Windenergie wird in Küstenregionen und Mittelgebirgen haupt- sächlich zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Hier- zu werden zumeist Windkraftanlagen mit mehreren freistehenden Windturbinen eingesetzt, die die Windenergie mit großen Wind- radelementen in mechanische Energie umwandeln und über Genera- toren elektrische Energie daraus erzeugen. Es bestehen Wind- kraftanlagen mit einer elektrischen Leistung von 2 Megawatt.

Die elektrische Energie wird dann in öffentliche zentrale Stromversorgungsnetze eingespeist.

Die bekannten großen Windturbinen weisen im Betrieb eine rela- tiv hohe Schallemission auf und können daher nur bedingt in der Nähe von Gebäuden aufgestellt werden. Die Schatten der drehenden Rotorblätter einer Windturbine werden als sehr stö- rend empfunden. Dies insbesondere dann, wenn die sogenannten Schlagschatten bis in die Räume von Gebäuden reichen. Überdies kritisieren Naturschützer die Aufstellung von Windturbinen wegen des negativen Einflusses auf das ökologische Gleichge- wicht der Umgebung. So werden zum Beispiel bestimmte Tier- artendurch den Lärm, Schattenschlag, etc. der Windkraftanlagen aus ihrem Lebensraum verdrängt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Umwandlung von Windenergie zu vereinfachen, zu dezentralisieren und einen effektiven Windenergiekonverter vorzuschlagen, der die oben erwähnten Nachteile bekannter Windkraftanlagen vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Windenergie- konverter zur Anbringung an einem umströmten Körper, insbeson- dere einem Gebäude, mit wenigstens einem Windradelement, das auf der Windschattenseite des Gebäudes anbringbar ist und teilweise in die Strömung und teilweise in den auf der Wind- schattenseite des Gebäudes sich ergebenden Totraum der Strö- mung ragt.

Das Windradelement ist also dort angeordnet, wo die Windseite in die Windschattenseite des Gebäudes übergeht. Im montierten Zustand ist das Windradelement sehr nahe und unauffällig an der Außenhaut des umströmten Gebäudes angebracht. Dadurch nutzt die Konstruktion den Effekt aus, daß sich in der Nähe der Oberfläche eines umströmten Körpers die Strömungsgeschwin- digkeit erhöht.

Auf der Abströmseite jedes umströmten Körpers tritt eine Ver- wirbelung der Strömung ein, auch als Ablösung bezeichnet.

Hinter dem Körper bildet sich dadurch ein Totraum, der mit verwirbeltem Fluid angefüllt ist. Die Wirbelbildung wird da- durch aufrechterhalten, daß der Strömung Energie entzogen und diese im wesentlichen in Wärme und/oder Schall umgewandelt wird. Durch die Zwischenschaltung des Windradelements in den Übergang zwischen der Windseite und der Windschattenseite wird die Energie der beschleunigten Strömung zur Drehung des Wind- radelements ausgenutzt, bevor sie sich in dem Totraum verwir- belt. Der Totraum der Strömung entsteht dadurch in Strömungs- richtung gesehen erst hinter dem Windradelement.

Bei der Montage wird das Windradelement entsprechend der am häufigsten auftretenden Windrichtung so ausgerichtet, daß der Wind möglichst genau in Anströmrichtung auf das Windradelement trifft, nämlich möglichst senkrecht zur Längsachse des Wind- radelements.

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion läßt sich Windenergie in direkter räumlicher Nähe des Verbrauchers in mechanische Energie umwandeln. Die mechanische Energie kann dann für ver- schiedene Zwecke bereitgestellt werden. Im Gegensatz zur Aus- nutzung der Sonnenenergie steht Windenergie auch Nachts zur Verfügung, so daß der Windenergiekonverter nahezu kontinuier- lich betrieben werden kann.

Eine zusätzliche Verbesserung ergibt sich dann, wenn ein Ge- bäude mit Firstdach und ein Windenergiekonverter kombiniert werden, dessen Windradelement ein radiales Windlaufrad auf- weist, das sich entlang des Dachfirstes erstreckt. Die Dach- form des Firstdaches begünstigt die Umströmung des Gebäudes.

