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Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung zur beweglichen Verbindung von zwei Bauteilen, mit einem ersten Gelenkteil zur Anbringung an einem ersten Bauteil und einem zweiten Gelenkteil zur Anbringung an einem zweiten Bauteil, wobei die Gelenkteile schwenkbeweglich miteinander verbunden sind, wobei für eine Bewegungskopplung des ersten Gelenkteils mit dem zweiten Gelenkteil eine Kurbelwelle ausgebildet ist, die im ersten Gelenkteil drehbar um eine Rotationsachse gelagert ist und die mit dem zweiten Gelenkteil gekoppelt ist, wobei eine Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und zweitem Gelenkteil an einer Koppelstelle vorgesehen ist, wobei die Kurbelwelle einen ersten geradlinig ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist, der das erste Gelenkteil durchsetzt und wobei die Kurbelwelle einen zweiten geradlinig ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist, der mit dem zweiten Gelenkteil gekoppelt ist, insbesondere das zweite Gelenkteil durchsetzt, und mit dem zweiten Gelenkteil die Koppelstelle bildet, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt einen Winkel in einem Bereich von 180 Grad bis 90 Grad einschließen. Ferner betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine.
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Aus der
US 2006 / 0 169 070 A1 ist ein Mechanismus zur effektiven Umwandlung einer Drehbewegung in eine weitreichende Schwenkbewegung bekannt, der eine Drehwelle, eine Schwenkwelle und ein Schwingelement umfasst. Die Drehwelle hat einen aufrechten Abschnitt, der mit einem Motor verbunden ist, und einen schrägen Abschnitt, der sich in einem Winkel zum aufrechten Abschnitt erstreckt. Das Schwingelement ist an der Schwenkwelle befestigt. Der schräge Abschnitt ist zwischen einem Paar gegenüberliegender Flächen des Schwingelementes angeordnet. Der schräge Abschnitt wird während der Drehung der Drehwelle auf und entlang der gegenüberliegenden Flächen bewegt, um das Schwenkelement von einer Seite zur anderen zu schwenken. Diese Bewegung des Schwenkelementes führt zu einer Schwenkbewegung der Drehwelle.
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Die
DE 10 2009 035 147 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung von Flatterbewegungen für Ornithopter, bei der Antriebsschenkel, die nahe des Schulterlagers oder am Schulterlager selbst angreifen, vorgesehen sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kopplungseinrichtung und eine Strömungsmaschine bereitzustellen, die für eine einfache Einleitung einer Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil ausgebildet sind.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt für eine Kopplungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierbei ist vorgesehen, dass für eine Bewegungskopplung des ersten Gelenkteils mit dem zweiten Gelenkteil eine Kurbelwelle ausgebildet ist, die im ersten Gelenkteil drehbar um eine Rotationsachse gelagert ist und die mit dem zweiten Gelenkteil gekoppelt ist, wobei eine Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und zweitem Gelenkteil an einer Koppelstelle vorgesehen ist.
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Mit Hilfe der Kurbellwelle kann eine Rotationsbewegung, die von einer Antriebseinrichtung wie beispielsweise einem Elektromotor, insbesondere einem bürstenlosen Elektromotor, an die Kurbelwelle bereitgestellt wird, in eine Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil gewandelt werden, wie dies beispielsweise für eine Strömungsmaschine zur Förderung eines Fluids, insbesondere Umgebungsluft, von Interesse ist. Die Kurbelwelle ist im ersten Gelenkteil drehbar um eine Rotationsachse gelagert und weist bezüglich dieser Rotationsachse einen exzentrisch angeordneten Bereich auf, der mit dem zweiten Gelenkteil gekoppelt ist, um die gewünschte Bewegungseinleitung auf das zweite Gelenkteil durch Rotation der Kurbelwelle zu ermöglichen. Eine Kraftübertragung zwischen der Kurbelwelle und dem zweiten Gelenkteil ist an einer Koppelstelle vorgesehen. Dabei sind das zweite Gelenkteil und die Kurbelwelle derart ausgebildet, dass eine Relativbewegung der Kurbelwelle gegenüber dem zweiten Gelenkteil in einer ersten Bewegungsebene stattfindet und eine Umsetzung in eine Relativbewegung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil in einer zweiten Bewegungsebene erfolgt, wobei die zweite Bewegungsebene orthogonal zur ersten Bewegungsebene ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das zweite Gelenkteil gegenüber dem ersten Gelenkteil lediglich einen einzigen Freiheitsgrad der Bewegung, nämlich eine Beweglichkeit um eine Schwenkachse aufweist, die quer zur Rotationsachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kurbelwelle einen ersten geradlinig ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist, der das erste Gelenkteil durchsetzt und dass die Kurbelwelle einen zweiten geradlinig ausgebildeten Wellenabschnitt aufweist, der mit dem zweiten Gelenkteil gekoppelt ist, insbesondere das zweite Gelenkteil durchsetzt, und mit dem zweiten Gelenkteil die Koppelstelle bildet, wobei der erste und der zweite Wellenabschnitt einen Winkel in einem Bereich von 180 Grad bis 90 Grad einschließen. Hierdurch wird eine einfache Herstellung der Kurbelwelle ermöglicht, beispielsweise durch Umformen eines geraden Rundstabes an einer Knickstelle.
