Die Erfindung betrifft einen Flügel für eine Strömungskraftmaschine, der ein vorderes und ein hinteres axiales Ende sowie eine Vorderkante und eine Hinterkante sowie ein Tragflügelprofil aufweist, und der im Wesentlichen S-förmig längs der Oberfläche eines gedachten Rotationskörpers verläuft. Dabei fällt die Achse des Rotationskörpers mit einer Drehachse der Strömungskraftmaschine zusammen, und der Rotationskörper entsteht durch Rotation einer bogenförmigen Kurve mit Anfangs- und Endpunkt im Bereich der Drehachse.The invention relates to a wing for a turbomachine, which has a front and a rear axial end and a leading edge and a trailing edge and a wing profile, and which extends substantially S-shaped along the surface of an imaginary rotation body. In this case, the axis of the rotational body coincides with a rotational axis of the flow engine, and the rotational body is formed by rotation of an arcuate curve with start and end point in the region of the axis of rotation.
Ein solcher Flügel ist bereits aus der WO 03/021105 A1 bekannt. Die dort gezeigte Strömungskraftmaschine hat einen Rotor mit zwei Flügeln, die so geformt sind, dass sie sich auf einer gedachten Oberfläche eines Rotationskörpers vom vorderen bis zum hinteren Ende des Flügels S-förmig erstrecken und an einer Drehwelle der Strömungskraftmaschine befestigt sind.Such a wing is already out of the WO 03/021105 A1 known. The turbomachine shown there has a rotor having two vanes shaped to extend S-shaped on an imaginary surface of a rotating body from the front to the rear end of the wing and fixed to a rotating shaft of the turbomachine.
Derartige Strömungskraftmaschinen sind insbesondere für den Einsatz zur kleinräumigen Energieversorgung beispielsweise in Wohngebieten geeignet. In diesem Umfeld sind sowohl eine optimale Energieausbeute auch bei geringen Windgeschwindigkeiten gefragt als auch ein geringes Betriebsgeräusch.Such flow engines are particularly suitable for use for small-scale energy supply, for example in residential areas. In this environment both an optimal energy yield even at low wind speeds are in demand as well as a low operating noise.
Ein bekannter Nachteil derartiger Strömungskraftmaschinen ist jedoch, dass die hohen im Betrieb auftretenden Zentrifugalkräfte durch die komplexe Form der Flügel schwer beherrschbar sind. Hinzu kommt, dass eine exakte Fertigung der Flügel sehr aufwendig ist. Die auf die Flügel wirkende Zentrifugalkraft ruft eine elastische Verformung der Flügel hervor. Die so entstehenden geometrischen Veränderungen der Flügelform und des Abstands der Drehachse zum Scheitelpunkt des Flügels können zu Schwingungen führen.A known disadvantage of such flow engines, however, is that the high centrifugal forces occurring during operation are difficult to control due to the complex shape of the blades. In addition, an exact production of the wings is very expensive. The centrifugal force acting on the wings causes elastic deformation of the wings. The resulting geometric changes of the wing shape and the distance of the axis of rotation to the vertex of the wing can lead to vibrations.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen bezüglich des Laufverhaltens verbesserten Flügel vorzustellen.The object of the invention is to introduce a wing improved in terms of running behavior.
Erfindungsgemäß ist hierzu bei einem oben genannten Flügel die Hinterkante des Flügels wenigstens abschnittsweise als flexible Lippe ausgebildet, die weicher als der restliche Flügel ausgebildet ist. Die Lippe ist dabei so weich ausgebildet, dass sie sich der Luftströmung anpassen kann, aber natürlich nicht so weich, dass sie bei den Betriebswindstärken und Laufgeschwindigkeiten der Strömungskraftmaschine zu flattern beginnt. Die Flexibilität der Hinterkante des Flügels beeinflusst die Ausbildung von Wirbeln am Ende des Flügels. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine weiche, flexible Gestaltung die Geräuschbelastung erheblich reduziert werden kann. In Bezug auf die Erfindung hat sich gezeigt, dass diese Technik auch für Strömungskraftmaschinen mit der hier beschriebenen speziellen Flügelform außerordentlich gut geeignet ist. Die „Weichheit” wird durch Aufbringen einer Kraft senkrecht auf die Flügelfläche bestimmt.According to the invention, the rear edge of the wing is at least partially formed as a flexible lip, which is softer than the rest of the wing in an above-mentioned wing. The lip is designed so soft that it can adapt to the flow of air, but of course not so soft that it begins to flutter at the operating wind speeds and running speeds of the turbomachine. The flexibility of the trailing edge of the wing affects the formation of vertebrae at the end of the wing. It has been found that by a soft, flexible design, the noise level can be significantly reduced. With respect to the invention, it has been found that this technique is also extremely well suited to fluid engines having the particular wing shape described herein. The "softness" is determined by applying a force perpendicular to the wing surface.
Vorzugsweise ist die Lippe einstückiger Bestandteil des Flügels, d. h. sie geht einstückig in den Rest des Flügels über.Preferably, the lip is integral with the wing, i. H. she walks in one piece into the rest of the wing.
Die Lippe kann sich über die gesamte Flügellänge erstrecken. Es ist aber auch möglich, die Lippe nur in den Abschnitten des Flügels auszubilden, die die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten erfahren. Vorzugsweise erstreckt sich die Lippe in Richtung zur Vorderkante des Flügels etwa über 20 bis 50% der Flügelbreite. Die genauen Abmessungen sind natürlich dem jeweiligen Einsatzzweck anpassbar.The lip can extend over the entire wing length. But it is also possible to form the lip only in the sections of the wing, which experience the highest flow velocities. Preferably, the lip extends toward the leading edge of the wing about 20 to 50% of the wing width. The exact dimensions are naturally adaptable to the respective application.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Flügel eine obere und eine untere Schalenhälfte auf, die abschnittsweise miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment of the invention, the wing on an upper and a lower shell half, which are partially connected to each other.
In diesem Fall ist es möglich, in wenigstens einem Abschnitt entlang der Längserstreckung des Flügels die Schalenhälften im Bereich der Lippe nicht aneinander zu befestigen. Dies erlaubt, auf einfache Weise die Flexibilität der Lippe herzustellen.In this case it is possible, in at least one section along the longitudinal extent of the wing, not to fasten the shell halves in the area of the lip. This allows to easily create the flexibility of the lip.
Die obere und/oder die untere Schalenhälfte können im Bereich der Lippe dünner als im restlichen Flügel ausgeführt sein, und insbesondere mit gleichbleibender Dicke. Auch dies sorgt für eine erhöhte Flexibilität im Bereich der Lippe gegenüber dem restlichen Flügel. In diesem Bereich können die obere und/oder die untere Schalenhälfte als dünne Lage aus dem Flügelmaterial ausgebildet sein, deren Stärke natürlich noch ausreichend ist, um den Belastungen durch die Luftströmung standzuhalten.The upper and / or the lower shell half can be made thinner in the region of the lip than in the remaining wing, and in particular with a constant thickness. This also provides for increased flexibility in the area of the lip compared to the rest of the wing. In this area, the upper and / or the lower shell half may be formed as a thin layer of the wing material, the strength of course still sufficient to withstand the stresses of the air flow.
Sowohl die untere als auch die obere Schalenhälfte können aus Polyethylen bestehen. Optional ist eine Faserverstärkung möglich, beispielsweise durch eingearbeitete Rovings. Die Verwendung von Polyethylen als Werkstoff ergibt eine Gewichtseinsparung gegenüber den herkömmlich verwendeten Glasfaserwerkstoffen und erlaubt auch eine einfachere Fertigung.Both the lower and the upper shell half can be made of polyethylene. Optionally, a fiber reinforcement is possible, for example by incorporated rovings. The use of polyethylene as a material results in a weight saving over the conventionally used glass fiber materials and also allows for easier production.
Vorzugsweise sind die obere und die untere Schalenhälfte in Klebeabschnitten großflächig miteinander verklebt. Zum Verkleben kann beispielsweise eine wärmeaktivierte Klebefolie verwendet werden oder auch eine thixotrope Klebefolie, die durch den Anpressdruck beim Zusammenkleben aktiviert wird. Vorzugsweise wird die Klebefolie nach vorgegebenem Muster ausgestanzt und exakt in den Klebeabschnitten positioniert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Gewichtsverteilung in jedem Flügel soweit wie möglich identisch ist. Das großflächige Verkleben der Flügelhälften ist ausreichend zur Befestigung der Hälften aneinander, sodass auf weitere Befestigungsmittel für die einzelnen Flügelhälften verzichtet werden kann.Preferably, the upper and lower shell halves are glued together in adhesive portions over a large area. For bonding, it is possible, for example, to use a heat-activated adhesive film or else a thixotropic adhesive film which is activated by the contact pressure during adhesive bonding. Preferably, the adhesive film is punched out according to a predetermined pattern and positioned exactly in the adhesive portions. In this way it is ensured that the weight distribution in each wing as far as possible is identical. The large-area gluing of the wing halves is sufficient for fastening the halves together, so that can be dispensed with further fastening means for the individual wing halves.
