DE10344674B4

DE10344674B4 - Strömungskraftmaschine/Strömungserzeugungsma- schine

Info

Publication number: DE10344674B4
Application number: DE10344674.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: DE10344674A1

Abstract

Strömungskraftmaschine/Strömungserzeugungsmaschine, mit
einer Drehachse (4) in Anströmungsrichtung einer Strömung, und
mindestens einem Flügel (1, 2, 3), welcher an seinen beiden Enden derart mit der Drehachse (4) gekoppelt ist, dass die Mittelpunkte (Ma, Mb) der Flügel-Endflächen jeweils radial beabstandet auf verschiedenen Seiten der Drehachse (4) liegen, wobei
die Projektion einer Mittellinie (ML) des Flügels auf eine Ebene, welche durch die Drehachse (4) und eine Gerade zwischen den Mittelpunkten (Ma, Mb) der Flügel-Endflächen (1a, 1b) aufgespannt wird, im Wesentlichen eine Gerade darstellt,
wobei der mindestens eine Flügel (1, 2, 3) eine Saugseite und Druckseite aufweist, welche sich entlang einer Längsrichtung des Flügels ändern.

Description

Strömungskraftmaschinen, wie beispielsweise Windkraftmaschinen und Wasserkraftmaschinen, dienen in der Regel dazu, die natürliche Energie der Luft- und Wasserströmungen auszunutzen. Strömungserzeugungsmaschinen dienen dazu z. B. elektrische Energie in Strömung umzuwandeln.
Aus der DE 198 20 766 A1 ist eine Strömungskraftmaschine bekannt. Jeder der Flügel der Strömungskraftmaschine ist zwischen seinen beiden Enden sinusförmig auf einer Kugelfläche um die Drehachse ausgebildet, wobei jeder Flügel in einer bestimmten Draufsicht quer zur Drehachse s-förmig ausgestaltet ist und zwei Flügel gemeinsam in dieser Draufsicht quer zur Drehachse eine acht bilden. Eine derartige Ausgestaltung der Flügel ist jedoch in der Konstruktion sowie der Herstellung der Flügel nur unter großem Aufwand möglich.
Aus der DE 94 14 258 U1 ist eine weitere Strömungskraftmaschine bekannt, die bandförmige Flügel aufweist, welche sich längs der Drehachse in einem Bogen radial zur Drehachse erstrecken und dabei in sich derart gebogen sind, dass der Flügel bei Blick in Richtung der Drehachse die Form einer Schlaufe oder die Form eines Teils einer Hälfte einer acht aufweist. Dazu ragt ein erster Teil des Flügels aus einer Ebene, welche durch die Drehachse und den Scheitelpunkt des Bogens definiert wird, entgegen der Drehrichtung heraus und weist ein nach außen gewölbtes Flügelprofil auf. Der zweite Teil des Flügels weist hingegen ein nach innen gewölbtes Flügelprofil auf. Ferner ist ein Anstellwinkel des Flügels an zumindest einem Ende einstellbar. Eine derartige Strömungskraftmaschine weist lediglich einen geringen Wirkungsgrad auf und ist sehr aufwendig in der Herstellung der Flügel.
US 969 522 A beschreibt eine Windmühle mit zwei spiralförmigen Flügeln, welche um eine Rotationsachse dreidimensional gewunden sind.
DE 199 03 880 A1 zeigt eine Strömungskraftmaschine mit Flügelendflächen, deren Mittelpunkte auf der Drehachse liegen.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungskraftmaschine/Strömungserzeugungsmaschine vorzusehen, welche sowohl einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist als auch in ihrer Konstruktion einfacher ausgestaltet ist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Strömungskraftmaschine/strömungserzeugende Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es wird somit eine Strömungskraftmaschine/Strömungserzeugungsmaschine vorgesehen, welche eine Drehachse in Anströmungsrichtung der Strömung sowie mindestens einen Flügel aufweist. Der Flügel ist an seinen beiden Enden derart mit der Drehachse gekoppelt, dass der Mittelpunkt der Endflächen der beiden Enden des Flügels jeweils radial in entgegengesetzter Richtung zur Drehachse beabstandet sind bzw. die Mittelpunkte der Flügel-Endflächen jeweils radial auf verschiedenen Seiten der Drehachse liegen. Die Projektion einer Mittellinie des Flügels auf eine Ebene, welche durch die Drehachse und eine Gerade zwischen den Mittelpunkten der Flügelendflächen aufgespannt wird, stellt im Wesentlichen eine Gerade dar. Der mindestens eine Flügel weist eine Saugseite und eine Druckseite auf, welche sich entlang der Längsrichtung des Flügels ändern.
Mit einer derartigen Konstruktion ist es möglich, eine im Wesentlichen geradlinige Mittellinie bzw. eine im Wesentlichen geradlinige Projektion dieser Mittellinie zu erhalten. Eine derartige Konstruktion ist somit wesentlich einfacher herzustellen, so dass die gesamte Anlage preisgünstiger wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, dabei zeigt:
1 eine Vorderansicht einer Flügelanordnung einer Strömungskraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiels,
2 eine Draufsicht der Strömungskraftmaschine von 1,
3 eine Draufsicht einer Flügelform gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 eine perspektivische Ansicht des geradegebogenen Flügels aus 3,
5 eine Seitenansicht des Flügels aus 3, und
6 eine Flügelanordnung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels.
1 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Flügelanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 stellt eine Ansicht in Drehachse 4 der Flügelanordnung dar. In 1 sind dabei drei Flügel 1, 2 und 3 gezeigt, welche jeweils um 120° versetzt zueinander angeordnet sind.
In 1 ist gezeigt, dass die beiden Enden der jeweiligen Flügel nicht direkt auf der Drehachse 4 liegen, sondern jeweils radial zu der Drehachse 4 beabstandet sind. Die beiden Enden der jeweiligen Flügel sind auf verschiedenen Seiten der Drehachse – bezogen auf die Blattebene von 1 – angeordnet.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Flügelanordnung von 1. Dabei ist im Wesentlichen die Drehachse 4 und lediglich einer der drei Flügel 1 gezeigt. Die Drehachse 4 ist dabei in Anströmrichtung ausgerichtet, während zwischen der Längsachse des Flügels 1 und der Drehachse 4 ein Winkel α vorhanden ist. Der Flügel 1 ist der Draufsicht aus 2 im Wesentlichen gerade angeordnet bzw. eine Mittellinie des Flügels 1 stellt im Wesentlichen eine Gerade dar.
Wenn der Winkel α = 0 ist, so muss die Drehachse winkelig zur Anströmrichtung gestellt werden.
Hierbei ist zu beachten, dass die Saug- bzw. Druckseite des Flügels sich entlang der Längsrichtung des Flügels ändert.
3 zeigt eine Ansicht rechtwinkelig zur Drehachse eines Flügels 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Querschnitt des Flügels ändert sich über die Längsrichtung des Flügels. In der 3 ist eine Mittellinie ML gezeigt, welche jeweils einen Mittelpunkt eines Querschnittes des Flügels (in seiner Längsrichtung) bzw. den halben Abstand zwischen den beiden Kanten des Flügels (bezogen auf seinen Querschnitt) anzeigt. Die Mittelpunkte Ma, Mb der Flügel-Endflächen 1a, 1b sind jeweils links und rechts der Gerade 4a (und somit der Drehachse 4) in der Blattebene, d. h. einer Ebene senkrecht zur Drehachse, angeordnet.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Flügels aus 3, der jedoch geradegebogen worden ist. 4 veranschaulicht die unterschiedlichen Querschnitte des Flügels entlang der Längsrichtung bzw. entlang der Mittellinie ML. Wie auch in 3 zu sehen ist, ist die Breite des Flügels an seinen beiden Flügelendflächen 1a, 1b größer als an seinem Scheitelpunkt 1c.
5 zeigt eine Seitenansicht eines Flügels aus 3. In 5 ist die bogenförmige bzw. gekrümmte Ausgestaltung des Flügels entlang der Drehachse gut zu erkennen.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Flügelanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. In 6 ist eine Flügelanordnung mit zwei Flügeln 1, 2 gezeigt. Bezogen auf die Blattebene ist ein Ende 1a des Flügels oberhalb der Drehachse und das zweite Ende 1b des Flügels 1 ist unterhalb der Drehachse angeordnet, d. h. die beiden Enden des Flügels sind auf verschiedenen Seiten bezogen zur Drehachse angebracht. Ferner stehen die Enden nicht senkrecht auf der Drehachse, sondern sind um einen bestimmten Winkel zur Drehachse geneigt. Dabei entspricht der Winkel zwischen der ersten Flügelendfläche 1a des Flügels und der Drehachse 4 dem Winkel zwischen der zweiten Flügelendfläche 1b und der Drehachse. Entsprechendes gilt für den zweiten Flügel. Durch eine entsprechende Einstellung eines Winkels zwischen den Flügelendflächen und der Drehachse lässt sich der Wirkungsgrad der Flügelanordnung verbessern.
Die oben beschriebene Flügelanordnung lässt sich sowohl in Luft als auch Wasser betreiben. Wenn eine entsprechende elektrische Maschine an die Drehachse 4 gekoppelt ist, lässt sich diese Maschine als Generator oder als Motor betreiben. Wenn diese Maschine als Generator betrieben wird, so kann die durch eine Anströmung erzeugte Rotation der Flügelanordnung in elektrische Energie umgewandelt werden. Wenn die elektrische Maschine jedoch als Motor betrieben wird, kann elektrische Energie in eine Rotationsbewegung der Flügelanordnung umgewandelt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ragen die Endflächen der Enden des Flügels weniger als 25% bezogen auf den radialen Abständen der Mittelpunkte zur Drehachse über die Drehachse hinaus.
Oder mit anderen Worten, die Flügel-Endflächen ragen weniger als ¼, bezogen auf den radialen Abstand der Mittelpunkte (Ma, Mb) der Flügel-Endflächen zur Drehachse, über die Drehachse hinaus.