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Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, dass die Kurbelwelle längs der Rotationsachse zumindest gegenüber dem zweiten Gelenkteil verschiebbar ist, um durch Verlagerung der Koppelstelle längs der Kurbelwelle eine Einstellung einer durch Rotation der Kurbelwelle hervorgerufenen Bewegungsamplitude des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil zu bewirken. Dabei kann je nach Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung wahlweise vorgesehen sein, nur die Kurbelwelle oder nur die Gelenkteile oder sowohl Kurbelwelle als auch Gelenkteile relativ zueinander zu bewegen. Entscheidend ist, dass die Koppelstelle durch diese Relativbewegung auf einem durch den abgewinkelten zweiten Wellenabschnitt bei Rotation der Kurbelwelle gebildeten Bewegungskegel verschoben wird, dessen Durchmesser sich mit zunehmendem Abstand zum ersten Wellenabschnitt vergrößert. Somit nimmt auch die Bewegungsamplitude für die Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil mit zunehmender Entfernung der Koppelstelle vom ersten Wellenabschnitt zu und mit abnehmender Entfernung der Koppelstelle vom ersten Wellenabschnitt ab. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Wellenabschnitt in einer Raumrichtung gekrümmt, bevorzugt in zwei Raumrichtungen gekrümmt, insbesondere sichelförmig, ausgebildet, so dass mit einer Änderung der Bewegungsamplitude auch eine Änderung der Phasenlage zwischen der auf die Kurbelwelle eingeleiteten Drehbewegung und der Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil einhergeht, wodurch gegebenenfalls eine Optimierung der Relativbewegung zwischen den beiden Gelenkteilen erreicht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass am zweiten Gelenkteil ein Kugelgelenk oder eine, insbesondere schlitzförmig, ausgebildete Ausnehmung zur Aufnahme des zweiten Wellenabschnitts ausgebildet ist, um die Koppelstelle mit dem zweiten Wellenabschnitt zu bilden. Das Kugelgelenk oder die, insbesondere schlitzförmige, Ausnehmung erlauben die gewünschte Umsetzung einer bezüglich der Schwenkachse des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil mehrdimensionalen Bewegung der Kurbelwelle gegenüber dem zweiten Gelenkteil in die gewünschte eindimensionale Bewegung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil. Das Kugelgelenk ist dabei schwenkbeweglich am oder im zweiten Gelenkteil angeordnet und ermöglicht es somit, in Kombination mit einer Möglichkeit zur axialen Verlagerung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil die Bewegungskomponenten der Kurbelwelle, die außerhalb einer normal zur Schwenkebene des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil liegenden Bewegungsebene auftreten, durch eine entsprechende Ausgleichsbewegung gegenüber dem zweiten Gelenkteil abzufangen.
