AT410004B

AT410004B - Gestaltungselement für aero- oder hydrodynamische bauteile

Info

Publication number: AT410004B
Application number: AT0053201A
Authority: AT
Original assignee: Thannesberger Ernst Mag
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2003-01-27
Also published as: WO2002081906A3; AU2002244492A1; WO2002081906A2; EP1409098A2; ATA5322001A

Description


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   Die Erfindung betrifft ein Gestaltungselement für aero- oder hydrodynamische Bauteile in Form von Rotationskörpern, Strömungseinrichtungen oder dgl., die auf mechanische Weise Energie aus einem Fluid gewinnen oder Energie in ein Fluid einbringen, welches Gestaltungselement aus einem ebenen Materialzuschnitt durch räumliche Verformung gebildet ist. 



   Es ist bekannt, dass bei derartigen Rotationskörpern wie sie bei Windrädern, Turbinen, An- tnebsschrauben, Pumpenradern, Ventilatoren, Rührarmen, Forderspiralen, mechanischen Was- seraufbereitungsgeräten oder dgl. zu finden sind, stets eine möglichst effiziente aero- bzw. hydro- dynamische Formgebung angestrebt wird. Dieser Anspruch erfordert jedoch meistens aufwendige Entwicklungs- und Fertigungsmethoden und somit relativ hohe Herstellungskosten. 



   Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen, indem sie einerseits die Entwicklungsarbeit für aero- bzw hydrodynamische Körperformen durch ein innovatives Gestaltungselement bereichert und verbessert, und andererseits in bestimmten Fällen auch die Herstellungskosten durch eine Ferti- gungstechnik minimiert, die sich zum grössten Teil auf einen ebenen und daher einfach herzustel- lenden Zuschnitt stützt, der bei der weiteren Formgebung lediglich einer spanlosen und somit kostengünstigen Verformung bedarf 
Die Erfindung lost die gestellte Aufgabe dadurch, dass der ebene Zuschnitt die Form einer 
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 ist, wobei an die Halbkreislinie von dem einen am Durchmesser liegenden Ende ein halbkreisför- miger Ansatz anschliesst und vom anderen, am Durchmesser liegenden Ende ein ebenfalls halb- kreisförmiger Ausschnitt ausgeht,

   wobei die Summe der Durchmesser von Ansatz und Ausschnitt 
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 schnitt etwa S-förmig aneinander anschliessen und dass dieser Zuschnitt unter räumlicher Verfor- mung, beispielsweise durch Einrollen, Biegen, Verwinden, Kanten, Teilen, Überlappen Verbinden u. a m., für sich oder in Kombination mit gleichen bzw. zu einem vollen Kreis sich erganzenden Zuschnitten und bzw. oder einem oder mehreren ergänzenden Tragkorpern zugeordneter Form, z.B Kugeln oder Wellen, zu dem gewünschten Bauteil geformt bzw. zusammengesetzt ist. 



   Durch diese Losung der gestellten Aufgabe ergibt sich, dass erstens die beschriebene geomet- rische Figur als Form fur den ebenen Zuschnitt ausgewahlt ist und zweitens durch die Idee, diesen Zuschnitt in einer Weise zu verwinden oder zu einem offenen Hohlkorper derart aufzuwölben, dass mehrere Gestaltungselemente dieser Art untereinander kombinierbar und zu komplexen Rotations- korpern, Stromungseinrichtungen oder anderen aero- oder hydrodynamisch geformten Bauteilen zusammengefugt werden können. 



   Sind die Durchmesser von Ansatz und Ausschnitt gleich gross, so bildet der Zuschnitt eine Form, die als solche wiederum die Halfte einer Kreisfläche bildet und in dieser Gestalt vielen Ortes bestens bekannt ist 
Dieser Materialzuschnitt kann in beliebiger Stückzahl kostengünstig aus den verschiedensten ebenen, verwindungsfähigen Materialien wie z.B Papier, Karton, Kunststoffen, Folien, Blechen u.s w. hergestellt werden und durch weitere einfache, spanlose Fertigungsschritte (Verwinden, Biegen, Kanten, Einrollen, Überlappen u a m.) in jene gewünschten räumlichen Formen gebracht werden, die sich dann als Gestaltungselemente fugenlos miteinander zu einem komplexen aero- oder hydrodynamischen Bauteil verbinden lassen.

