eine vertikal von oben an den Ring angreift.

In den Fig.28 und 29 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Halterung für die Elemente 8 dargestellt, bei der die Elemente 8 nicht an ihrer Ober- und Unterseite, sondern ausschließlich an ihrer Mitte gehalten sind. Die Elemente 8 sind, wie in Fig. 30 gezeigt, an einem Ring 92 befestigt, der an einer kreisförmigen Haltefläche 91 horizontal drehbar gelagert ist. Zur besseren Stabilisierung ist am Ring 92 und an den Elementen ein Halteelement 98 angeordnet. Die Lagerung des Ringes 92 an der Haltefläche 91 weist ein Lagerungselement 93 auf, das durch Räder 94, 95, die an in der Haltefläche 91 befestigten Achsen 96,97 gelagert sind, gehalten wird. Somit kann der Ring 92 gemeinsam mit den Elementen gegenüber der festen Haltefläche 91 rotativ bewegt werden. Zur Sicherung gegen seitliches Verkippen sind die horizontal angeordneten Räder 94 mit einem Spurkranz versehen.

Ferner ist es vorstellbar, den Rotor 1 mit dem Haltering 92 an dem in den Fig. 18 - 20 und 59 - 60 gezeigten inneren Leitwänden zu befestigen. Eine Haltefläche 92 ist dann nicht notwendig.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Rotor 1 auf Schwimmkörpern 57 in einem mit Wasser gefüllten Becken 59 gelagert. Wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, ist das Becken 59 kreisförmig genau unter den Trägerleisten 9 des Rotors 1 angeordnet. Auf der Unterseite der Trägerleisten 9 sind die Schwimmkörper 57 befestigt. Eine gleichartige Lagerung ist auch für die in Fig. 11 gezeigte Vorrichtungsvariante möglich.

Im Folgenden wird dargestellt, wie die Bewegungsenergie des Rotors in elektrische Energie umgewandelt wird.

In Fig.3 ist ein Zahnrad zu sehen, durch das die Rotationsenergie des Käfigs 1 auf Generatoren 19 übertragen wird. Es besteht aus einem Zahnrad 20, das, wie auch in Fig.2 zu sehen, auf der Innenseite des Käfigs montiert ist, und einem Zahnritzel 21, das direkt an der Welle des Generators 19 sitzt. Durch Drehung des Käfigs wird das Zahnritzel 21 gedreht und der Generatoren 19 angetrieben.

Eine alternative Möglichkeit zur Übertragung der Rotationsenergie ist in Fig. 63 dargestellt. Die Elemente 8 sind dort an einem Ring 220 befestigt. Der Ring 220 selbst ist, wie auch in Fig. 64 zu sehen, seitlich von horizontal angeordneten Rädern 221 gehalten. Das Gewicht des Rotors 1 wird von Laufrädern 224, auf denen der Ring 220 läuft, getragen. Um den Ring herum sind mehrere solcher tragenden Laufräder 224 angeordnet. Die Laufräder 224 weisen Achsen 222 auf, die auf beiden Seiten jedes Rades 221 auf Lagern 223 gehalten sind und über eine Welle mit Generatoren 19 verbunden sind. Bei Drehung des Rotors 1 rollt der Ring 220 auf dem Laufrad 224 ab. Die somit erzeugte Rotationsenergie wird im Generator 19 in elektrische Energie umgewandelt. Eine analoge Energieumwandlung ist auch für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 möglich.

In Fig.9 ist in einem anderen Ausführungsbeispiel gezeigt, wie auf der Trägerleiste 9 , des Rotors 1 in gleichen Abständen voneinander Elektromagnete 60 angeordnet sind. Am Sockel 2 sind an der Innenseite des Rotors 1 Spulen 61 angeordnet, in die bei Drehung des Rotors 1 eine Spannung induziert wird. Die Spulen 61 sind in drei Gruppen 62 mit je drei Spulen 61 angeordnet. Der Abstand zwischen den Elektro- magneten 60 auf dem Rotor 1 ist größer als der Abstand von der ersten zur dritten Spule 61 einer Gruppe 62. Vorteilhaft induziert immer nur ein Magnet 60 Spannung in einer Spulengruppe 62. Weitere Anordnungen von Spulen 61 und Magneten 60 sind vorstellbar. Da es bei Verwendung von Elektromagneten nun möglich ist, die Bremswirkung mit der Stärke der Magnetfelder zu kontrollieren, kann der Rotor z.B. bei starkem Wind entsprechend stärker abgebremst werden, bei schwachem Wind werden entsprechend schwächere Magnetfelder angelegt.

Eine Ausführungsform der Elemente 8 ist in Fig. 12 abgebildet. Sind symmetrisch und im ganzen dreieckig, allerdings abgerundet, und weisen einen verengten Teil 32 und einen breiten Teil 33 auf. Die Flanken 34 und 35 auf den beiden Seiten sind die Anströmflächen. Die Bewegungsrichtung bei der Nutzung der Windenergie ist in Fig. 1 1 durch einen Pfeil 39 gekennzeichnet. Da die Elemente zwei Anströmflächen aufweisen, können sie sowohl auf den dem Wind zugewandten, als auch auf den dem Wind abgewandten Seiten Windenergie aufnehmen und zur Bewegung des Käfigs beitragen. Der Anteil des Luftstroms, der auf der dem Wind zu gerichteten Seite nicht genutzt wird, und so durch den Käfig dringt, wird auf der hinteren Seite genutzt.