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In ähnlicher Weise wirkt auch die, insbesondere schlitzförmige, Ausnehmung im zweiten Gelenkteil, die von dem zweiten Wellenabschnitt der Kurbelwelle durchsetzt wird. Die Ausnehmung ist derart beschaffen, dass sie lediglich eine Übertragung von Bewegungskomponenten zwischen Kurbelwelle und zweiten Gelenkteil ermöglicht, die in der Schwenkebene des zweiten Gelenkteils liegen, während anders ausgerichtete Bewegungskomponenten nicht von der Kurbelwelle auf das zweite Gelenkteil übertragen werden. Vorzugsweise ist der zweite Wellenabschnitt mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet und die Ausnehmung ist schlitzförmig vorgesehen, wobei eine Breite des Schlitzes zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser des zweiten Wellenabschnitts entspricht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Gelenkteil schiebebeweglich an einem Trägerteil aufgenommen ist, dass die Kurbelwelle in axialer Richtung längs der Rotationsachse ortsfest und drehbeweglich am Trägerteil aufgenommen ist und dass zwischen dem Trägerteil und dem ersten Gelenkteil eine Einstelleinrichtung zur Einstellung einer translatorischen Position des ersten Gelenkteils gegenüber dem Trägerteil ausgebildet ist. Durch die Verschiebbarkeit des ersten Gelenkteils gegenüber dem Trägerteil, an dem die Kurbelwelle in axialer Richtung ortsfest angeordnet ist, kann die gewünschte axiale Verlagerung der Koppelstelle zwischen Kurbelwelle und zweiten Gelenkteil erreicht werden, um eine Bewegungsamplitude für die Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils gegenüber dem ersten Gelenkteil vorgeben zu können. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der axialen Verlagerung des ersten Gelenkteils gegenüber dem Trägerteil aufgrund der Verbindung mit dem zweiten Gelenkteil auch das zweite Gelenkteil um die gleiche Wegstrecke relativ zum Trägerteil verschoben wird wie das erste Gelenkteil.
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In vorteilhafter Weise umfasst die Einstelleinrichtung eine, vorzugsweise selbsthemmend ausgelegte, insbesondere drehbar und längs der Rotationsachse ortsfest im Trägerteil gelagerte, Hohlspindel sowie eine dem ersten Gelenkteil zugeordnete, schiebebeweglich an der Hohlspindel gelagerte und drehfest abgestützte Schlossmutter, wobei die Kurbelwelle die Hohlspindel durchsetzt. Somit kann eine axiale Verlagerung der Gelenkteile gegenüber dem Trägerteil durch Einleitung einer Schwenkbewegung auf die Hohlspindel hervorgerufen werden. Hierzu kann beispielsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Getriebemotor, eingesetzt werden, der mit der Hohlspindel gekoppelt und am Trägerteil abgestützt ist. Die Hohlspindel und die schiebebeweglich gelagerte Schlossmutter greifen formschlüssig ineinander ein, wobei an der Schlossmutter und/oder an der Hohlspindel zueinander korrespondierende Vorsprünge und gewindeartige, nutförmige Vertiefungen vorgesehen sein können.
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Zweckmäßig ist es, wenn das Trägerteil drehbeweglich an einem Grundkörper aufgenommen ist, um eine Verstellung einer Phasenlage der Gelenkteile gegenüber dem Grundkörper zu ermöglichen und dass zwischen dem Grundkörper und dem Trägerteil eine Verstellanordnung vorgesehen ist, die zur Einstellung der Phasenlage der Gelenkteile gegenüber dem Grundkörper ausgebildet ist. Dabei wird die Phasenlage, also eine Beziehung zwischen einer auf die Kurbelwelle eingeleiteten Drehbewegung und der dadurch hervorgerufenen Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils beeinflusst. Beispielsweise kann dies bei mehreren am Grundkörper angebrachten Kopplungseinrichtungen für eine Einstellung der Phasenbeziehung zwischen den Oszillationsbewegungen der jeweiligen zweiten Gelenkteile zueinander eingesetzt werden. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn mehrere Kopplungseinrichtungen von einer gemeinsamen Antriebseinrichtung, beispielsweise über ein Rädergetriebe, angetrieben werden und somit eine grundsätzlich zwangsläufige Bewegungskopplung zwischen den Kurbelwellen vorliegt, die dann über die Verstellanordnung in einem gewissen Phasenwinkelbereich überwunden werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn am Grundkörper eine Lagerhülse für die Kurbelwelle festgelegt ist, die das Trägerteil und die Hohlspindel durchsetzt und die an einem dem Grundkörper abgewandten Endbereich mit einer Profilierung für eine drehfeste und längs der Rotationsachse verschiebbare Lagerung des ersten Gelenkteils ausgebildet ist. Die Lagerhülse dient für eine dauerhafte Lagerung der rotatorisch bewegten Kurbelwelle. Ferner wird die drehfest am Grundkörper festgelegt Lagerhülse dazu eingesetzt, die Schlossmutter drehfest abzustützen. Dadurch wird erreicht, dass auf die Schlossmutter einwirkende Drehmomente nicht ausschließlich über eine zwischen dem ersten Gelenkteil und dem Trägerteil ausgebildete Schiebeführung abgestützt werden müssen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Profilierung an einer Führungshülse ausgebildet ist, die an der Lagerhülse festgelegt ist, und dass die Schlossmutter drehbeweglich und längs der Rotationsachse der Kurbelwelle ortsfest im ersten Gelenkteil aufgenommen ist und drehfest und schiebebeweglich an der Führungshülse aufgenommen ist. Dabei dient die Profilierung der Führungshülse an der Außenoberfläche der Führungshülse und eine korrespondierende Innenprofilierung der Schlossmutter dazu, eine drehfeste Festlegung der Schlossmutter an der Führungshülse und somit gegenüber der Lagerhülse zu bewirken, die zudem eine lineare Verschiebung zwischen Führungshülse und Schlossmutter ermöglicht. Ferner ist die Verbindung zwischen der Schlossmutter und dem ersten Gelenkteil derart ausgebildet, dass die Schlossmutter gegenüber dem ersten Gelenkteil drehbeweglich gelagert ist, jedoch nicht verschoben werden kann. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, dass bei einer Schwenkbewegung des ersten Gelenkteils gegenüber der Lagerhülse zur Einstellung einer Phasenlage keine Veränderung der Lage der Koppelstelle längs der Kurbelwelle erfolgt. Ferner ist durch diese Maßnahmen sichergestellt, dass bei einer Verschiebung der Kurbelwelle gegenüber den Gelenkteilen keine Änderung der Phasenlage für die Gelenkteile gegenüber der Lagerhülse erfolgt. Als Ergebnis dieser Maßnahmen können der Phasenwinkel und die Bewegungsamplitude für das zweite Gelenkteil gegenüber der Lagerhülse, insbesondere während der Rotationsbewegung der Kurbelwelle, völlig unabhängig voneinander eingestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Strömungsmaschine zur Erzeugung einer Fluidströmung mit einer Antriebseinrichtung zur Bereitstellung einer Drehbewegung gelöst. Dabei weist die Strömungsmaschine wenigstens eine Gelenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf, wobei dem zweiten Gelenkteil ein Flügel zur Einkopplung der von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Leistung in ein Fluid zugeordnet ist. Eine solche Strömungsmaschine kann beispielsweise zur Erzeugung von Auftriebskräften bei einem Fluggerät oder für andere Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine Fluidströmung hervorgerufen werden soll.
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Bei einer Weiterbildung der Strömungsmaschine ist vorgesehen, dass der flexibel ausgebildete Flügel an einer ersten Flügelkante mit einer formstabilen Flügelstrebe verbunden ist, die am zweiten Gelenkteil befestigt ist, und dass der Flügel beabstandet zur Flügelstrebe beweglich mit dem zweiten Gelenkteil verbunden ist. Mit Hilfe der formstabilen Flügelstrebe kann der flexibel ausgebildete Flügel in einem Bereich, in dem durch die Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils eine Anströmung mit dem umgebenden Fluid erfolgt, in vorteilhafter Weise stabilisiert werden, während sich der übrige Flügel im Rahmen seiner Flexibilität und in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit gegenüber dem Fluid deformieren kann. Um für jede Phase der Oszillationsbewegung des Flügels gegenüber dem Fluid eine vorgebbare Stellung des Flügels gegenüber der Schwenkachse zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil vorzugeben ist der Flügel beabstandet zur Flügelstrebe beweglich mit dem zweiten Gelenkteil verbunden.
