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Rotor.
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als der maximale Quertrieb der Segelfläche ist. Für den Vergleichsfall, dass ein zylindrischer Rotor nach Fig. 1 und ein Flügelrotor nach Fig. 3 mit gleich grossen Flächen einem Luftstrom ausgesetzt und in Rotation gebracht werden, ist durch die Versuche des Erfinders festgestellt worden, dass der Quertrieb für die beiden Rotoren im gleichen Masse mit der steigenden Umlaufzahl zunimmt.
Die erheblich grössere Leistung und Rotationsgeschwindigkeit des in der Mitte offenen Flügelrotors im Vergleich zum geschlossenen Flügelrotor nach Fig. 2 erklärt sich in folgender Weise : Wenn der Wind auf die innere Fläche des Flügels stösst, so verliert er wegen der Elastizität der Luft nicht ganz seine dynamische Kraft, sondern prallt durch die Öffnung o auf die Innenseite des Flügels d und verhindert somit hier die Entstehung eines Unterdruekes. Da der Unterdruck, wie beim Flügelrotor nach Fig. 2, eine besonders grosse schädliche Wirkung hat, so ist das Vermeiden des Unterdruckes auf die innere Seite des sich gegen den Wind bewegenden Flügels von allergrösster Bedeutung.
Durch die Drehung des Flügelrotors entsteht in den ihn umgebenden Luftschichten eine unsymmetrische Magnusströmung, wobei die Geschwindigkeit der Luft an der Seite des im Sinne der Windrichtung sich drehenden Flügels bis zweimal grösser wird, was einen Unterdruck auf diese Seite des Rotors zur Folge hat. Weil die innere Fläche und der zentrale Teil des gegen den Wind laufenden Rotorflügels fast in Richtung des Windes sich dreht,
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Im Vergleich mit einer modernen Windturbine gibt ein Zweiflügelrotor nach Fig. 3, dessen grösste Projektion der Kreisfläche des Windturbinenrades gleichkommt, bis 50% mehr Drehkraft als die Turbine.
-.- Ber den Versuchen des Erfinders sind verschiedene Flügelform'en mit zylindrischen, spiralförmigen, parabolischen, konischen, kugelförmigen und sonstigen Flügelflächen versucht worden, von denen die Fig. 6. 7 und 8 einige Ausführungsformen darstellen. Die Versuche haben ergeben, dass die halbzylindrischen bzw.-im Durchschnitt spiralförmigen Flügelformen die grösste Rotationsgeschwindigkeit und Kraftleistung ergeben.
Die Eigenschaften'des Flügelrotors können in verschiedenster Weise ausgenutzt werden. Die folgenden Ausführungsformen, die von dem Erfinder erprobt worden sind, sind lediglich als Beispiele zu betrachten, da natürlich auch noch weitere Verwendungsformen möglich sind.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 wird der Flügelrotor direkt als Windturbine, z. B. für den Betrieb von Pumpen, Dynamos oder andern Maschinen gebraucht. c-d ist der Rotor, dessen senkrechte Achse b in zwei Lagern e, e drehbar ist. Die Lager sind'am Ende eines Mastes m befestigt, der auf einer Seite eines Brunnens steht und durch Stangen u abgestützt wird. Das Ende der Welle b ist bei b'kurbelartig gekröpft und treibt mittels einer Pleuelstange die Pumpe p. Um den Rotor ausser Betrieb setzen zu können, ist eine von unten mittels Zugleine zu handhabende, federnd ausgebildete Bandbremse f vorgesehen. Falls der Rotor beim Stillstand von kräftigen seitlichen Windstössen getroffen wird, so gibt die federnde Bremde etwas nach, so dass der Rotor sich etwas drehen kann, um die Stellung des kleinsten Windwiderstandes einzunehmen.
Grössere Flügelrotoren können mit einer Fahne h versehen werden, die in verschiedener Weise eingeschaltet werden kann. Vorliegend ist die Fahne um das obere Rotorlager e frei beweglich. Nach Abstellen des Flügelrotors mittels der Bremse t wird an die Kette i ein Gewicht i' gehängt, so dass der Zapfen) in das Loch l'der Endplatte l aufsteigt, die Fahne also mit dem Flügelrotor verbunden ist und die Flügel in Richtung des kleinsten Windwiderstandes hält. Die Flügel sind mit den Endplatten I starr verbunden.
Wo grössere Leistungen und konstante Umdrehungszahl in Frage kommen, kann eine Ausführungsform nach Fig. 10 verwendet werden. Der Rotor ist hier zweistöckig. Die beiden Flügelpaare c, d stehen im rechten Winkel zueinander. Die Endplatten z sind mittels der Achse b miteinander fest verbunden. Die einzelnen Flügel sind auf Zapfen 13, die an den Platten l befestigt sind, frei beweglich und die äusseren Kanten der Flügelpaare sind mittels Gelenke t verbunden. Federn s, die zwischen den Flügeln und der Welle b befestigt sind, haben das Bestreben, die Flügelpaare auseinander zu ziehen. Eine Bremse t dient zum Abstellen des Rotors, wonach die Flügel in die neutrale Lage gezogen und darin befestigt werden.
Der Rotor steht über einem Maschinenhaus k, in welchem z. B. eine Dynamo n vom Rotor aus angetrieben wird. Die Achse b dreht sich in den Lagern e, e.
Wenn der Rotor läuft und die. Geschwindigkeit eine bestimmte Grösse überschreitet, bewirkt die auf die Flügel wirkende Zentrifugalkraft, dass die Flügel sich um die Zapfen z drehen, so dass die Angriffsfläche des Windes auf den Innenseiten der Flügel kleiner wird. Die ursprüngliche Lage der Flügel ist in Fig. 10 A gezeigt. Wenn nun bei der Drehbewegung die auf die Flügel wirkende Zentrifugalkraft so weit zunimmt, dass diese Kraft die Spannkraft der Federn s an Grösse übertrifft, so beginnen sich die Flügel um die Zapfen z zu drehen (Fig. 10 B und 10 C), bis die hiedurch zunehmende Spannkraft der Federn der Zentrifugalkraft gleich ist. Jetzt bieten die Flügel dem Winde eine kleinere Angriffsfläche und die Umlaufzahl bleibt fast unverändert. Wenn die Umlaufzahl sinkt, so ziehen die Federn die Flügel wieder
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voneinander (Fig. 10 A).
Die Gelenke t bewirken also eine gleichförmige Drehung der Flügelpaare und heben auch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf, so dass eine Spannung in den Stangen t statt in den Flügeln selbst erhalten wird, wobei durch Spannen oder Nachlassen der Federn s die Umlaufgeschwindigkeit und Kraftentwicklung des Rotors beliebig geregelt werden kann. Das Abstellen geschieht durch Hochschrauben der Bremse f, die durch Reibung gegen die Bodenplatte I den Rotor zum Stillstehen bringt. Hienach werden die Flügel in die neutrale Lage (Fig. 10 C) gezogen und darin befestigt. Nach Versuchen arbeitet diese Regelanordnung sehr gut ; der Gang ist auch bei böigem Wind ganz ruhig und die Umlaufzahl bleibt fast konstant.
Die Vorteile des Flügelrotors im Vergleich mit der gewöhnlichen Windturbine sind folgende : Einfachheit im Bau und eine Mindestzahl von Teilen und Lagern, wodurch ein Flügelrotor nur den Bruchteil eines ebenso starken Windrades kostet ; Türme sind nicht nötig, da der Rotor für kleinere Zwecke, wie für den Betrieb von Pumpen u. dgl., auf einem Mast aufgestellt und für grössere Bedürfnisse hoch und schlank gebaut werden kann ; lange Lebensdauer, weil eine Mindestzahl von beweglichen Teilen erforderlich ist ; Vermeidung von langen auf-und niedergehenden Gestängen, von Zahnrädern, Gleitlagern usw., die Reibung und Kraftverlust verursachen.
Schliesslich besteht die Möglichkeit, bedeutende
Kräfte aus dem Winde zu nehmen, weil Flügelmotoren von mehreren Hundert m2 Fläche ziemlich einfach und billig gebaut werden können und noch dazu eine sehr gute Regelung der Umlaufgeschwindigkeit bieten.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die direkte Drehkraft des Flügelrotors verwendet. Es ist jedoch möglich, auch den Quertrieb zu benutzen, wenn auch der Quertrieb im freien Lauf im Winde dem Maximalquertrieb eines motorisch getriebenen zylindrischen Rotors nicht gleichkommt. Der beispielsweise in Fig. 11 veranschaulichte Boots- oder Schiffsflügelrotor besteht aus zwei Flügeln c und d. Die Endplatten I sind mittels eines Stahlrohres b verbunden und drehen sich mit den Flügeln um den durch Stangen u abgestützten Stahlmast b in Lagern e. Die Flügel sind mittels Zapfen z (Fig. 11 A bis 11 C) befestigt, die in Lagern der Endplatten I drehbar sind.
Die unteren Zapfen, die durch die Endplatte hindurchgehen, tragen auf ihrem unteren Ende starr befestigte Bremsrollen ü (Fig. 11 und 11 D).
Eine Bandbremse f erstreckt sich um die Bewegungsbahn der Rollen ; wenn die Bremse durch geeignete Hebel oder eine Zugleine zusammengezogen wird, legt sie sich gegen die Rollen ü an. Die Reibung bewirkt eine sinkende Umlaufgeschwindigkeit des Rotors, bis die Reibung die aut die Flügel wirkende Zentrifugalkraft überwindet und die Flügel um etwa 45 dreht, so dass die Flügel aus der Lage (Fig. 11 A in die Lage Fig. 11 B gelangen. Sobald die Bremse nachgelassen wird, dreht sich der Rotor in der entgegengesetzten Richtung r'und der Quertrieb greift von der entgegengesetzten Richtung q'an. Die Flügel sind durch zweiarmige Stangen t miteinander verbunden, die um das Rohr b'drehbar sind und die Zentrifugalkräfte der Flügel ausgleichen.
Rings um die beiden Flügel läuft ein Stahldraht x, der mittels einer Winde v eingeholt werden kann, so dass die Flügel mehr und mehr zusammengezogen werden, bis sie eine neutrale Lage wie in Fig. 11 C einnehmen und der Rotor stehen boo t Ein mässigeres Einholen des Stelldrahtes bewirkt eine kleinere Umdrehungsgeschwindigkeit wegen der Verminderung der freien Fläche der Flügel usw. und umgekehrt.
Der Rotor in dieser Form kann auch für die Ausnutzung der Drehkraft benutzt werden.
Der Flügelrotor hat gegenüber einem Zylinderrotor den Vorteil, dass es nicht nötig ist, Maschinen- kraft zum Drehen des Rotors zu benötigen. Der Flügelrotor treibt noch das Boot in allen Windlagen von 45 gegen Wind bis 180 mit dem Winde. Im Seitenwind selbstdrehend entspricht der Flügelrotor im
Boote der 2Y2-3fachen Segelfläche. Wird der Flügelrotor maschinell schneller gedreht, so kann mit dem- selben ein grösserer Quertrieb als mit Winddrehung erzielt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 ist eine Mühle mit vier Flügelrotoren anstatt der gewöhn- lichen Flügel versehen. Im Vergleich mit einer La Cour'schen Mühle hat der Flügelrotor eine Anfangs- drehungskraft, die viermal grösser ist als bei dieser. Die Umdrehungszahl ist aber um 60% kleiner, so dass die Arbeitsleistung der Rotormüllle die der La Cour'schen Münle noch mit 25% übertrifft.
. Die Anwendung des Flügelrotors statt der üblichen Flügelkonstruktionen bei einer Mühle oder einem
Windrad ist da zu empfehlen, wo grosse Schwankungen in der Belastung vorkommen, wie es z. B. beim Betrieb von landwirtschaftlichen Maschinen, Mühlsteinpaaren usw. der Fall ist.
Es ist auch möglich, den Flügelrotor in der Fluchtechnik und Hydromechanik zu benutzen. Der Flügelrotor kann ferner im fliessenden Wasser entweder mit horizontaler oder vertikaler Welle als Wasserkraftmaschine verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass er in seiner Grundform aus zwei um eine Achse sich drehenden halbzylindriseh oder anders gewölbten Flächen besteht, deren Querschnitt eine S-ähnliche Projektion ergibt.