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Als Turbine im Sinne der Erfindung wird eine Strömungsmaschine angesehen, die durch ein strömendes Fluid, dieses können unterschiedliche Flüssigkeiten und Gase sein, aus der Rotationsenergie in Verbindung mit einer generatorischen Einrichtung elektrische Energie erzeugt. Der Aufbau derartiger Turbinen kann unterschiedlichster Art sein und richtet sich insbesondere nach dem verwendeten Fluid. So ist in einem Aufsatz von Alfred Evert eine Turbine mit dem Titel „Resonanz – Turbinen” im Internet
www.evert.de/eft607.htm beschrieben worden. Die in diesem Aufsatz beschriebene Vorgehensweise ist seit Jahrzehnten bekannt. So kann auch der
DE 44 40 241 C1 eine Turbine mit einem Turbinengehäuse und einem darin befindlichen beidseitig beaufschlagten Turbinenrad, das Antriebstaschen über seinen Laufflächenumfang enthält, entnommen werden. Dabei ist innerhalb des Turbinenrades ein Ringankergenerator dargestellt, dessen Erregermagnet aus einem inneren permanenten Magneten und einem äußeren permanenten Magneten, beide jeweils kreuzgepolt und mit einem entsprechenden Polschuh, gebildet wurde.
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In gleicher Weise ist durch die
DE 20 2014 003 915 U1 eine Resonanzturbine bekannt geworden, bei der im Innendurchmesser Längsnuten eingearbeitet sind, die als Mitnehmerelemente für einen in den Innendurchmesser der Turbine einzusetzenden Generator zur Halterung vorgesehen sind.
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Die in dem Stand der Technik aufgeführten Ausführungsbeispiele hinsichtlich einer generatorischen Vorrichtung zur Stromerzeugung arbeiten nicht effektiv. Dieses liegt daran, dass der Generator zu nahe der Rotationsachse angeordnet ist und somit, auch bei höheren Drehzahlen, nur eine geringe Ausbeute an elektrischer Energie liefert. Die Begründung ist in der elektromagnetischen Induktion, die der Maxwellschen-Gleichung folgt, für den Fachmann zu sehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile der bekannten Konstruktionen aus dem Stand der Technik zu beseitigen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Ansprüchen 1 und 4 gelöst. Die Unteransprüche haben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens zum Inhalt.
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Zur Effizienzsteigerung, die sich in einer größeren Ausbeute an elektrischer Energie darlegt, welche durch eine generatorische Einrichtung erzeugt wird, wird eine Vorrichtung verwendet, die in einer ersten bevorzugten Ausführungsform teilweise innerhalb des Rotors der Turbine integriert ist. Um eine möglichst hohe, durch die Permanent-Magnetanordnungen oder Permanent-Magnetsysteme erzielte Induktion innerhalb der Wicklung erzeugen zu können ist es notwendig, die generatorische Einrichtung soweit wie möglich an den äußeren Rand, d. h. an den Umfang des Rotors zu verlegen. In dem äußeren Rand des Rotors ist die Umfangsgeschwindigkeit am größten und somit auch die Induktion innerhalb der stehenden Wicklung.
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Der Rotor der Turbine weist äußere Seitenflächen auf, wobei in einer dieser Seitenflächen eine Ausnehmung für einen Aufnahmeraum einer ringförmigen Permanent-Magnetanordnung oder dergleichen ausgeführt ist. In diesen Aufnahmeraum werden vorzugsweise zwei ringförmige Permanent-Magnetanordnungen oder Permanent-Magnet-Systeme eingebracht. Diese Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen sind vorzugsweise mit einem Rückschlusselement, das aus einem ferromagnetischen Material besteht, ausgestattet. So ist es möglich die einzelnen Permanent-Magnete, die zu der Permanent-Magnetanordnung oder dergleichen mit einem gerichteten magnetischen Fluss mit wechselnder Polarität auf der ringförmigen Anordnung des Rückschlusselementes angeordnet werden, sicher zu platzieren. Die Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen bestehen dabei aus einzelnen Dauermagneten, die zu der ringförmigen Anordnung zusammengestellt werden.
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Damit die Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen ihren angestammten Platz nicht verlassen können, werden zur Öffnung des Aufnahmeraumes hin, diese mit Abschlussringen verschlossen. Diese Abschlussringe können beispielsweise mit einem Außengewinde versehen sein, die in Innengewinde, die sich innerhalb des Rotors befinden, eingedreht werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich diese Ringe zu verstiften oder zu verkleben.