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In weiterer Ausgestaltung der Strömungsmaschine ist vorgesehen, dass am zweiten Gelenkteil eine Führungseinrichtung für die bewegliche Verbindung mit dem Flügel ausgebildet ist, wobei die Führungseinrichtung eine, vorzugsweise einstellbar ausgebildete, Ausschlagbegrenzung für die bewegliche Verbindung des zweiten Gelenkteils mit dem Flügel umfasst. Mit Hilfe der Führungseinrichtung kann eine reibungsarme Beweglichkeit des Flügels am Gelenkteil erzielt werden, um während einer Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils eine vorteilhafte Anpassung der Kontur des Flügels an das umgebende Fluid zu ermöglichen. Die Ausschlagbegrenzung dient dazu, diese Anpassung der Flügelkontur nicht über ein vorgebbares Maß hinaus zuzulassen, da ansonsten möglicherweise eine Verschlechterung der Anströmung des Flügels eintreten könnte, die zur Beeinträchtigung der Effizienz der Strömungsmaschine führen würde.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Kopplungseinrichtung,
- 2 eine Vorderansicht auf die Kopplungseinrichtung,
- 3 eine Draufsicht auf die Kopplungseinrichtung, und
- 4 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmaschine.
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Die 1 zeigt eine Kopplungseinrichtung 1, die für eine bewegliche Verbindung von zwei nicht dargestellten Bauteilen, beispielsweise eines Grundkörpers und eines Flügels, ausgebildet ist. Die Kopplungseinrichtung 1 umfasst ein erstes Gelenkteil 2 zur Anbringung an einem ersten Bauteil und ein zweites Gelenkteil 3 zur Anbringung an einem zweiten Bauteil. Die Gelenkteile 2, 3 sind schwenkbeweglich miteinander verbunden, wobei in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 eine ausschließlich schwenkbegliche Verbindung zwischen erstem und zweitem Gelenkteil 2, 3 vorgesehen ist. Somit weisen die Gelenkteile 2, 3 in dem Ausführungsbeispiel der Kopplungseinrichtung 1 gemäß den 1 bis 4 eine Relativbeweglichkeit zueinander mit genau einem Freiheitsgrad der Bewegung, nämlich einem rotatorischen Freiheitsgrad der Bewegung, auf. Eine Schwenkachse 4 für diesen Freiheitsgrad der Bewegung wird exemplarisch durch zwei nicht näher dargestellte Achsbolzen bestimmt, die jeweils in frei abragenden Schenkeln 5, 6 des U-förmig ausgebildeten ersten Gelenkteils 2 festgelegt sind und die frei abragenden Schenkel 7, 8 des zweiten Gelenkteils 3 durchsetzen. Dazu sind in den Schenkeln 7, 8 jeweils nicht sichtbare, beispielsweise mit kreisrundem Querschnitt ausgebildete, Bohrungen mit einem Durchmesser vorgesehen, der geringfügig größer als ein Durchmesser der, beispielsweise mit kreisrundem Querschnitt ausgebildeten, Achsbolzen ausgeführt ist. An einem dem ersten Gelenkteil 2 abweisenden Endbereich der Achsbolzen sind jeweils Haltekappen 9, 10 angebracht, die für eine zusätzliche Festlegung des zweiten Gelenkteils 3 vorgesehen sind.
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Das erste Gelenkteil 2 wird von einer Lagerhülse 11 durchsetzt, die exemplarisch mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet ist und an der eine Führungshülse 12 mit einer zahnradartigen Außenprofilierung festgelegt ist. Die Führungshülse 12 erstreckt sich im Wesentlichen längs des ersten Gelenkteils 2, das mit einer zur Außenprofilierung der Führungshülse 12 korrespondierenden Innenprofilierung ausgerüstet ist. Exemplarisch ist diese Innenprofilierung an einem Profilkörper 15 ausgebildet, der eine nicht näher dargestellte, beispielhaft mit kreisrundem Querschnitt ausgeführte Bohrung im ersten Gelenkteil 2 durchsetzt und drehbeweglich sowie ortsfest mit dem ersten Gelenkteil 2 verbunden ist. Der Profilkörper 15 umfasst exemplarisch einen kreisrunden Profilring 16, an dem in einer vorzugsweise gleichmäßigen zirkularen Teilung parallel zu einer Ringachse des Profilrings 16 erstreckte Profilzungen 17 angeordnet sind, die in nutartige Vertiefungen 18 der Führungshülse 12 eingreifen. Bei der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform sind die Profilzungen 17 an dem Profilring 16 abgewandten Endbereichen mit radial nach außen abragenden Rastnasen versehen, die in axialer Richtung über das erste Gelenkteil 2 hinausstehen und die zusammen mit dem Profilring 16 eine formschlüssige linear ortsfeste Festlegung des Profilkörpers 15 am ersten Gelenkteil 2 gewährleisten. Bei der Montage des Profilkörpers 15 in die exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildete Ausnehmung im ersten Gelenkteil können die Profilzungen 17 in radialer Richtung nach innen deformiert werden, so dass die Rastnasen bei Erreichen des Endes der Ausnehmung elastisch in radialer Richtung nach außen ausfedern und das erste Gelenkteil 2 hintergreifen. Durch das Aufschieben des mit dem Profilkörper 15 versehenen ersten Gelenkteils 2 auf die Führungshülse 12 werden die Profilzungen 17, die in die Vertiefungen 18 der Führungshülse 12 eingreifen, verriegelt. Dadurch wird die gewünschte ortsfeste und drehbewegliche Lagerung des ersten Gelenkteils 2 an dem Profilkörper 15 sowie die schiebebewegliche und drehfeste Lagerung des Profilkörpers 15 gegenüber der Führungshülse 12 gewährleistet.