Die Strömung wird zunächst auf der Windseite des Daches all- mählich die Dachschräge hinauf beschleunigt. Hinter dem Dach- first ist auf der Windschattenseite des Daches das radiale Windradelement installiert. Vorzugsweise erstreckt sich dessen Windlaufrad nahezu über die gesamte Länge des Dachfirstes. Die Schaufeln des Windlaufrads weisen wegen ihrer großen Länge auch eine große Fläche auf und es kann ein hoher Anteil der in der Umströmung des Gebäudes enthaltenen Energie in mechanische Energie umgewandelt werden. Durch die großen Schaufelradflä- chen läuft das Windlaufrad bereits bei geringer Windstärke aus dem Stillstand leicht an. Die Strömungsenergie wird mit hohem Wirkungsgrad in mechanische Energie umgewandelt.

Ein weiterer Vorteil wird in dem geringen Durchmesser des radialen Windlaufrads gesehen. Ein erfindungsgemäßer Wind- energiekonverter ist kaum sichtbar, wenn er an der Windschat- tenseite des Dachfirsts angebracht ist. Er erzeugt keine nen- nenswerten Schlagschatten und ist wesentlich geräuschärmer als eine große Windturbine.

Die Montage und Wartung läßt sich verbessern, wenn das Wind- laufrad aus mehreren hintereinandergefügten Windlaufradstücken

zusammengesetzt ist. Zweckmäßig sind die Windlaufradstücke so ausgelegt, das sie sich zu Montage-und Wartungszwecken von Hand hoch heben lassen. So kann auch ein langer Dachfirst sehr einfach bestückt werden. Zur Verbindung der einzelnen Wind- laufradstücke ist günstigerweise eine Kupplung vorgesehen.

Hilfreich für die Montage ist es, wenn die Kupplung einen eventuellen Parallelversatz und/oder Winkelversatz zwischen zwei Windlaufradstücken ausgleichen kann.

Eine Erhöhung des Wirkungsgrades ergibt sich, wenn die Quer- schnitte der Schaufeln des Windlaufrades nach Art von Flug- zeugflügelprofilen ausgebildet sind. Die Strömung wird auf diese Weise besonders gut wirksam auf die Schaufeln des Wind- laufrades übertragen und in mechanische Energie umgewandelt.

Ein weiterer Nutzen ergibt sich durch eine auf der Anströmsei- te des Windradelements vorgesehene Windleiteinrichtung. Mit dieser läßt sich der Anströmwinkel der Strömung in Richtung des optimalen Anströmwinkels korrigieren und die Windenergie durch das Windlaufrad besser ausnutzen.

Auf der Abströmseite des Windradelements kann zur Erhöhung der Abströmgeschwindigkeit ein sich verengender Luftleitkanal vorgesehen sein. Bei Gegenwind kann dieser nach oben ge- schwenkt werden, so daß die Schaufeln des Windlaufrades nun an der Unterseite angeströmt werden. Dadurch dreht sich das Wind- laufrad in gleicher Richtung weiter wie dann, wenn der Wind aus entgegengesetzter Richtung über den Dachfirst strömt.

Um den Windenergiekonverter beispielsweise auch für Flachbau- ten einsetzen zu können, ist auf der Anströmseite des Windrad- elements eine geneigte Anströmfläche angeordnet. Vorteilhaf- tist die Neigung der Anströmfläche einstellbar. Dadurch kann die mit der Anströmfläche bewirkte Umleitung der Luftströmung an die momentan herrschende Windstärke angepaßt werden.

Weitere Vorteile werden in einem Windenergiekonverter gesehen, der auf oder nahe bei einem Campingplatz montiert ist, um diesen mit Energie zu versorgen. Auf diese Weise können weit abgelegene Campingplätze, die nicht an ein zentrales öffentli- ches Stromversorgungsnetz angeschlossen sind, mit Energie versorgt werden. Selbstverständlich kann bei geringem Energie- bedarf die gewonnene elektrische Energie beispielsweise in Akkumulatoren gespeichert werden.