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Zwischen den beiden Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen der ringförmigen Art ist ein Freiraum vorhanden, in den eine stationäre Wicklung eintaucht. Diese Wicklung weist zu beiden Seiten ihrer Oberfläche hin Luftspalte auf, an die sich dann die Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen anschließen. Die stationäre Wicklung ist an einem oder mehreren Teilen der Turbinenausbildung befestigt. Die Gestaltung der Wicklung ist dabei ringförmig angelegt. Dadurch ist es möglich die seitlichen Luftspalte genau einzuhalten.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der Umfangsfläche des Rotors eine ringförmige, mit einer Ausnehmung versehene Magnetaufnahme kraft und formschlüssig befestigt. Bei dieser Ausführungsform wird die Geometrie des Rotors nicht verändert und es bietet sich an, dass diese bevorzugte Ausführungsform separat gefertigt werden kann. Der Aufbau dieser Ausführungsform ist analog der vorbeschriebenen, bevorzugten Ausführungsform, die teilweise innerhalb des Rotors angeordnet war, zu sehen. Um eine sichere Platzierung der Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen zu gewährleisten, sind in diesem Falle die Rückschlusselemente mit einem außen einseitig vorstehenden Steg ausgestattet, die somit ein unbeabsichtigtes Entfernen der einzelnen Permanent-Magnete unterbinden. Die Anordnung der stationären Wicklung ist analog der ersten Ausführungsform zu sehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Rotors in einer Schnittdarstellung mit einer teilweise integrierten generatorischen Einrichtung;
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2: eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer generatorischen Einrichtung, die an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors angeordnet ist;
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3: eine Draufsicht auf eine mögliche Anordnung der ringförmigen Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen.
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In einer Schnittdarstellung gemäß 1 wird eine Hälfte eines Rotors 1 dargestellt, dessen Seitenflächen 6, 7 in diesem Ausführungsbeispiel Treibvertiefungen 9 enthalten sind, die mit nicht dargestellten Treibdüsen zusammenwirken, um eine Rotation um eine Rotationsachse 20 des Rotors 1 zu erzeugen. Durch die Schnittdarstellung wird deutlich, dass innerhalb des Rotors 1 mindestens eine Ausnehmung 12 und ein Aufnahmeraum 14 eingearbeitet ist in dem ein Teil einer generatorischen Einrichtung in Form von Permanent-Magnetanordnungen oder Permanent-Magnetsystemen 11, 21 dargestellt ist. Je nach verwendeten Antriebsmedien für den Rotor 1 sind im Grund des Aufnahmeraumes 14 Entlastungsbohrungen 5 enthalten. Diese Permanent-Magnetanordnungen 11, 21 oder dergleichen sind ringförmig ausgebildet und weisen äußere Rückschlusselemente 10 auf. Auf die genaue Ausführung der Permanent-Magnetanordnungen 11, 21 oder dergleichen wird noch in der Beschreibung zur 3 eingegangen.
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Unter seitlichen Luftspalten 19 taucht in dem offenen Bereich zwischen den Permanent-Magnetanordnungen 11, 21 eine Wicklung 15 ein. Diese Wicklung ist stationär an einem Teil 2 der Turbine über Wicklungshalter 16 oder dergleichen kraft- und formschlüssig befestigt. Durch das Zusammenfügen der einerseits innerhalb des Rotors 1 platzierten Permanent-Magnetanordnungen oder dergleichen 11, 12 und der damit zusammenwirkenden stationären Wicklung wird eine generatorische Einrichtung geschaffen, die zur Erzeugung von elektrischer Energie bestens geeignet ist. Da der Rotor 1 durch unterschiedliche Medien beaufschlagt werden kann ist es auch möglich, dass der Rotor 1 lagerlos ausgebildet ist. Um in einem solchen Falle eine Beschädigung der Wicklung 15 zu vermeiden, können innerhalb der beidseitigen Luftspalte 19 der Wicklung 15 Zentrierungen 17, die ebenfalls ringförmig ausgebildet sind, eingefügt werden. Diese Zentrierungen 17 können den gesamten oder nur einen Teil der Luftspalte 19 ausfüllen und sind mit Oberflächen der Wicklung 15 verbunden.