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Zwischen der Lagerhülse 11 und dem Profilring 16 ist ein Ringspalt ausgebildet, in den eine Hohlspindel 19 bereichsweise eingreift, die exemplarisch an einer Außenoberfläche mit steilgewindeartigen, nutförmigen Vertiefungen 20 versehen ist und die drehbeweglich auf der Lagerhülse 11 gelagert ist. In die nutartigen Vertiefungen 20 greifen nicht dargestellte Eingriffsnasen ein, so dass der Profilring 16 formschlüssig mit der Hohlspindel 19 gekoppelt ist und als Schlossmutter für die Hohlspindel 19 dient. Um eine lineare Bewegung des ersten Gelenkteils 2 gegenüber dem Profilkörper 15 hervorzurufen, ist zum einen die Hohlspindel 19 in linearer Richtung ortsfest und drehbeweglich mit einem als Zahnrad ausgebildeten Trägerteil 21 gekoppelt. Ferner ist das erste Gelenkteil 2 an Führungsstangen 22, die in axialer Richtung vom Trägerteil 21 abragen, schiebebeweglich und drehfest geführt. Somit wird durch eine Rotationsbewegung der Hohlspindel 19 um eine Rotationsachse 23 eine lineare Bewegung des ersten Gelenkteils 2 und des damit verbundenen zweiten Gelenkteils 3 längs der Rotationsachse 23 bewirkt. Zur Einleitung dieser Rotationsbewegung auf die Hohlspindel 19 ist diese an einem dem zweiten Gelenkteil 3 abgewandten Endbereich exemplarisch mit einem Schwenkhebel 24 ausgestattet, der mit einer nicht dargestellten linear- und/oder schwenkbeweglichen Stelleinrichtung, beispielsweise mit einem elektrischen Getriebemotor, gekoppelt werden kann.
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Ferner wird durch die drehbewegliche und ortsfeste Lagerung des ersten Gelenkteils 2 am Profilkörper 2 sowie durch die schiebebewegliche und drehfeste Lagerung des Profilkörpers 15 an der Führungshülse 12 in Zusammenwirkung mit der Hohlspindel und den Führungsstangen 22 des Trägerteils 21 erreicht, dass eine axiale Verlagerung der Gelenkteile 2, 3 gegenüber der Kurbelwelle 24 nicht zu einer Schwenkbewegung des zweiten Gelenkteils 3 gegenüber der Lagerhülse 11 führt. zudem wird durch diese Kopplung von zweitem Gelenkteil 3, Profilkörper 15, Führungshülse 12 und Lagerhülse 11 erreicht, dass eine Schwenkbewegung des Trägerteils 21 gegenüber der Führungshülse 11 zur Einstellung eines Phasenwinkels für das zweite Gelenkteil 3 gegenüber der Führungshülse 11 nicht zu einer Veränderung der axialen Lage der Gelenkteile 2, 3 gegenüber einer Kurbelwelle 24 und somit auch nicht zu einer Veränderung der Bewegungsamplitude für das zweite Gelenkteil 3 bei Rotation der Kurbelwelle 24 führt.