Es ist möglich, die obere und/oder die untere Schalenhälfte so auszubilden, dass im Flügel wenigstens ein Hohlraum ausgebildet ist. Dieser Hohlraum erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Flügellänge und kann zum einen dazu dienen, den Flügel an sich leichter zu gestalten, aber auch, um beispielsweise ein Verstärkungselement, etwa in Form eines Stahlseils, aufzunehmen, das durch den gesamten Flügel verlaufen kann.It is possible to form the upper and / or lower shell half such that at least one cavity is formed in the wing. This cavity preferably extends over the entire blade length and may serve, on the one hand, to make the wing itself lighter, but also to accommodate, for example, a reinforcing element, for instance in the form of a steel cord, which may pass through the entire wing.
Der Flügel kann auch so gestaltet sein, dass mehrere Hohlräume ausgebildet sind.The wing may also be designed so that a plurality of cavities are formed.
In einer möglichen bevorzugten Ausführungsform liegen die obere und die untere Schalenhälfte im Bereich der Lippe nur an der Hinterkante selbst aneinander und sind ansonsten so beabstandet, dass ein weiterer Hohlraum gebildet ist. Auch auf diese Weise lässt sich die Flexibilität der Lippe herstellen, da sich die Enden der einzelnen Schalenhälften durch den Abstand in einem gewissen Maß frei bewegen können.In a possible preferred embodiment, the upper and lower shell halves are in the region of the lip only at the trailing edge itself to each other and are otherwise spaced so that a further cavity is formed. In this way, the flexibility of the lip can be produced, since the ends of the individual shell halves can move freely through the distance to a certain extent.
In einer anderen möglichen bevorzugten Ausführungsform sind, im Querschnitt betrachtet, die obere und die untere Schalenhälfte im Bereich der Hinterkante unterschiedlich lang, wobei vorzugsweise die untere Schalenhälfte weiter absteht als die obere und die Hinterkante bildet. Auch diese Maßnahme dient zur Erzeugung der Flexibilität der Lippe, wobei hier eine Abstufung der Flexibilität in Richtung zur Vorderkante erzielt werden kann.In another possible preferred embodiment, viewed in cross-section, the upper and lower shell halves have different lengths in the region of the trailing edge, wherein preferably the lower shell half protrudes farther than the upper and the trailing edges. This measure also serves to produce the flexibility of the lip, wherein here a gradation of the flexibility can be achieved in the direction of the leading edge.
Im Querschnitt betrachtet können die obere und/oder die untere Schalenhälfte bzw. allgemein die Wandstärke des als Hohlprofil ausgebildeten Flügels zur Lippe hin einen Dickensprung haben, wobei die Lippe deutlich dünner ausgebildet ist als der anschließende Teil der Schalenhälfte.Viewed in cross section, the upper and / or the lower shell half or generally the wall thickness of the formed as a hollow profile wing towards the lip have a thickness jump, the lip is significantly thinner than the subsequent part of the shell half.
Die Wanddicke kann im Bereich der Lippe beispielsweise maximal 25% der geringsten Wanddicke im übrigen Bereich des Flügels betragen, vor allem, wenn der Flügel als Hohlprofil ausgebildet ist.The wall thickness may be in the region of the lip, for example, a maximum of 25% of the smallest wall thickness in the remaining area of the wing, especially if the wing is designed as a hollow profile.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Flügel im Wesentlichen aus einem metallischen Innenteil und einer geschäumten Außenschale gebildet, die aus insbesondere glasfaserverstärktem Polyurethan besteht und die vorzugsweise in einem RIM-Verfahren (Reaction Injection Molding) hergestellt ist. Dieses Material ist sehr erosionsbeständig und abriebfest, so dass ein derartiger Flügel auch in schwierigen Umweltbedingungen einsetzbar ist.According to another preferred embodiment of the invention, the wing is essentially formed from a metallic inner part and a foamed outer shell, which consists in particular of glass fiber reinforced polyurethane and which is preferably produced in a RIM process (Reaction Injection Molding). This material is very resistant to erosion and abrasion, so that such a wing can also be used in difficult environmental conditions.
Vorzugsweise ist die Außenschale an der Hinterkante offen ausgebildet, so dass das Innenteil nach dem Schäumen in die Außenschale einsetzbar ist.Preferably, the outer shell is formed open at the trailing edge, so that the inner part can be inserted into the outer shell after foaming.
Alternativ ist es auch möglich, das Innenteil in der Schaumform mit der Außenschale zu umschäumen.Alternatively, it is also possible to foam the inner part in the foam mold with the outer shell.
Das Innenteil ist vorteilhaft aus wenigstens einem tiefgezogenen Metallblech gebildet.The inner part is advantageously formed from at least one deep-drawn sheet metal.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of several embodiments, with reference to the accompanying drawings. In these show:
1 eine schematische Ansicht einer Strömungskraftmaschine mit einem Flügel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic view of a flow engine with a wing according to a first embodiment of the invention;
2 verschiedene Querschnittsprofile des erfindungsgemäßen Flügels entlang der in 1 angegebenen Schnittlinien; 2 various cross-sectional profiles of the wing according to the invention along the in 1 specified cutting lines;
3 eine schematische Frontansicht einer Strömungskraftmaschine mit zwei Flügeln gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform; 3 a schematic front view of a flow engine with two wings according to a variant of the first embodiment;
4 die Strömungskraftmaschine aus 3 in einer Draufsicht; 4 the flow engine off 3 in a plan view;
5 eine schematische Ansicht einer Strömungskraftmaschine mit zwei Flügeln gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform; 5 a schematic view of a flow engine with two wings according to a variant of the first embodiment;
6 eine schematische Frontansicht eines Rotors einer Strömungskraftmaschine mit drei Flügeln gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 6 a schematic front view of a rotor of a three-rotor flow engine according to a second embodiment of the invention;
7 den Rotor aus 6 in einer Seitenansicht; 7 off the rotor 6 in a side view;
8 eine schematische Frontansicht einer Strömungskraftmaschine mit drei Flügeln gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform; 8th a schematic front view of a three-wing flow engine according to a variant of the second embodiment;
9 die Strömungskraftmaschine aus 8 in einer Seitenansicht; 9 the flow engine off 8th in a side view;
10 eine schematische Frontansicht eines Rotors einer Strömungskraftmaschine mit vier Flügeln gemäß einer dritten Ausführungsform; 10 a schematic front view of a rotor of a four-rotor flow engine according to a third embodiment;
11 den Rotor aus 10 in einer Draufsicht; 11 off the rotor 10 in a plan view;
12 eine schematische Frontansicht einer Strömungskraftmaschine mit vier Flügeln gemäß einer Variante der dritten Ausführungsform; 12 a schematic front view of a four-rotor flow engine according to a variant of the third embodiment;
13 die Strömungskraftmaschine aus 12 in einer Seitenansicht; 13 the flow engine off 12 in a side view;
14 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine mit einer teilgeschnittenen Ansicht eines der Flügel; 14 a schematic view of a flow engine according to the invention with a partially sectioned view of one of the wings;
15 die Strömungskraftmaschine aus 14 mit einem außerhalb des Flügels angeordneten Auswuchtelement; 15 the flow engine off 14 with a balancing element arranged outside the wing;
16 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Flügels aus zwei Schalenhälften; 16 schematically the structure of a wing according to the invention of two shell halves;
17 schematisch die Fertigung eines erfindungsgemäßen Flügels; 17 schematically the manufacture of a wing according to the invention;
18 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Flügel; 18 a schematic cross section through a wing according to the invention;
19 ein Innenteil eines erfindungsgemäßen Flügels gemäß einer weiteren Ausführungsform; 19 an inner part of a wing according to the invention according to a further embodiment;
20 eine Außenhülle eines erfindungsgemäßen Flügels; 20 an outer shell of a wing according to the invention;
21 einen erfindungsgemäßen Flügel mit dem Innenteil aus 19 und der Außenschale aus 20; 21 a wing according to the invention with the inner part 19 and the outer shell off 20 ;
22 einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Flügel gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer Vorflügeleinheit im eingefahrenen Zustand; 22 a schematic cross section through a wing according to the invention according to a further embodiment with a slat unit in the retracted state;
23 den Flügel aus 19 mit der Vorflügeleinheit im ausgefahrenen Zustand; 23 out the wing 19 with the slat unit in the extended state;
24 einen erfindungsgemäßen Flügel mit schematisch angedeuteten Vorflügeleinheiten; 24 a wing according to the invention with schematically indicated slats units;
25 eine Flügelaufhängung für eine erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine mit zwei Flügeln; 25 a wing suspension for a two-bladed turbomachine according to the invention;
26 eine Flügelaufhängung für eine erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine mit drei Flügeln; und 26 a wing suspension for a three-bladed turbomachine according to the invention; and
27 eine Flügelaufhängung für die eine erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine mit vier Flügeln. 27 a wing suspension for a four-bladed turbomachine according to the invention.
