DE2629923A1

DE2629923A1 - Luftturbine

Info

Publication number: DE2629923A1
Application number: DE19762629923
Authority: DE
Inventors: Oliver C Eckel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1977-01-27
Also published as: AU1487476A; JPS529742A; FR2317522B1; GB1539566A; CH625018A5; FR2317522A1; NL7606399A; US4140433A; CA1109800A

Description

Patentanwälte D i ρ I,-1 η g. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Qünther Koch

2629923 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2. Juli 197Ö

Unser Zeichen: 15 522 - K/Ap

Oliver C. Eckel, 75 Grove Street, Wellesley, Mass./USA

Luftturbine

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem der Nutzbarmachung der Windenergie und betrifft eine neuartige Vorrichtung zur Umwandlung der kinetischen Windenergie in mechanische oder elektrische Energie.

Windmühlen sind über Jahrhunderte als Energiewandler bekannt und sie wurden im typischen Falle benutzt, um Wasser zu pumpen oder Korn beispielsweise Weizen oder Mais zu mahlen. Da die vom Wind herrührende Energie sauber ist und keine Verunreinigung mit sich bringt, hat man seit langem das Augenmerk darauf gerichtet, den Wirkungsgrad derartiger Windturbinen zu verbessern und die Investitionskosten zu erniedrigen. Einige der jüngsten Versuche in der Verbesserung der Ausnutzung der Windenergie werden beschrieben von E.P. Lindsley, "Wind Power" Popular Science Magazine, Juli 1974, Seiten 54 - 59, Henry Clews, "Electric Power Prom The Wind", Copyright 1973, 1974 sowie US-PS 3 339 O78 und 3 822 740 sowie Report NSF/RANN/SE/GI-39457/PR/74/3, Development of an Electrical Generator and Electrolysis Cell for Wind Energy Conversion System (prepared by Oklahoma State University).

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Die Leistung, die eine herkömmliche Fropeller-Windturbine erzeugen kann, ist jedoch direkt proportional zum Quadrat des Durchmessers des Kreises, den die Propellerspitzen beschreiben und außerdem proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Diese Beziehung kann allgemein wie folgt ausgedrückt werden:

Dabei ist P die erzeugte Leistung, D ist der Durchmesser des von den Propellerspitzen umschriebenen Kreises und V ist die Geschwindigkeit des die Schaufeln durchströmenden Windes. Es ist außerdem bekannt, daß je weiter die Windkraft von der Drehachse aufgebracht werden kann, desto größer das Drehmoment wird, welches auf diese Weise erzeugt werden kann. Andererseits ergibt sich bei Vergrößerung des Durchmessers eine Verringerung der Drehzahl. Außerdem wird es mit zunehmender Länge des Propellers bzw. der Schaufel immer schwieriger und kostspieliger, Schaufeln von leichtem Gewicht in der itrömungsgünstig zweckmäßigen Form herzustellen, die in der Lage sind, den jeweils herrschenden Wind auszuhalten ohne einer übermäßigen Durchbiegung oder Verzerrung unterworfen zu sein.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Windgenerator zu schaffen, der in der Lage ist, eine beträchtlich größere Leistung zu erzeugen, als herkömmliche Windturbinen der gleichen Durchmessergröße des Drehkreises der Schaufelspitze.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer neuartigen Windturbine von kompakter Bauform, welche verschiedene einzelne Unterbaugruppen enthält, die in Modultechnik gefertigt werden können, wobei die Turbine in der Lage ist, einen elektrischen Generator und/oder eine Vorrichtung anzutreiben, die

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einen äußeren elektrischen Generator oder andere Maschinen antreibt.

Ein spezielles Ziel der Erfindung ist es einen neuartigen Windgenerator in Gestalt einer relativ billigen Turbine zu schaffen, die einen Rotor und Mittel umfaßt« durch welche der Luftstrom so geleitet wird« daß eine maximale Drehkraft auf die Rotorschaufeln ausgeübt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin« eine neuartige Windturbine zur Erzeugung von Leistung zu schaffen« die durch eine Modultechnik gekennzeichnet ist« welche die Möglichkeit eines schnellen Aufbaus durch Hilfskräfte ermöglicht« ohne daß kostspielige und komplizierte Anlagen erforderlich sind« wobei ein hohes Leistungs/Gewicht-Verhältnis mit relativ niedrigen Kosten erlangt werden soll« ohne die bauliche Integrität aufzugeben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin« eine Batterie sich gegenseitig stützender« Leistung erzeugender Windturbinen zu schaffen« die parallel zueinander angeordnet sind.

Diese genannten Ziele werden dadurch verwirklicht« daß eine Windturbine vorgesehen wird« welche nachstehende Merkmale aufweist! eine Eintritts-Statoranordnung mit mehreren Schaufeln und eine Austritts-Statoranordnung mit mehreren Schaufeln; einen zwischen Eingangs- und Ausgangsstator angeordneten Rotor mit mehreren Schaufeln; eine aus mehreren Elementen bestehende gewiohtsmäeig leichte Strömungsführung« welche ein den Wind fangendes Venturirohr aufweist« wobei 1.) eine Mündung vor dem Eingangsstator liegt« 2.) eine Einschnürung den äußeren Umfang des Stators und des Rotors umschließt und 3·) ein Windexpansionsauelaß stromab des Ausgangsstators angeordnet ist. Der Ausgangsstator bildet den Teil eines Aufbaus« der eine Leistungsüber-

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tragung enthält, um einen mechanischen Leistungsausgang zu erzeugen und um wahlweise über ein Getriebe eine elektrische Leistungserzeugung zu erhalten.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Pig· 1 eine perspektivische Ansicht einer Turbine in einer bevorzugten Ausführungsform, wobei verschiedene Teile geschnitten dargestellt sind;

Pig. 2 eine Vorderansicht der in Figur 1 dargestellten Turbine;

Fig. 5 eine auseinandergezogene Schnittansicht der Turbine nach Figur 1 und 2;

Fig. 4 einen Teillängsschnitt in größerem Maßstab, der erkennen läßt wie eine Rotorschaufel an ihrer Nabe festgelegt ist;

Fig. 5 eine Teilansicht, welche die Gestalt einer der Rotorschaufeln erkennen läßt;

Fig. 6 eine rückwärtige Ansicht des Rotorgetriebegehäuses; Fig. 7 einen Längsschnitt des Nachlauf konus;

Fig. 8 einen Längsschnitt der eine abgewandelte Ausführungsform des Nachlauf konus und der Mittel veranschaulicht, die eine entfernt angeordnete Vorrichtung antreiben;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer mit einer hexagonalen Luftführung;

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Pig. 10-12 Stirnansichten von unterschiedlich angeordneten Batterien von Turbinen« die zusammen eine Anlage bilden·

Gemäß Figur 1 bis 3 weist die Windturbine eine Verkleidung 2 auf, die ein den Wind sammelndes Venturirohr umfaßt, und es ist ein diese Windführung umschließendes Gehäuse 3 vorgesehen· Ferner weist die Turbine einen Einlaßstatoraufbau 4, einen Auslaßstatoraufbau 6 und zwischen den Statoraufbauten einen Rotoraufbau 8 auf. Ferner ist ein Rotorgetriebegehäuse 10 und ein Nasenkonus 12 sowie ein Schwanzkonus 14 vorgesehen. Die Luftführung umgibt den Statoraufbau und den Rotoraufbau.

Wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich, sind Stator- und Rotoraufbauten sowie Rotorgetriebegehäuse sämtlich an einem Hauptgehäuseringaufbau befestigt, der aus einem zylindrischen Hauptgehäusering 16 und einem zylindrischen Statorabstandsring 18 besteht, welch letzterer am Hauptgehäusering befestigt ist und als Luftführung für den Rotor bzw· das Gebläse wirkt, und außerdem Anschläge für den Einlaß- und den Auslaßstatoraufbau bildet. Der Hauptgehäusering besitzt eine größere axiale Erstreckung als der Statorabstandsring,und letzterer liegt innerhalb des ersteren und ist an diesem durch Verschweißen oder geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise Nieten oder Schrauben befestigt. Zusätzlich umgeben zwei Winkeleisen-Versteifungsringe 20 den Hauptgehäusering benachbart zu seinem Vorder- und Hinterrand und sie sind an diesem befestigt. Diese Versteifungsringe besitzen einen L-förmigen Querschnitt und sind am Hauptgehäusering durch Verschweißung oder durch geeignete Befestigungsmittel festgelegt, beispielsweise durch Nieten oder durch Schrauben.

Aus Figur 1 bis 3 ist ferner ersichtlich, daß der vordere Einlaßstatoraufbau 4 zwei zylindrische und konzentrische innere

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und äußere Statorschaufelträgerringe 22 und 24 sowie mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Statorschaufeln 26 aufweist. Die Statorschaufeln bestehen aus flachen, dünnen Platten, die sich in radialer Richtung zwischen den inneren und äußeren Trägerringen erstrecken und so eingestellt sind, daß ihre geraden Vorder- und Hinterränder auf die Mittelachse der Trägerringe ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind, wie aus Figur 1 und 2 ersichtlich, die Statorschaufeln am äußeren und inneren Ende mit Flanschen 28 ausgestattet, die zur Befestigung der Schaufeln an den inneren und äußeren Tragring dienen. Vorzugsweise aber nicht notwendigerweise sind Vorder- und Hinterrand der Einlaßstatorschaufeln zu einem messerartigen Rand verjüngt. Stattdessen kann der Vorderrand der Statorschaufel eine erste bestimmte Gestalt aufweisen, während der Hinterrand eine hiervon unterschiedliche Randgestalt haben kann. Zum Beispiel kann der Vorderrand abgerundet sein, während der Hinterrand zu einem scharfen messerartigen Rand verjüngt sein kann.

Der vordere Statoraufbau ist als Einheit am Hauptgehäusering festgelegt und der äußere Trägerring 24 ist im Hauptgehäusering gleitbar und er ist durch das Zusammenwirken mit dem Statorabstandsring 18 wirksam festgelegt. Der vordere Statoraufbau ist am Gehäusering 16 durch Schrauben 32 (Figur 1 und 3) befestigt.

Der Nasenkonus 12 wird durch den Einlaßstatoraufbau getragen. Der Nasenkonus kann als massiver Bauteil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist er jedoch als Hohlkörper ausgebildet und besteht aus mehreren gewichtsmäßig leichten Bauteilen, die ineinander passen und einen Nasenkonus bilden, dessen äußere Oberfläche die Oberfläche eines Rotationskörpers bildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführung nach Figur 1 bis 3 besteht der Nasenkonus aus einem hohlen Plastikkörper 36, der aus gewichtsmäßig leichtem Schaumstoff, z.B. starren Polyurethanschaum, einem

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zentralen Einsatzkörper 38 und einem Befestigungsring 40 besteht. Der Plastikkörper besteht aus mehreren Abschnitten 3βΑ (gemäß dem AusfUhrungsbeispiel sind es sechs Abschnitte). Diese Abschnitte sind ringförmig um den mittleren Einsatzkörper 38 herum angeordnet. Die äußere Oberfläche des Einsatzkörpers bzw. Zapfens besitzt eine gleichförmige Krümmung die so gestaltet ist, daß sie eine Fortsetzung der Krümmung der äußeren Oberfläche des Plastikkörpers bildet, der seinerseits die Oberfläche eines Rotationskörpers aufweist. Der Einsatzkörper 38 und der Plastikkörper sind durch ein geeignetes Klebemittel oder andere geeignete Mittel miteinander verbunden. Der Ring 40 ist an den Abschnitten 36 durch Verklebung,oder durch mechanische Befestigungsmittel,oder durch einen Preßsitz befestigt. Wie aus Figur 3 ersichtlich, sind die Aufbauabschnitte 36 mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut ausgestattet, die dem Haltering angepaßt ist. Letzterer ist so bemessen, daß er innerhalb des inneren Statorschaufeltragrings gleiten kann, wobei die äußere Oberfläche des Plastikkörpers hiermit in Eingriff steht und einen glatten Übergang am Vorderrand des inneren Statortragringes 22 gebildet ist, an dem er durch Befestigungsschrauben 42 (Figur 3) festgelegt ist.

Gemäß Figur 1, 3, 4 und 5 weist der Rotoraufbau eine Hülse 44, eine zu dieser Hülse konzentrische, kreisförmige Scheibe 46 und einen zylindrischen Rand 48 auf, der am Umfang der Scheibe konzentrisch zur Hülse 44 angeordnet ist. Vorzugswelse sind mehrere Verstärkungsstege oder Verstärkungsrippen 50 zwischen der Scheibe 46 und der Hülse 44 angeordnet und mit diesen verschweißt. Der Ring 48 dient als Träger bzw. Befestigungspunkt für die Rotorsohaufeln 52. Zu diesem Zweck 1st der Rand mit einer Reihe von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Löchern 51 versehen und in jedem Loch ist eine Lagerschale 54 vorgesehen. Außerdem ist jede Rotor schaufel 52 an ihrem inneren Ende mit Mitteln versehen, durch die sie einstellbar an der