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Durch eine Einleitung einer Drehbewegung auf das Trägerteil 21, beispielsweise mittels eines weiteren elektrischen Getriebemotors, der auf die umlaufend ausgebildete Verzahnung 31 des Trägerteils 21 einwirkt, kann vielmehr eine Änderung der Ausrichtung der Schwenkachse 4 gegenüber der Lagerhülse 11 vorgenommen werden ohne dass dadurch eine Einflussnahme auf die axiale Stellung des zweiten Gelenkteils 3 gegenüber einer Kurbelwelle 24 erfolgt. Diese Änderung der Ausrichtung der jeweiligen Kopplungseinrichtung 1 ist insbesondere dann von Interesse, wenn mehrere Kopplungseinrichtungen 1 an einem nicht dargestellten, gemeinsamen Grundkörper angebracht sind und die Ausrichtung der Schwenkachsen 4 der jeweiligen Kopplungseinrichtungen 1 relativ zueinander eingestellt werden soll.
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In der Führungshülse 12 ist eine exemplarisch als abgewinkelter Rundstab ausgebildete Kurbelwelle 24 drehbar gelagert und in axialer Richtung längs der Rotationsachse ortsfest aufgenommen. Die Kurbelwelle 24 ragt exemplarisch in eine beispielhaft schlitzförmig ausgeführte Ausnehmung 25 im zweiten Gelenkteil 3 hinein, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei, exemplarisch jeweils bogenförmig gekrümmte, Rundstäbe 26, 27 begrenzt wird. Aufgrund des nur einen Freiheitsgrades der Bewegung des zweiten Gelenkteils 3 gegenüber dem ersten Gelenkteil 2 und aufgrund der Ausrichtung einer längsten Ausdehnung der Ausnehmung 25 quer zur Rotationsachse 23 und im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse 4 findet bei einer Rotationsbewegung der Kurbelwelle 24 eine Umsetzung einer bezogen auf die Schwenkachse 4 zweidimensionalen Bewegung eines zweiten Wellenteils 29 der Kurbelwelle 24 in eine eindimensionale Schwenkbewegung entsprechend dem einen Freiheitsgrad der Bewegung für das zweite Gelenkteil 3 statt.
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Aufgrund der Abwinklung des zweiten Wellenteils 29 gegenüber einem ersten Wellenteil 28 der Kurbelwelle 24 vollzieht das zweite Wellenteil 29 bei einer Rotation des ersten Wellenteils 28 um die Rotationsachse 23 eine Bewegung, die einen kegelförmigen Hüllraum bestimmt. Eine Koppelstelle 30 zwischen der Kurbelwelle 24 und abwechselnd jeweils einem der Rundstäbe 26, 27 liegt auf einer kegelförmigen Mantelfläche dieses Hüllraums und beschreibt bei der Rotation der Kurbelwelle 24 zumindest im Wesentlichen eine Kreisbahn. Durch die translatorische Verlagerung des ersten Gelenkteils 2 und des damit gekoppelten zweiten Gelenkteils 3 längs der Rotationsachse 23 bei einer Rotationsbewegung der Hohlspindel 19 wird die Koppelstelle 30 längs einer Rotationssymmetrieachse der kegelförmigen Mantelfläche des Hüllraums verlagert. Dabei entspricht die Rotationssymmetrieachse der Rotationsachse 23 der Kurbelwelle 24 und ein Durchmesser der Kreisbahn für die Koppelstelle 30 wird durch die axiale Verlagerung des zweiten Gelenkteils 3 verkleinert oder vergrößert. Damit geht eine Änderung der Bewegungsamplitude für die Bewegung des zweiten Gelenkteils 3 gegenüber dem ersten Gelenkteil 2 einher.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform einer Strömungsmaschine 40 ist dem zweiten Gelenkteil 3 ein Flügel 41 zugeordnet, der nur teilweise dargestellt ist. Exemplarisch ist der Flügel 41 aus einer Rippenstruktur 42 mit einem Verbindungssteg 43 und mehreren quer dazu ausgerichteten Einzelrippen 44 sowie einer zwischen den Einzelrippen 44 aufgespannten Bespannung 45 aufgebaut. Der Flügel 41 weist bei einer Oszillationsbewegung des zweiten Gelenkteils 3 gegenüber dem ersten Gelenkteil 2, die durch eine Rotation der Kurbelwelle 24 hervorgerufen werden kann, eine Flexibilität auf, die aufgrund der Wechselwirkung des Flügels 41 mit dem umgebenden Fluid sowie einer dadurch bewirkten lokalen Fluidverdrängung zu einer Deformation des Flügels 41 führt, wodurch eine resultierende Kraft auf den Flügel 41 einwirkt.
