WO2007118462A1 - Vorrichtung zur nutzung von strömungsenergie - Google Patents

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WO2007118462A1
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Konstantin Kelaiditis
Nikolas Kelaiditis
Alexis Kelaiditis
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Konstantin Kelaiditis
Nikolas Kelaiditis
Alexis Kelaiditis
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a device for the use of flow energy, in particular wind energy, with elongated circumferential elements, which have the flow facing inflow surfaces.
  • flow energy in particular wind energy
  • elongated circumferential elements which have the flow facing inflow surfaces.
  • Such devices are known in the form of wind turbines.
  • the invention has for its object to provide a further type of devices of the type mentioned.
  • the elements are connected in parallel to each other at intervals to a rotating cage or to a band circulating on a guide in which they form rungs, whose axis of rotation or deflection axes is or are arranged transversely to the flow direction.
  • the device according to the invention differs from the known wind wheels mainly by the direction of movement of the elements. These are parallel to themselves, usually horizontal, moving and rotating, unlike the wind turbine, not in a plane perpendicular to the flow direction.
  • the rotational movement is carried out in the invention rather of the cage or the band on which the elements are mounted.
  • Such a device allows a compact construction e.g. within a tower, so that at the same power the large land area, which occupy the well-known wind turbines, is not needed. Accordingly, the assembly and maintenance costs in the invention is lower. The environment is not disturbed by visible movement and changing shadow.
  • Elements each have two inflow surfaces, one of which is facing towards the flow on the facing side of the rotor or belt and the other during the run on the other side of the flow.
  • one side of the device is always facing the flow and one side is in relation to the flow behind the front elements.
  • a plurality of elements is arranged on the rotating cage or the circulating belt. Depending on the number and inflow surface of the elements, flow energy is thus absorbed on a large part of the flowed surface of the rotor or of the strip.
  • the elements may have an overall triangular, preferably symmetrical, shape in which the two inflow surfaces form two sides of the triangle.
  • the elements serving to increase the inflow surfaces on pivotable or elastic plates, which are arranged at the corner between the two Anstr ⁇ m lake of the element such that they align substantially parallel to the acted upon by the flow triangle side.
  • the elements can be adapted by this measure to the flow direction. Since boards are now used instead of the triangular profile shapes, the cost of materials is reduced in comparison to the other embodiment. In the elastic variant, the boards are bent by the flow and thus reduces the flow attack surface. This regulates the flow force applied to the elements themselves.
  • the elements have an aerodynamic shape in cross-section, in order to produce a buoyancy caused by this shape. effect on the flow-facing side, on the side facing away from the flow, or on both sides of the cage.
  • the elements themselves are intended to be pivotally mounted and held by springs in such a way that they give way in the case of strong flow, thereby reducing the load of the device on the elements. But it can be supplied to the rear elements and thus still be used as a major part of the flow.
  • the elements have passage openings, which are preferably elongated and arranged parallel to one another. At the openings fixed or movable, the passage openings at least partially closing closure sheets may be arranged.
  • the passage openings at least partially closing closure sheets may be arranged.
  • the opening angle of the shutter blades can be controllable.
  • the power extraction is then easier to control. Part of the flowing medium is guided in parallel. This results in less turbulence and the energy yield from the outgoing flow medium is larger.
  • the elements are arranged tilted in relation to the axis of rotation.
  • the flow also applies a vertical to the elements.
  • the elements themselves are intended to be pivotable so as to be aligned by a mechanism on the flow facing and the facing away from the flow.
  • the swivel angle corresponds to the triangular angles formed in the aforementioned embodiment between the two inflow surfaces.
  • Elements with an aerodynamic shape are pivoted at an angle in which the buoyant forces generated by the mold act. A combination of both is possible.
  • the pivoting can also take place wholly or partly by the flow itself. With an analogous pivoting elements can be provided as an alternative, which have only one inflow area. They are then pivoted by rotation in the orientation to the flow.
  • the device has a, preferably programmable, control for automatically aligned to the flow direction and / or strength and / or the rotational speed of the rotor alignment of the elements, each element aligned in each rotor position in each rotor position during the running of the rotor is that the force acting on the element optimally contributes to the rotation of the rotor.
  • the efficiency of the device can thus be further increased.
  • the elements may be aligned such that the rotational speed, e.g. To prevent overloading of the device in strong flow, controlled or the rotor is braked. If the rotor is to stand still, the elements are aligned so that the flow as little as possible or no rotor rotating force is applied.
  • the cage is supported and guided by wheels and guides on which the wheels run.
  • the guides can be formed by rails, but there are also simple rolling surfaces conceivable.