1 zeigt eine Strömungskraftmaschine 100 in Form eines Windrades mit einem zweiflügligen Rotor. Die beiden Flügel 102 der Strömungskraftmaschine 100 sind identisch geformt. Der Rotor, der im Wesentlichen aus den beiden Flügeln 102, einer Drehwelle 104 sowie jeweils einer Flügelaufhängung 106 am vorderen axialen Ende 108 bzw. am hinteren axialen Ende 110 der Flügel 102 besteht, ist in einem hier nur schematisch gezeigten Gestell 112 aufgenommen. 1 shows a flow engine 100 in the form of a windmill with a double-lobed rotor. The two wings 102 the turbomachine 100 are identically shaped. The rotor, consisting essentially of the two wings 102 , a rotary shaft 104 as well as one wing suspension each 106 at the front axial end 108 or at the rear axial end 110 the wing 102 exists is in a frame shown here only schematically 112 added.
Das Gestell 112 ist drehbar gelagert, sodass der Rotor wahlweise in den Wind gedreht oder in jeden beliebigen Winkel zum Wind gestellt werden kann. In der Regel wird die beste Energieausbeute erreicht, wenn die vorderen axialen Enden 108 der Flügel 102 in den Wind gedreht sind, sodass die Axialrichtung R der Drehwelle 104 parallel zur Windrichtung ausgerichtet ist.The frame 112 is rotatably mounted so that the rotor can either be turned into the wind or placed at any angle to the wind. In general, the best energy yield is achieved when the front axial ends 108 the wing 102 are turned in the wind, so that the axial direction R of the rotary shaft 104 aligned parallel to the wind direction.
Soll hingegen die Drehzahl verringert werden, kann das Gestell 112 so gedreht werden, dass der Rotor senkrecht zur Windrichtung steht, sodass nur noch wenig oder gar keine Kraft mehr auf die Flügel 102 übertragen wird. Optional kann eine elektrische Bremse für den Rotor vorgesehen sein.If, however, the speed should be reduced, the frame 112 be turned so that the rotor is perpendicular to the wind direction, so that little or no force on the wings 102 is transmitted. Optionally, an electric brake may be provided for the rotor.
Am im Betrieb windabgewandten Ende der Drehwelle 104 ist eine Generatoreinheit 114 vorgesehen, in der in einem nicht gezeigten Generator die Drehung der Drehwelle 104 in elektrische Energie umgesetzt wird.At the end of the rotary shaft, which faces away from the wind during operation 104 is a generator unit 114 provided in the generator, not shown, the rotation of the rotary shaft 104 is converted into electrical energy.
Jeder der Flügel 102 verläuft entlang der Oberfläche eines gedachten Rotationskörpers, dessen Drehachse mit der Drehwelle 104 des Rotors zusammenfällt und der durch Rotation einer bogenförmigen Kurve mit Anfangs- und Endpunkt im Bereich der Drehwelle 104 entsteht. Der Rotationskörper ist beispielsweise eine Kugel oder ein Ellipsoid, er kann aber auch durch Rotation einer parabelförmigen Kurve entstehen, wie die Form, die durch ein rotierendes Seil erzeugt wird.Each of the wings 102 runs along the surface of an imaginary rotation body whose axis of rotation with the rotation shaft 104 of the rotor coincides and that by rotation of an arcuate curve with start and end point in the region of the rotary shaft 104 arises. The rotation body is, for example, a sphere or an ellipsoid, but it may also be created by rotation of a parabolic curve, such as the shape created by a rotating rope.
Der Verlauf der Kurve, die den Rotationskörper bildet, ist vom vorderen Ende der Kurve bis zu ihrem Scheitelpunkt C achssymmetrisch zum Bereich vom Scheitelpunkt bis zum hinteren Ende der Kurve, wobei die Achse durch den Scheitelpunkt und senkrecht zur Drehachse verläuft.The course of the curve forming the body of revolution is axisymmetric from the front end of the curve to its vertex C, from the vertex to the back end of the curve, the axis passing through the vertex and perpendicular to the axis of rotation.
Die Flügel 102 erstrecken sich entlang der Oberfläche des Rotationskörpers S-förmig vom vorderen axialen Ende 108 bis zum hinteren axialen Ende 110 des Flügels 102, wobei natürlich auch ein gespiegeltes S unter diese Definition fällt.The wings 102 extend along the surface of the rotating body S-shaped from the front axial end 108 to the rear axial end 110 of the grand piano 102 , of course, a mirrored S falls under this definition.
Das vordere bzw. hintere axiale Ende 108 bzw. 110 des Flügels 102 sind auf die Windrichtung bezogen. Dabei ist das vordere axiale Ende 108 dasjenige Ende des Flügels 102, das zuerst angeströmt wird, also gegen den Wind gerichtet ist.The front and rear axial end 108 respectively. 110 of the grand piano 102 are related to the wind direction. Here is the front axial end 108 the end of the wing 102 , which is first streamed, that is directed against the wind.
Die Strömung an der Oberseite der Flügel 102 ist das Resultat aus der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Windrichtung und der Umfangsgeschwindigkeit des sich um die Drehwelle 104 drehenden Flügels 102. Mit zunehmendem Abstand von der Drehachse, also in Richtung zum Scheitelpunkt C in der axialen Mitte des Flügels 102 hin, nimmt die Bedeutung der Umfangsgeschwindigkeit zu. The flow at the top of the wings 102 is the result of the flow velocity along the wind direction and the peripheral speed of itself around the rotation shaft 104 turning wing 102 , With increasing distance from the axis of rotation, ie in the direction of the vertex C in the axial center of the wing 102 The importance of peripheral speed increases.
Der Rotordurchmesser der hier beschriebenen Strömungskraftmaschinen liegt bevorzugt zwischen etwa 0,6 und 4 Metern.The rotor diameter of the turbomachines described here is preferably between about 0.6 and 4 meters.
Jeder der Flügel 102 weist ein Tragflügelprofil auf und hat eine Vorderkante 116, die die Bewegung des Flügels 102 anführt und eine Hinterkante, die bezüglich der Bewegungsrichtung hinten liegt (siehe 2).Each of the wings 102 has an airfoil profile and has a leading edge 116 that the movement of the grand piano 102 leads and a trailing edge, which is behind with respect to the direction of movement (see 2 ).
Der Scheitelpunkt des Flügels 102 bildet den Wendepunkt des S und liegt im Wesentlichen auf einem durch den rotierenden Scheitelpunkt der Kurve gebildeten Äquatorkreis.The vertex of the grand piano 102 forms the inflection point of the S and lies essentially on an equatorial circle formed by the rotating vertex of the curve.
Auch das „S” sollte in der Draufsicht vom Scheitelpunkt C senkrecht auf die Drehachse punktsymmetrisch zum Scheitelpunkt C sein. Damit ergibt sich in einer Blickrichtung parallel zur Drehachse durch die beiden Flügel die Form einer Acht, wobei ein Flügel die obere Hälfte und ein Flügel die untere Hälfte der Acht bildet (siehe 1).Also, the "S" should be in the plan view of the vertex C perpendicular to the axis of rotation point-symmetrical to the vertex C. This results in a line of sight parallel to the axis of rotation through the two wings, the shape of an eight, with a wing, the upper half and a wing forms the lower half of the eight (see 1 ).
Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Flügel 102 in sich bezüglich seiner vorderen und hinteren axialen Hälfte nicht vollständig symmetrisch gestaltet sein muss.However, it should be noted that the wing 102 does not have to be completely symmetrical in terms of its front and rear axial half.
Das Tragflächenprofil des Flügels 102 ändert sich über dessen Länge. 2 zeigt in verschiedenen Schnittansichten entlang der Linien A-A bis E-E in 1 die Form des Profils in verschiedenen Abschnitten des Flügels. Es ist gut zu erkennen, dass das dickere, gewölbte Ende des Profils stets an der Vorderkante 116 liegt, während das Profil zur Hinterkante 118 hin entsprechend der bekannten Tragflügelform flach ausläuft. Das Profil ist im Bereich des vorderen axialen Endes 108 des Flügels, also in den Bereichen A-A und B-B in 1, konkav zur Anströmrichtung gekrümmt, d. h. die radiale Außenseite 119 des Flügels 102 ist konkav gewölbt. Entsprechend ist in diesen Abschnitten die radiale Innenseite 121 des Flügels 102 konvex gewölbt.The wing profile of the wing 102 changes over its length. 2 shows in various sectional views along the lines AA to EE in 1 the shape of the profile in different sections of the wing. It's good to see that the thicker, arched end of the profile is always at the leading edge 116 lies while the profile is trailing edge 118 out flat according to the known wing shape. The profile is in the area of the front axial end 108 of the wing, thus in the areas AA and BB in 1 , curved concavely to the direction of flow, ie the radial outer side 119 of the grand piano 102 is concave arched. Accordingly, in these sections, the radial inside 121 of the grand piano 102 convex arched.
Jenseits des Scheitelpunkts C kehrt sich die Krümmung um, sodass die radiale Innenseite 121 des Flügels 102 konvex gewölbt ist, wie in den Schnitten in den Bereichen D-D und E-E im hinteren axialen Endbereich 110 des Flügels 102 zu erkennen ist, während die radiale Außenseite 119 konkav gewölbt ist.Beyond the vertex C, the curvature reverses, leaving the radial inside 121 of the grand piano 102 is convex, as in the cuts in the areas DD and EE in the rear axial end region 110 of the grand piano 102 can be seen while the radial outside 119 is concavely arched.