Damit der Windenergiekonverter bei sich ändernder Windrichtung mit guten Wirkungsgrad betrieben werden kann, ist zumindest das Windradelement horizontal angeordnet und um eine vertikale Achse drehbar gelagert. So läßt sich die Längsachse des Wind- radelements immer etwa senkrecht zur vorherrschenden Wind- richtung ausrichten.

Vorteilhaft kann auch zumindest die Längsachse des Windrad- elements vertikal ausgerichtet sein. Auf diese Weise läßt sich die Strömungsenergie des Windes beispielsweise außer am Dach eines Gebäudes auch an den Seitenwänden des Gebäudes oder einem speziell konstruierten Windleitkörper in mechanische Energie umwandeln. Darüber hinaus kann ein Windenergiekon- verter auf Schiffen, Booten und anderen Schwimmkörpern vor- gesehen sein, um den dortigen Energiebedarf zu decken. Er läßt sich beispielsweise an dem Mast eines Segelbootes anbringen, um die von dem Segel abströmende Windenergie umwandeln. Auch hierbei kann entweder die mechanische Energie des Windlaufra- des direkt ausgenutzt oder vorher in elektrische Energie umge- wandelt werden.

Nützlich ist der Windkonverter außerdem, wenn er auf dem Dach eines Campingwagens oder auf einem Campingplatz oder nahe bei einem Campingplatz montiert ist. Für einen Campingwagen ist beispielsweise die Konstruktion mit einer Anströmfläche zweck- mäßig, die einfach auf dem flachen Dach eines Campingwagens

anzubringen ist. Durch die Mobilität des Campingwagens ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß der Windenergiekonverter immer exakt nach der vorherrschenden Windrichtung ausgerichtet wer- den kann. Für einen Campingplatz ist beispielsweise eine Kon- struktion mit einem horizontal angeordneten Windradelement zweckmäßig, das um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist.

Es ergibt sich stets eine gute Ausnutzung der Windenergie, weil das Windradelement immer etwa senkrecht zur vorherrschen- den Windrichtung ausgerichtet werden kann beziehungsweise sich selbst ausrichtet.

Bevorzugt ist dem Windradelement zur Ausnutzung der mecha- nischen Energie ein Generator nachgeschaltet, mit dem die Drehbewegung des Windradelements in elektrische Energie um- setzbar ist. Elektrische Energie ist diejenige Energieform, die in nahezu allen Gebäuden und Fahrzeugen auf dem Lande, zu Wasser und in der Luft auf einfache Weise genutzt werden kann.

Die mechanische Energie des Windlaufrades kann alternativ auch direkt zum Antrieb anderer Arbeitsmaschinen genutzt werden.

Aufwendige, teure und Genehmigungspflichtige Überlandleitungen zum Transport von elektrischer Energie werden nicht benötigt.

Nachfolgend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und anhand der einzelnen Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 eine Seitenansicht des Windenergiekonverters, der auf der Windschattenseite eines Gebäudes mit einem First- dach montiert ist, Fig. 2 eine Ansicht auf die Windseite des Firstdaches gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Dach mit zwei rechtwinklig zueinander stehenden Dachfirststücken und zwei Wind- energiekonvertern, Fig. 4 eine Seitenansicht auf ein Gebäude mit Flachdach, auf dem ein Windenergiekonverter montiert ist, Fig. 5 ein Segelboot mit einem Windenergiekonverter.

In Fig. 1 der Zeichnung ist die Umströmung eines Gebäudes 1 mit einem Firstdach 2 zu sehen, auf dem ein Windenergiekon- verter K angebracht ist. Die Bewegungsbahnen der Strömungs- teilchen sind als Stromlinien 3 dargestellt. Die Stromlinien 3 dienen als geometrisches Hilfsmittel zur Veranschaulichung der Vorgänge bei der Umströmung des Gebäudes 1. Der Abstand zwischen zwei Stromlinien 3 ist ein Maß für die Strömungs- geschwindigkeit. Ein großer Abstand zwischen zwei Stromlinien 3 deutet eine geringe und ein kleiner Abstand eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit an.