  • the cage On the base carrying the device, the cage is mounted vertically and horizontally.
  • the vertical bearing carries the weight of the cage.
  • the horizontal bearing holds the cage against the horizontal forces exerted by the wind on the cage. Accordingly, only a horizontal storage is provided at the top of the cage.
  • the wheels can be arranged on the rotor and the guide on the base. Alternatively, however, the wheels can also be arranged on the base and so on form the storage.
  • the rotor then has on its underside rails or guide surfaces which sit on the rollers. Accordingly, the rotor and pedestal can have both wheels and guide surfaces.
  • a single vertical and horizontal guide may be disposed on the inside or outside of the cage.
  • the guide for the wheels of the height of the cage is located near the center.
  • the guide can be arranged on the outside or inside.
  • the guide can be formed by a ring, which also serves as a fixture for the elements.
  • the axles of the wheels may be connected via a shaft to a generator which converts the rotational energy generated by the rotor at the wheels into electrical energy.
  • the rotor is provided with floats and arranged floating on them in a pool of water.
  • the bearing is virtually wear-free and the movement resistance is low.
  • such a leadership is much quieter.
  • the rotor is mounted with braces on an axis arranged on the axis of symmetry of the cylinder formed by the rotor.
  • circular carrier bars with a corresponding number of braces extending to the central axis are attached to the rotor for supporting or fastening the elements.
  • Combinations of the various storage possibilities are also provided, e.g. in the lower part of a wheel-rail storage and above the struts to protect against tilting in strong winds.
  • the cage is provided with a sprocket and coupled by at least one engaging in this, preferably mounted on the inside of the cage pinion with at least one generator.
  • a pulley of said revolving belt provided with a ring gear and by at least one engaging in this, preferably mounted on the inside of the pulley sprocket with at least be coupled to a generator.
  • the pulley could be connected to a generator, for example via a shaft and a gearbox.
  • Permanent electrodes or electromagnets are arranged on the base and induce an electrical voltage in induction coils arranged correspondingly on the other side next to the rotor or on the rotor.
  • induction coils arranged correspondingly on the other side next to the rotor or on the rotor.
  • the device is provided outside of the rotating cage with leading to the center of the rotor, substantially radially aligned baffles. These serve to focus the wind on the cage. This allows flows that run outside of the cage cross-sectional area to be directed onto the cage.
  • the baffles are placed in such a way that the flow is directed as possible radially on the rotor or the elements.
  • the baffles may therefore have different shapes on the sides which the flow encounters. Since the focus should be possible for all flow directions, the flow guides can be formed from a plurality of individual baffles.
  • the baffles may consist of a plurality of links connected by joints, the orientation of which can be changed by pivoting at the joints.
  • the position of the baffles is preferably controllable.
  • the orientation depends on the shape of the elements and is adjusted to the flow rate and rotational speed. It can also be changed during operation of the device, so that the guide walls can be brought into appropriate positions when the device starts or decelerates or changes in flow conditions.
  • the flow can be focused by baffles, preferably on the area between the pulleys. On the one hand, this increases the cross-sectional area of the absorbable flow. By focusing on the area between the pulleys but also a higher efficiency is achieved because the flow acts only there on the device where the flow surfaces are optimally aligned.
  • the rotor and the baffles are provided with a flat-truncated cone-shaped roof whose lower, smaller circular area substantially equal to the cross section of the rotor and the upper, larger cross-sectional area in particular has the same radial extent as the walls.
  • the roof increases the receiving cross section of the flow again in height.
  • the baffles are movably mounted together with the roof, so that they can be aligned according to the flow direction.
  • the entire device is mounted on carriers, e.g. Columns arranged at a distance from the ground.
  • a plurality of rotors can be arranged one above the other in the device. Accordingly, with the same base area of the device, flow energy can be absorbed over a greater height.
  • the rotors are then preferably arranged in a tower which is provided with adjustable baffles. If the device is constructed in bodies of water, the lower rotors may be provided for receiving hydropower and the upper ones for receiving wind energy.
  • the roof, the baffles and / or the tower with facilities for the production of solar energy, preferably photovoltaic systems, provided.
  • the device has overhead lines, with which the electrical energy obtained can be further transmitted directly from the device.
  • the overhead lines are preferably from the roof of the device.
  • the device can also take over the function of a power pole.
  • the interior can also be used for other purposes, e.g. for the conversion and storage of electrical energy (storage batteries, hydrogen) can be used. This further increases the effectiveness of the systems. Weather-related fluctuations can thus be compensated.