Das Profil des Flügels 102 kann im Bereich des Scheitelpunkts C axial symmetrisch ausgebildet sein, sodass eine gleiche Krümmung an der radialen Außenseite 119 und an der radialen Innenseite 121 des Flügels 102 besteht.The profile of the grand piano 102 can be formed axially symmetrical in the region of the vertex C, so that an equal curvature on the radial outer side 119 and on the radial inside 121 of the grand piano 102 consists.
Der Flügel 102 weist vorzugsweise nur eine aerodynamische, aber kein geometrische Schränkung auf.The wing 102 preferably has only an aerodynamic, but no geometric Schränkung.
Im Bereich des vorderen axialen Endes 108 erfolgt die Anströmung durch den Wind eher auf der radialen Außenseite 119 des Flügels 102, während aufgrund der Flügelform im Bereich des hinteren axialen Endes 110 des Flügels 102 die Anströmung eher auf der radialen Innenseite 121 des Flügels 102 erfolgt. Die Hauptanströmungsrichtung, die in 2 jeweils mit einem Pfeil dargestellt ist, erfolgt somit immer auf der konkav gekrümmten Seite des Flügels 102.In the area of the front axial end 108 The wind flow is more likely to be on the radial outside 119 of the grand piano 102 while due to the wing shape in the area of the rear axial end 110 of the grand piano 102 the flow rather on the radial inside 121 of the grand piano 102 he follows. The main inflow direction, which in 2 each represented by an arrow, thus always takes place on the concavely curved side of the wing 102 ,
Das Flügelprofil könnte im Bereich des hinteren axialen Endes 110 (Bereiche C bis E in 1) auch entgegengesetzt gekrümmt sein, sodass die radiale Außenseite 119 des Flügels 102 konkav gekrümmt ist.The sash profile could be in the area of the rear axial end 110 (Areas C to E in 1 ) are also curved in opposite directions, so that the radial outer side 119 of the grand piano 102 is concavely curved.
Wie 2 auch zeigt, ändert sich auch die Flügelbreite entlang dessen Länge. Im Bereich des vorderen axialen Endes 108 sowie des hinteren axialen Endes 110 ist der Flügel 102 am breitesten, während er am Scheitelpunkt C am schmalsten ist.As 2 also shows, the wing width changes along its length. In the area of the front axial end 108 and the rear axial end 110 is the wing 102 widest while being narrowest at vertex C.
Bezüglich der Breite ist der Flügel 102 hier symmetrisch ausgeführt.As for the width, the wing is 102 here executed symmetrically.
Die vorderen bzw. hinteren axialen Enden 108, 110 aller Flügel 102 eines Rotors sind jeweils in einer einzigen Flügelaufhängung 106 am vorderen bzw. hinteren Ende des Rotors angelenkt. Die Flügelaufnahme bildet die Verbindung der Flügel 102 zur Drehwelle 104 und stellt den einzigen Befestigungspunkt der Flügel 102 dar. Die Anlenkpunkte der Flügel 102 in einer Flügelaufhängung 106 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, d. h. um 180° versetzt bei zwei Flügeln 102, um 60° versetzt bei drei Flügeln 102 und um 90° versetzt bei vier Flügeln 102 (siehe auch 22–24).The front and rear axial ends 108 . 110 all wings 102 a rotor are each in a single wing suspension 106 hinged at the front and rear end of the rotor. The wing receiver forms the connection of the wings 102 to the rotary shaft 104 and represents the only attachment point of the wings 102 dar. The articulation points of the wings 102 in a wing suspension 106 are evenly distributed over the circumference, ie offset by 180 ° with two wings 102 offset by 60 ° with three wings 102 and offset by 90 ° with four wings 102 (see also 22 - 24 ).
Die axialen Enden 108, 110 jedes Flügels 102 stehen im Wesentlichen senkrecht zur Drehwelle 104 in den Flügelaufhängungen 106, sodass Querkräfte an dieser Stelle vermieden werden können. Dies ist weiter unten noch detaillierter erläutert.The axial ends 108 . 110 every wing 102 are substantially perpendicular to the rotary shaft 104 in the wing suspensions 106 so that lateral forces can be avoided at this point. This will be explained in more detail below.
Während die Anordnung der jeweils gleichen Flügelenden in einer Flügelaufhängung sich auf die dargelegten Varianten beschränkt, gibt es diverse Möglichkeiten, die vorderen bzw. hinteren axialen Enden 108, 110 der Flügel 102 in den Flügelaufhängungen 106 auszurichten. Im Folgenden wird von einer 180°-Anordnung gesprochen, wenn, wie in den 3 und 4 dargestellt, das hintere axiale Ende 110 auf der Seite der Flügelaufhängung 106 angebracht ist, die der Seite der Flügelaufhängung 106 gegenüberliegt, an die das vordere axiale Ende 108 des Flügels 102 angelenkt ist, also um 180° versetzt zu dieser ist.While the arrangement of the respective same wing ends in a wing suspension is limited to the variants presented, there are various possibilities, the front and rear axial ends 108 . 110 the wing 102 in the wing suspensions 106 align. The following is a 180 ° arrangement, if, as in the 3 and 4 shown, the rear axial end 110 on the side of the wing suspension 106 attached to the side of the wing suspension 106 opposite to which the front axial end 108 of the grand piano 102 hinged, that is offset by 180 ° to this is.
Von einer 90°-Anordnung wird gesprochen, wenn der Winkel zwischen dem vorderen axialen Ende 108 und dem hinteren axialen Ende 110 in etwa 90° beträgt. Auch eine 0°-Anordnung ist möglich, wie sie in 6 dargestellt ist. In diesem Fall liegen das vordere axiale Ende 108 und das hintere axiale Ende 110 auf der gleichen Seite der Flügelaufhängung 106.A 90 ° arrangement is used when the angle between the front axial end 108 and the rear axial end 110 is about 90 °. Even a 0 ° -rangement is possible, as in 6 is shown. In this case, the front axial end lie 108 and the rear axial end 110 on the same side of the wing suspension 106 ,
Diese Art der Aufhängung entscheidet mit über die Krümmung des „S”, das der Flügel auf der Oberfläche des Rotationskörpers beschreibt. Je weiter der hintere Aufhängungspunkt gegenüber dem vorderen Aufhängungspunkt verdreht ist, umso stärker gekrümmt verläuft der Flügel entlang des Rotationskörpers. Mit einer stärkeren Flügelkrümmung ist es möglich, eine größere Flügelfläche bei gleichem Rotordurchmesser zu verwirklichen, jedoch werden höhere Rotationsgeschwindigkeiten und Drehzahlen mit schwächer gekrümmten Flügeln erreicht. Die optimale Krümmung und damit die optimale Anordnung des vorderen axialen Endes 108 gegenüber dem hinteren axialen Ende 110 muss daher im jeweiligen Anwendungsfall bestimmt werden. Natürlich ist es dabei auch möglich, jeden beliebigen Winkelversatz einzustellen, nicht nur die beschriebenen Varianten.This type of suspension determines with the curvature of the "S", which describes the wing on the surface of the rotating body. The farther the rear suspension point is rotated with respect to the front suspension point, the more curved the wing is along the rotation body. With a greater wing curvature, it is possible to realize a larger wing area with the same rotor diameter, but higher rotational speeds and speeds are achieved with weaker curved wings. The optimal curvature and thus the optimal arrangement of the front axial end 108 opposite the rear axial end 110 must therefore be determined in the respective application. Of course, it is also possible to set any angle offset, not just the variants described.
Bei der in 1 dargestellten Strömungskraftmaschine 100 sind die beiden Flügel 102 in einer 90°-Anordnung angelenkt. 6 zeigt dagegen eine Strömungskraftmaschine 100 mit einer Zweiflügelanordnung mit 0° Versatz.At the in 1 illustrated turbomachinery 100 are the two wings 102 articulated in a 90 ° arrangement. 6 on the other hand shows a flow engine 100 with a two-wing arrangement with 0 ° offset.
Die 6 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Strömungskraftmaschine 200 mit drei Flügeln bzw. deren Rotor. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem der gerade beschriebenen Strömungskraftmaschine 100, mit dem Unterschied, dass drei statt zwei Flügel 102 vorgesehen sind.The 6 to 9 show a second embodiment of a flow engine 200 with three wings or their rotor. The structure essentially corresponds to that of the turbomachine just described 100 , with the difference that three instead of two wings 102 are provided.
Die Anlenkpunkte der Flügel 102 sind in jeder Flügelaufhängung 106 gleichmäßig über den Umfang verteilt, also jeweils um 120° versetzt angeordnet.The articulation points of the wings 102 are in every wing suspension 106 evenly distributed over the circumference, so each offset by 120 °.
Bei der in den 6 und 7 dargestellten Variante sind die axialen Enden 108, 110 der Flügel 102 um 180° versetzt angeordnet, während sie bei der in 8 und 9 dargestellten Variante um 90° versetzt angeordnet sind. Der Aufbau der Flügelaufhängungen 106 wird weiter unten noch im Detail beschrieben.In the in the 6 and 7 illustrated variant are the axial ends 108 . 110 the wing 102 arranged offset by 180 °, while at the in 8th and 9 variant shown are arranged offset by 90 °. The structure of the wing suspensions 106 will be described in detail below.