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Lagerschale 54 festlegbar ist. Vorzugsweise bestehen die Schaufelbefestigungsmittel, wie aus Figur 4 und 5 ersichtlich, aus einer Scheibe 56, die am inneren Ende jeder Rotorschaufel angeschweißt ist. Jede Scheibe 56 weist ein kreisförmiges Mittelloch auf, welches dem Kopf 58 eines Bolzens 60 angepaßt ist. Der Kopf 58 ist, wie bei 62 angedeutet, an Ort und Stelle verschweißt. Demgemäß bilden Bolzen 60 und Scheiben 56 innere Fortsätze der Rotorschaufeln. Jede Scheibe 56 paßt in ein Loch 51 ein, wobei der Bolzen 60 durch eine der Lagerschalen hindurchsteht und über eine Mutter 84 und eine Sperrunterlegscheibe 66 verschraubt ist. Durch Lösen der Muttern wird es möglich, die Rotorschaufeln so zu drehen, daß der Anstellwinkel geändert wird. Um eine Festlegung der Rotorschaufeln in einer vorgewählten Lage zu ermöglichen, ist es zweckmäßig jede Scheibe 56 mit zwei in Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegenden Löchern 67A und 67B auszurüsten und einen Verriegelungsstift 68 vorzusehen, der selektiv in einem dieser Löcher festlegbar ist. Außerdem ist jede Lagerschale 54 mit mehreren identischen in gleichem Abstand zueinander liegenden Löchern 70 yersehen, die so angeordnet und bemessen sind, daß sie den von der jeweiligen Scheibe 56 getragenen Verriegelungsstift 68 aufnehmen können. Die Löcher 67A und 67B sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der gleich ist dem 1 1/2-fachen Abstand zwischen den Löchern 70, d.h. die Löcher 67 und 70 können im Abstand von 30 bzw. 20 Grad zueinander angeordnet sein. Jede Rotorschaufel ist in einer von mehreren unterschiedlichen Winkelstellungen festlegbar, die durch Verschiebung des Stiftes 68 aus dem Loch 67A nach dem Loch 67B oder umgekehrt, und durch Drehung der Scheibe 56 bestimmt sind, wodurch der Stift 68 von einem der Löcher 70 nach einem anderen vorgeschoben wird. Wenn <λ der Winkel zwischen den Löchern 70 ist und ein Winkel von 1 1/2 die Löcher 67A von den Löchern 67B trennt, dann ändert die Verschiebung des Stiftes 68 aus dem Loch 67A nach dem Loch 67B jede der Winkelstellungen in denen die Rotorscheibe festgelegt

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werden kann, durch Zusammenwirken von Stift 68 und Löchern um 1/2 c^ .

Im Gegensatz zu den Schaufeln des Einlaßstators ist jede Schaufel des Rotoraufbaus mit einer schraubenlinienförmigen Krümmung über die Länge versehen. Die Rotorschaufeln können so gestaltet sein, daß ihre gegenüberliegenden Seiten im Querschnitt flach sind, jedoch ist es zweckmäßiger, die Schaufeln mit einem Querschnitt auszurüsten, der eine Stromlinienform hat. Insbesondere sollte, wie aus Figur 1 und 5 ersichtlich, an jedem Punkt über die Längsachse der Rotorschaufel die eine Seite 72 der Rotorschaufel eine konkave Krümmung besitzen, und die andere Seite 74 konvex ausgebildet sein. Außerdem sollte die Rotorschaufel schraubenlinienförmig um die Drehachse der Scheibe 56 gekrümmt sein, die exzentrisch zur Längsmittellinie der Rotorschaufel verläuft. Das innere verankerte Ende der Schaufel besitzt eine kleinere Abmessung von Rand zu Rand als das äußere freie Ende. Die Vorderränder 76 und die Hinterränder 78 der Rotorschaufeln liegen jedoch jeweils in Ebenen, die sich radial bezüglich der Hülse 44 erstrecken. Demgemäß erhöht sich die Luftversetzung der Rotorschaufel mit sich vergrößerndem Abstand von der Hülse 44. Auch die Anstellung der Schaufel ändert sich mit sich vergrößerndem Abstand von der Hülse 44, wobei der absolute Wert der Anstellung durch die Winkellage der Scheibe 56 relativ zu den Lagerschalen 54 eingestellt wird. Vorzugsweise ist die Schaufel schraubenlinienförmig um einen Winkel von etwa I5 bis 20° gekrümmt und die Schaufel wird durch Drehung der Scheibe 56 derart eingestellt, daß der Anstellwinkel des Vorderrandes J6 bei der herrschenden Windgeschwindigkeit ein Optimum ist. Gemäß Figur 5 wird der Anstellwinkel als jener Winkel definiert, der zwischen einer Linie, die vom Vorderrand 76 nach der Schwenkachse der Schaufel verläuft und einer zweiten Linie liegt, die von der Schwenkachse rechtwinklig nach dem Vorderrand 80 des Randes 48 verläuft. Die Länge der

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Rotorschaufeln wird so eingestellt, daß dann wenn der Rotoraufbau so angeordnet wird, daß die Hülse 44 konzentrisch mit der Mittelachse des Hauptgehäuseringes verläuft, die äußeren Enden der Rotorschaufeln dicht am Statorabstandshaltering verlaufen, aber einen geringen Abstand zu diesem aufrecht erhalten was: zur Folge hat, daß im wesentlichen die gesamte, durch die Einlaßschaufeln hindurchströmende Luft auch die Rotorschaufeln durchläuft.

Gemäß Figur 3 weist der Auslaßstatoraufbau äußere und innere Tragringe 82 und 84 sowie mehrere Statorschaufeln 86 auf, die an den zugeordneten Trägerringen befestigt sind und sich zwischen diesen erstrecken. Die Auslaßstatorschaufeln 8β sind nicht flach, sondern stattdessen sind ihre gegenüberliegenden Seiten so gestaltet, daß im Querschnitt jede Schaufel die Gestalt eines stromlinienförmigen Profils besitzt mit einer konkaven Seite 77 und einer konvexen Seite 79j wie aus Figur 1 ersichtlich. Diese Statorschaufeln haben schneidenartige Vorder- und Hinterränder. Ein weiteres Erfordernis der Auslaßstatorschaufeln besteht darin, daß sie so angeordnet werden, daß ihre Anstellung der Anstellung der Rotorschaufeln entgegengesetzt ist. Diese entgegengesetzte Krümmungsbeziehung ergibt sich eindeutig aus Figur 1. Ebenso wie die Einlaßstatorschaufeln können die Auslaßstatorschaufeln 86 mit Flanschen an ihren äußeren und inneren Enden versehen sein, damit sie an den entsprechenden Trägerringen festlegbar sind, oder sie können hieran durch Schweißen oder Hartverlötung befestigt werden. Die Auslaßstatorschaufeln können auch massiv ausgebildet sein, ebenso wie die Einlaßstatorschaufeln. Vorzugsweise sind die Auslaßstatorschaufeln, wie aus Fig. 1 ersichtlich, jedoch hohl ausgebildet um Gewicht zu sparen, und sie können als Durchführung für ein elektrisches Kabel dienen, wie weiter unten beschrieben wird.

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Der Auslaßstatoraufbau ist am Rotorgetriebegehause befestigt, das seinerseits eine zylindrische Verkleidung 92 und zwei flache Scheiben 94 und 96 aufweist, die an der äußeren Verkleidung angeschweißt sein können oder die Umfangsflansehe 98 besitzen können, die an der Verkleidung verschweißt sind, oder die durch geeignete Schraubbefestigung hieran festgelegt sind. Die Scheiben 94 und 96 besitzen Je eine Mittelöffnung und in jeder Mittelöffnung befindet sich ein herkömmliches Wälzlager 100, das eine Getriebeantriebswelle 102 umgibt und diese trägt. Das vordere Ende der Welle besitzt einen verminderten Durchmesser, so daß die Welle durch die Mittelhülse 44 des Rotoraufbaus hindurchstehen kann. Die Welle 102 ist an der Hülse mittels einer herkömmlichen Keilverbindung I06 und mittels einer Mutter I08 festgelegt, die auf das Ende der Welle aufgeschraubt ist und die Hülse 44 und einen Abstandshalter 104 gegen das Wälzlager 100 in der Scheibe 94 drückt. Die Keilverbindung gewährleistet, daß Rotoraufbau und Welle sich als Einheit drehen und die Mutter I08 ermöglicht eine Abnahme des Rotors von der Welle.