Claims

Strömungskraftmaschine/Strömungserzeugungsmaschine, mit einer Drehachse (4) in Anströmungsrichtung einer Strömung, und mindestens einem Flügel (1, 2, 3), welcher an seinen beiden Enden derart mit der Drehachse (4) gekoppelt ist, dass die Mittelpunkte (Ma, Mb) der Flügel-Endflächen jeweils radial beabstandet auf verschiedenen Seiten der Drehachse (4) liegen, wobei die Projektion einer Mittellinie (ML) des Flügels auf eine Ebene, welche durch die Drehachse (4) und eine Gerade zwischen den Mittelpunkten (Ma, Mb) der Flügel-Endflächen (1a, 1b) aufgespannt wird, im Wesentlichen eine Gerade darstellt, wobei der mindestens eine Flügel (1, 2, 3) eine Saugseite und Druckseite aufweist, welche sich entlang einer Längsrichtung des Flügels ändern.
Maschine nach Anspruch 1, wobei die Flügel-Endflächen (1a, 1b) zur Drehachse (4) geneigt angeordnet sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Breite des Flügels (1, 2, 3) an den Flügel-Endflächen (1a, 1b) maximal ist.
Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich der Querschnitt des Flügels (1, 2, 3) entlang seiner Längsachse ändert.