Die in Fig. 74 dargestellten Elemente 8q weisen eine symmetrische Tropfenform auf. Vorteilhaft kann die aerodynamische Form auf der dem Wind zugekehrten und der dem Wind abgekehrten Seite des Rotors 1 zur Rotation beitragen.

Eine weitere Ausführungsform der Elemente 8 für die in den Fig. 28 und 29 gezeigte mittige Lagerung ist in Fig.36 dargestellt. Das Element 8 ist in ein Oberteil und ein Unterteil unterteilt, die durch ein Verbindungsteil 1 15 verbunden sind. Die Flächen vom Ober- und Unterteil können flach sein und sind vorzugsweise aus einer Bespannung aus Segeltuch gebildet. Das Verbindungsteil 1 15 dient ebenfalls zur Befestigung der Elemente.

In einer Weiterbildung sind zur Vergrößerung der Flächen 34,35 der Elemente 8 an deren Ecken zwischen den beiden Anströmflächen Bretter 63 an Gelenken 64 schwenkbar angeordnet. Wie in Fig. 13 zu sehen, ordnen sich die Bretter 63 bei Wind in zwei Stellungen 75,76 stabil an. Sie können durch Umklappen, dargestellt mit dem Pfeil 65, um die Gelenkachse 64 zwischen den Positionen 75 und 76 wechseln. Die Stellungen 75,76 werden so ausgerichtet, dass die Bretter 63 sich im wesentlichen parallel zu den mit Wind beaufschlagten Dreieckseiten 34,35 anordnen.

In einer anderen Weiterbildung wird in der Ecke 66 der Elemente ein elastisches Kunststoffbrett 67 eingespannt. In Fig. 14 ist mit den Pfeilen 68 gezeigt, wie sich das Brett 67, je nach Richtung der anströmenden Luft, verbiegt. Vorteilhaft ändert sich dann die Größe der direkt angeströmten Profilfläche in Abhängigkeit von der Windstärke, da die Verbiegung mit stärkerem Wind größer wird. Die Elemente 8 können gemeinsam mit den Brettern 67 mittels Koextrusion hergestellt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung werden die Elemente selbst, wie in Fig. 12 dargestellt, von Federn 41 gehalten. Durch die Verkippung der Elemente durch starken Wind kann die Belastung an den dem Wind zugewandten Elementen verringert und so eine größere Stabilität der Vorrichtung gewährleistet werden.

In den Figuren 41 bis 47 sind verschiedene Ausführungsformen der Elemente, die dort mit 8b bis 8g bezeichnet sind, und die entsprechenden Lagerungen und Führungen dargestellt.

In Fig. 41 sind an einem Lager 130 drehbar gelagerte flache Elemente 8b dargestellt, die sich je nach Strömungsrichtung s ausrichten. Ihre Auslenkung ist dabei von mit dem Rotor mitgeführten und auf dessen Außenseite neben den

Elementen angeordneten Haltern 131 begrenzt. Wenn sich die Elemente 8b entsprechend der Drehrichtung d des Rotors 1 gegen die Strömungsrichtung s bewegen, richten sie sich in Windrichtung aus.

In einer weiteren, in Fig.42 dargestellten, Ausführungsform sind flache Elemente 8c an einer Außenseite an einem viereckigen Holm 132 gelagert, der die Auslenkung der Elemente 8c nach außen an ihren Seiten 133 und 134 begrenzt. Entsprechend der Windrichtung s und der Drehrichtung d richten sich die Elemente 8c derart aus, dass die aufgenommene Strömungskraft zur Drehung des Rotors beiträgt oder diese nicht bremst. Die Elemente 8c werden vom strömenden Medium in den Anschlag der maximalen Auslenkung geschoben. Bei Wind als strömendem Medium können die Elemente 8c auch aus Segeltuch bestehen.

Ein Ausführungsbeispiel mit kreisförmigen Holmen 136 mit den Anschlagpunkten 135 und 137 ist in Fig.43 dargestellt. Die Elemente 8d sind in dem kreisförmigen Holm gelagert und richten sich wie oben beschrieben nach der Windrichtung s aus.

Die Fig. 44 zeigt eine weitere Ausführungsform der Elemente 8e als Extrusionsprofile, die in ihrer Mitte 138 drehbar gelagert sind. Die Elemente werden, wie unten beschrieben, einzeln gesteuert und je nach Stellung auf dem Rotor an die Windrichtung s angepasst. Auf der in Windrichtung rechten Seite stellen sich die Elemente 8e senkrecht zur Strömungsrichtung, da dies dort der Drehrichtung d des Rotors dient. Auf der linken Seite richten sie sich weitgehend parallel zu Strömungsrichtung s aus, um möglichst wenig die Drehung bremsende Strömungsenergie aufzunehmen. Die Stellung der Elemente 8e kann, z.B. durch eine parallele Ausrichtung zur Strömungsrichtung auch so gewählt sein, dass sich der Rotor nicht dreht. Dies kann dazu dienen, den Rotor, z.B. bei zu starkem Wind, in einer Ruheposition zu halten.

Der Rotor mit analoger Funktionsweise zu dem in Fig. 44 ist in Fig. 45 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind symmetrische Profile 8f eingesetzt. Vorteilhaft ist eine Drehung der Elemente um 180°, wie sie beim Ausführungsbeispiel in Fig.44 der linken Seite durchgeführt werden muss, hier nicht nötig.