Das Gebäude 1 stellt ein Hindernis für die Strömung dar, es ragt in die horizontal verlaufenden Bewegungsbahnen der Strö- mungsteilchen hinein und erzwingt eine Umleitung der Strö- mungsteilchen.

Es gilt die Kontinuitätsgleichung, nach der der Massestrom innerhalb eines vorgegebenen Strömungsquerschnitts konstant ist. Der Teil des Massestromes, der theoretisch die Projek- tionsfläche der Gebäudefront in horizontaler Richtung durch- strömen würde, muß nun das Gebäude 1 umströmen. Wegen der Kontinuität der Strömung muß die Umströmung mit einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit geschehen. In der Nähe der Außenhaut des Gebäudes 1 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit demzufolge zu.

Auch in der Nähe der Dachoberfläche herrscht eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit. Die Stromlinien 3 sind dort dichter eingezeichnet. In Dachnähe ergibt sich damit eine erhöhte Energiedichte, die sich die vorliegende Konstruktion zunutze macht.

In Strömungsrichtung betrachtet ist ein Windradelement 4 des Windenergiekonverters K unmittelbar hinter dem Dachfirst 5 auf der Windschattenseite 6 des Firstdaches 2 angeordnet. Es han- delt sich um ein Windradelement 4 mit einem radialen Wind- laufrad 7, das entlang des Dachfirstes 5 angeordnet ist. Das Windradelement 4 ist sehr nahe und unauffällig an der Außen- haut des umströmten Gebäudes 1 angebracht. Es erstreckt sich nahezu über die gesamte Länge des Dachfirstes 5. Die Schaufeln 8 des Windlaufrads 4 weisen eine große Fläche auf und es kann ein hoher Anteil der in der Umströmung des Gebäudes 1 enthal- tenen Energie in mechanische Energie umgewandelt werden. Wegen des geringen Durchmessers des radialen Windlaufrads 7 ist ein an der Windschattenseite 6 des Dachfirsts 5 angebrachter Wind- energiekonverter K kaum sichtbar. Er erzeugt keine nennens- werten Schlagschatten und ist wesentlich geräuschärmer als eine große Windturbine.

In Strömungsrichtung betrachtet tritt hinter dem Dachfirst 5 auf der Windschattenseite 6 des Firstdaches 2 eine Quer- schnittserweiterung des umströmten Körpers ein. Diese Quer- schnittserweiterung führt normalerweise zu einer Ablösung der Strömung, bei der sich ein Strömungstotraum bildet, in dem sich unter Energieentzug aus der Strömung eine ständige Wir- belbildung aufrechterhält. Durch die Anordnung des Windrad- elements 4 in dem Totraumgebiet auf der Windschattenseite 6 des Firstdaches 2 wird die Bildung eines Strömungstotraumes vermindert. Die erhöhte Energie der über den Dachfirst 5 strö- menden Luft wird zu einem großen Teil mit dem Windenergiekon- verter K in mechansiche Energie umgewandelt. Für eine Wirbel- bildung ist nur noch ein geringer Energieanteil vorhanden.

Die Querschnitte der Schaufeln 8 des Windlaufrades 4 sind, wie in Fig. 1 erkennbar, nach Art von Flugzeugflügelprofilen aus- gebildet. Mit der Geometrie eines Flugzeugflügels ausgestattet wird die über den Dachfirst 5 streichende Strömung besonders gut weitergeleitet in das Windlaufrad 7. Die Strömung behält ihre Anströmrichtung bei und dringt in radialer Richtung in das Windlaufrad 7, ohne direkt hinter dem Dachfirst 5 in einem Strömungstotraum zu verwirbeln.