Am rückwärtigen Ende der Welle 102 befindet sich ein großes Antriebsrad 110, welches einen Teil eines Getriebes bildet, um einen oder mehrere elektrische Generatoren 114 anzutreiben. Zu diesem Zweck sind Lagerungen 116 für die Generatoren an der rückwärtigen Seite der hinteren Scheibe 96 vorgesehen. Wie aus Figur 3 und 6 ersichtlich, besteht jede Halterung aus zwei Seitenwänden 118 und 120, einem mittleren Plattenteil 112, der parallel zu der Scheibe 96 verläuft und aus zwei Flanschen 124, die einstückig mit den Seitenwänden hergestellt sind. Diese Flansche werden benutzt um die Träger an der Scheibe 96 entweder durch Verschweißung oder durch geeignete Befestigungsmittel festzulegen. Der Plattenteil der Halterung wird als Befestigungspunkt für den zugeordneten elektrischen Generator

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114 benutzt, und der Plattenteil ist zu diesem Zweck mit mehreren Löchern 126 versehen, um Befestigungsbolzen für den elektrischen Generator aufzunehmen. Jeder Plattenteil besitzt außerdem eine Öffnung 128, durch die die Eingangswelle des zugeordneten Generators hindurchsteht. Jede Öffnung 128 ist vorzugsweise groß genug um ein Spiel für ein Stirnrad 130 zu bilden, das an der Eingangswelle des Generators festgelegt ist, und mit dem Hauptantriebsrad, wie aus Figur 4 und 6 ersichtlich ist, kämmt. In Figur 6 sind drei Lagerhalter ersichtlich, welche drei Generatoren haltern, die von der Turbine angetrieben werden. Es können jedoch weniger oder auch mehr als drei Generatoren von den Halterungen 116 am Rotorgetriebegehäuse gehaltert und durch den Rotor angetrieben werden.

Das Rotorgetriebe und das Gehäuse wird zunächst als diskrete Unterbaugruppe konstruiert, und dann wird der Rotoraufbau auf die Welle 102 aufgeschoben und auf dieser festgelegt. Dann wird die sich hieraus ergebende Baugruppe in den Hauptgehäusering 16 eingefügt, so daß der äußere Trägerring 82 des Auslaßstatoraufbaus an dem hinteren Rand des Statorabstandsrings 18 angreift und am Hauptgehäusering durch geeignete Festlegemittel 132 (Fig. 1) festgelegt wird.

Der Schwanzkonus 14 besteht aus einem einstückigen hohlen Aufbau mit der allgemeinen Form eines regulären Konus. Vorzugsweise besteht er aus Metall, um eine bessere Wärmeverteilung zu ermöglichen, jedoch kann er auch teilweise aus Plastik bestehen. Der einstückige Schwanzkonus 14 gemäß Figur 3 besteht aus Metall und ist mit einer Umfangsnut 134 am offenen Ende versehen, so daß er in die Rotorgetriebegehäuseverkleidung 92 einpaßt. Der Schwanzkonus ist an der Verkleidung 92 mittels Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln festgelegt und dient als Schutzabdeckung für den elektrischen Generator 114 und das zugeordnete Getriebe und als negatives Venturirohr (Diffuser), um eine

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Expansion der aus der Turbine austretenden Luft zu ermöglichen. Vorzugsweise ist der Schwanzkonus geschlitzt, um Kühlschlitze 186 zu bilden, die eine Zirkulation von Kühlluft ermöglichen.

Der Schwanzkonus kann erforderlichenfalls mit einem Loch an der unteren Seite versehen sein, um ein flexibles elektrisches Kabel 137 durchführen zu können, welches den elektrischen Generator 114 mit einem Stromverbraucher oder einem Speicher, z.B. einer Bleibatterie verbindet. Vorzugsweise wird das Kabel jedoch aus der Turbine über aufeinander ausgerichtete Löcher im Statorträgerring 84 und der Verkleidung 92, das Innere einer hohlen Statorschaufel 86 und aufeinander ausgerichtete Löcher im Tragring 82 im Hauptgehäusering 16 und einem Verkleidungsabschnitt 144 herausgeführt und dann nach einem Gehäuseteil 150 geführt, wie dies schematisch durch die strichpunktierte Linie 139 in Figur 3 angedeutet ist.

Die äußere Umhüllung 2 besteht aus wenigstens zwei, aber vorzugsweise mehr als zwei komplementären Abschnitten, die jeweils aus leichtem starren geschäumten Plastikmaterial mit geschlossenen Zellenaufbau, beispielsweise aus Polyurethan oder Polyäthylenschaum hergestellt sind. Gemäß dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Umkleidung aus 36 identischen Abschnitten 144 aus Polyurethanschaum mit geschlossenen Zellen. Im Querschnitt betrachtet (Fig. 2) ist jeder Abschnitt 144 allgemein keilförmig gestaltet und besitzt kreisringförmige äußere und innere Oberflächen, die sich jeweils um einen Winkel von 360°/n erstrecken, wobei η die Zahl der Abschnitte bedeutet, und flache seitliche Abschnitte erstrecken sich radial bezüglich der Mittelachse der Turbine. Außerdem sind im Längsschnitt betrachtet, die äußeren Oberflächen 146 der Abschnitte 144 geradlinig ausgebildet. Infolge dessen tragen diese Abschnitte sich gegenseitig,wenn sie seitlich aneinander gefügt und durch geeignete in Umfangsrichtung verlaufende Mittel,beispielsweise

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einen Hülsenring 3 an einem Auseinanderfallen gehindert werden und die Abschnitte stützen sich aneinander ab, wodurch sich eine zylindrische Außenform ergibt.

Die Hülse 3 kann aus zwei halbzylindrischen Schalen bestehen, aber vorzugsweise besteht sie aus drei oder mehreren Abschnitten gleicher Form. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel (Pig. 2) besteht die Hülse aus sechs gleichen Abschnitten 150, die vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus Aluminium bestehen, aber auch aus Plastikmaterial geeigneter Festigkeit, beispielsweise aus Polypropylen oder einem Epoxyd-Harz hergestellt sein können, das mit Glasfasern oder einem Gewebe verstärkt ist. Die Hülsenabschnitte I50 sind im Querschnitt kreisförmig gekrümmt, aber verlaufen in Längsrichtung gerade und ihre Seitenränder sind zurückgebogen, um zurückspringende Lippen 152 zu bilden, die in Schlitze 154 einstehen, die an den äußeren Oberflächen von ausgewählten Verkleidungsabschnitten 144 ausgebildet sind. Sechs überschiebbare Klammern in Gestalt von C-Profilen 156 halten die Hülsenabschnitte I50 zusammen, wobei Jedes Profil in die Schlitze 154 zweier benachbarter Verkleidungsabschnitte einsteht, wobei die übergerollten Seitenränder I58 gleitbar in Verriegelungseingriff mit den Lippen der beiden Hülsenabschnitte stehen, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Die überschiebbaren Klammern bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Hülsenabschnitte und die Klammern und/oder die Hülsenabschnitte weisen eine genügende Elastizität auf, damit ein Zusammenbau auf den Verkleidungsabschnitten möglich wird, und diese dicht gegeneinander gehalten werden können, so daß sie eine formstabile Verkleidung bilden.