   Dadurch werden nicht nur in manchen Fällen aufwendige Herstellungsverfahren (Metallguss, umfangreiche Fräsverfahren   u.s.w)   vermieden, es ist damit auch eine Verminderung des Materialeinsatzes zu erzielen, was wiederum Kostenerspar- nis aber auch Masse- bzw Gewichtsverminderung bedeutet. 



   Natürlich kann dieses Gestaltungselement auch lediglich zur Auffindung und Entwicklung von aero- oder hydrodynamischen Bauteilen genützt werden, die dann in beliebiger Fertigungstechnik erzeugt werden können 
Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen dann, dass es sich lediglich um einen ebenen, in seiner Form auch variablen Zuschnitt handelt, der eine Vielzahl von verschiedenen, sinnvollen Verwindungen bzw spanlosen Verformungen zu einem räumlich aufgewölbten Gestaltungsele- ment zulasst, das seinerseits dann in unterschiedlicher Anzahl in vielgestaltiger Weise kombiniert und zu komplexen, äusserst effektiven aero- oder hydrodynamischen Bauteilen zusammengefügt werden kann 
Dabei kann so vorgegangen werden, dass die einzelnen Gestaltungselemente direkt auf einem oder mehreren Tragkörpern, wie z.B Wellen oder Kugeln, aufgebaut und fixiert werden,

   oder dass 

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 der bereits fertige Bauteil im nachhinein mit einem stützenden Tragkörper oder einem anderen erforderlichen Aufnahmezentrum vorteilhaft verbunden wird. 



   Die Erfindung wird anhand folgender Zeichnungsfiguren in einigen Ausführungsbeispielen er- läutert. Es zeigen 
Fig. 1 - 1c die Konstruktionsschritte und die fertige Form des ebenen Zuschnittes für ein Ges- taltungselement, 
Fig. 2 zwei, für ein Rotorblatt erforderliche Zuschnitte mit den entsprechenden Markie- rungen für die gegenseitige Verbindung der beiden Teile, 
Fig. 2a die bereits spanlos verformten (eingerollten) Gestaltungselemente in   perspektivi-   scher Ansicht, 
Fig. 2b das zusammengefügte, aus den beiden Gestaltungselementen bestehende Rotor- blatt mit Blick durch die an der Unterseite entstandene Öffnung in das Innere des hohlen Rotorblattes, 
Fig. 2c das fertige Rotorblatt in drei Normalansichten ohne Darstellung der verdeckten 
Kanten im Grund-, Auf- u.

   Kreuzriss, 
Fig. 3 drei dieser Rotorblätter, die zu einem Rotor (noch ohne Nabe) vereinigt sind ohne 
Darstellung der verdeckten Kanten im Grund- u. Aufnss, 
Fig. 4,4a jeweils eine exemplarisch ausgewählte Kombination aus zwei ebenen Zuschnitten, die sich aus einem ganzen Zuschnitt und aus lediglich einem Teil eines zweiten 
Zuschnittes (schraffierte Fläche) zusammensetzt und als solche wieder   kombinier-   bar ist und 
Fig. 5,5a ein variiertes Paar von Zuschnitten mit ungleich grossem Ansatz und Ausschnitt. 



   Die Figuren 1, 1a und 1 b zeigen die Konstruktionsschritte für den ebenen Zuschnitt eines Ges- taltungselementes, welches der Erfindung zugrunde liegt. 



   In Fig. 1 ist die grosse Halbkreisfläche (K), die von der Halbkreislinie (b) und dem Durchmesser (d) eingeschlossen wird, zu sehen. 