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Um eine effiziente Fluidverdrängung zu bewirken, ist der Flügel 41 an zwei voneinander beabstandeten Verbindungsstellen 46, 47 mit dem zweiten Gelenkteil 3 gekoppelt. Dabei ist die erste Verbindungsstelle 46 für eine unbewegliche Verbindung zwischen Flügel 41 und zweiten Gelenkteil 3 vorgesehen und kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung realisiert werden, wobei der Schraubenkopf 48 auf dem Flügel 41 aufliegt und diesen an das zweite Gelenkteil 3 anpresst. Demgegenüber kann die zweite Verbindungsstelle 47 als bewegliche Verbindungsstelle ausgeführt sein, beispielweise durch eine Schraube, deren Schraubenkopf in einem Abstand zum zweiten Gelenkteil 3 angeordnet ist, so dass sich der Flügel 41 längs des in der Figur nicht sichtbaren, frei zwischen dem Schraubenkopf 49 und dem zweiten Gelenkteil 3 erstreckten Schaftabschnitts der Schraube bewegen kann.
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Durch Verstellung der Schraube, also durch Einschrauben in das zweite Gelenkteil 3 oder Ausschrauben aus dem zweiten Gelenkteil 3 kann eine einstellbare Ausschlagbegrenzung für die zweite Verbindungsstelle 46 erreicht werden. Hierdurch ist eine Anpassung der Deformationscharakteristik für den Flügel 41 in Abhängigkeit von dem umgebenden Fluid und/oder der Oszillationsfrequenz und/oder der Bewegungsamplitude des zweiten Gelenkteils 3 gegenüber dem ersten Gelenkteil 2 möglich.
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Für eine zusätzliche Stabilisierung des Flügels 41 in einem Bereich einer Flügelvorderkante 50 ist eine formstabile Flügelstrebe 50 vorgesehen, die am zweiten Gelenkteil 3 befestigt ist und die dazu dient, bei der Oszillationsbewegung des Flügels 41 im Fluid eine vorteilhafte Ausrichtung und Form des Flügels 41 aufrecht zu erhalten.
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Bei einer nicht dargestellten Weiterbildung der Erfindung ist der Flügel drehbar an der Flügelstrebe angeordnet und eine Begrenzung des Drehwinkels erfolgt, insbesondere ausschließlich, an der zweiten Verbindungsstelle.
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Vorzugsweise sind mehrere derartige Strömungsmaschinen an einem Grundkörper angeordnet, in dem wenigstens eine Antriebseinrichtung wie ein Elektromotor und ein Energiespeicher wie ein Akkumulator sowie den jeweiligen Strömungsmaschinen zugeordnete Stellantriebe zur Ansteuerung der Einstelleinrichtungen und der Verstellanordnungen vorgesehen sind. Zusätzlich ist dem Grundkörper eine Steuerungseinrichtung zugeordnet, die eine Steuerung oder Regelung der wenigstens einen Antriebseinrichtung und der Stellantriebe ermöglicht, um durch geeignete Ansteuerung dieser Komponenten einen freien Flug des Grundkörpers durch Erzeugung von dynamischem Auftrieb durch die daran angebrachten Strömungsmaschinen zu ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft bei einer Verwendung derartiger Strömungsmaschinen, die an einem gemeinsamen Grundkörper angebracht sind und die hinsichtlich ihrer Bewegungsamplitude und Phasenlage jeweils völlig unabhängig einstellbar sind, ist es, dass ein damit gebildetes Fluggerät zwischen einem Schwebeflug, wie er bei einem Hubschrauber möglich ist, und einem horizontalen Geradeausflug, wie er bei einem Flächenflugzeug möglich ist, völlig frei eingestellt werden kann. Diese Transition zwischen Schwebeflug und Geradeausflug ermöglicht auch eine völlige freie und dauerhaft haltbare Ausrichtung einer insbesondere durch die beispielhaft in einer gemeinsamen Ebene liegenden Rotationsachsen der Kurbelwellen gegenüber dem Lot, so dass ein dementsprechend ausgebildetes Fluggerät sowohl mit waagerechter als auch mit vertikaler Rumpfausrichtung schweben und sich aus dem Schwebezustand in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bewegen kann.