Eine weitere Ausgestaltung der in Fig. 44 gezeigten Elemente 8e ist in Fig. 46 dargestellt. Die Elemente 8g sind nicht in Form von Extrusionsprofilen gebildet, sondern aus Segeltuch hergestellt.

In Fig. 62 sind Elemente 8p, die im Querschnitt eine aerodynamische Form von Flugzeugtragflächen aufweisen, dargestellt. Auf der im Querschnitt dickeren Seite der Tragflächenform sind die Elemente 8p an der mit 232 bezeichneten Stelle drehbar gelagert, damit sie sich in die jeweilige Windrichtung ausrichten können. Neben den Elementen 8p sind innere Anschläge 231 und äußere Anschläge 230 angeordnet, die die Drehbewegung der Elemente 8p begrenzen. Die Anschläge werden dabei derart angeordnet, dass die aufgrund der Tragflächenform auf die Elemente 8p ausgeübte Kraft einen möglichst großen Beitrag zur Rotation des Rotors 1 leistet.

Die Anschläge selbst können dabei auch verstellbar ausgebildet sein. Die in Fig. 65 dargestellten Anschläge 230a und 231a können mit einem pneumatischen Verstellsystem bewegt werden. Der Rotationsspielraum und die Ausrichtung des Elements 8p können somit, je nach Stellung des Elementes 8p auf dem Rotor 1 zum Wind auch während der Drehung verändert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 47 sind an dem Rotor vier Leisten 144 ange- ordnet auf denen je drei Elemente in einer festen Position befestigt sind. Die Leisten 142 werden während der Drehung des Rotors in die Drehrichtung d entsprechend der Windrichtung s um eine Achse 141 ausgerichtet. Vorteilhaft sind dadurch weniger Steuerungspunkte notwendig als bei den Beispielen aus den Fig. 44 - 46. In Fig. 48 ist ein Rotor nach Fig. 47 in Seitenansicht dargestellt. Oberhalb und unterhalb der Lagerung und Drehachse 141 sind je ein Satz von drei Elementen 8g an Leisten 142 angebracht.

In den Fig. 49 bis 55 sind in verschiedenen Ausführungsformen Elemente dargestellt, die Durchlassöffnungen für das strömende Medium haben. Ein solches in ein oberes und ein unteres Teil aufweisendes Element 8h ist in Fig.49 dargestellt. Es weist ein Halteteil 150 auf, das die beiden Teile verbindet und zur Lagerung dient. Das Element 8h besteht aus einem Rahmen 154, an dem Stangen 153 geführt sind, die Verschlussblätter 151 tragen. Diese können, wie in Fig. 51 c und d dargestellt, beweglich gelagert sein und sich an die Windstärke anpassen. Die maximale Auslenkung der Verschlussblätter 151 kann durch eine Begrenzung in der Lagerung gestaltet sein oder durch, wie in Fig. 51 d dargestellt, Seile 154 gehalten werden. Die Anordnung der Elemente 8h an einem Rotor ist in Fig. 50 dargestellt. Die Elemente 8h sind an dem Halteelement 150 drehbar an dem Rotor gelagert und können somit an die Windrichtung angepasst werden. Die Verschlussblätter 151 sind zum Halteelement 150 symmetrisch angeordnet.

In einem anderen Ausführungsbeispiel für ein Element mit Durchlässen ist in Fig.51 ein Element 8i mit festen Verschlussblättern 161 dargestellt. Eine weitere Ausgestaltung solcher Elemente 8k zeigt die Fig. 52, bei der Verschlussblätter 151 b in ihrer Mitte an einer Haltestange 153b fest an einem Rahmen 154b gelagert sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Verschlussblätter wie in Fig. 53 dargestellt entlang der mit einem Doppelpfeil H gezeigten Richtung ausgerichtet werden. Auf diese Weise können die Elemente 81 an die Stärke der Strömung an- gepasst werden.

In der Rg. 54 ist ein Element 8m gezeigt, bei dem zwischen symmetrischen Extrusi- onsprofilen 171 Durchlässe für das strömende Medium gebildet sind. Diese

Elemente 8m sind geeignet, von beiden Seiten Strömungsenergie aufzunehmen.

Das in Fig.55 gezeigte Element 8n ist mit Verschlussblätter 181 versehen, die zueinander wechselseitig verkippt in einem Rahmen 184 angeordnet sind. Auch mit dieser Anordnung kann von beiden Seiten der Elemente 8n Strömungsenergie aufgenommen werden.

Grundsätzlich können die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen der Elemente in dem Rotor miteinander kombiniert werden. Der Rotor weist dann unterschiedliche Elemente auf. Durch die Kombination der Vorteile der verschie- denen Elementformen kann die Vorrichtung dann einfacher an die wetterbedingten Strömungsbedingungen angepasst werden.