  • FIG. 1 shows an overall view of a first device for the use of wind energy
  • FIG. 2 shows a lower section of the apparatus of FIG. 1 on a larger scale
  • FIG. 3 shows a further lower section of the device according to FIG. 1 on the larger scale
  • Fig. 5 shows the detail V of FIG. 1 on a larger scale
  • Fig. 6 shows the detail IV of an embodiment of the apparatus of FIG. 1 in a larger scale
  • Fig. 7 shows the detail IV of a further embodiment of
  • Fig. 1 1 shows schematically a second device for the use of wind energy
  • FIG. 17 shows a selection of parts of the device of FIG. 1 obliquely from above
  • FIGS. 18, 19 and 20 show further devices in plan view
  • Fig.21 shows schematically another device for using the
  • FIG. 22 shows a detail from FIG. 10 on a larger scale in plan view
  • FIG. 23 shows an overall view of an embodiment of the device according to FIG. 1,
  • FIG. 24 shows an overall view of a further embodiment of the invention
  • FIG. 25 shows parts of a further embodiment in side view
  • FIG. 26 shows the detail XXVI according to FIG. 25, FIG.
  • FIG. 27 shows the section XXVII according to FIG.
  • FIG. 30 shows details of an embodiment according to FIGS. 28 and
  • FIG. 31 shows a selection of parts of an embodiment of the device in an oblique top view
  • FIG. 32 shows a detail from FIG.
  • FIG. 33 shows details of an embodiment according to FIG. 31, FIG.
  • FIG. 34 shows details of an embodiment according to FIG. 31, FIG.
  • FIG. 35 shows details of an embodiment according to FIG. 31, FIG.
  • Fig. 36 shows an embodiment of parts of the device
  • Fig. 37 shows parts of an embodiment of the device according to Fig. 1,
  • FIG. 38 shows an overall view of an embodiment of the device according to FIG. 1 in an oblique plan view
  • FIG. 39 shows an overall view of an embodiment of the device according to FIG. 1 in side view
  • FIG. 40 shows a detail on a larger scale
  • FIGS. 41-47 show further devices in plan view
  • Fig.49 shows a detail in side view
  • 50 shows an embodiment of the device in an oblique plan view
  • FIGS. 59-62 show further devices in plan view
  • Fig. 63 shows a detail in side view
  • FIG. 64 shows a further device in plan view
  • FIG. 65 shows a detail according to FIG. 64 in plan view
  • FIGS. 66-68 show details of an embodiment in plan view
  • FIG. 69 shows a further device in plan view
  • FIG. 70 shows the device according to FIG. 69 in an oblique plan view
  • Fig. 73 shows a further device in plan view
  • Fig. 74 shows parts of another device in plan view.
  • FIGS. 2, 4 and 5 As can be seen in Fig. 2, both a vertically and a horizontally oriented wheel-rail system is mounted on the base 2. In the vertical direction, the rail 4 is mounted on the run vertically spaced wheels 5, which carry the cage 1.
  • the rail 4 is circular in accordance with the cage shape.
  • the horizontal guide shown in Figure 2 consists of the horizontally and viewed from the center of the cage outwardly directed rail 6, which is shown in section and the horizontally mounted wheels 7, which are seen both in section and in perspective.
  • the above wheel-rail systems are shown in detail in FIG.
  • the strip is provided with the corresponding recesses 14 and holes 15.
  • the elements 8 are mounted on the cage at such a great distance from each other that the wheels 5 or 7 can be inserted between them. Between the elements 8, a vertical wheel 5 or a horizontal wheel 7 are alternately mounted.
  • Figure 5 is the storage shown at the top 3.
  • the bar 16 of the top is the same structure as the bar 9 of the bottom. Analogous to the bar 9, the elements 8 are mounted in the bar of the top 16.
  • only a horizontal wheel-rail system is used to guide the cage, in which the wheels 17 on the rails (not shown) of the top run.
  • the recesses 18 for the vertically oriented wheels remain empty.
  • the wheels 52,55 may alternatively be attached to the base 2 and so form the storage.
  • the rotor 1 then runs with its lower edge 56 directly on the rollers 52,55. Rails are then no longer mandatory, but can be beneficial.
  • the mounted on the axes 53,54 rollers 52,55 are no longer moved with the rotor. Thus, the moving mass is lower and the wind energy can be used more efficiently.
  • FIG.25, 26 and 27 Another embodiment of the bearing of the rotor 1 is shown in Figs.25, 26 and 27.
  • the wheels are fixed to the base 2.
  • the lateral bearings 80, on which the axes 81 of the wheels 82 are arranged, are held by springs 83 and guided horizontally.
  • the bearing 80 can adapt to shape inaccuracies of the rotor 1.