Aus Figur 1 und 3 ist ersichtlich, daß die Verkleidung 2 um den Hauptgehäusering herum aufgebaut ist, wobei Versteifungsringe 20 in Ausnehmungen I52 einstehen, die in den Mittelabschnitten 162 der inneren Oberflächen der Verkleidungsabschnitte

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eingeformt sind. Die Ringe 20 und die Ausnehmungen 159 wirken zusammen, um eine Relativbewegung zwischen Verkleidung und Hauptgehäuse in Axialrichtung zu vermeiden. Der Hauptgehäusering trägt außerdem die Verkleidung.

Die innere Oberfläche jedes Verkleidungsabschnitts 144 weist einen vorderen, eine Mündung definierenden Teil löO, einen Mittelabschnitt 162 und einen hinteren, den Austritt definierenden Abschnitt 164 auf, wobei die inneren Oberflächen aller drei Teile im Querschnitt ringförmig gekrümmt sind, jedoch in ihrer Form in Längsrichtung betrachtet voneinander abweichen. Wie aus Figur 3 ersichtlich, bildet der Vorderteil l60 einen messerförmigen Rand mit dem vorderen Ende der äußeren Oberfläche 146 und ist nach innen und hinten von diesem messerförmigen Rand nach dem Mittelabschnitt 162 hin gekrümmt, welch letzterer in Längsrichtung ein geradliniges Profil aufweist. Vorzugsweise vermindert sich der Anstiegswinkel der Kurve, die vom Innenprofil des vorderen Teils 160 gebildet wird, progressiv mit zunehmendem Abstand radial von der äußeren Oberfläche 146. Der rückwärtige Teil 164 der inneren Oberfläche eines jeden Verkleidungsabschnitts bildet einen messerförmigen Rand mit dem hinteren Ende der äußeren Oberfläche 146 und besitzt ein im wesentlichen flaches, in Längsrichtung verlaufendes Profil, das in einem spitzen Winkel nach der äußeren Oberfläche 146 verläuft. Wenn die Abschnitte der Verkleidung ringförmig, wie aus Figur 1 zusammengebaut werden, dann bilden die Vorderabschnitte l60 mit ihren inneren Oberflächen eine glatte, glockenförmig gestaltete Venturimündung, und die Mittelabschnitte bilden eine zylindrische Einschnürung und die rückwärtigen Abschnitte 164 bilden einen sich konisch erweiternden Austritt.

Die vorbeschriebene Turbine ist so ausgebildet, daß sie die Luftströmung von der Drehachse des Rotors weg richtet, um das Drehmoment zu erhöhen und um die Geschwindigkeit der Luftströ-

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mung durch die Rotorstufe zu vergrößern, wodurch die Drehzahl des Rotors vergrößert wird. Dies wird durch die äußere Verkleidung 2,durch den Nasenkonus und den Schwanzkonus sowie die Stator- und Rotorstufen erreicht. In diesem Zusammenhang muß man sich vergegenwärtigen, daß die den Wind sammelnde Venturimündung, die durch die Vorderenden der Verkleidungsabschnitte 144 gebildet wird, am Vorderrand beträchtlich größer ist als der Außenumfang des Rotors, und daß diese Mündung außerdem stromlinienförmig ausgestaltet ist, so daß der äußere Durchmesser des Luftkanals glatt in die Einlaßstatorstufe übergeht. Außerdem trägt der stromlinienförmige Nasenkonus dazu bei, die einströmende Luft von der Mittelachse der Turbine abzulenken was zur Folge hat, daß die Querschnittsfläche des Luftkanals nach dem Einlaßstator sowohl von innen her als auch von außen her vermindert wird. Dieses Zusammenziehen des Luftstroms bei seinem Durchlauf durch die Venturimündung in den Einschnürungsabschnitt, die von den inneren und äußeren Ringen 22 und 24 des Einlaßstators gebildet werden, wird eine Geschwindigkeitszunahme des Luftstroms erreicht.

Vorzugsweise ist die Turbine derart ausgelegt, daß die Gesamtquerschnittsfläche zum Auffangen des Windes durch den Raum zwischen dem Vorderrand der Verkleidung 2 und der Spitze des Nasenkonus 12 gebildet wird, wenigstens doppelt so groß ist wie die Querschnittsfläche des Luftkanals durch die Turbine hindurch. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Außenseite des Rotorrandes 48 und der Umfang des Rotors, der nur etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Abstandringes 18, gleich etwa einem Drittel bis zwei Drittel des maximalen Durchmessers der Venturimündung. Der äußere Durchmesser des Rings 22 des Einlaßstators dient als Portsetzung des stromlinienförmig gestalteten Nasenkonus 12 und ist etwa gleich im Durchmesser wie der Außendurchmesser des Rotorrandes und der hintere Statorträgerring 84. Der Schwanzkonus 14 und das Austrittsende der Verkleidung sind in gleicher Weise stromlinienförmig ausgestaltet, um

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einen Ausdehnungsübergang oder einen Ausgang zu bilden, wobei die Querschnittsfläche des Luftkanals am Auslaßstator im wesentlichen gleich der Fläche am Einlaßstator ist und die Querschnittsfläche des Luftkanals am hinteren Ende des Austritts im wesentlichen gleich ist dem Vorderende der Venturimündung. Infolge dessen wird der die Turbine durchströmende Wind auf eine maximale Geschwindigkeit gebracht, wenn er die Rotorstufe durchläuft, während die Geschwindigkeit infolge der radialen Expansion vermindert wird, wenn der Wind durch die graduell sich erweiternden Abschnitte, die von Verkleidung und Nasenkonus gebildet werden, hindurchtritt. Der Luftstrom verläßt die Turbine mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit die er beim Eintritt in die Turbine besitzt. Außerdem suchen die stromlinienförmigen Schaufeln des Einlaßstators die ankommende Luftströmung zu begradigen, so daß die in die Rotorstufe eintretende Luft eine im wesentlichen laminare, d.h. wirbelfreie Strömung ist. Der graduelle Übergang bzw. die Expansion der in die Atmosphäre austretende Luft dient zur Vermeidung von Turbulenzen und vermindert aerodynamische Verluste. Die schraubenlinienförmige Gestalt der Turbinenschaufeln ist so gewählt, daß die Luftgeschwindigkeit durch die Rotorstufe im wesentlichen konstant über die gesamte Länge der Turbinenschaufel ist. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß die Anstellung der Rotorschaufeln an der Nabe geringer ist als die Anstellung der äußeren Schaufelspitzen, wie dies aus Figur 1 und 5 ersichtlich ist.