Auf der Anströmseite des Windradelements 4 ist eine einstell- bare Windleiteinrichtung 9 vorgesehen. Mit dieser läßt sich der Anströmwinkel der Strömung in Richtung des optimalen An- strömwinkels korrigieren. Die Windleiteinrichtung 9 verbessert die Ausnutzung der Windenergie durch das Windlaufrad 7. Die Windleiteinrichtung 9 weist mehrere Windleitplatten 9a, 9b und 9c auf, die um vertikale Achsen 10a, 10b und 10c drehbar gela- gert sind.

Auf der Abströmseite des Windradelements 4 ist zur Erhöhung der Abströmgeschwindigkeit ein sich verengender Luftleitkanal 11 vorgesehen. Der Luftleitkanal 11 ist in Fig. 1 mit gestri- chelter Linie dargestellt. Bei Gegenwind ist es vorteilhaft, wenn der Luftleitkanal 11 nach oben geschwenkt wird, so daß die Schaufeln 8 des Windlaufrades 7 nun an der Unterseite angeströmt werden. Dadurch dreht sich das Windlaufrad 7 in gleicher Richtung weiter wie dann, wenn der Wind aus entgegen- gesetzter Richtung über den Dachfirst 5 strömt.

In Fig. 2 ist ein Firstdach von der Windseite her betrachtet dargestellt. Es ist eine Dacheindeckung E aus Dachpfannen angedeutet. Der Windenergiekonverter K ist auf der rückwärti- gen Windschattenseite 6 des Firstdaches 2 angeordnet. Das Windlaufrad 7 ist nach der vorliegenden Ausführungsform aus mehreren hintereinandergefügten Windlaufradstücken 7a, 7b und

7c zusammengesetzt. Die Windlaufradstücke 7a, 7b und 7c sind so ausgelegt, das sie sich zu Montage-und Wartungszwecken von Hand hoch heben lassen. So kann auch ein langer Dachfirst 5 sehr einfach mit einem Windlaufrad 7 bestückt werden. Zur Verbindung der einzelnen Windlaufradstücke 7a, 7b und 7c sind Kupplungen 12a und 12b vorgesehen. Die Kupplungen 12a und 12b gleichen einen eventuellen Parallelversatz und/oder Winkelver- satz zwischen zwei Windlaufradstücken 7a, 7b beziehungsweise 7c aus.

Zur Ausnutzung der mechanischen Energie ist dem Windradelement 4 in dem Ausführungsbeispiel ein Generator G nachgeschaltet, der über eine Kupplung 12c mit dem Windlaufradstück 7c verbun- den ist. Mit dem Generator G ist die Drehbewegung des Windrad- elements 4 in elektrische Energie umsetzbar. Selbstverständ- lich kann zusätzlich ein Getriebe (nicht dargestellt) zwischen den Windenergiekonverter K und den Generator G geschaltet sein, um dem Generator die erforderliche Drehzahl bereitzu- stellen.

Die beste Energieausbeute wird dann erreicht, wenn die An- strömung des Windlaufrades 4 sowohl in horizontaler Richtung als auch rechtwinklig zur Längsachse des Windlaufrades 7 er- folgt. Bis zu einem Anströmwinkel von etwa 45° zur Längsachse des Windlaufrades 7 ist noch eine Energieumwandlung möglich.

Eine besonders gute Ausnutzung der Windenergie wird gemäß Fig.

3 dann erreicht, wenn eine Gebäude 1 mit zwei Dachfirststücken D1 und D2 zur Verfügung steht, wobei die Dachfirststücke D1 und D2 in einem Winkel von etwa 90° zueinander angeordnet sind. An jedem Dachfirststück D1 und D2 ist auf den Windschat- tenseiten 6a beziehungsweise 6b ein Windenergiekonverter Kl bezeihungsweise K2 angeordnet. Bei einer sowohl horizontalen als auch rechtwinklig zur Längsachse erfolgenden Anströmung des ersten Windenergiekonverters Kl, gemäß der dargestellten

Windrichtung wl erreicht dieser die bestmögliche Energieaus- beute. Gleichzeitig wird der zweite Windenergiekonverter par- allel zu seiner Längsachse angeströmt und dreht sich nicht.