  • the guide 84 In the horizontal direction, the guide 84 has outwardly and inwardly stops, which limits the displacement of the bearing 80 by the rotor 1.
  • the wheels are provided with ball bearings 85 on which the lower edge 56 of the rotor 1 runs. This can move horizontally on the vertically supporting lower wheels 86.
  • a ring 87 is arranged to stabilize against tilting.
  • columns to which the brackets 88 are attached are attached. These attack laterally and from above to the ring 87.
  • the holder 88 is shown in detail. It is guided horizontally from the side and held by a spring 89. Analogous to the example mentioned above, the guide 90 has two stops in the horizontal direction. On the brackets 88 two ball bearings 85 are arranged, one of which acts horizontally and vertically from above to the ring.
  • FIGS. 28 and 29 show another embodiment of a holder for the elements 8, in which the elements 8 are not at their top and bottom, but are held exclusively at their center.
  • the elements 8 are, as shown in Fig. 30, fixed to a ring 92 which is rotatably supported horizontally on a circular support surface 91.
  • a holding element 98 is arranged on the ring 92 and on the elements.
  • the mounting of the ring 92 on the support surface 91 has a bearing element 93 which is held by wheels 94, 95 which are mounted on axes 96, 97 fixed in the support surface 91.
  • the ring 92 can be rotatably moved together with the elements relative to the fixed support surface 91.
  • the horizontally arranged wheels 94 are provided with a flange.
  • the rotor 1 is mounted on floats 57 in a basin 59 filled with water.
  • the basin 59 is arranged in a circle exactly below the carrier strips 9 of the rotor 1.
  • the floats 57 are attached.
  • a similar storage is also possible for the device variant shown in Fig. 11.
  • the following shows how the kinetic energy of the rotor is converted into electrical energy.
  • a gear is seen, through which the rotational energy of the cage 1 is transmitted to generators 19. It consists of a gear 20, which, as can be seen in Figure 2, is mounted on the inside of the cage, and a pinion 21, which sits directly on the shaft of the generator 19. By rotation of the cage, the pinion 21 is rotated and the generators 19 driven.
  • FIG. 63 An alternative way of transmitting the rotational energy is shown in FIG. 63.
  • the elements 8 are fastened there to a ring 220.
  • the ring 220 itself is, as also seen in Fig. 64, held laterally by horizontally disposed wheels 221.
  • the weight of the rotor 1 is carried by wheels 224 on which the ring 220 runs.
  • Around the ring a plurality of such supporting wheels 224 are arranged.
  • the wheels 224 have axes 222, which are held on bearings 223 on both sides of each wheel 221 and are connected via a shaft with generators 19.
  • the ring 220 rolls up the impeller 224 from.
  • the rotational energy thus generated is converted in the generator 19 into electrical energy.
  • An analogous energy conversion is also possible for the embodiment according to FIG. 6.
  • Figure 9 is shown in another embodiment, as are arranged on the support bar 9, the rotor 1 at equal intervals from each other electromagnet 60.
  • coils 61 are arranged on the inside of the rotor, in which a voltage is induced upon rotation of the rotor 1.
  • the coils 61 are arranged in three groups 62, each with three coils 61.
  • the distance between the electromagnets 60 on the rotor 1 is greater than the distance from the first to the third coil 61 of a group 62.
  • only one magnet 60 induces voltage in one coil group 62.
  • Further arrangements of coils 61 and magnets 60 are imaginable. Since it is now possible, with the use of electromagnets, to control the braking effect with the strength of the magnetic fields, the rotor may e.g. In strong wind braked accordingly stronger, in weak wind correspondingly weaker magnetic fields are created.
  • FIG. 12 An embodiment of the elements 8 is shown in FIG. 12.
  • the flanks 34 and 35 on the two sides are the inflow surfaces.
  • the direction of movement when using the wind energy is indicated in Fig. 1 1 by an arrow 39. Since the elements have two inflow surfaces, they can absorb wind energy both on the windward and windward sides and contribute to the movement of the cage.
  • the portion of the air flow which is not used on the windward side, and thus penetrates through the cage, is used on the rear side.
  • the elements 8q shown in FIG. 74 have a symmetrical drop shape.
  • the aerodynamic shape on the windward and the windward side of the rotor 1 contribute to the rotation.
  • FIG.36 Another embodiment of the elements 8 for the central storage shown in Figs. 28 and 29 is shown in Fig.36.
  • the element 8 is divided into an upper part and a lower part, which are connected by a connecting part 15 1.
  • the surfaces of the upper and lower part can be flat and are preferably made of one Cover made of canvas.
  • the connecting part 1 15 also serves to fasten the elements.
  • an elastic plastic board 67 is clamped in the corner 66 of the elements.
  • the arrows 68 show how the board 67 bends, depending on the direction of the incoming air.
  • the size of the directly impacted profile surface then changes as a function of the wind strength, since the bending becomes greater with stronger wind.
  • the elements 8 can be manufactured together with the boards 67 by means of coextrusion.
  • the elements themselves, as shown in Fig. 12, held by springs 41.
  • the load on the wind-facing elements can be reduced and thus greater stability of the device can be ensured.
  • FIGS. 41 to 47 show various embodiments of the elements designated therein as 8b to 8g and the corresponding bearings and guides.
  • rotatably mounted flat elements 8b are shown on a bearing 130, which align depending on the flow direction s. Their deflection is carried along by the rotor and on its outside next to the
  • Elements arranged holders 131 limited. When the elements 8b move in the direction of flow s according to the direction of rotation d of the rotor 1, they align in the wind direction.
  • flat members 8c are mounted on an outer side of a square spar 132 which limits the deflection of the members 8c outwardly on their sides 133 and 134.
  • the elements 8c are directed in this way that the absorbed flow force contributes to the rotation of the rotor or does not brake.
  • the elements 8c are pushed by the flowing medium in the stop of the maximum deflection. In the case of wind as a flowing medium, the elements 8c can also be made of canvas.
  • FIG.43 An embodiment with circular bars 136 with the attachment points 135 and 137 is shown in Fig.43.
  • the elements 8d are mounted in the circular spar and are oriented as described above for the wind direction s.
  • FIG. 44 shows a further embodiment of the elements 8e as extrusion profiles, which are rotatably mounted in their middle 138.
  • the elements are individually controlled as described below and adapted to the wind direction s, depending on their position on the rotor.
  • the elements 8e are perpendicular to the flow direction, since this is there the direction of rotation d of the rotor.
  • On the left side they align themselves largely parallel to the flow direction s in order to absorb as little as possible the rotation-braking flow energy.
  • the position of the elements 8e may be, e.g. also be chosen so that the rotor does not rotate by a parallel orientation to the flow direction. This may serve to drive the rotor, e.g. in too strong wind to keep in a rest position.
  • FIG. 45 The rotor with analogous operation to that in FIG. 44 is shown in FIG. 45.
  • symmetrical profiles 8f are used.
  • FIG. 44 A further embodiment of the elements 8e shown in FIG. 44 is shown in FIG.
  • the elements 8g are not formed in the form of extrusion profiles, but made of canvas.
  • elements 8p having an aerodynamic shape of aircraft wings in cross-section are shown.
  • the elements 8p are rotatably mounted at the point indicated at 232 so that they can align themselves in the respective wind direction.
  • inner stops 231 and outer stops 230 are arranged which limit the rotational movement of the elements 8p. The attacks are arranged such that due to the wing shape on the Elements 8p exerted force makes the largest possible contribution to the rotation of the rotor 1.
  • the attacks themselves can also be designed adjustable.
  • the stops 230a and 231a shown in Fig. 65 can be moved by a pneumatic adjusting system.
  • the rotational latitude and the orientation of the element 8p can thus be changed depending on the position of the element 8p on the rotor 1 to the wind and during rotation.
  • FIG. 47 shows a rotor according to FIG. 47 in a side view. Above and below the storage and rotation axis 141 are each a set of three elements 8g attached to strips 142.
  • FIGS. 49 to 55 show, in various embodiments, elements having passage openings for the flowing medium.
  • Such an upper and lower member 8h is shown in FIG. It has a holding part 150 which connects the two parts and serves for storage.
  • the element 8h consists of a frame 154, on which rods 153 are guided, the shutter blades 151 carry. These can, as shown in Fig. 51 c and d, be movably mounted and adapt to the wind force.
  • the maximum deflection of the shutter blades 151 may be formed by a limitation in the bearing or by, as shown in Fig. 51 d, ropes 154 are held.
  • the arrangement of the elements 8h on a rotor is shown in FIG.
  • the elements 8h are rotatably mounted on the holding element 150 on the rotor and can thus be adapted to the wind direction.
  • the shutter blades 151 are arranged symmetrically to the holding element 150.
  • an element 8i with fixed closure leaves 161 is shown in FIG.
  • a further embodiment of such elements 8k is shown in FIG. 52, in which closure sheets 151b are mounted in their center on a support rod 153b fixed to a frame 154b.
  • the shutter blades may be aligned along the direction shown by a double arrow H as shown in FIG become. In this way, the elements 81 can be adapted to the magnitude of the flow.
  • FIG. 54 An element 8m is shown in FIG. 54, in which passages for the flowing medium are formed between symmetrical extrusion profiles 171.
  • Elements 8m are suitable to absorb flow energy from both sides.
  • the element 8n shown in Fig.55 is provided with shutter blades 181 mutually tilted in a frame 184 are arranged. Even with this arrangement, flow energy can be absorbed from both sides of the elements 8n.
  • the various embodiments of the elements described above in the rotor can be combined with each other.
  • the rotor then has different elements.
  • the device can then be more easily adapted to the weather-related flow conditions.
  • the elements 8 are arranged tilted in the rotor 1 in relation to the axis of rotation.
  • the elements 8 are shown tangentially tilted to the circular shape of the cage, tilted in Fig. 16 to the circle center point inwardly.
  • a force component is generated in the vertical direction to the ground by the wind on the rotor and thus stabilized the run of the rotor 1.
  • the rotor is slightly raised and it can be reduced by the lower weight applied to the bearing, the friction and thus the wear.
  • the elements 8 can be mounted individually rotatable on their support in the rotor. Depending on the wind direction and their
  • the elements 8 can be rotated horizontally by means of an alignment system 99 shown in FIGS. 34 and 35.
  • the storage of an element 8 is provided with an element enclosing gear 1 1 1, in which a cooperating with a motor 1 13 gear 1 12 laterally engages.
  • the motor 1 13 is attached via the holding member 1 14 on the ring 92.
  • each element 8 can be continuously brought into desired positions by the motor 113 during the rotation of the rotor.
  • the Device can thus be adapted in operation to the wind direction and strength and the rotational speed of the rotor 1.
  • a possible guidance of the elements is shown in FIG. 44 in relation to the flow direction.
  • the flow velocity plays a major role, because the buoyancy force generated by the shape is relevant only at higher flow velocities. Therefore, the individual elements to start or deceleration are each aligned so that they make the greatest possible contribution to the respective movement. Further, if the device is e.g. due to strong wind should not run, be aligned so that the rotor is moved as little as possible by the flow or stands still.
  • FIG. 32 an element 8 with the alignment system 99 is shown individually.
  • the arrangement of such elements 8 with the alignment system 99 on the retaining ring 92 and on the retaining surface 91 is shown in Fig.31.
  • the elements 8 may also have the cross-sectional area of a wing.
  • Fig.33 an embodiment for the storage of the elements 8 is shown on the retaining ring 92, in which the elements 8 carrying support members 100 aufeisen on their outer sides bearing pin 101, which are rotatably mounted in bearings 102.
  • This bearing is arranged together with the element 8 in recesses in the ring 92.
  • the mounting of the retaining ring 92 on the support surface 91 is designed analogous to the storage of Fig.30.
  • FIG. 8 Another way to individually control the orientation of the elements 8p is shown in FIG.
  • the wing-shaped elements 8p are rotatably mounted at the point 232 on the viewed in cross-section thicker side of the wing shape.
  • the element 8p is held with a wire rope, which is connected via a spring 234 with another wire rope 235.
  • the orientation of the element 8p is controlled by winding the wire rope 235 onto a shaft 236 connected to an electric motor 237. By rolling up and unwinding the steel cable 235, the element is aligned tangentially to the ring or more radially.
  • the spring 234 fluctuations in the strength of the flow can be compensated.
  • the airfoil shape of an element can also be achieved by being limited by a plurality of interlocking ones individual elements 8r which can be tilted relative to one another are formed, which as a whole have the shape of wings tapered on one side and rounded on the other side.
  • the elements 8r can thus adapt to form a curved wing shape to the respective, depending on the position of the elements 8r in the rotor during the rotational movement wind direction.
  • the advantageous embodiment of the curved airfoil shape can thus be formed both on the front wind direction and on the rear side to the wind direction.
  • the deflection of the elements 8r can be controlled via the holder described above at the point 233 via the steel cable 235 and the electric motor 237.
  • a further embodiment is shown, in which the elements 8r, as already described above, are rotatably mounted at the point 232, but are provided on the cross-sectionally different side of the wing profile with a holder having a guide wheel 242.
  • the guide wheel 242 runs on an inner guide rail 241 or an outer guide rail 240 depending on the orientation to the wind. In the transition from the front to the rear side, the guide wheel 242 changes from the inner to the outer guide rail 241 or 240 and vice versa.
  • a belt 36 with elements 8 and pulleys 37 is shown.
  • the wind direction is shown and by the arrow 39, the direction of movement of the belt or the direction of rotation of the pulleys.
  • the elements move in the direction of the wider part of the elements.
  • the pulleys 37 are rotated.
  • the movement can be transmitted either directly via a shaft or via a sprocket and pinion system to a generator.
  • baffles 40 can be mounted in front of the belt 36, which guide the air flow 38 on the region of the belt 36 which lies between the two deflection rollers 37. As a result, the air flow acts only there on the device where the flow surfaces are optimally aligned. In addition, by the baffles 40, the cross-sectional area of the absorbable air flow is increased.
  • radially oriented guide walls 22 are mounted outside of the cage 1 to the circular shape.
  • the walls are used to focus the wind and to increase the cross-sectional area for wind absorption.
  • six such walls are equidistantly mounted.
  • the baffles 22 close on the Cage side 23 almost with the cage from, to ensure optimum supply of the wind.
  • the baffles 22 are pivotable to better direct the flow of air to the elements can.
  • These joints 25 and 26 are attached to the baffles, which divide the baffles in wall elements 27 and 28. As shown in Fig. 10 by the arrows 29 and 30, the wall elements 27 or 28 can be brought by pivoting in other positions.
  • Figs. 18, 19, 20 and 59 mounting positions for fixed baffles 22 are shown. Free spaces 77 are provided between the individual guide walls 22 so that the air can strike the rotor 1 directly when the incidence is parallel to the guide walls 22.
  • the arrangement is chosen so that the air flow is always guided in the radial direction of the elements 8, wherein it does not matter largely, from which direction he comes.
  • the air flow strikes a different profile in the air flow direction 78 on the left side 69 than on the right side 70. On the left side 69 the air is directed radially onto the elements. As a result, the braking effect on the left side 69 is reduced to the wider side of the elements 8.
  • FIG. 73 shows another embodiment in which the wind is focused on the rotor 1 by guide walls 240 of the windward side.
  • a shield 241 is arranged on the right side facing away from the wind. This serves to prevent at this point that the elements 8p are flown. There they would exert a force on the rotor 1, which acts counter to the direction of rotation.
  • Such a shield 241 could also be arranged on the inside of the rotor 1.
  • FIG. 60 shows baffles consisting of a fixed part 201 and a movable part 202.
  • the movable part 202 can be aligned about an axis of rotation which is arranged on the rotor 1 side facing away from the fixed parts 201.
  • the orientation of the moving parts 202 of the baffles can also be adjusted according to the flow direction s with motors, if necessary automatically.
  • the outer movable baffles 212 are movably mounted on its outer side. You can between two stop positions, which are formed by the fixed inner walls 21 1, are moved and strike between the outside of two baffles 21 1. In this type of leadership of the baffles no control is necessary.
  • the outer baffles 212 align themselves from the wind direction S accordingly.
  • the baffles can be provided with motors, preferably electric motors.
  • baffles of the embodiments described above are to be installed up to a distance from the center of the rotor 1, which corresponds approximately to twice the radius of a rotor 1.
  • the guide walls do not necessarily end outside on an imaginary circle. Also, different numbers of guide walls are conceivable. Thus, in residential neighborhoods, quadrangular arrangements of the end points of baffles can be optically and energetically interesting.
  • fixed guide walls are arranged directly in the vicinity of the rotor, so that they can serve there as a bearing for the rotor, and as a support element for structural parts or the controls.
  • the baffles can also be used as a holder for the rotor described above for FIGS. 28 and 29. An inner support surface 91 and corresponding support elements for this support surface are then no longer necessary.
  • a cage with pivotable elements 42 is shown.
  • the elements 42 are pivoted on the two outer sides 43 of the cage.
  • the elements are rotatably mounted and are pivoted about the axis 44. They are connected on one side 45 with a guide band 46. This is performed on the side facing the wind in the inner half 47 of the carrier strip, on the side facing away from the wind in the outer half 48.
  • the elements 8 are rotated.
  • the elements 42 are aligned by rotation in both the windward and windward sides to assist movement of the rotor 1.
  • the wind direction is shown by the arrows 49 and the direction of rotation of the cage 1 by the arrow 50.
  • the air flow with two guide walls 51 is passed to the cage 1.
  • the two baffles 51 are convex shaped and mounted symmetrically to each other. Between them the cage 1 is placed.
  • the baffles are mounted on the sides 43 of the cage.
  • the device is constructed so that the air flow direction is parallel to the symmetry axis between the two walls 51.
  • the entire device is rotatably mounted and can be adapted to the wind direction.
  • FIGS. 56-58 possibilities for the arrangement of several rotors are shown.
  • the rotors can be arranged one behind the other in series or parallel to each other.
  • a rotating cage 1 and a rotor with elements guided on a circulating belt 36 are arranged one behind the other in the flow direction s.