Die oben beschriebene Turbine arbeitet wie folgt: Die in die Venturimündung der Turbine eintretende Luft wird konzentriert und wird einer Geschwindigkeitserhöhung unterworfen, wenn die Luft durch die Mündung nach der Einlaßstatorstufe hindurchtritt. Die Luft wird zu einer laminaren oder wenigstens mit nur einer geringen Turbulenz versehenen Strömung umgeformt, wenn sie zwischen den Schaufeln der Einlaßstatorstufe in die Rotorstufe

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eintritt. Die Hochgeschwindigkeitsluft verursacht eine Drehung des Rotors mit einer Drehzahl die proportional der Luftgeschwindigkeit am Vorderrand der Venturimündung ist. Wenn der Rotor angetrieben wird, dann wirkt die Abtriebswelle 102 über das zugeordnete Getriebe auf einen zugeordneten Generator 114 ein und treibt diesen an, wodurch elektrische Energie erzeugt wird, die über ein Kabel 137 dem Verbraucher zugeführt wird. Wenn die Luft die Ausgangsrotorstufe durchläuft, wird sie begradigt und in den Austrittsabschnitt gerichtet, wo eine graduelle Expansion stattfindet und dann verläßt die Luft die Turbine mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie in die Einheit eingetreten ist.

Zum Zwecke einer maximalen Ausnutzung sollte die Turbine so montiert sein, daß sie verschwenkt werden kann, um kontinuierlich auf den Wind hin gerichtet zu sein. Daher ist, wie aus Figur 2 ersichtlich, die Turbine auf eine Plattform I70 montiert, die von einem großen ringförmigen Lageraufbau I72 getragen wird. Die Turbine ruht zu diesem Zweck auf einem Träger I67, der auf der Oberseite der Plattform befestigt ist und wird durch ein flexibles Band I69 niedergehalten, das die Hülse 3 umgibt und mit seinen Enden lösbar an dem Träger 167 befestigt ist.

Das Lager besteht aus einem ringförmigen äußeren Laufring 174, an dem die Plattform I70 durch Schrauben 176 festgelegt ist, und aus einem inneren Laufring I78, der auf einer Platte I80 mittels Schrauben 182 festgelegt ist. Die Platte 18O bildet einen Teil eines geeigneten Trägeraufbaus, der zum Teil bei 184 dargestellt ist, und der beispielsweise aus einem Stahlrahmen oder einem Turm bestehen kann, der am Boden verankert ist oder einen Teil eines Gebäudes bilden kann» Die Plattform I70 wird in horizontaler Richtung abgestützt und dreht sich um eine Vertikalachse relativ zur Platte I80 durch die Drehbewegung der Kugeln 186, die zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring angeordnet

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sind. Vorzugsweise ist die axiale Länge der Verkleidung 2 so groß, daß dadurch die Turbine in die Windrichtung gedreht wird, und es können zusätzlich Schwanzflossen (nicht dargestellt) an der Außenseite des Turbinengehäuses angebracht sein, um die Ausrichtung auf die Windrichtung zu unterstützen. Das Abnahmekabel 137 ist vorzugsweise mit einem Speichersystem oder einem Verteilersystem über nicht dargestellte Schleifringe verbunden, wobei die sich drehenden Abschnitte der Schleifringe an der Plattform I70 befestigt und mit dem Kabel 137 verbunden sind, während die festen Teile der Schleifringanordnung an der Platte 18O angeordnet sind und mit einem Speicher oder einem Verteiler über ein weiteres nicht dargestelltes Kabel verbunden sind.

Figur 7 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform eines Schwanzkonus, der bei der Verwirklichung der Erfindung Anwendung finden kann. In diesem Fall besteht der Schwanzkonus 14A aus einem massiven konischen Endabschnitt I90, der aus leichtem Plastikmaterial besteht, vorzugsweise aus einem geschäumten Plastikmaterial mit geschlossenen Zellen, beispielsweise Polyurethanschaum, wobei ein hohler kegelstumpfförmiger Metallabschnitt vorgesehen ist, der einen zylindrischen Abschnitt 19²J- aufweist, der so bemessen ist daß er in die zylindrische Verkleidung 92 einpaßt. Der Metallabschnitt I92 ist an der Verkleidung 92 durch geeignete Befestigungsmittel, z.B. nicht dargestellte Schrauben befestigt und mit Längsöffnungen versehen, so daß Kühlschlitze I96 gebildet werden, die eine Luftzirkulation ermöglichen und die Ableitung von Wärme vom elektrischen Generator ermöglichen, der in dem hohlen Metallteil I92 eingebaut ist.

Die Figur 8 veranschaulicht eine weitere Abwandlung der Erfindung, In diesem Fall ist der Schwanzkonus 14B aus einem hohlen,sich verjüngenden Plastikkörper 200 hergestellt, der an einem Ende durch einen komplementären Stopfen 202 verschlossen ist.

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Der Teil 200 kann aus mehreren Stücken zusammengebaut sein, die wie die Teile· j56a des Nasenkonus aneinandergefügt sind. Die äußeren Formen der Abschnitte 200 und 202 bilden einen Schwanzkonus allgemein konischer Gestalte Das größere Ende des Plastikabschnxtts 200 ist mit einer Nut ausgerüstet, in der ein Metallring 204 eingelegt ist. Letzterer nimmt nicht dargestellte Schrauben auf, um den Nasenkonus an der Verkleidung 92 festzulegen. Der Plastikabschnitt 200 ist außerdem mit einer unteren Seitenöffnung 206 versehen. Der elektrische Generator 114 und die Träger 116 sind bei dieser Ausführungsform weggelassen und stattdessen ist die Welle 102 verlängert, so daß ihr hinteres Ende in den Schwanzkonus 14B einsteht. Am hinteren Ende der Welle 102 ist eine Riemenscheibe 208 aufgesetzt, um einen oder mehrere Riemen 210 anzutreiben, die durch die öffnung 206 hindurchlaufen und mit einer Riemenscheibe 212 gekuppelt sind, die auf einer Abtriebswelle 214 angeordnet ist, die von einem nicht dargestellten Lager getragen wird, das in der Plattform I70 verankert ist und die mit einer Vorrichtung, beispielsweise einer nicht dargestellten Pumpe über ein geeignetes Getriebe verbunden ist, welches z.B. eine Verbindungsstange aufweisen kann, die durch die Achse der Plattform I70 des Lagers 172 und der Platte I80 hindurchsteht.

Figur 9 und 10 veranschaulichen eine weitere Abwandlung der Erfindung. In diesem Fall wird die Verkleidung 2A so ausgebildet, daß die Außenform hexagonal statt kreisförmig im Querschnitt ist. Die Verkleidung 2A besteht aus einer Zahl von Abschnitten 218, vorzugsweise aus 6 Abschnitten wie dargestellt, deren innere Oberflächen in gleicher Weise geformt sind wie die inneren Oberflächen der Abschnitte 144 der Verkleidung 2. Diese Abschnitte 218 werden durch eine äußere Metallhülse zusammengehalten, die aus 6 flachen Metallblechen 220 besteht, welche unter einem Winkel von etwa 120° gegeneinander abgebogen sind. Die Längsseitenränder 222 dieser Bleche sind an benachbar-

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ten Seitenrändern benachbarter Bleche durch aufgeschobene Klammern miteinander verbunden, wie dies in Figur 2 dargestellt ist.