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Die Permanent-Magnetanordnungen 11, 21 oder dergleichen sind aufgrund der Befestigung mit den Rückschlusselementen 10 auswechselbar innerhalb des Rotors 1 platziert. Um eine Unverrückbarkeit der Permanent-Magnetanordnungen 11, 21 oder dergleichen zu gewährleisten sind die ringförmigen Anordnungen zum einen durch Abschlussringe 3, 4 festgelegt und zum anderen stützen sie sich gegen einen Boden 26 innerhalb des Aufnahmeraumes 14 ab.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der generatorischen Vorrichtung in Verbindung mit dem Rotor 1 gibt die 2 wieder. Dabei ist die generatorische Einrichtung teilweise an einer Umfangsfläche 22 des Rotors 1 in U-förmiger Ausbildung kraft- und formschlüssig mit dieser verbunden. Es ist jedoch auch möglich, dass dieser Teil einer Magnetaufnahme 23 gleich mit an den Rotor 1 einstückig ausgebildet wird. Die Magnetaufnahme 23 weist dabei einen Aufnahmeraum 14 auf, in dem, wie bereits beschrieben, an den Innenwänden jeweils Permanent-Magnetsysteme 14, 21 oder dergleichen angeordnet sind. Lediglich die Rückschlusselemente sind anders ausgebildet und sind als Rückschlusselemente 24 mit einem nach außen gerichteten Steg 25 wiedergegeben worden. Durch den umlaufenden Steg 25 wird vermieden, dass die sich einerseits gegen den Boden 26 des Aufnahmeraumes 14 abstützenden Permanent-Magnetsysteme 11, 21 oder dergleichen aus der Magnetaufnahme 23 unbeabsichtigt entfernt werden können.
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Auch bei dieser Ausführung ist die stationäre Wicklung 15 mit den seitlichen Luftspalten 19 der zweite Teil der generatorischen Einrichtung.
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In der 3 wird in einer Draufsicht eine mögliche Anordnung von einzelnen Dauermagneten 8, 13, 18, die zu einzelnen Polgruppen zusammengefügt sind, wiedergegeben. Die einzelnen Dauermagnete 8, 13, 18 weisen dabei jeweils unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen auf, die zu einem als Polmagnet ausgebildeten Dauermagneten 13 einen verstärkten, gerichteten magnetischen Fluss ausbilden. Die Darstellung der Magnetisierungsrichtung wird durch eine Pfeileintragung in den einzelnen Permanentmagneten 3, 13, 18 verdeutlicht. Die Dauermagnetanordnungen 11, 21 weisen dabei jeweils von der Wicklung 15 abweisend die Rückschlusselemente 10, 11 auf, die ihrerseits noch dazu beitragen, die magnetischen Feldlinien zu bündeln. Zwischen den Permanent-Magnetanordnungen 11, 21 ist unter Einhaltung der Luftspalte 19 der eintauchende Teil der Wicklung 15 dargestellt.
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Die vorbeschriebene Ausführung der Vorzugsmagnetisierungsrichtungen innerhalb der Einzelmagnete 8, 13, 18 ist nur eine exemplarische Wiedergabe. Es werden andere, in dieser Schrift nicht ausdrücklich genannte effektive Anordnungen von Einzelmagneten und deren besondere Magnetisierungsausübung in die Erfindung miteinbezogen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- stationärer Teil der Turbine
- 3
- Abschlussring
- 4
- Abschlussring
- 5
- Entlastungsbohrung
- 6
- Seitenfläche
- 7
- Seitenfläche
- 8
- Dauermagnet
- 9
- Treibvertiefung
- 10
- Rückschlusselement
- 11
- Permanent-Magnetanordnung/Permanent-Magnetsystem
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Dauermagnet
- 14
- Aufnahmeraum
- 15
- Wicklung
- 16
- Wicklungshalterung
- 17
- Zentrierungen
- 18
- Dauermagnet
- 19
- Luftspalt
- 20
- Rotationsachse
- 21
- Permanent-Magnetsystem/Permanent-Magnetanordnung
- 22
- Umfangsfläche
- 23
- Magnetaufnahme
- 24
- Rückschlusselement
- 25
- Steg
- 26
- Boden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4440241 C1 [0001]
- DE 202014003915 U1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- www.evert.de/eft607.htm [0001]
