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Windstauwerk mit vielen kleinen, netzartig übereinander und nebeneinander
angeordneten Windrädern Es ist bereits vielfach vorgeschlagen worden, eine größere
Anzahl Windräder neben- oder übereinander anzuordnen und ihre Kraft dadurch zusammenzufassen,
daß man sie durch geeignete Übertragungsmittel, wie Kurbeltriebe, Riemen, Zahntriebe
u. dgl., untereinander verbindet. Man hat dabei derartige Windräder auch bereits
sowohl neben- wie auch übereinander in großer Zahl angeordnet, so daß sie große
Flächen bedecken und ähnlich einem Wasserstaudamm die Kraft des Windes stauen. Auf
solche Einrichtungen, wie sie beispielsweise durch die deutsche Patentschrift
526 687 bekanntgeworden sind und die als Windstauwerk bezeichnet werden sollen,
bezieht sich die Erfindung.
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Es liegt auf der Hand, daß der Aufbau solcher Windstauwerke vielen.
Bedingungen genügen muß. Da eine ausreichende Kraftgewirmung und ein wirtschaftlicher
Betrieb nur dann möglich ist, wenn wirklich große Flächen bedeckt werden und entsprechend
Kraft erzeugt wird, so darf die Bauweise, wenn ein Ertrag gewährleistet sein soll,
nicht teuer sein. Auf anderer Seite bedingt die Anwendung mechanischer Verbindungen
zwischen den einzelnen senkrecht übereinanderliegenden Gruppen, von Windrädern und
die Verbindung dieser Gruppen untereinander zwecks Summierung der gewonnenen Kraft,
beispielsweise mit Hilfe von Kurbeltrieben, eine ausreichende mechanische Absteifung
der Lagerung der einzelnen Windräder gegeneinander. Die Gesamtfestigkeit aller Aufbauteile
muß endlich den erheblichen Beanspruchungen durch Sturm oder Orkan gewachsen sein,
da solche Windstauwerke vorzugsweise da aufgerichtet werden müssen, wo im Durchschnitt
häufig auftretender und starker Wind herrscht.
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Diesen widersprechenden Forderungen. der Billigkeit der Bauweise und
einer den geschilderten Anforderungen genügenden Festigkeit ist durch die Erfindung
dadurch entsprochen, daß von der bekannten Bauweise nach dem genannten deutschen
Patent ausgegangen ist, bei der viele kleine, netzartig übereinander und
nebeneinander
angeordnete Windräder, deren Kraft gruppenweise summiert wird, an einer oberen,
seilartig oder kettenartigdurchhängenden Tragvorrichtung aufgehängt sind. Gemäß
der, Erfindung sind nun bei einer solchen Vorrichtu; an der Tragvorrichtung aus
dünnem Blech gx', stanzte und gebogene Träger in gleichmäßiger. Verteilung aufgehängt,
an diesen Trägern die Gruppen übereinanderliegender Windräder befestigt und die
unteren Trägerenden durch einen ähnlich ausgebildeten waagerechten Querträger gelenkig
mifeinander verbunden. Der Kraftfluß der von den einzelnen Windrädern und Windrädergruppen
summierten Kraft läuft dann gleichsam in den einzelnen aufgehängten Trägern abwärts
und an dem unteren waagerechten Querträger entlang bis zu der an den unteren Querträgern
angeschlossenen Sammelmaschine, deren Gewicht hierbei zweckmäßig durch Geggngewichte,
Federn o. dgl. so ausgeglichen ist, daß die Tragvorrichtung des Windstauwerkes ünbeeinflußt
bleibt und eine Überlastung der Tragpfeiler vermieden ist. Durch die Verwendung
der erfindungsgemäß aufgehängten, an sich starren Träger ist es ferner möglich,
vor und hinter dem Netz von Windrädern zweckmäßig selbsttätig in die Windrichtung
einstellbare Leitflächen zu lagern. Bei derartigen Windstauwerken ist es ja nicht
möglich, wie es sonst bei VV indkraftmaschinen allgemein üblich ist, die Richtung
des Stellungswerkes mit der Richtung des 'Windes zu verändern. Durch die erfindungsgemäß
ermöglichte Anbringung solcher Leitflächen kann auch bei schräg oder selbst parallel
zur Richtung des Windstauwerkes auftretenden Winden noch ein befriedigender KraftgezNrinn
sichergestellt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung - ist, auf der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i ist eine Ansicht eines Abschnittes des Windstauwerkes zwischen
zwei Tragpfeilern. Die Fig. 2, 3, 4, 5, 6 und 7 veranschaulichen in Einzeldarstellungen
die verschiedenen erfindungsgemäßen Merkmale.