Der Vorteil der hexagonalen Ausbildung gemäß Figur 9 besteht darin, daß ein Zusammenbau mehrerer solcher Turbinen in einer kompakten Reihenanordnung möglich wird, wobei die einzelnen Turbinen sich gegenseitig abstützen. Eine typische Merhfachanordnung dieser Art ist in Figur 10 dargestellt, wo 6 hexagonal gestaltete Turbinen von einer Plattform I70 getragen werden. Die beiden unteren Turbinen 224A und 224B sind an der Plattform durch Winkeleisen 228 befestigt, die an den äußeren Gehäusen der Turbinen durch geeignete Mittel beispielsweise Schrauben befestigt sind. Die beiden unteren Turbinen 224A und 224B sind im Abstand zueinander angeordnet und jede dieser Turbinen trägt zwei weitere Turbinen 22²J-C und 224D. Die letzteren sind an den Turbinen 224 A und 224B durch Winkelplatten 230 festgelegt. Zwischen diesen vier Turbinen ist eine fünfte Turbine 224E angeordnet, die mit zwei ihrer Seitenflächen an benachbarten Seiten der beiden unteren Turbinen 224A und 224B anliegt, während die anderen Seiten an benachbarten Seiten der Turbinen 224c und 224D anliegen. Winkeleisen 232 verbinden die Turbine 224E mit den Turbinen 224A und 224B. Auf der Turbine 224E ruht eine sechste Turbine 224F, die mit ihren Seitenflächen den oberen Turbinen 224c und 224D anliegt und an letzteren durch Winkeleisen 234 befestigt ist. Jede dieser Turbinen kann einen oder mehrere elektrische Generatoren 114 aufweisen, wobei die Ausgangsleitungen der Turbinen über die Plattform I70 nach einem oder mehreren Verbrauchern oder einem Speicher nach außen geführt werden.

Die Figur 11 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Lagerung einer Mehrzahl hexagonal gestalteter Turbinen gemäß Figur 9 in einer kompakten Anordnung. In diesem Fall ist

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ein wabenfö'rmiger Trägeraufbau vorgesehen, der aus mehreren Rahmen 258 besteht, die so verschweißt sind, daß am Ende offene hexagonale Kammern 240 gebildet werden. Die Zahl der Kammern 240 kann je nach der Zahl der zusammenzubauenden Turbinen geändert werden. An jeder Ecke jeder hexagonalen Kammer 240 sind Winkeleisen 242 an dem benachbarten Rahmenaufbau 238 befestigt. Die Winkeleisen 242 dienen als Führungen für die Turbinen, wie dies allgemein durch das Bezugszeichen 244 gekennzeichnet ist, so daß ein Spiel zwischen den äußeren Gehäuseteilen der Turbinen und den Rahmen 238 erforderlich ist. Es können weitere nicht dargestellte Mittel benutzt werden, um die Turbinen 244 gegen eine Bewegung in Längsrichtung der Kammern 240 zu sichern. Diese Haltemittel können als Schrauben ausgebildet sein, die durch die Rahmen 238 in die äußeren Gehäuseteile der Turbinen vorstehen, oder sie können von kleinen Platten gebildet werden, die am Vorderrand und am Hinterrand des Rahmens 238 befestigt sind und etwas in die Kammern 240 einstehen, so daß sie die Vorderränder und die Hinterränder des Turbinengehäuses überlappen und formschlüssig festlegen. Die Anwendung eines Wabenträgeraufbaus ermöglicht eine Entnahme der Turbinen zum Zwecke der Wartung und Reparatur, und es können einfach mehrere Turbinen dicht nebeneinander zusammengebaut werden. Die Ausgangsleitungen der elektrischen Generatoren der einzelnen Turbinen 244 können durch die Räume zwischen den Rahmen 238 und den Außengehäusen der Turbinen geführt werden.

Figur 12 veranschaulicht eine Abwandlung der Erfindung, wobei die Turbinen 248 den Turbinen gemäß Figur 1 und 9 entsprechen, mit der Ausnahme daß der äußere Umfang der Verkleidung 250 quadratisch ausgebildet ist. Der innere Umfang der Verkleidung 250 der Turbinen ist jedoch kreisförmig und die Vorderabschnitte der inneren Oberflächen der Verkleidungen sind so gekrümmt, wie dies bei der Verkleidung nach Figur 1 dargestellt ist. In diesem Fall sind die beiden Turbinen 248 in einem Rahmen gelagert, der

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aus mehreren Rahmenteilen 252 besteht, die so miteinander verbunden werden daß zwei Turbinenausnahmekammern gebildet sind, die jeweils einen quadratischen Querschnitt besitzen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 11 weist die Anordnung nach Figur 12 mehrere L-förmige und T-förmige Winkeleisen 25^- und 256 auf, die am Rahmen 252 an den Ecken der Kammern befestigt sind. Geeignete nicht dargestellte Mittel können vorgesehen werden, um die Turbinen gegen eine Längsbewegung in den Kammern zu sichern. Der Aufbau nach Figur 12 und auch der Aufbau nach Figur 11 kann auf einer drehbaren Plattform I70 gemäß Figur 2 errichtet werden, so daß die gesamte Batterie von Turbinen in die Windrichtung geschwenkt werden kann.

Die Zahl der Statorschaufeln und der Rotorschaufeln kann unterschiedlich sein und die Schaufeln können aus verschiedenem Material bestehen. Vorzugsweise bestehen die Schaufeln aus Leichtmetall, z.B. aus Aluminium oder aus einem Plastikmaterial. Vorzugsweise ist die Zahl der Einlaßstatorschaufeln genau gleich der Zahl der Rotorschaufeln, wobei die Schaufeln mit dem gleichen Abstand angeordnet sind, während die Zahl der Auslaßstatorschaufeln vorzugsweise kleiner ist als die Zahl der Rotorschaufeln.

Windturbinen der beschriebenen Bauart haben den Vorteil, daß sie leicht von Gewicht sind, daß sie ohne kostspielige speziell dafür konstruierte Maschinen anwendbar sind, und daß sie auch durch Hilfskräfte zusammengebaut werden können, und keine seltenen oder teuren Werkstoffe benötigen. Am wichtigsten ist jedoch, daß eine gemäß der Erfindung hergestellte Turbine einen wesentlich größeren Leistungsausgang besitzt als eine herkömmliche Windmühle mit den gleichen Rotorabmessungen, d.h. mit gleichem Durchmesser des Drehkreises der Rotorschaufelspitzen. Die durch eine Windturbine erzeugte Leistung läßt sich durch

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die folgende Beziehung ausdrücken:

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= f Q)

²V⁵ -

Dabei ist P die Leistung, V die Geschwindigkeit des die Rotorschaufeln durchströmenden Windes und D bzw. D, sind die Durchmesser des Drehkreises der Spitzen des Rotors bzw. des Durchmessers der Rotornabe. Eine kreisförmige Turbine der Bauart gemäß Figur 1 bis 5 mit einer Verkleidung, die eine Venturimündung mit einem Durchmesser von 2,4 m am Vorderende aufweist, und einem Rotorumfangsdurchmesser von 1,8 m und einem Rotornabendurchmesser von 0,9 m ergibt sich eine Querschnittsflache

für den Luftkanal von 4,6 m (50 Quadratzoll) am Vorderrand der äußeren Verkleidung und etwa 2,7 m (21 Quadratfuß) am Einlaßstator« Wenn dann der Wind mit 16 km/h bläst, ergibt sich ein Ausgang der äquivalent ist dem Ausgang einer herkömmlichen Windmühle mit einem Rotordurchmesser von etwa 5*4 m. Demgemäß schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Energieerzeugung aus der strömenden Windenergie, die wirksamer arbeitet und sehr viel kleiner ist als eine herkömmliche Windmühle.