Die generelle Form der Flügel 102 sowie das Flügelprofil jedes der Flügel 102 der dreiflügeligen Rotoren kann so ausgebildet sein wie für die Strömungskraftmaschine 100 in den 1 und 2 beschrieben.The general shape of the wings 102 as well as the wing profile of each wing 102 The three-bladed rotors can be designed as for the flow engine 100 in the 1 and 2 described.
In den 10 bis 13 ist eine Strömungskraftmaschine 300 mit einem vierflügeligen Rotor gezeigt. Auch hier laufen die axialen Flügelenden 108, 110 annähernd senkrecht in die Flügelaufhängung 106 an beiden axialen Enden des Rotors.In the 10 to 13 is a flow engine 300 shown with a four-bladed rotor. Again, the axial wing ends run 108 . 110 almost perpendicular to the wing suspension 106 at both axial ends of the rotor.
Die 10 und 11 zeigen einen Versatz zwischen vorderem axialen Ende 108 und hinterem axialen Ende 110 der Flügel 102 um 180°, während in den 12 und 13 der Rotor mit einem Versatz der Flügel 102 von 90° dargestellt ist.The 10 and 11 show an offset between the front axial end 108 and rear axial end 110 the wing 102 around 180 °, while in the 12 and 13 the rotor with a displacement of the wings 102 of 90 ° is shown.
Entlang der Vorderkante 116 jedes der Flügel 102 ist ein Hohlraum 120 ausgebildet (siehe 18), der sich im gezeigten Beispiel über die gesamte Länge des Flügels 102 erstreckt. In den Hohlraum 120 ist ein langgestrecktes Auswuchtelement 122 mit daran befestigten Auswuchtgewichten 124 eingezogen (siehe 15). Zu diesem Zweck ist in jedem Flügel im Bereich des vorderen axialen Endes 108 bzw. des hinteren Endes 110 eine Öffnung 126 vorgesehen, die in den Hohlraum 120 führt.Along the front edge 116 each of the wings 102 is a cavity 120 trained (see 18 ), which in the example shown over the entire length of the wing 102 extends. In the cavity 120 is an elongated balancing element 122 with balance weights attached 124 retracted (see 15 ). For this purpose is in each wing in the area of the front axial end 108 or the rear end 110 an opening 126 provided in the cavity 120 leads.
Das Verfahren zur Fertigung des Flügels, das im Folgenden noch beschrieben wird, erlaubt bereits, den Flügel 102 mit nur sehr geringen Abweichungen von seiner Idealform herzustellen. Dennoch tritt im Normalfall bei jedem Flügel 102 eine gewisse Unwucht auf, die durch das Anbringen entsprechender Auswuchtgewichte 124 entlang der Länge des Flügels 102 ausgeglichen wird.The method for manufacturing the wing, which will be described below, already allows the wing 102 produce with only very slight deviations from its ideal shape. Nevertheless, every wing normally occurs 102 a certain imbalance, by attaching appropriate balance weights 124 along the length of the wing 102 is compensated.
Der Flügel 102 wird zunächst nach seiner vorläufigen Fertigstellung, das bedeutet bis auf das Anbringen der Auswuchtgewichte vollständig gefertigt, an einer Drehwelle befestigt, die vorzugsweise ein entsprechendes Gegengewicht aufweist. Wenn noch eine Unwucht vorliegt, wird sich der Flügel 102 um die Drehwelle bis in eine bestimmte Gleichgewichtsposition bewegen. Nun werden ein oder mehrere Auswuchtgewichte 124 über die gesamte Länge des Flügels verteilt zunächst außen am Flügel an der radialen Außenseite 119 oder der radialen Innenseite 121 vorläufig befestigt. Dieser Prozess wird so lange fortgesetzt, bis der Flügel 102 bei einer freien Drehung um die Drehwelle eine vorbestimmte Gleichgewichtsposition einnimmt, die kennzeichnet, dass nun keine Unwucht mehr vorliegt.The wing 102 is first after its provisional completion, which means completely made to attach the balancing weights, attached to a rotary shaft, which preferably has a corresponding counterweight. If there is still an imbalance, the wing will be 102 to move the rotary shaft to a certain equilibrium position. Now, one or more balance weights 124 over the entire length of the wing initially distributed outside the wing on the radial outside 119 or the radial inside 121 provisionally attached. This process will continue until the wing 102 at a free rotation about the rotating shaft assumes a predetermined equilibrium position, which indicates that now no imbalance is present.
Die Positionen der Auswuchtgewichte 124 entlang der Länge des Flügels 102 werden vermerkt, und anschließend werden die Auswuchtgewichte 124 an dem flexiblen Auswuchtelement 122, beispielsweise einem Band oder einem Seil, befestigt. Hierzu können die Auswuchtgewichte eine Öffnung aufweisen, sodass sie auf das Auswuchtelement 122 aufgefädelt werden können. Die Auswuchtgewichte 124 sind beispielsweise kleine, weiche Metallkugeln, die, einmal an ihre vorher bestimmte Position am Auswuchtelement 122 gebracht, dort durch Quetschen oder Löten sicher befestigt werden können.The positions of the balance weights 124 along the length of the wing 102 are noted, and then the balance weights 124 on the flexible balancing element 122 , For example, a tape or a rope attached. For this For example, the balance weights may have an opening so that they touch the balancing element 122 can be threaded. The balance weights 124 are, for example, small, soft metal balls that, once, to their predetermined position on the balancing element 122 brought there by squeezing or soldering can be securely attached.
Sind sämtliche Auswuchtgewichte 124 an ihren vorher bestimmten Positionen fest und unverschieblich am Auswuchtelement 122 befestigt, wird dieses über die Öffnungen 126 in den Hohlraum 120 eingefädelt und durch den gesamten Flügel 102 hindurchgezogen, sodass die beiden Enden des Auswuchtelements 122 durch die Öffnungen 126 am vorderen bzw. hinteren axialen Ende 108, 110 des Flügels 102 herausragen.Are all balancing weights 124 firmly and immovably on the balancing element at their predetermined positions 122 attached, this is about the openings 126 in the cavity 120 threaded and through the entire wing 102 pulled so that the two ends of the balancing element 122 through the openings 126 at the front and rear axial end 108 . 110 of the grand piano 102 protrude.
Das Auswuchtelement 122 wird im Inneren des Hohlraums 120 so lange verschoben, bis sämtliche Auswuchtgewichte 124 an ihre vorher bestimmte Position gelangt sind. Dann wird das Auswuchtelement 122 an seinen Enden befestigt, in diesem Beispiel an der Flügelaufhängung 106, wie später noch beschrieben wird (siehe 22 bis 24).The balancing element 122 will be inside the cavity 120 postponed until all balance weights 124 have reached their previously determined position. Then the balancing element 122 attached at its ends, in this example on the wing suspension 106 , as will be described later (see 22 to 24 ).
Das Auswuchtelement 122 und somit auch die Auswuchtgewichte 124 müssen im Flügelinneren nicht befestigt werden. Vorzugsweise ist der Hohlraum 120 in seinem Durchmesser so gewählt, dass er nur etwas größer im Durchmesser ist als der Durchmesser der Auswuchtgewichte 124, sodass diese sich nicht übermäßig im Inneren des Flügels bewegen können. Es ist natürlich auch möglich, die Auswuchtgewichte 124 im Hohlraum 120 zu befestigen, beispielsweise durch Verkleben.The balancing element 122 and thus also the balance weights 124 do not need to be fixed in the wing interior. Preferably, the cavity 120 chosen in diameter so that it is only slightly larger in diameter than the diameter of the balance weights 124 so that they can not move excessively inside the wing. It is also possible, of course, the balance weights 124 in the cavity 120 to attach, for example by gluing.
In den 16 bis 18 ist der Aufbau des Flügels 102 sowie dessen Fertigung näher dargestellt.In the 16 to 18 is the structure of the grand piano 102 and its production shown in more detail.
Der Flügel 102 besteht im Wesentlichen aus einer Oberschale 128 sowie einer Unterschale 130. Sowohl Oberschale 128 als auch die Unterschale 130 bestehen in diesem Beispiel aus Polyethylen, wobei optional eine in Flügellängsrichtung verlaufende Faserverstärkung beispielsweise durch Faserbündel oder Rovings vorgesehen sein kann.The wing 102 consists essentially of an upper shell 128 and a lower shell 130 , Both upper shell 128 as well as the lower shell 130 consist in this example of polyethylene, with optionally extending in the wing longitudinal direction fiber reinforcement may be provided, for example by fiber bundles or rovings.
Die beiden Schalen 128, 130 ergänzen sich zusammengesetzt zum Tragflügelprofil des Flügels 102. In den 16 bis 18 ist der Flügel 102 im Schnitt etwa im Bereich A-A oder B-B in 1 dargestellt.The two bowls 128 . 130 complement each other to the wing profile of the wing 102 , In the 16 to 18 is the wing 102 on average in the area AA or BB in 1 shown.