In einer anderen Ausgestaltungsform sind die Elemente 8 im Rotor 1 im Verhältnis zur Rotationsachse verkippt angeordnet. In Fig. 15 sind die Elemente 8 zur Kreis- form des Käfigs tangential verkippt dargestellt, in Fig. 16 zum Kreismittelpunkt hin nach innen verkippt. In beiden Fällen wird zusätzlich zu der Kraftkomponente, die den Rotor zum Drehen bringt, durch den Wind auf den Rotor eine Kraftkomponente in vertikaler Richtung zum Untergrund erzeugt und der Lauf des Rotors 1 somit stabilisiert. Bei einer Ausrichtung derart, dass die Kraftkomponente z.B. in einer der Schwerkraft entgegengesetzten Richtung wirkt, wird der Rotor leicht angehoben und es kann durch die geringere an der Lagerung anliegende Gewichtskraft die Reibung und damit der Verschleiß verringert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung können die Elemente 8 an ihrer Halterung im Rotor jeweils einzeln drehbar gelagert sein. Je nach Windrichtung und ihrer

Stellung auf dem Rotor können die Elemente 8 mit Hilfe eines in den Fig.34 und 35 dargestellten Ausrichtungssystem 99 horizontal gedreht werden. Die Lagerung eines Elements 8 ist dazu mit einem das Element umschließenden Zahnrad 1 1 1 versehen, in das ein mit einem Motor 1 13 zusammenwirkendes Zahnrad 1 12 seitlich eingreift. Der Motor 1 13 ist über das Halteglied 1 14 am Ring 92 befestigt. Mit Hilfe einer Steuerung kann durch den Motor 113 jedes Element 8 auch während der Drehung des Rotors kontinuierlich in gewünschte Positionen gebracht werden. Die Vorrichtung kann somit im Betrieb an die Windrichtung und -stärke sowie die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 1 angepasst werden. Eine mögliche Führung der Elemente ist in Fig. 44 im Verhältnis zur Strömungsrichtung dargestellt.

Insbesondere bei der aerodynamischen Form der Elemente spielt die Strömungs- geschwindigkeit eine große Rolle, denn die durch die Form erzeugte Auftriebskraft ist erst bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten relevant. Deshalb werden die einzelnen Elemente zum Anlaufen oder Abbremsen jeweils so ausgerichtet, dass sie einen möglichst großen Beitrag zu der jeweiligen Bewegung leisten. Ferner können die Elemente, falls die Vorrichtung z.B. wegen zu starken Windes nicht laufen soll, so ausgerichtet werden, dass der Rotor durch die Strömung möglichst wenig bewegt wird oder stillsteht.

In Fig.32 ist ein Element 8 mit dem Ausrichtungssystem 99 einzeln dargestellt. Die Anordnung solcher Elemente 8 mit dem Ausrichtungssystem 99 am Haltering 92 und an der Haltefläche 91 ist in Fig.31 dargestellt. Wie in Fig. 34 dargestellt, können die Elemente 8 auch die Querschnittsfläche eines Flügels aufweisen.

In Abb.33 ist ein Ausführungsbeispiel für die Lagerung der Elemente 8 am Haltering 92 dargestellt, bei der die die Elemente 8 tragenden Tragelemente 100 an ihren Außenseiten Lagerzapfen 101 aufeisen, die in Lagern 102 drehbar gelagert sind. Diese Lagerung ist zusammen mit dem Element 8 in Aussparungen in dem Ring 92 angeordnet. Die Lagerung des Halterings 92 an der Haltefläche 91 ist analog zu der Lagerung nach Fig.30 gestaltet.

Eine weitere Möglichkeit zur einzelnen Steuerung der Ausrichtung der Elemente 8p ist in Fig. 66 dargestellt. Die flügeiförmigen Elemente 8p sind an der Stelle 232 auf der im Querschnitt betrachteten dickeren Seite der Flügelform drehbar gelagert. An der Stelle 233 auf der anderen Seite der Flügelform ist das Element 8p mit einem Drahtseil gehalten, das über eine Feder 234 mit einem weiteren Drahtseil 235 verbunden ist. Die Ausrichtung des Elements 8p wird dadurch gesteuert, dass das Drahtseil 235 auf eine Welle 236 aufgerollt wird, die mit einem Elektromotor 237 verbunden ist. Durch Auf- und Abrollen des Stahlseils 235 wird das Element tangential zum Ring oder mehr radial ausgerichtet. Durch die Feder 234 können Schwankungen der Stärke der Strömung ausgeglichen werden.

Wie in Fig. 67 dargestellt, kann die Tragflächenform eines Elementes auch dadurch erreicht werden, dass es durch mehrere ineinander greifende, beschränkt zueinander verkippbare Einzelelemente 8r gebildet werden, die im Ganzen die auf einer Seite spitz zulaufende und auf der anderen Seite abgerundete Form von Tragflächen aufweisen. Die Elemente 8r können sich somit unter Bildung einer gebogenen Tragflächenform an die jeweilige, von der Position der Elemente 8r im Rotor während der Drehbewegung abhängige Windrichtung anpassen. Die vorteilhafte Ausbildung der gebogenen Tragflächenform kann somit sowohl auf der zur Windrichtung vorderen als auch auf der zur Windrichtung hinteren Seite gebildet werden. Die Auslenkung der Elemente 8r kann dabei über die oben beschriebene Halterung an der Stelle 233 über das Stahlseil 235 und den Elektromotor 237 gesteuert werden.