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Wie in Fig. i ersichtlich, sind in gewissen Abständen Pfeiler i angeordnet,
welche wie bei Radioantennen durch nicht gezeichnete Zugorgane gehalten sind. Von
Spitze zu Spitze der Pfeiler i sind Drahtseile 2 gespannt, an welchen die senkrechten
Träger 3 hängen und. an denen die Windräder, wie gezeichnet, angeordnet sind. Die
Träger sind durch nicht gezeichnete Zugseile seitlich sowie auch nach vorn und nach
hinten festgehalten, so daß also die ganze Fläche, welche dem Winde ausgesetzt ist,
nur ganz wenig gemäß der Nachgiebigkeit des Werkstoffs hin und her schwanken kann.
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An den senkrechten Trägern 3 hängt ein waagerechter Träger 4, welcher,
wie weiter unten beschrieben wird, die Kraft all der kleinen Windrädchen sammelt
und einer zentralen Maschine zuführt.
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In Fig 2 ist die Verbindung eines Trägers 3 't dem Träger 4 schematisch,
von vorn . besehen, dargestellt.
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. z Iii° Fig. 3 ist dieselbe Anordnung im Quer-.i.Schnitt veranschaulicht.
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Fig. 4 stellt einen waagerechten Schnitt dar. Die senkrechten Träger
3 sind ebenso wie die waagerechten Querträger 4 aus dünnem Blech durch Stanzen und
Biegen hergestellt. Es können die einzelnen Träger 3 aus je zwei Blechpreßteilen
bestehen. 'Zweckmäßig liegen sich je zwei senkrechte Träger 3 gegenüber, und zwischen
ihnen drehen sich auf kurzen Wellen 5 die Windräder 6. Die Wellen 5 tragen an ihren
beiden Enden je eine Kurbe17, welche zueinander unter einem Winkel von go ° stehen
und die Kraft mittels Schubstangen 8 weiterleiten.
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Zum besseren Verständnis sei hier,erwähnt, daß jedes Windrad etwa
nur i m Durchmesser hat und aus leichtem Blech aus gestanzten Teilen zusammengesetzt
ist. Der Kurbelkreisdurchmesser der kleinen Kurbel 7 ist auf 6omm bemessen. Die
mittlere Kraft, welche pro Windrad erzeugt wird, kann ungefähr auf ein Zehntel Pferdekraft
veranschlagt werden, so daß bei zehn übereinander angeordneten Windrädern jeder
der hängenden Träger 3 im Durchschnitt eine Pferdekraft erzeugt. Mit anderen Worten,
i m Windstauwerk erzeugt eine Pferdekraft. In dieser Beschreibung sind diese Angaben,
welche ganz ungefähr sind, nur zur allgemeinen Verständlichung und Erläuterung gemacht
worden.
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Die beiden um go ° versetzten Kurbeln 7 sind auf die Enden der Welle
5, ähnlich wie die Trittkurbeln bei einem Fahrrad, aufgekeilt. Diese Bauart ermöglicht
es, wie in Fig. 5 vergrößert dargestellt, die Welle auf Kugellagern in dem Doppelträger
3 zu lagern, und zwar in den Punkten g, während andere Kugellager bei io in den
Kurbelstangen 8 auf der Kurbel 7 angeordnet sind. Die beiden einander zugeordneten
Schubstangen 8, die (Fig. 3) rechts und links die Kraft senkrecht nach unten leiten,
sind mit einer Übertragungswelle ii verbunden, von der aus die Kraft dann in gleicher
Weise, aber waagerecht (s. Fig. 2) zu einer Sammelmaschine 27 (s. Fig. i) weitergeleitet
wird. Es ist selbstverständlich, daß der waagerechte Träger 4 und die darin befindlichen
waagerechten Schubstangen 12 (s. Fig. 2) entsprechend der größeren zu übertragenden
Kraft größer und stärker bemessen sein müssen. Die Beschreibung läßt erkennen, daß
die Übertragungsvorrichtung, die die Kraft von einem zum anderen Windrad überträgt,
innerhalb der Träger 3 eingekapselt und dadurch gegen Witterungseinflüsse weitgehend
geschützt ist.