Der Bereich der Vorderkante 116 ist der dickste und massivste Teil des Flügels, der auch das stumpfe Ende des Tragflügelprofils bildet.The area of the leading edge 116 is the thickest and most massive part of the wing, which also forms the blunt end of the wing profile.
Im diesem Bereich weist jede der beiden Schalen 128, 130 eine Ausnehmung 131 auf, die sich zusammengesetzt zum Hohlraum 120 für das Auswuchtelement 122 ergänzen.In this area, each of the two shells points 128 . 130 a recess 131 on, which is composed to the cavity 120 for the balancing element 122 complete.
In dem in Richtung zur Hinterkante 118 anschließenden Bereich des Profils, in dem der Flügel 102 beginnt, sich zu verjüngen, ist die Wandstärke der Oberschale 128 sowie auch die der Unterschale 130 gegenüber der Vorderkante 116 stark reduziert, sodass ein Richtung Hinterkante schmaler werdender Hohlraum 132 entsteht, wenn die beiden Schalen 128, 130 zusammengesetzt sind. Dieser Hohlraum 132 erlaubt es, das Gewicht des Flügels 102 zu verringern, ohne an Stabilität einzubüßen.In the direction of the trailing edge 118 adjoining area of the profile in which the wing 102 begins to rejuvenate, is the wall thickness of the upper shell 128 as well as the lower shell 130 opposite the front edge 116 greatly reduced, leaving a direction trailing edge narrowing cavity 132 arises when the two shells 128 . 130 are composed. This cavity 132 allows the weight of the wing 102 decrease without losing stability.
Im weiteren Verlauf Richtung Hinterkante 118 folgt nun ein großflächig ausgebildeter Klebeabschnitt 134 (siehe 17), in dem Oberschale 128 und Unterschale 130 so aneinander angepasst sind, dass sie großflächig flach aneinander anliegen können.In the further course towards the rear edge 118 Now followed by a large area trained adhesive section 134 (please refer 17 ), in the upper shell 128 and lower shell 130 are adapted to each other so that they can lie flat against each other over a large area.
An den Klebeabschnitt 134 schließt sich in Richtung Hinterkante 118 eine flexible Lippe 136 an, die aus je einem Lippenabschnitt 138 der Oberschale 128 und der Unterschale 130 gebildet ist, die im gezeigten Beispiel gleich lang ausgebildet sind. Die Lippenabschnitte 138 sind deutlich dünner ausgebildet als der Flügel im Bereich des Klebeabschnitts 134, wobei ein deutlicher Dickensprung 135 vom Ende des Klebeabschnitts 134 zum Beginn des Lippenabschnitts 138 ausgebildet ist.At the gluing section 134 closes towards the rear edge 118 a flexible lip 136 on, each consisting of a lip section 138 the upper shell 128 and the lower shell 130 is formed, which are formed the same length in the example shown. The lip sections 138 are significantly thinner than the wing in the region of the adhesive portion 134 , with a marked jump in thickness 135 from the end of the gluing section 134 to the beginning of the lip section 138 is trained.
Beide Lippenabschnitte 138 haben über ihre gesamte Erstreckung eine gleichbleibende Dicke, wobei die Wanddicke der Lippenabschnitte 138 maximal 25% der geringsten Wanddicke im übrigen Bereich von Oberschale 128 oder Unterschale 130 beträgt. Beide Lippenabschnitte 138 sowie die aus ihnen gebildete Lippe 136 sind so flexibel, dass sie sich an die Luftströmung anpassen können, gleichzeitig aber so stabil, dass sie bei Betriebswindstärken und Betriebsdrehzahlen nicht zu flattern beginnen. Die Lippe 136 ist somit deutlich flexibler, biegsamer und weicher als der Rest des Flügels 102.Both lip sections 138 have over their entire extension a constant thickness, wherein the wall thickness of the lip portions 138 maximum 25% of the smallest wall thickness in the remaining area of the upper shell 128 or lower shell 130 is. Both lip sections 138 and the lip formed from them 136 They are so flexible that they can adapt to the flow of air, but at the same time they are so stable that they do not start to flutter at operating wind speeds and operating speeds. The lip 136 is thus much more flexible, flexible and softer than the rest of the grand piano 102 ,
Im gezeigten Beispiel berühren sich die Lippenabschnitte 138 direkt nur an der Hinterkante 118, sodass im übrigen Bereich der Lippe 136 ein weiterer Hohlraum 140 zwischen den Lippenabschnitten 138 der Oberschale 128 und der Unterschale 130 gebildet ist.In the example shown, the lip sections touch 138 directly at the trailing edge only 118 , so in the remaining area of the lip 136 another cavity 140 between the lip sections 138 the upper shell 128 and the lower shell 130 is formed.
Der Flügel 102 wird gefertigt, indem zunächst die Oberschale 128 und die Unterschale 130 als separate Bauteile aus Polyethylen hergestellt werden.The wing 102 is manufactured by first the upper shell 128 and the lower shell 130 be made as separate components made of polyethylene.
Die vorgefertigten Schalen 128, 130 werden dann in eine aus zwei Hälften bestehende Form 142 eingelegt, deren Innenseiten exakt die gewünschte Flügelform abbilden.The prefabricated bowls 128 . 130 Then they are in a form of two halves 142 whose inner sides exactly reproduce the desired wing shape.
Auf den Klebeabschnitt 134 sowie zwei weitere Klebeabschnitte 144 im Bereich des Vorderendes 116 werden großflächig über die gesamte Länge des Flügels 102 sorgfältig vorgestanzte Klebefolien 146 aufgebracht. Mithilfe der Form 142 werden dann die Oberschale 128 und die Unterschale 130 aufeinandergepresst und im Bereich der Klebeabschnitte 134, 144 fest und unlösbar miteinander verklebt. Bei der Klebefolie 146 kann es sich um einen wärmeaktivierten Klebstoff handeln oder um einen thixotropen Klebstoff, der durch den Druck seine Klebkraft entfaltet. Jede andere geeignete Klebefolie ist auch einsetzbar.On the adhesive section 134 as well as two further adhesive sections 144 in the area of the front end 116 become large over the entire length of the wing 102 carefully pre-cut adhesive films 146 applied. Using the form 142 then become the upper shell 128 and the lower shell 130 pressed on each other and in the area of the adhesive sections 134 . 144 firmly and inseparably glued together. For the adhesive film 146 It can be a heat-activated adhesive or a thixotropic adhesive that develops its adhesive power by the pressure. Any other suitable adhesive film can also be used.
Die Lippe 136 ist vorzugsweise entlang der gesamten Hinterkante 118 des Flügels 102 ausgebildet. Bezüglich der Breite des Flügels erstreckt sie sich je nach Anwendungszweck der Strömungskraftmaschine, in der der Flügel 102 eingesetzt werden soll, etwa über 20 bis 50% der Flügelbreite.The lip 136 is preferably along the entire trailing edge 118 of the grand piano 102 educated. With respect to the width of the wing, it extends depending on the application of the flow engine, in which the wing 102 should be used, about 20 to 50% of the wing width.
Die Lippe 136 könnte auch so ausgebildet sein, dass die Lippenabschnitte 138 der Oberschale 128 und der Unterschale 130 nicht gleich lang ausgeführt sind, sondern vorzugsweise der Lippenabschnitt 138 der Unterschale 130 ein Stückchen länger ausgebildet ist. In diesem Fall würde die Hinterkante 118 allein vom hinteren Ende des Lippenabschnitts 138 der Unterschale 130 gebildet, während erst im späteren Verlauf der Lippe 136 in Richtung Vorderkante 116 der zweite Lippenabschnitt 138 der Oberschale 128 dazukäme. Auch hier können optional die Lippenabschnitte 138 aneinander befestigt sein oder nicht.The lip 136 could also be designed so that the lip sections 138 the upper shell 128 and the lower shell 130 not run the same length, but preferably the lip portion 138 the lower shell 130 a bit longer is formed. In this case, the trailing edge would 118 alone from the back end of the lip section 138 the lower shell 130 formed during the later course of the lip 136 towards the front edge 116 the second lip section 138 the upper shell 128 to come. Again, optionally the lip sections 138 be attached to each other or not.
Vor dem Zusammenfügen von Oberschale 128 und Unterschale 130 wird in die Ausnehmung im Bereich des Vorderendes 116 ein Kunststoffschlauch 148 eingelegt, der sich über die gesamte Länge des Flügels 102 erstreckt und dessen Inneres den Hohlraum 120 bildet. Der Innendurchmesser des Schlauchs 148 ist so gewählt, dass er nur wenig größer ist als der Durchmesser der Auswuchtgewichte 124.Before merging of upper shell 128 and lower shell 130 gets into the recess in the area of the front end 116 a plastic tube 148 inserted, extending over the entire length of the wing 102 extends and the interior of the cavity 120 forms. The inner diameter of the hose 148 is chosen so that it is only slightly larger than the diameter of the balance weights 124 ,
Optional kann außerdem in den Hohlraum 132 ein langgestrecktes Verstärkungselement 150 (siehe 18) eingebracht werden (vor dem Zusammenfügen der Schalenhälften 128, 130 oder nachträglich entsprechend dem Vorgehen beim Einziehen des Auswuchtelements 122). Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Verstärkungselement 150 um ein Stahlseil, das so dimensioniert ist, dass es bei hohen Drehzahlen, bei denen sich der Flügel durch die Fliehkraft radial nach außen wölbt, gestrafft wird und somit eine weitere radiale Ausweitung des Flügels 102 verhindert sowie die auf den Flügel radial nach außen wirkende Last aufnimmt.Optionally, in addition, in the cavity 132 an elongate reinforcing element 150 (please refer 18 ) are introduced (before the assembly of the shell halves 128 . 130 or subsequently according to the procedure when pulling in the balancing element 122 ). In the example shown, it is the reinforcing element 150 a steel cable which is dimensioned so that it is at high speeds at which the wing bulges radially outwardly by the centrifugal force, and thus a further radial expansion of the wing 102 prevents and absorbs the radially acting on the wing to the outside load.