In Fig. 68 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Elemente 8r, wie oben bereits beschrieben, an der Stelle 232 drehbar gelagert sind, aber auf der im Querschnitt anderen Seite des Flügelprofils mit einer Halterung versehen sind, die ein Führungsrad 242 aufweist. Das Führungsrad 242 läuft je nach Ausrichtung zum Wind auf einer inneren Führungsschiene 241 oder einer äußeren Führungsschiene 240. Beim Übergang von der vorderen zur hinteren Seite wechselt das Führungsrad 242 von der inneren zur äußeren Führungsschiene 241 bzw.240 und umgekehrt.

In Fig. 11 ist ein Band 36 mit Elementen 8 und Umlenkrollen 37 dargestellt. Durch den Pfeil 38 wird die Windrichtung gezeigt und durch den Pfeil 39 die Bewegungsrichtung des Bandes bzw. die Drehrichtung der Umlenkrollen. Die Elemente bewegen sich in Richtung des breiteren Teils der Elemente. Durch diese Bewegung werden die Umlenkrollen 37 gedreht. Die Bewegung kann entweder direkt über eine Welle oder über ein Zahnkranz-Ritzel-System auf einen Generator übertragen werden.

In einer weiteren Ausgestaltung können vor dem Band 36 Leitwände 40 angebracht werden, die den Luftstrom 38 auf dem Bereich des Bandes 36 der zwischen den beiden Umlenkrollen 37 liegt, lenken. Dadurch wirkt der Luftstrom nur dort auf die Vorrichtung, wo die Anströmflächen optimal ausgerichtet sind. Außerdem wird durch die Leitwände 40 die Querschnittsfläche des aufnehmbaren Luftstromes vergrößert.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind außerhalb des Käfigs 1 zur Kreisform radial ausgerichtete Leitwände 22 angebracht. Die Wände dienen zur Fokussie- rung des Windes und zur Vergrößerung der Querschnittsfläche zur Windaufnahme. In dem Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 17 zu sehen, sind sechs solcher Wände in gleichem Abstand voneinander montiert. Die Leitwände 22 schließen auf der Käfigseite 23 nahezu mit dem Käfig ab, um eine optimale Zuleitung des Windes zu gewährleisten.

Zweckmäßigerweise sind die Leitwände 22 schwenkbar, um den Luftstrom zu den Elementen besser lenken zu können. Dazu werden an den Leitwänden Gelenke 25 und 26 angebracht, die die Leitwände in Wandelemente 27 und 28 aufteilen. Wie in Fig. 10 durch die Pfeile 29 und 30 gezeigt, können die Wandelemente 27 oder 28 durch Verschwenkung in andere Positionen gebracht werden.

In Fig. 18, 19, 20 und 59 sind Aufbaupositionen für fest installierte Leitwände 22 dargestellt. Zwischen den einzelnen Leitwänden 22 sind Freiräume 77, damit die Luft bei zu den Leitwänden 22 parallelem Einfall direkt auf den Rotor 1 treffen kann. Grundsätzlich ist die Anordnung so gewählt, dass der Luftstrom stets in radialer Richtung auf die Elemente 8 geführt wird, wobei es weitgehend keine Rolle spielt, aus welcher Richtung er kommt. Bei der Anordnung in Fig. 18 trifft der Luftstrom auf in Luftstromrichtung 78 linker Seite 69 ein anderes Profil als auf der rechten Seite 70. Auf der linken Seite 69 wird die Luft radial auf die Elemente geleitet. Dadurch wird die bremsende Wirkung auf der linken Seite 69 auf die breitere Seite der Elemente 8 verringert. Auf der rechten Seite 70 wird die Luft zur Be- schleunigung der mit dem Pfeil 79 gezeigten des Rotors 1 verstärkt tangential geführt. Ferner können Leitwände 200, wie in Fig. 59 gezeigt, auch tangential zum Rotor 1 ausgerichtet werden. Vorteilhaft wird die Strömung auf der Seite, wo sie die Drehung fördert, an die Elemente gebracht und auf der anderen Seite weggelenkt.

Fig. 73 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Wind durch Leitwände 240 der dem Wind zugewandten Seite auf den Rotor 1 fokussiert wird. Auf der dem Wind abgewandten rechten Seite ist eine Abschirmung 241 angeordnet. Diese dient dazu, an dieser Stelle zu verhindern, dass die Elemente 8p angeströmt werden. Sie würden dort eine Kraft auf den Rotor 1 ausüben, die entgegen dessen Drehrichtung wirkt. Eine solche Abschirmung 241 könnte auch auf der Innenseite des Rotors 1 angeordnet sein.

Fig. 60 zeigt Leitwände, die aus einem festen Teil 201 und einem beweglichen Teil 202 bestehen. Der bewegliche Teil 202 kann um eine Drehachse ausgerichtet werden, die auf der Rotor 1 abgewandten Seite der festen Teile 201 angeordnet ist. Die Ausrichtung der beweglichen Teile 202 der Leitwände kann entsprechend der Strömungsrichtung s auch mit Motoren, ggf. automatisch, eingestellt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 60 sind die äußeren beweglichen Leitwände 212 an ihrer Außenseite beweglich gelagert. Sie können zwischen zwei Anschlagpositionen, die durch die feststehenden inneren Wände 21 1 gebildet sind, bewegt werden und zwischen der Außenseite von je zwei Leitwänden 21 1 anschlagen. Bei dieser Art der Führung der Leitwände ist keine Steuerung notwendig. Die äußeren Leitwände 212 richten sich von selbst der Windrichtung S entsprechend aus.