Der, wie erwähnt, kräftigere waagerechte Querträger
q. ist mit den senkrechten Trägern 3 im Punkte 13 leicht gelenkig verbunden, um
zu vermeiden, daß bei kleinen Ungenauigkeiten des Aufbaues gewisse Trägerteile zu
sehr angestrengt werden. Dieser waagerechte Querträger q. braucht nicht zusammen
mit der Sammelmaschine 27 (s. Fig. i) am unteren Ende der senkrechten Träger 3 angeordnet
sein.. Er kann auch zweckdienlich in der Mitte oder an einem anderen Punkte der
senkrechten Träger 3 sich mit diesen kreuzen. Wenn er sich in der Mitte befindet,
sohat man den Vorteil, daß bei zehnübereinander angeordneten Windrädern die Kraft
von nur je fünf bis zum waagerechten Querträger q. geleitet zu werden braucht. Fünf
Windräder geben also in diesem Fall ihre Kraft nach unten, während fünf andere sie
nach oben an den waagerechten Querträger q. abgeben würden, Diese Art der Aufhängung
der Doppelträger 3 an dem oberen Tragkabel 2 gestattet es, diese Träger aus ganz
dünnem Blech herzustellen, welches außer der Billigkeit den Vorteil hat, sich auch
sehr leicht verarbeiten zu lassen. Die Träger 3 selbst werden hauptsächlich durch
das an ihnen hängende Gewicht auf Zug beansprucht. Nur die Reaktionskräfte der Kurbelstangen
sind Druckkräfte in denjenigen Augenblicken des Kurbelkreises, in denen die in den
Kurbelstangen auftretenden Kräfte Zugkräfte sind.
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Die Sammelmaschine 27 dient dazu, die durch die Kurbelstangen zu ihr
geleitete Kraft zu verarbeiten. Sie kann z. B. eine Dynamomaschine zur Erzeugung
elektrischer Energie, eine Wasserpumpe, ein Luft- oder Gasverdichter oder irgendeine
andere Maschine sein, durch welche die mechanische Windkraft zu irgendeinem Zweck
in eine andere Energieform umgewandelt wird. Diese Maschine 27 ist so gebaut, daß
sie zwei Kurbeln auf ihrer Hauptachse enthält, die auch um go ° versetzt sind, wodurch
es also möglich ist, die Schubstangenkräfte direkt auf diese Maschine arbeiten zu
lassen.
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In Fig. 6 ist beispielsweise ein. Verdichter dargestellt, der durch
die Kurbelstangen unimittelbar angetrieben werden kann. Wie ersichtlich, sind zwei
Zylinder links und zwei Zylinder rechts von dem Windstauwerk angebracht. In der
Mitte befindet sich die auch in Fig.3 zu sehende Welle ii mit dem waagerechten.
Querträger .4. Diese Welle ii ist also die zentrale Hauptsammelwelle der ganzen
Vorrichtung, die mit je zwei Zylindern des Verdichters an jedem ihrer Enden unmittelbar
gekuppelt ist. Im Falle der Anwendung einer Dynamomaschine ist es selbstverständlich,
daß man diese so anordnet, daß auf jeder Seite jener Hauptsammelwelle ii eine Dynamomaschine
sich befindet. Man kann auch nur auf einer Seite eine Dynamomaschine anordnen, muß
dann aber auf der anderen Seite ein Gegengewicht zum Ausgleich haben.
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Wie eingangs erwähnt, hängen an dem Kabel 2 (s. Fig. _) gleichmäßig
verteilt die senkrechten Träger 3. Ohne die Sammelmaschine 27, die ein großes Gewicht
darstellt, namentlich dann, wenn die Pfeiler i weit voneinander entfernt sind, würde
also das Kabel e eine schöne ununterbrochene Kurve darstellen. Um nun zu verhindern,
daß diese Kurve durch das Gewicht der Sammelmaschine 27 einen Knick erhält und die
Pfeiler i überlastet werden, ist, wie in Fig. 6 angedeutet, das Gewicht der Maschine
27 durch Gegengewichte 1q. ausgeglichen. Auf diese Weise überträgt sich das Gewicht
der Maschine 27 nicht auf das Tragkabel 2 des Windstauwerkes. Geeignete Federn o.
dgl. können die Wirkung der Gegengewichte 1q. gegebenenfalls ersetzen.
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Da die Windkraft sehr veränderlich ist, muß dafür gesorgt werden,
daß je nach der herrschenden Windstärke die geeignete Energie entnommen wird. Diesem
Zweck können beliebige Einrichtungen dienen, um die angetriebene Arbeitsmaschine
ganz oder teilweise in Abhängigkeit von der herrschenden Windstärke von dem Antrieb
abzuschalten.