In den 19 bis 21 ist ein Flügel 102' gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. In der Flügelform entspricht er im Wesentlichen dem gerade beschriebenen Flügel 102, weist aber einen anderen Aufbau auf. Das tragende Skelett des Flügels 102' ist durch ein Innenteil 160 aus zwei tiefgezogenen Metallblechen gebildet, die die Hohlräume 120 und 132 einschließen und die entlang von hinteren und vorderen Verbindungsabschnitten 134', 144', die den Klebeabschnitten 134 und 144 entsprechen, z. B. durch Punktschweißen miteinander verbunden sind. Der hintere der Verbindungsabschnitte 134' ist in diesem Beispiel eben ausgebildet, er könnte aber auch zur Erhöhung der Stabilität mit Rippen versehen sein.In the 19 to 21 is a grand piano 102 ' shown according to another embodiment. In the wing shape, it essentially corresponds to the wing just described 102 , but has a different structure. The supporting skeleton of the wing 102 ' is through an inner part 160 formed from two deep-drawn metal sheets, which are the cavities 120 and 132 and along along the rear and front connecting sections 134 ' . 144 ' that the gluing sections 134 and 144 correspond, z. B. are connected to each other by spot welding. The rear of the connecting sections 134 ' is just trained in this example, but it could also be provided to increase the stability with ribs.
Das Innenteil 160 ist im fertigen Flügel von einer einstückigen Außenschale 170 aus einem glasfaserverstärkten, im RIM-Verfahren (Reaction Injection Molding) hergestellten Polyurethanschaum umgeben. Dieses Material weist eine sehr hohe Erosions- und Abriebfestigkeit auf. Die äußere Kontur kann dabei durch eine Gußform sehr exakt vorgegeben werden.The inner part 160 is in the finished wing of a one-piece outer shell 170 from a glass fiber reinforced, in the RIM process (Reaction Injection Molding) produced polyurethane foam surrounded. This material has a very high erosion and abrasion resistance. The outer contour can be specified very accurately by a mold.
In einer ersten Alternative wird das Innenteil 160 in die Gußform eingebracht und dann mit der Außenschale 170 umschäumt.In a first alternative, the inner part 160 introduced into the mold and then with the outer shell 170 foamed.
In einer zweiten Alternative wird die Außenschale 170 separat gefertigt, und das Innenteil 160 wird anschließend in die Außenschale 170 eingesetzt. Die Außenschale 170 besteht aus einer Oberschale 128' und einer Unterschale 130', die am vorderen axialen Ende 116 des Außenschale 170 einstückig verbunden sind, über die restliche Länge der Außenschale aber keine Verbindung zueinander aufweisen. Die Außenschale 170 ist so flexibel, dass die soweit aufgebogen werden kann, dass es möglich ist, das Innenteil 160 einzusetzen. Innenteil 160 und Außenschale werden dann auf geeignete Weise, beispielsweise durch Verkleben, permanent miteinander verbunden. Die in der Außenschale 170 ausgebildeten flexiblen Lippenabschnitte 138' bleiben dabei genau wie beim Flügel 102 unverbunden und bilden die flexible Lippe 136', wobei das Innenteil 160 mit Beginn der Lippenabschnitte 138' der Außenschale 170 endet.In a second alternative, the outer shell 170 made separately, and the inner part 160 is then in the outer shell 170 used. The outer shell 170 consists of an upper shell 128 ' and a lower shell 130 ' at the front axial end 116 of the outer shell 170 are integrally connected, but over the remaining length of the outer shell have no connection to each other. The outer shell 170 is so flexible that it can be bent so far that it is possible the inner part 160 use. inner part 160 and outer shell are then connected together in a suitable manner, for example by gluing, permanently. The in the outer shell 170 trained flexible lip sections 138 ' stay just like the grand piano 102 unconnected and form the flexible lip 136 ' , where the inner part 160 with beginning of the lip sections 138 ' the outer shell 170 ends.
Eine weitere Alternative sieht vor, einen Flügel aus einem herkömmlichen Glasfaserverstärkten Kunststoff mit einer Außenschale aus RIM-PU-Schaum zu versehen. Diese Außenschale ist innenseitig exakt an die Außenkontur des zu verkleidenden Flügels angepasst und möglichst dünn ausgebildet, z. B. mit einer Wandstärke von nur etwa 2 mm. Der zu verkleidende Flügel muss in diesem Fall weder abgeschliffen noch lackiert werden.Another alternative provides to provide a wing of a conventional glass fiber reinforced plastic with an outer shell of RIM PU foam. This outer shell is on the inside exactly matched to the outer contour of the wing to be faired and formed as thin as possible, for. B. with a wall thickness of only about 2 mm. The too In this case, casement wings do not have to be sanded down or painted.
Die 22 bis 24 zeigen einen Flügel 402, der im Wesentlichen wie der bisher beschriebene Flügel 102 aufgebaut ist, aber zusätzlich abschnittsweise entlang seiner Vorderkante 116 eine Vorflügeleinheit 450 aufweist. Die Vorflügeleinheit 450 hat einen ausfahrbaren Vorflügel 452, der bei geringen Drehzahlen und kleinen Windstärken, nach vorne ausgefahren werden kann (23), sodass sich die effektive Flügelbreite des Flügels 402 vergrößert, und bei hohen Drehzahlen dicht an den restlichen Flügel 402 herangefahren werden kann, sodass dessen Profil im Wesentlichen dem des Profils des Flügels 102 entspricht.The 22 to 24 show a wing 402 which is essentially like the previously described wing 102 is constructed, but in addition sections along its leading edge 116 a slat unit 450 having. The slat unit 450 has an extendable slat 452 which can be extended forwards at low speeds and low wind speeds ( 23 ), so that the effective wing width of the wing 402 enlarged, and at high speeds close to the rest of the wing 402 can be moved, so that its profile is substantially the profile of the wing 102 equivalent.
Die Vorflügeleinheit 450 kann in der Mitte des Flügels 402 angebracht sein, vorzugsweise in dem Bereich des Scheitelpunkts C, in dem der Flügel 402 ohne größere Krümmungen im Wesentlichen in Längsrichtung gestreckt verläuft (siehe 24 mittlerer Abschnitt) oder, alternativ oder zusätzlich, im Bereich des vorderen axialen Endes 108 und/oder des hinteren axialen Endes 110 des Flügels 402. Es ist auch möglich, eine oder mehrere Vorflügeleinheiten 450 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Flügels 402 vorzusehen.The slat unit 450 can be in the middle of the grand piano 402 be attached, preferably in the region of the apex C, in which the wing 402 is stretched without major curvatures substantially in the longitudinal direction (see 24 middle section) or, alternatively or additionally, in the region of the front axial end 108 and / or the rear axial end 110 of the grand piano 402 , It is also possible to have one or more slat units 450 essentially over the entire length of the grand piano 402 provided.
Die Vorflügel 452 werden beispielsweise über einen Antrieb gezielt betätigt, wenn die Flügelfläche verbreitert oder verschmälert werden soll. Der Antrieb kann pneumatisch ausgeführt sein.The slats 452 For example, be selectively actuated via a drive when the wing area is widened or narrowed. The drive can be designed pneumatically.
Das Ausfahren bzw. Zurückstellen des Vorflügels 452 erfolgt in Abhängigkeit von der Windstärke bzw. der Drehzahl. Bei geringen Windstärken und geringen Drehzahlen wird der Vorflügel 452 ausgefahren, um die Flügelfläche zu erhöhen und schwache Winde besser zur Energiegewinnung ausnützen zu können. Ab einer bestimmten Drehzahl wird der Vorflügel 452 wieder zurückgestellt, damit der Flügel der Luftströmung keine so große Angriffsfläche bietet und keine übermäßigen Drehzahlen auftreten können.Extending or resetting the slat 452 takes place depending on the wind speed or the speed. At low wind speeds and low speeds, the slat becomes 452 extended to increase the wing area and better exploit weak winds for energy. From a certain speed is the slat 452 set back so that the wing of the air flow is not such a large attack surface and no excessive speeds can occur.
Alternativ ist es auch denkbar, eine Vorflügeleinheit 450 einzusetzen, deren Vorflügel 452 stets im ausgefahrenen Zustand ist, um die Flügelfläche zu verbreitern.Alternatively, it is also conceivable, a slat unit 450 to use, their slat 452 always in the extended state to widen the wing area.