   Fig. 1a stellt die an diese grosse   Halbkreisfläche   (K) als Ansatz angefügte kleine Halbkreisflä- che (H1) mit einem halb so grossen Durchmesser (d1) dar, der am Ende des Durchmessers der grossen Halbkreisfläche ansetzt und mit diesem zusammenfällt, sodass die Halbkreislinie (b) des grossen Halbkreises an die Halbkreislinie (b1) des Ansatzes (R1) stufenlos anschliesst. 



   Fig. 1b zeigt die grosse Halbkreisfläche (K) mit Ansatz (H1)( und die der grossen Halbkreisfläche (K) als Ausschnitt entnommene kleine Halbkreisfläche (H2). 



   Fig. 1c zeigt die fertige Form eines ebenen Zuschnittes für ein Gestaltungselement. 



   Bei der weiteren Verarbeitung, bei der dieser ebene Zuschnitt durch einfache Fertigungsschrit- te zu einem zielgerichteten räumlichen Gestaltungselement verwunden wird und in mehrfacher Ausführung durch eine Vielzahl von Kombinations- und oder Variationsmöglichkeiten zu aero- oder hydrodynamisch geformten Bauteilen zusammengefügt werden, stellt die eigentliche Nutzung dieses Gestaltungselementes und damit einen wesentlichen Teil der Erfindung dar. 



   Durch intentionsgerichtete, geringfügige Massnahmen bei der spanlosen räumlichen Formge- bung und der kombinatorischen Tätigkeit beim Zusammenbau der einzelnen Gestaltungselemente lassen sich immer wieder neue und in ihrem Aussehen nicht selten sehr unterschiedliche, aber stets aero- bzw. hydrodynamisch geformte Bauteile zusammensetzen. 



   Eine von diesen vielen Möglichkeiten sei an einem exemplarisch ausgewählten Beispiel für die Herstellung der Grundform eines spezifischen Rotors mit drei Rotorblättern gezeigt : 
Für diese Aufgabenstellung wird der Zuschnitt (1) in sechsfacher Ausführung aus einem ebe- nen Werkstoff angefertigt. Jeder dieser Zuschnitte wird durch Einrollen bzw. Verwinden zu jenem Gestaltungselement geformt, wie sie in Fig. 2a in zweifacher Ausführung in perspektivischer An- sicht zu sehen sind. Diese bei allen sechs Zuschnitten gleichartig ausgeführte spanlose Verfor- mung zu einem kombinierbaren Gestaltungselement ermöglicht beim nächsten Arbeitsschritt die fugenlose Zusammenführung von jeweils zwei dieser Gestaltungselemente. 



   In Fig. 2 sind an den beiden noch ebenen Zuschnitten jene Umfangsabschnitte und die einan- der entsprechenden Punkte markiert, entlang derer die beiden Zuschnitte aufgewölbt und zusam- mengefugt werden und zwar in der Weise, dass die Spitze (2") des zweiten Zuschnittes im Uber- gangspunkt (2') der beiden kleinen Halbkreislinien des ersten Zuschnittes ansetzt und von dieser Stelle aus die grosse Halbkreislinie (b") des zweiten Zuschnittes mit der kleinen Halbkreislinie (c') 

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 des Ansatzes des ersten Zuschnittes verbunden ist und diese gemeinsame Verbindungslinie so fortgesetzt wird, dass auch der Punkt 3" des zweiten Zuschnittes und der Punkt 3' des ersten Zuschnittes in einen gemeinsamen Punkt zusammenfallen und schliesslich der Punkt 4" des zwei- ten Zuschnittes an der Spitze des ersten Zuschnittes im Punkt (4') zu liegen kommt,

   wo die ge- meinsame Verbindungslinie endet An der Unterseite des so geformten Rotorblattes ergibt sich eine Öffnung, die aus den beiden Halbkreislinien der Ausschnitte der beiden Gestaltungselemente (a' und a") gebildet ist und als Blattwurzel des zweischaligen, hohlen Rotorblattes dient (Fig. 2,2b, 2c). 



   In der Folge können zwei dieser Rotorblätter zu einem Rotor zusammengefügt werden, wobei die beiden Rotorblätter an ihren Blattwurzeln fugenlos verbunden sind oder in erforderlicher Anzahl auf einer Welle oder einer Kugel mit entsprechendem Durchmesser fugenlos fixiert und zu einem aero- bzw hydrodynamischen Bauteil geformt werden.