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Bei großen Windstauwerken, die sich z. B. an der Küste kilometerweise
hinziehen, ist es notwendig, durch eine Umlaufdruckschmierung das ganze Stauwerk
selbsttätig zu schmieren. Die Anordnung eignet sich ganz besonders zu diesem Zweck,
denn eine Öldruckpumpe kann Öl im Zentrum von der Sammelmaschine 27 aus nach oben
drücken, wo ein, waagerechtes Rohr 15 (s. Fig. i) jedem der Hohlräume der Doppelträger
3 Öl zuströmen läßt. Dasselbe spritzt im Innern der senkrechten Träger 3 herum,
ölt die Kurbeln 7 mit ihren Lagern, fällt in den waagerechten Querträger q. hinein
und kann dann nach Durchfließen von Filtern von der Sammelmaschine 27 wieder nach
oben gedrückt werden und so seinen Kreislauf wieder beginnen.
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Die bekannten Vorrichtungen zur Nutzbarmachung der Windenergie mittels
vieler kleiner, nebeneinander angeordneter Windräder sahen ein Gestell vor, welches
je nach Windrichtung gedreht werden konnte. Auch abgesehen von der Kostspieligkeit,
namentlich aber, wenn es sich um Tausende von Quadratmetern handelt, welche durch
Windräder belegt werden sollen, muß auf eine solche Einstellbarkeit verzichtet werden.
Nur so ist es möglich, kilometerweise Windstauwerke zur Erzielung von Tausenden
von Pferdekräften aufzubauen. Dies ist besonders längs Meeresküsten, flachen Hochebenen
oder geeignet liegenden Bergrücken möglich. Wenn nämlich die Richtung der Windstauwerke
senkrecht zu den gewöhnlich herrschenden,
Winden steht, so ist der
Kraftverlust, wie durch Versuche erwiesen, bei Windrichtungen, die nicht genau senkrecht
auf die Ebehe der Windräder aufschlagen, nicht sehr groß. Dies hat seinen Grund
darin, daß auch die schräg auftreffenden Winde sich gewissermaßen fangen und stauen.
Es entsteht ein, Überdruck vor den Windrädern und ein Unterdruck dahinter. Auf diese
Weise arbeiten die Windräder noch recht gut auch bei schief auftreffendemWinde.
Allerdings ist das nur der Fall bei Benutzung von vielflügligen Windrädern mit geringer
Steigung. Die vielen Flügel, z. B. sechs bis acht Flügel, bei einem Raddurchmesser
von z m, gepaart mit geringer Steigung, setzen auch dem schief auftreffenden Winde
einen großen Widerstand entgegen und erzeugen eine gute Stauwirkung. Es ist also
ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß das feststehende Windstauwerk, welches
senkrecht zu den meist vorkommenden Winden steht, Windräder mit vielen Flügeln von
geringer Steigung hat.
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Um nun aber die unter spitzem Winkel auftretenden Winde noch besser
ausnützen zu können, können, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, vor und hinter den
Windrädern. 24 Leitflächen 25 angeordnet werden, die sich in Abhängigkeit von der
Windrichtung einstellen lassen. Auf der Fig. 7 stehen diese Leitflächen in der Richtung
des Windes, der durch die ausgezogenen Pfeile angedeutet ist. Man erkennt sofort
die Wirkung; der Wind fängt sich in dem Ausschnitt von A nach B, was
zur Folge hat, daß der Wind mehr oder weniger eine Schwenkung macht im Sinne des
Pfeiles 26.
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Wenn der Wind senkrecht auf die Fläche der Windräder strömt, dann
stehen die Leitflächen 25 auch senkrecht in der gestrichelten Stellung, so daß sie
nicht hindern. Wenn nun der Wind direkt in der Richtung der Fläche der Windräder
weht, so wie der punktgestrichelte Pfeil, dann müssen die Leitflächen in die punktgestrichelte
Stellung gestellt werden. Man sieht dann, daß, wenn der Wind, wie gezeichnet, von
rechts her weht, in dem Sektor C-D Überdruck entsteht, während in den Sektoren E-F
durch den vorbeiströmenden Wind Unterdruck erzeugt wird. Es wird also sogar in diesem
Falle von dem Wind Arbeit geleistet werden können, obwohl natürlich nicht in vollem
Maße. Überall in der Welt kann man vorherrschende Winde feststellen und man weiß,
daß gewisse Winde nur sehr wenige Stunden pro Jahr wehen. Diese wenigen Winde geben
die Richtung an, in welcher die Fläche des Windstauwerkes gelegt werden muß.
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Es braucht hier nicht weiter erklärt zu werden, daß die Leitflächen
25 an den Trägern 3 (s. Fig. x) bequem angebracht werden können. Durch eine der
vielen möglichen Servomotoranlagen ist es mechanisch leicht zu erreichen, daß die
Leitflächen sich selbsttätig in Abhängigkeit von der Windrichtung einstellen.