Die maximale Drehzahl der Strömungskraftmaschinen 100–300 kann auch auf andere Arten begrenzt werden.The maximum speed of the turbomachinery 100 - 300 can also be limited to other species.
In jedem Fall wird dabei ausgenutzt, dass eine Veränderung der Flügelform über eine Änderung der Strömungsbedingungen auch eine Verringerung oder Erhöhung der Drehzahl zur Folge hat.In any case, it is exploited that a change in the wing shape over a change in the flow conditions also has a reduction or increase in the speed result.
So ist in einer Variante die Flügelaufhängung 106 im Bereich des vorderen axialen Endes 108 der Flügel 102 in axialer Richtung R entlang der Drehwelle 104 verschieblich angeordnet (angedeutet in 1). Diese Verschiebung kann entweder aufgrund der Fliehkraft erfolgen, die bestrebt ist, die Flügel 102 radial nach außen zu bewegen, oder aber motorisch. Durch die Veränderung des Anlenkpunktes entlang der Drehwelle 104 ändert sich die Steigung der Flügel 102 und damit das Anströmverhalten und somit die Drehzahl.So in one variant is the wing suspension 106 in the area of the front axial end 108 the wing 102 in the axial direction R along the rotation shaft 104 slidably arranged (indicated in 1 ). This displacement can be done either due to the centrifugal force which tends to cause the wings 102 to move radially outward, or motorized. By changing the articulation point along the rotary shaft 104 the slope of the wings changes 102 and thus the flow behavior and thus the speed.
Gleichzeitig kann mit dem axialen Verschieben der Flügelaufhängung auch der Anlenkwinkel der Flügel an der Drehwelle 104 verändert werden, sodass beispielsweise von einer 0°-Anordnung auf eine 90°-Anordnung umgestellt wird, wenn sich die Flügelaufhängung verschiebt, was wiederum eine Verringerung der Drehzahl durch verringerten Rotordurchmesser zur Folge hat, sodass die Strömungskraftmaschine noch bei höheren Windgeschwindigkeiten betrieben werden kann. Diese beiden Maßnahmen können natürlich auch separat voneinander verwirklicht sein.At the same time with the axial displacement of the wing suspension and the angle of articulation of the wings on the rotary shaft 104 be changed so that, for example, is changed from a 0 ° arrangement to a 90 ° arrangement, when the wing suspension shifts, which in turn results in a reduction in speed due to reduced rotor diameter, so that the flow engine can be operated at higher wind speeds. Of course, these two measures can also be implemented separately from each other.
Außerdem sorgt das durch den Flügel gespannte Verstärkungselement 150, das bei einer bestimmten radialen Auslenkung der Flügel 102 gestrafft wird, dafür, dass eine weitere radiale Auslenkung der Flügel 102 unterbunden wird. Damit ist ab einer bestimmten Drehzahl die Flügelform fixiert.In addition, the tensioned by the wing reinforcement ensures 150 that at a given radial deflection of the wings 102 is tightened, allowing for a further radial deflection of the wings 102 is prevented. Thus, the wing shape is fixed from a certain speed.
Die 25 bis 27 zeigen die Flügelaufhängung 106 der verschiedenen Strömungskraftmaschinen 100–300 im Detail.The 25 to 27 show the wing suspension 106 of the various flow engines 100 - 300 in detail.
In 25 ist eine Flügelaufhängung für einen zweiflügeligen Rotor dargestellt.In 25 a wing suspension for a two-bladed rotor is shown.
Jeder der Flügel 102 hat an seinem vorderen bzw. hinteren axialen Ende 108, 110 (wobei in den 25 bis 27 willkürlich das vordere axiale Ende 108 gewählt wurde) ein Kraftübertragungselement 160, mit dem der Flügel 102 starr und fest verbunden ist, beispielsweise durch mehrere Niete 162. Das im Flügel 102 befestigte Ende des Kraftübertragungselements 160 liegt hier im Hohlraum 132.Each of the wings 102 has at its front and rear axial end 108 . 110 (where in the 25 to 27 arbitrarily the front axial end 108 was selected) a power transmission element 160 with which the wing 102 rigid and firmly connected, for example by several rivets 162 , That in the wing 102 fixed end of the power transmission element 160 lies here in the cavity 132 ,
Das freie Ende 164 des Kraftübertragungselements 160 ist in der Flügelaufhängung 106 in einer passgenau ausgeführten Aufnahme 166 aufgenommen. Das axiale Ende 108 des Flügels 102 ist dabei von der Flügelaufhängung 106 beabstandet. Um diesen Abstand zu wahren, weist das Kraftübertragungselement 160 einen verbreiterten Absatz 168 zwischen dem Flügelende 108 und der Flügelaufhängung 106 auf. Der Flügel 102 selbst ist somit niemals in Kontakt mit der Flügelaufhängung 106.The free end 164 of the power transmission element 160 is in the wing hanger 106 in a precisely executed recording 166 added. The axial end 108 of the grand piano 102 is from the wing suspension 106 spaced. To maintain this distance, the power transmission element has 160 a widened paragraph 168 between the end of the wing 108 and the wing suspension 106 on. The wing 102 itself is thus never in contact with the wing suspension 106 ,
Die Aufnahme 166 in der Flügelaufhängung 106 für das Kraftübertragungselement 160 ist so ausgeführt, dass das Ende 164 des Kraftübertragungselements 160 in Anlage an die Drehwelle 104 gelangt, die in diesem Bereich abgeflacht ist, um eine Anlagefläche für das Kraftübertragungselement 160 zu bilden. The recording 166 in the wing suspension 106 for the power transmission element 160 is executed so that the end 164 of the power transmission element 160 in contact with the rotary shaft 104 , which is flattened in this area to a contact surface for the power transmission element 160 to build.
Das Kraftübertragungselement 160 ist in der Richtung senkrecht zur Drehachse 104 in der Flügelaufhängung 106 drehbar gelagert, sodass der Flügel 102 um die durch das Kraftübertragungselement 160 gebildete Schwenkachse S verschwenken kann. Dabei bleibt das Kraftübertragungselement 160 jedoch stets senkrecht zur Drehwelle 104 ausgerichtet. Es wird lediglich der Anstellwinkel des Flügels 102 verändert. Dies erlaubt, beispielsweise bei plötzlich auftretenden Böen, eine Verformung des Flügels 102, ohne dass das axiale Flügelende 108 bzw. 110 mit Torsionskräften belastet würde.The power transmission element 160 is in the direction perpendicular to the axis of rotation 104 in the wing suspension 106 rotatably mounted so that the wing 102 around the through the power transmission element 160 formed pivot axis S can pivot. In this case, the power transmission element remains 160 but always perpendicular to the rotary shaft 104 aligned. It is only the angle of attack of the wing 102 changed. This allows, for example, sudden gusts, a deformation of the wing 102 without the axial wing end 108 respectively. 110 would be burdened with torsional forces.
Die 26 und 27 zeigen die Flügelaufhängung für einen dreiflügeligen bzw. einen vierflügeligen Rotor. Diese sind im Wesentlichen so aufgebaut wie die gerade beschriebene Flügelaufhängung 106 für einen zweiflügeligen Rotor, mit dem Unterschied, dass die Aufnahmen 166 für die Enden der Kraftübertragungselemente 160 nicht um 180° versetzt, sondern um 120° bzw. 90° versetzt in der Flügelaufhängung 106 angeordnet sind.The 26 and 27 show the wing suspension for a three-winged or a four-bladed rotor. These are essentially constructed as the wing suspension just described 106 for a two-bladed rotor, with the difference that the shots 166 for the ends of the power transmission elements 160 not offset by 180 °, but offset by 120 ° or 90 ° in the wing suspension 106 are arranged.
Außerdem ist in den 25 bis 27 die Befestigung des Auswuchtelements 122 an der Flügelaufhängung 106 dargestellt. Das Ende des Auswuchtelements 122, das aus der Öffnung 126 herausragt, ist in diesem Fall einfach an der Flügelaufhängung 106 über eine Befestigung 170 verschraubt.Moreover, in the 25 to 27 the attachment of the balancing element 122 on the wing suspension 106 shown. The end of the balancing element 122 that from the opening 126 sticking out in this case is easy on the wing hanger 106 over a fortification 170 screwed.
Die gezeigten Flügel 102, 402 und Strömungskraftmaschinen 100–300 sind hauptsächlich zur Wandlung von Windenergie in elektrische Energie vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, sie im Wasser einzusetzen.The wings shown 102 . 402 and turbomachinery 100 - 300 are mainly intended for the conversion of wind energy into electrical energy. However, it is also possible to use them in the water.
Sämtliche beschriebenen Merkmale der einzelnen Flügel 102, 102', 402 sowie der Strömungskraftmaschinen 100–300 können im Ermessen des Fachmanns nach Belieben gegeneinander ausgetauscht oder separat miteinander kombiniert werden.All described features of each wing 102 . 102 ' . 402 as well as the flow engines 100 - 300 may, at the discretion of the skilled person, be exchanged for one another at will or combined separately with one another.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 03/021105 A1 [0002] WO 03/021105 A1 [0002]