Grundsätzlich kann die Ausrichtung der genannten beweglichen Leitwände steu- erbarsein. Die Leitwände können dazu mit Motoren, vorzugsweise Elektromotoren versehen sein.

Die Leitwände aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sollen bis zu einem Abstand vom Mittelpunkt des Rotors 1 installiert werden, der etwa dem doppelten Radius eines Rotors 1 entspricht. Die Führungswände müssen dabei außen nicht unbedingt auf einem gedachten Kreis enden. Auch sind verschiedene Anzahlen von Führungswänden denkbar. So können in Wohnvierteln viereckige Anordnungen der Endpunkte von Leitwänden optisch und energetisch interessant sein.

Vorteilhaft werden feststehende Führungswände unmittelbar in der Nähe des Rotors angeordnet, damit sie dort als Lager für den Rotor, und als Tragelement für Konstruktionsteile oder die Steuerungen dienen können. So können die Leitwände auch als Halterung für den oben für die Fig. 28 und 29 beschriebenen Rotor ver- wendet werden. Eine innere Haltefläche 91 und entsprechende Tragelemente für diese Haltefläche sind dann nicht mehr notwendig.

In Fig.21 ist ein Käfig mit schwenkbaren Elementen 42 dargestellt. Die Elemente 42 werden an den beiden äußeren Seiten 43 des Käfigs umgeschwenkt. Die EIe- mente sind drehbar gelagert und werden um die Achse 44 geschwenkt. Sie sind auf einer Seite 45 mit einem Führungsband 46 verbunden. Dieses wird auf der dem Wind zugewandten Seite in der inneren Hälfte 47 der Trägerleiste, auf der dem Wind abgewandten Seite in der äußeren Hälfte 48 geführt. Durch die Umlenkung des Führungsbandes zwischen den Positionen 47 und 48 an den äußeren Seiten 43, werden die Elemente 8 gedreht. Die Elemente 42 werden durch die Drehung sowohl in der dem Wind zugewandten als auch in der dem Wind abgewandten Seite so ausgerichtet, dass sie die Bewegung des Rotors 1 unterstützen. Die Wind- richtung ist durch die Pfeile 49 und die Drehrichtung des Käfigs 1 durch den Pfeil 50 dargestellt.

In einer weiteren Ausgestaltung wird der Luftstrom mit zwei Leitwänden 51 auf den Käfig 1 geleitet. Die beiden Leitwände 51 sind konvex geformt und symmetrisch zueinander montiert. Zwischen ihnen ist der Käfig 1 aufgestellt. Die Leitwände sind an den Seiten 43 des Käfigs montiert. Vorzugsweise ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass die Luftstromrichtung parallel zur Symmetrieachse zwischen den beiden Wänden 51 verläuft. In einer weiteren Ausgestaltung ist die gesamte Vorrichtung drehbar gelagert und kann so der Windrichtung angepasst werden.

In den Fig. 56 - 58 sind Möglichkeiten zur Anordnung mehrer Rotoren gezeigt. Dabei können die Rotoren hintereinander in Reihe oder parallel zueinander angeordnet werden. Hierbei sind die Fälle zu unterscheiden, bei denen die Strömung nur aus einer einzigen Richtung kommen und diejenigen, bei denen die Strömung aus zwei entgegengesetzten Richtungen kommen kann.

In Fig.56 sind ein rotierender Käfig 1 und ein Rotor mit an einem umlaufenden Band 36 geführten Elementen in Strömungsrichtung s hintereinander angeordnet. Zur Führung der Strömung ist auf der in Strömungsrichtung s linken Seite eine Leit- wand 201 angeordnet, die die Strömung so auf den Käfig richtet, dass die Elemente nicht entgegen ihrer Drehrichtung angeströmt werden. Dazu ist die Leitwand 201 auf der linken Seite dicht am Rotor geführt und umschließt ihn zumindest teilweise. Auf der gegenüberliegenden Seite dagegen ist die Leitwand 202 so geführt, dass die Strömung seitlich an den Rotor 1 herangeführt wird und dort die Elemente in Drehrichtung vorantreibt. Zur weiteren Gewinnung der verbleibenden Strömungsenergie wird die Strömung mit weiteren Leitwänden 200 auf die an einem umlaufenden Band 36 angeordneten Elemente geleitet.

Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Rotor 1 ist in den Fig. 69 und 70 für die Nutzung von Wasserenergie einzeln dargestellt. Der Rotor ist von Seitenwänden 201 und einer durch Träger 250 abgestützte Dachabdeckung 251 umgeben. Außerdem wird die Strömung s durch Rampen 252 zusätzlich zu dem Rotor 1 geführt.