Ein wahlweise anwendbares Merkmal der Erfindung besteht darin, die aus geschäumtem Plastikmaterial bestehenden Verkleidungsabschnitte 144 mit einem Überzug zu versehen, wie durch die strichlierten Linien 145 angedeutet, um die freiliegenden Oberflächen der Verkleidung zu verstärken und/oder um diese Oberflächen noch glatter zu gestalten, um eine hohe Luftströmungsgeschwindigkeit vorzusehen. Der Überzug 145 kann beispielsweise aus polymerisiertem Epoxydharz oder Phynolharz hergestellt sein, und er kann relativ dünn gehalten werden, beispielsweise in einer Stärke von 0,15 mm oder der Überzug kann relativ dick gehalten werden, in einer Stärke von beispielsweise 5 mm. Ebenso können die Überzüge 147 und 149 auf die äußeren Oberflächen von Nasenkonus und Schwanzkonus aufgebracht werden, und sie dienen

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dort dem gleichen Zweck. Die elektrischen Generatoren können Wechselstromgeneratoren oder Gleichstromgeneratoren sein. Sie können auch innerhalb des Nasenkonus angeordnet sein statt
innerhalb des Schwanzkonus, wie dies dargestellt ist. Eine
weitere Möglichkeit besteht darin, mehr als einen Rotor.auf
der Welle 102 unterzubringen, wobei die Zahl der Statorstufen in entsprechender Weise vergrößert wird. So könnte beispielsweise die Turbine zwei Rotorstufen aufweisen und eine dritte Statorstufe wird dann zwischen den beiden Rotoren angeordnet. Weitere Abwandlungen ergeben sich für den Fachmann von selbst.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Lufttürbine,

dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten und einen zweiten Statoraufbau und einen Rotoraufbau besitzt, daß die Statoraufbauten und der Rotöraufbau in Strömungsrichtung hintereinander mit gemeinsamer Mittelachse angeordnet sind, daß eine Verkleidung den ersten und zweiten Statoraufbau und den Rotoraufbau umgibt, die eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Mündung an einem Ende besitzt, um die Luft auf die erste Statorstufe trichterartig zu leiten, daß ein sich nach außen erweiternder Austritt am gegenüberliegenden Ende vorgesehen ist, um Luft radial von der Mittelachse zu expandieren, wenn sie aus dem zweiten Statoraufbau austritt und daß ein eingeschnürter Abschnitt die durch die erste Rotorstufe strömende Luft so zusammendrängt, daß die gesamte Luft über den Rotoraufbau abströmt und eine Drehung des Rotors bewirkt,und daß ein Nasenkonus vorgesehen ist, der die einströmende Luft von der Mittelachse nach dem äußeren Umfang des ersten Statoraufbaus ablenkt, und daß ein Getriebe mit dem Rotoraufbau verbunden ist, um Drehenergie des Rotoraufbaus an einen Generator zu übertragen.

2. Luftturbine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Nasenkonus in dem Einlauf zentriert ist.

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5. Luftturbine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwanzkonus vorgesehen ist, um eine glatte Ausdehnung der Luft nach der Mittelachse zu bewirken, wenn diese Luft aus dem Rotor austritt.

4. Luftturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Statoraufbau mehrere radial verlaufende Statorschaufeln besitzt, deren inneres Ende von der Mittelachse distanziert liegt und deren äußeres Ende in der Verkleidung endet.

5. Luftturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Statoraufbau einen Trägerring aufweist, an dem die inneren Enden der Statorschaufeln festgelegt sind.

6. Luftturbine nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Nasenkonus am Trägerring befestigt ist.

7. Luftturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Statoraufbau einen weiteren Trägerring besitzt, an dem die äußeren Enden der Statorschaufeln befestigt sind.

8. Luftturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Trägerring mit der äußeren Verkleidung verbunden ist.

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9. Luft turbine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Statorschaufeln im wesentlichen flach ausgebildet sind und sich im wesentlichen parallel zu der Mittelachse erstrecken.

10. Luftturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung aus wenigstens zwei Abschnitten besteht, die aus geschäumtem Plastikmaterial bestehen und als geschlossener Ring um den Stator-und Rotoraufbau herum angeordnet sind.

11. Luftturbine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Verkleidung umschließen, um die Abschnitte als geschlossenen Ring um den Stator- und Rotoraufbau herum zu halten.

12. Luftturbine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptgehäusering den Stator- und Rotoraufbau umschließt und daß Mittel vorgesehen sind, die den ersten und zweiten Statoraufbau am Hauptgehäusering festlegen und daß die Verkleidung den Hauptgehäusering umschließt und von diesem getragen wird.

IJ. Luftturbine nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß Haltemittel vorgesehen sind, die die Verkleidung umschließen und diese gegen den Hauptgehäusering haltern.

609884/0363 ./.

14. Luftturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotoraufbau aus mehreren Rotorschaufeln besteht, die radial zur Mittelachse verlaufen und eine sehraubenlinienförmige Krümmung besitzen.

15. Luftturbine nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Statoraufbau aus mehreren Statorschaufeln besteht, die radial von der Mittelachse vorstehen und eine sehraubenlinienförmige Krümmung haben, die der schraubenlinienförmigen Krümmung der Rotorschaufeln entgegengesetzt ist.

16. Luftturbine nach Anspruch I5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwanzkonus in dem Austritt zentriert ist, um eine glatte Ausdehnung der Luft nach der Mittelachse zu gewährleisten, wenn die Luft zwischen den Schaufeln aus der zweiten Rotorstufe austritt.

17. Lufttürbine nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwanzkonus hohl ausgeführt ist und daß ein elektrischer Generator mit dem Getriebe so gekuppelt ist, daß er durch die Drehenergie des Rotors angetrieben wird, und daß der elektrische Generator innerhalb des Schwanzkonus angeordnet ist.

18. Luftturbine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel in Form einer metallischen Hülse ausgebildet sind.

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19. Luftturbine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse aus wenigstens zwei Teilen besteht und daß Mittel vorgesehen sind, die diese Teile auf der Verkleidung festlegen.

20. Luftturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zusätzliche gleiche Turbine vorgesehen ist, wobei die Mittelachsen der Turbinen parallel zueinander angeordnet sind, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Turbinen miteinander verbinden, so daß ein integraler Aufbau in Gestalt einer Batterie von mehreren Turbinen gebildet wird.

21. Luftturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zusätzliche Turbine vorgesehen ist, und daß ein Trägeraufbau die Turbinen so trägt, daß sie benachbart zueinander parallel zueinander verlaufen, und daß die Träger öffnungen aufweisen, wobei diese Turbinen in je einer der öffnungen untergebracht sind.

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