  • a guide wall 201 is arranged on the left side in the flow direction s, which directs the flow onto the cage so that the elements are not flown against their direction of rotation.
  • the guide wall 201 is guided on the left side close to the rotor and surrounds it at least partially.
  • the guide wall 202 is guided so that the flow is brought laterally to the rotor 1 and there drives the elements in the direction of rotation.
  • the flow is passed with further guide walls 200 on the arranged on a rotating belt 36 elements.
  • FIGS. 69 and 70 An exemplary embodiment of such a rotor 1 is shown individually in FIGS. 69 and 70 for the use of water energy.
  • the rotor is surrounded by side walls 201 and a roof cover 251 supported by supports 250.
  • the flow s is guided by ramps 252 in addition to the rotor 1.
  • FIG. 57 In a further example in FIG. 57, three groups of cages 1 a, 1 b and 1 c arranged parallel to one another are arranged one behind the other in the flow direction.
  • the cages rotate in two opposite directions dl and d2.
  • the first flow group Ic has four cages.
  • baffles 201 On the outsides of the group I c baffles 201 are placed, the which act in the same way as in the example shown in FIG. 56.
  • the flow direction contributes to the rotation in both the direction dl and d2.
  • the flow would slow down the rotational movements. Therefore, the flow is directed by a baffle 203 laterally and the rotational movement promotional on the cages.
  • a guide wall 203 is arranged in the following group of cages 1 b between the cages lying in the flow direction on the right side, a guide wall 202 on the right side and a guide wall 201 on the left side.
  • baffles 201 are arranged on their outer sides, which divert the flow of the elements moving counter to their direction.
  • the baffles are arranged so that the flow energy can be absorbed in two flow directions sl and s2.
  • the baffles are arranged so that the cages arranged behind one another in groups Id, 1 e and If always move in a direction of rotation d 1. So that the flow from both directions of flow always hits the cages in such a way that it does not slow down the rotation, guide walls 201 are guided close to the cages on both sides. Accordingly, such baffles 203 must be arranged on both sides of the cage groups.
  • Such arrangements of elements are e.g. interesting for tidal power plants, where the current comes from opposite directions at low tide or high tide.
  • FIG. 23 shows an exemplary embodiment in which the device for focusing the air with guide walls 22 and a roof 24 is arranged to be rotatable about the rotor 1.
  • the roof is supported by support beams 72.
  • the entire apparatus is arranged on circular rails 71 which are guided on rollers 73 fastened to the ground 2.
  • the focusing device is driven in the wind so that the opening is oriented perpendicular to the wind direction of arrival. The then back opening creates an additional suction effect.
  • FIGS. 37 to 39 show a further embodiment of a device for focusing the air on the cage 1 with centrally mounted elements 8.
  • the elements 8 are correspondingly centered on a retaining ring in FIGS. 28 to 30 and FIGS 92 attached and stored on a holding surface 91 above.
  • the support surface 91 is supported by outer support beams 1 17 and an inner support bracket 121.
  • These support beams 1 17 and 121 are on a circular plane 1 18, which is mounted on columns as support beams 74 on the ground.
  • the support surface and the elements are covered by a supported by Stitzträgem 1 17 and 121 roof with photovoltaic systems 1 16 upwards.
  • Stützträgem 1 17 and 121 roof with photovoltaic systems 1 16 upwards.
  • the device is provided with baffles 22 and a roof 24 which can be rotatably rotated on the circular plane 1 18 in the wind direction. Parking spaces 1 19 or offices 120 can be arranged below the circular level 1 18.
  • the generated current can be continued directly from the device via an overhead line 122, the free lines 122 preferably leaving the central support beam 121. The device thus assumes the additional function of a power pole.
  • a plurality of the rotors described above are arranged one above the other in a tower.
  • Each rotor has a height of about 40 m.
  • the wind direction can be measured and the individual rotors are aligned depending on the nature of the above-mentioned embodiment of the wind.
  • the baffles can be turned to wind or / and the individual rotor blades are aligned in the respective rotors.
  • FIG. 72 shows such a system in which the flow energy of water, e.g. can be obtained in a river or marine areas with strong current and in the area above the water, the wind energy can be used in the same manner as in the figures 37 to 39 and 72 embodiments shown.
  • photovoltaic systems 116 can also be arranged on such a system.
  • such a multifunctional device is subject to less weather-related fluctuations, as a result of the possibilities for generating energy Wind, water and solar energy can be used on different energy sources.
  • the interior of large equipment can be partially used to store energy, e.g. in batteries or hydrogen.
  • the stored energy can be used to fill the energy gaps, e.g. be used in wind-poor time intervals.

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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.
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