In einem weiteren Beispiel in Fig. 57 sind drei Gruppen von parallel zueinander angeordneten Käfigen 1 a, 1 b und 1 c in Strömungsrichtung hintereinander angeord- net. Die Käfige drehen sich in zwei gegeneinander entgegengesetzten Richtungen dl und d2. Die erste von der Strömung getroffene Gruppe Ic weist vier Käfige auf. An den Außenseiten der Gruppe I c sind Leitwände 201 aufgestellt, die die gleichartig wie in dem in Rg. 56 gezeigten Beispiel wirken. In dem Bereich zwischen einem äußeren und einem inneren Käfig, trägt die Strömungsrichtung zur Drehung sowohl in Richtung dl als auch in Richtung d2 bei. Im Bereich zwischen den beiden inneren Käfigen würde die Strömung die Drehbewegungen bremsen. Deswegen wird die Strömung durch eine Leitwand 203 seitlich und die Drehbewegung fördernd auf die Käfige gelenkt. Analog zu den vorhergehenden Beispielen ist bei der folgenden Käfiggruppe 1 b zwischen den in Strömungsrichtung auf der rechten Seite liegenden Käfigen eine Leitwand 203 angeordnet, auf der rechten Seite eine Leitwand 202 und auf der linken Seite eine Leitwand 201. Ent- sprechend der Drehrichtung der beiden in der Käfiggruppe 1 a angeordneten Käfige sind an ihren Außenseiten Leitwände 201 angeordnet, die die Strömung von den entgegen ihrer Richtung bewegten Elementen wegleiten.

In einem anderen Ausführungsbeispiel, dargestellt in Rg. 58, sind die Leitwände so angeordnet, dass die Strömungsenergie in zwei Strömungsrichtungen sl und s2 aufgenommen werden kann. Die Leitwände sind dabei so angeordnet, dass sich die hintereinander in Gruppen Id, 1 e und If angeordneten Käfige stets in eine Drehrichtung dl bewegen. Damit die Strömung aus beiden Strömungsrichtungen stets so auf die Käfige trifft, dass sie die Drehung nicht abbremst, werden von beiden Seiten Leitwände 201 dicht an den Käfigen geführt. Entsprechend müssen auf beiden Seiten der Käfiggruppen solche Leitwände 203 angeordnet sein. Solche Anordnungen von Elementen sind z.B. für Gezeitenkraftwerke interessant, bei denen die Strömung bei Ebbe oder Flut aus entgegengesetzten Richtungen kommt.

In Fig. 23 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Vorrichtung zur Fokussie- rung der Luft mit Leitwänden 22 und einem Dach 24 um den Rotor 1 herum drehbar angeordnet ist. Das Dach wird dabei mit Stützträgern 72 gestützt. Wie detailliert in Rg.40 dargestellt, ist die gesamte Vorrichtung auf kreisförmigen Schienen 71 angeordnet, die auf am Untergrund 2 befestigten Rollen 73 geführt werden. Die Fokussierungsvorrichtung wird so in den Wind gefahren, dass die Öffnung senkrecht zur Windeinfallsrichtung ausgerichtet ist. Durch die dann rückseitige Öffnung stellt sich eine zusätzliche Sogwirkung ein.

In Fig. 24 ist gezeigt, wie die Vorrichtung auf Säulen als Stützträgern 74 gelagert sein kann. Die Fig.37 bis 39 zeigen eine weitere Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Fokussierung der Luft auf den Käfig 1 mit mittig befestigten Elementen 8. Die Elemente 8 sind den Fig. 28 bis 30 bzw. den Fig. 31 bis 35 entsprechend mittig an einem Haltering 92 befestigt und darüber an einer Haltefläche 91 gelagert. Die Haltefläche 91 wird von äußeren Stützträgern 1 17 und einem inneren Stützträger 121 getragen. Diese Stützträger 1 17 und 121 stehen auf einer kreisförmigen Ebene 1 18, die auf Säulen als Stützträgern 74 auf dem Untergrund gelagert ist. Die Haltefläche und die Elemente werden durch ein von Stützträgem 1 17 und 121 getragenem Dach mit Photovoltaikanlagen 1 16 nach oben hin abgedeckt. Wie in Fig. 38 dargestellt, wird die Vorrichtung mit Leitwänden 22 und einem Dach 24 versehen, die auf der kreisförmigen Ebene 1 18 rotativ in Windrichtung gedreht werden können. Unterhalb der kreisförmigen Ebene 1 18 können Parkplätze 1 19 oder Büroräume 120 angeordnet werden. Der erzeugte Strom kann direkt über eine Freileitung 122 von der Vorrichtung fortgeführt werden, wobei die Freilei- tungen 122 vorzugsweise von dem zentralen Stützträger 121 abgehen. Die Vorrichtung übernimmt somit zusätzlich die Funktion eines Strommastes.

In einer weiteren, in Fig. 71 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere der oben beschriebenen Rotoren in einem Turm übereinander ange- ordnet. Jeder Rotor hat dabei eine Höhe von etwa 40 m. Es sind 7 Rotoren übereinander angeordnet. Auf Höhe eines jeden Rotors kann dann die Windrichtung gemessen werden und die einzelnen Rotoren je nach Art der oben genannten Ausgestaltung nach dem Wind ausgerichtet werden. So können beispielsweise die Leitwände zum Wind gedreht werden oder/und die einzelnen Rotorblätter in den betreffenden Rotoren ausgerichtet werden.

Ferner kann ein solcher Turm auch auf einer Wasserkraftanlage gemäß den Fig. 69 und 70 aufgebaut werden. In Fig. 72 ist eine solche Anlage dargestellt, bei der im unteren Bereich die Strömungsenergie von Wasser, z.B. in einem Fluss oder Meeres- bereichen mit starker Strömung gewonnen werden kann und im Bereich über dem Wasser die Windenergie, in gleicher Weise wie in den Figuren 37 bis 39 und 72 gezeigten Ausführungsbeispielen genutzt werden kann. Zusätzlich können auf einer solchen Anlage ebenfalls Photovoltaikanlagen 116 angeordnet werden.