Claims

Im exemplarisch gewählten Ausführungsbeispiel wird dieses zweischalige Rotorblatt in dreifa- cher Ausführung gefertigt und dann zu einem Rotor (Fig. 3) zusammengefügt, wobei die Blattwur- zeln der drei Rotorblatter auf einer gedachten oder realen Kugeloberfläche mit entsprechendem Durchmesser so fixiert werden, dass die Rotorblätter einander fugenlos berühren und sich lediglich an zwei Stellen der Kugeloberfläche eine Öffnung ergibt, die jeweils einer Dreiecksform entspricht, die von drei gekrümmten Seitenkanten gebildet wird (Fig. 3 - Grundriss !). Mittelpunkte dieser beiden Öffnungen liegen genau auf der Rotorachse, welche je nach Anspruch auszuführen und mit dem Rotor vorteilhaft zu verbinden ist.

Es sei nochmals erwähnt, dass dieses Ausführungsbeispiel lediglich eine von ungezählten wei- teren Gestaltungsmöglichkeiten darstellt. Bei manchen dieser Möglichkeiten können auch Situatio- nen auftreten, in denen sich einzelne Zuschnitte bzw. Gestaltungselemente überlappen, wie dies Fig 4 und 4a als Beispiele zeigen. Ist eine derartige Überlappung nicht erwünscht, können natür- lich auch nur die entsprechenden Zuschnittteile für sich oder in Kombination mit dem ursprüngli- chen Zuschnitt zur Gestaltung weiterer aero- oder hydrodynamischer Bauteile verwendet werden In den Fig 4 und 4a sind solche Zuschnittteile (1'und 1") als schraffierte Fläche dargestellt.

Eine weitere Bereicherung dieser Erfindung stellen die verschiedenen Variationen der Form des Zuschnittes selbst dar. Hier ist in den Fig. 5 und 5a ein Fallbeispiel aufgezeigt, bei dem die EMI3.1 sind. Dadurch entsteht ein formverwandtes Zuschnittpaar bei dessen erstem Zuschnitt der Durch- messer (e1) des Ansatzes grösser ist als der Durchmesser (e2) des Ausschnittes und die Durch- messer von Ansatz und Ausschnitt bei dem zweiten Zuschnitt gegengleich gross sind. Die Flächen- inhalte (A1 und A2) dieser beiden Zuschnitte stellen jedoch nicht mehr jeweils eine Kreishälfte dar, sondern sie stehen im gleichen Verhältnis zueinander wie die beiden Durchmesser von Ansatz und Ausschnitt.

Das wesentliche Gestaltungskriterium aber, dass die Umfange (U1 und U2) dieser beiden variierten Zuschnitte gleich lang sind, ermöglicht es ebenfalls, diese Zuschnitte durch räumliche Aufwölbung, Verwindung und dgl. zu variierten Gestaltungselementen zu formen und diese in ahnlicher Vielfältigkeit wie die ursprünglichen Gestaltungselemente einzusetzen und zu nützen PATENTANSPRÜCHE : 1.

Gestaltungselement für aero- oder hydrodynamische Bauteile in Form von Rotationskor- pern, Strömungseinrichtungen oder dgl., die auf mechanische Weise Energie aus einem Fluid gewinnen oder Energie in ein Fluid einbringen, welches Gestaltungselement aus ei- nem ebenen Materialzuschnitt durch räumliche Verformung gebildet ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass der ebene Zuschnitt (1) die Form einer Halbkreisfläche (K) aufweist, welche von einer Halbkreislinie (b) und einem Durchmesser (d) eingeschlossen ist, wobei an die Halbkreislinie (b) von dem einen am Durchmesser (d) liegenden Ende ein halbkreisförmi- ger Ansatz (H1) anschliesst und vom anderen, am Durchmesser (d) liegenden Ende ein e- benfalls halbkreisförmiger Ausschnitt (H2) ausgeht, wobei die Summe der Durchmesser von Ansatz (H1) und Ausschnitt (H2) gleich dem Durchmesser der Halbkreisfläche (K) ist,