Idealisiert wird die Energieausbeute des ersten Windenergie- konverters Kl mit 100% und die des zweiten Windenergiekonve ters mit 0% angegeben. Das gleiche gilt für den Fall, daß der zweite Windenergiekonverter K2 gemäß Windrichtung W2 recht- winklig und der erste parallel zu seiner Längsachse angeströmt wird.

Weicht die momentane Windrichtung um einen Winkel von 45° von den besprochenen Windrichtungen W1 oder W2 ab, so ergeben sich die drei Windrichtungen des W3, W4 oder W5, die alle zu einer gleichen etwa 50%igen Energieausbeute des ersten und des zwei- ten Windenergiekonverters führen. Alle übrigen Windrichtungen, die zwischen den Windrichtungen W3 und W5 liegen, ergeben eine unterschiedliche Aufteilung der Energieausbeute zwischen dem ersten und zweiten Windenergiekonverter K1 beziehungsweise K2.

In Fig. 4 ist ein Gebäude 20 mit einem Flachdach 21 zu sehen.

An dem Gebäude 20 ist ein windenergiekonverter K montiert, der zwei Windlaufräder 7, einen Generator G und eine geneigte Anströmfläche 22 für eines der Windlaufräder 7 aufweist. Die Anströmfläche 22 ist auf dem Flachdach 21 montiert. Durch die Neigung der Anströmfläche 22 wird die Strömungsgeschwindigkeit der Strömungsteilchen allmählich erhöht und die Strömung schließlich dem ersten Windlaufrad 7 zugeführt. Überdies wird die an einer Seite des Gebäudes 20 vorhandene Luftströmung mit einem zweiten zusätzlichen Windlaufrad 7 mit vertikaler Längs- achse ausgenutzt. Beide Windlaufräder 7 geben ihre mechanische Energie an den gemeinsamen Generator G ab, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die Neigung der Anströmfläche 22 ist über einen Kraftzylinder 23, etc. ein- stellbar, damit der Grad der Umleitung der Luftströmung ange- paßt werden kann an die momentan herrschende Windstärke. So

ist es beispielsweise möglich, einen Generator G nahezu immer mit der für ihn optimalen Drehzahl anzutreiben.

Schließlich ist in Fig. 5 eine interessante Konstruktion dar- gestellt, bei der ein Windenergiekonverter K auf einem Segel- boot 30 zum Einsatz kommt. Das vertikal angeordnete Windlauf- rad 7 des Windenergiekonverters K ist einfacherweise an dem Mast 31 des Segelbcotes 30 angebracht. Die mit erhöhter Ge- schwindigkeit von dem Segel 32 abströmende Luft strömt in das Windlaufrad 7 und wird in mechanische Energie gewandelt. Diese kann direkt genutzt werden, beispielseweise zum Antrieb einer im Wasser wirkenden Antriebsschraube (nicht dargestellt) oder, wie in Fig. 4 gezeigt, mittels eines Generators G in elek- trische Energie umgewandelt werden.

Windenergiekonverter Bezugszeichenliste K Windenergiekonverter 1 Gebäude 2 Firstdach 3 Stromlinie 4 Windradelement 5 Dachfirst 6 Windschattenseite 6a Windschattenseite 6b Windschattenseite 7 Windlaufrad 7a Windlaufradstück 7b Windlaufradstück 7c Windlaufradstück 8 Schaufel 9 Windleiteinrichtung 9a Windleitplatten 9b Windleitplatten 9c Windleitplatten 10a vertikale Achse 10b vertikale Achse 10c vertikale Achse lla Luftleitkanal llb Luftleitkanal llc Luftleitkanal 12a Kupplung 12b Kupplung 12c Kupplung 20 Gebäude 21 Flachdach 22 Anströmfläche 23 Kraftzylinder

30 Segelboot 31 Mast 32 Segel E Dacheindeckung G Generator D1 Dachfirststück D2 Dachfirststück K1 Windenergiekonverter K2 Windenergiekonverter W1 Windrichtung W2 Windrichtung W3 Windrichtung W4 Windrichtung W5 Windrichtung