Vorteilhaft unterliegt eine solche multifunktionelle Vorrichtung weniger wetterbedingten Schwankungen, da durch die Möglichkeiten zur Energiegewinnung aus Wind-, Wasser- und Sonnenenergie auf verschiedene Energiequellen zurückgegriffen werden kann.

Außerdem kann der Innenraum von großen Anlagen teilweise dazu benutzt werden, Energie zu speichern, z.B. in Batterien oder Wasserstoff. Die gespeicherte Energie kann zur Füllung der Energielücken, z.B. in windarmen Zeitintervallen, genutzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Nutzung von Strömungsenergie, insbesondere Windenergie, mit langgestreckten umlaufenden Elementen (8;42), die der Strömung zugekehrte Anströmflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (8;42) parallel zueinander in Abständen zu einem rotierenden Käfig (1 ) oder zu einem an einer Führung umlaufenden Band (36), in dem sie Sprossen bilden, verbunden sind, dessen Rotationsachse bzw. Umlenkachsen quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist bzw. sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (8;42) jeweils zwei Anströmflächen aufweisen, von denen die eine beim Lauf an der der Strömung zugekehrten Seite des Rotors (1 ) bzw. Bandes (36) und die andere beim Lauf an der anderen Seite der Strömung zugekehrt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (8) eine im ganzen dreieckige, vorzugsweise symmetrische Querschnittsform haben, bei der die beiden Anströmflächen (34,35) zwei Seiten des Dreiecks bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anstrδmflächen beim Lauf des Rotors (1) bzw. Bandes (36) durch Drehung der Elemente (42;8b;8c;8d), vorzugsweise durch die Wirkung der Strömung, in die Ausrichtung zur Strömung schwenkbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (8) um eine zur Anströmfläche parallele Achse schwenkbar gelagert sind und in der Schwenkrichtung von Federn (41 ) gehalten sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente nur eine Anströmfläche aufweisen, die beim Lauf des Rotors bzw. Bandes durch Drehung der Elemente, vorzugsweise durch die Wirkung der Strömung, in die Ausrichtung zur Strömung schwenkbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (8) unabhängig voneinander schwenkbar sind und die Ausrichtung jedes Elements einzeln steuerbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine, vorzugsweise programmierbare, Steuerung zur automatischen, an Strömungsrichtung und/oder -stärke und/oder die

Rotationsgeschwindigkeit des Rotors angepassten Ausrichtung der Elemente (8) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (8) der Länge nach nahe ihrer Mitte am Rotor (1 ) gehalten sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Käfig (1 ) sowohl durch vertikal als auch durch horizontal angebrachte Räder (5,7;224,221 ) in einem Schienensystem gelagert ist und an der Unterseite des Käfigs eine vertikale (4) sowie eine horizontale Führung (6) und an der Oberseite eine horizontale Führung vorgesehen ist oder etwa in mittlerer Höhe des Käfigs (1 ) an dessen Innen- oder der Außenseite eine vertikale und eine horizontale Führung (220) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rad (5,7;221 ,224) mit einem Generator (19) gekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1 ) mit einem Zahnkranz (20) versehen ist und durch mindestens ein in dieses eingreifendes, vorzugsweise auf der Innenseite des Käfigs angebrachtes, Ritzel (21 ) mit mindestens einem Generator (19) gekoppelt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Rotors an seiner geometrischen Achse angeordnet ist und die Verbindung vom Rotor zur Lagerung vorzugsweise durch Verstrebungen gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Umlenkrolle (37) des genannten umlaufenden Bandes (36) mit einem Zahnkranz versehen ist und durch mindestens ein in dieses eingreifendes, insbesondere auf der Innenseite der Umlenkrolle angebrachtes, Ritzel mit mindestens einem Generator gekoppelt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (1 ) oder neben dem Rotor (1 ) Permanent- oder Elektro- magnete angeordnet sind und entsprechend auf der jeweils anderen Seite neben dem Rotor (1 ) bzw. am Rotor (1 ) Induktionsspulen angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung durch Leitwände (40) auf das umlaufende Band (36), vor- zugsweise auf den Bereich zwischen den Umlenkrollen, fokussiert ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerhalb des rotierenden Käfigs (1 ) mit auf die Mitte des Rotors hinzuführenden, im wesentlichen radial ausgerichteten Leitwänden (22) versehen ist, wobei vorzugsweise die Leitwände aus mehreren Gliedern bestehen, deren Ausrichtung durch Verdrehung an Gelenken (25;2ό), die zur Verbindung der einzelnen Glieder dienen, veränderbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) und die Wände (22) mit einem flach-kegelstumpfförmigen Dach (24) versehen sind, dessen untere, kleinere Kreisfläche im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Rotors ist und dessen obere, größere

Querschnittsfläche insbesondere die gleiche radiale Ausdehnung hat wie die Wände.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Käfige (1 ), vorzugsweise in einem Turm, übereinander angeordnet sind und vorzugsweise die unteren Käfige 1 zur Aufnahme von Wasserkraft und die oberen zur Aufnahme von Windenergie vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (24), die Leitwände (22) und/oder der Turm mit Anlagen (1 16) zur Gewinnung von Sonnenenergie versehen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Freileitungen (122) aufweist und die Freileitungen (122) vorzugsweise vom Dach (24) ausgehen.