so dass die Halbkreislinien von Ansatz (H1) und Ausschnitt (H2) etwa S-förmig anein- <Desc/Clms Page number 4> ander anschliessen und dass dieser Zuschnitt unter räumlicher Verformung, beispielsweise durch Einrollen, Biegen, Verwinden, Kanten, Teilen, Überlappen Verbinden u.a.m., für sich oder in Kombination mit gleichen bzw. zu einem vollen Kreis sich ergänzenden Zuschnitten und bzw. oder einem oder mehreren ergänzenden Tragkörpern zugeordneter Form, z.B. Kugeln oder Wellen, zu dem gewünschten Bauteil geformt bzw. zusammengesetzt ist (Fig. 1 bis 1 c).
2. Gestaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser von Ansatz (H1) und Ausschnitt (H2) jeweils gleich dem halben Durchmesser (d) der Halb- kreisfläche (K) sind.
3. Gestaltungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Halbkreisflä- che (K) entstammende Ausschnitt (H2) als Ansatz (H1) an die andere Durchmesserhälfte der Halbkreisfläche (K) angefügt ist.
4. Gestaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zuschnitt der Durchmesser (e1) des Ansatzes (H1 grösser als der Durchmesser (e2) des Ausschnit- tes (H2) ist und die Durchmesser von Ansatz (H1) und Ausschnitt (H2) bei einem zweiten Zuschnitt gegengleich gross sind (Fig. 5,5a).
5. Gestaltungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Zuschnitte lediglich einen bestimmten Teil (1',1") des ursprünglichen Zuschnittes (1) umfassen und als solche untereinander oder mit vollständigen Zuschnitten (1) neue kombinierte ebene Formteile bilden, die ebenfalls in mehrfacher Anzahl durch räumliche Verformung und entsprechende Kombinationen zu aero- oder hydrodynami- schen Bauteilen zusammengefügt sind (Fig. 4,4a).
6. Gestaltungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur Auffindung und Entwicklung von Modellen für aero- oder hydrodynami- sche Bauteile genützt ist, wobei die entwickelten Modelle und bzw. oder Bauteile anschlie- &num;end in beliebiger Fertigungstechnik erzeugt sind.
7. Gestaltungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweischaliges Rotorblatt bestehend aus zwei gleichsinnig gewölbten Zuschnitten (Fig. 2) in der Form zusammengesetzt ist, dass die Spitze (2") des zweiten Zuschnittes im Übergangspunkt (2') der beiden kleinen Halbkreislinien des ersten Zuschnittes ansetzt und von dieser Stelle aus die grosse Halbkreislinie (b") des zweiten Zuschnittes mit der kleinen Halbkreislinie (c') des Ansatzes des ersten Zuschnittes verbunden ist und diese gemein- same Verbindungslinie bis zur Spitze (4') des ersten Zuschnittes weitergeführt ist (Fig. 2), wobei die aus den beiden kleinen Halbkreislinien (a' und a") sich ergebende Öffnung als Blattwurzel des zweischaligen, hohlen Rotorblattes dient (Fig. 2b, 2c).
8. Gestaltungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rotorblätter ei- nen Rotor bilden, wobei die beiden Rotorblätter an ihren Blattwurzeln fugenlos verbunden sind.
9. Gestaltungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei Rotorblätter ei- nen Rotor bilden, wobei die Blattwurzeln der drei Rotorblätter auf einer gedachten oder ei- ner realen Kugeloberfläche mit entsprechendem Durchmesser miteinander verbunden sind, wobei die Rotorblätter einander fugenlos berühren und sich lediglich an zwei Stellen der Kugeloberfläche eine Öffnung ergibt, die jeweils einer Dreiecksform entspricht, die von drei gekrümmten Seiten gebildet wird, wodurch die Mittelpunkte dieser beiden Öffnungen genau auf der Rotorachse liegen (Fig. 3).

HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN