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Verfahren zum UmlenKen -Windeln oder
Verteilen von
Strömungsmitt'eln sowie
hierzu geeie ete rotierende Leitvorrichtungen
#E
Die vorliegende Erfindung bezieh-t sich auf ein Verfahren zum Umlenken" Bündeln
odei# 'i#rert'eilen von -Strömungsmitteln, mit iielchdpi Insbesondere beim Umlenken
von Strömungen und beim Verzögern von Strömungen wit Druckanstieg Strömungsverluste
verringert bzw. #beseitigt- D.#erden. Die arfindungsgemäße Vorr'-Lehtung kenn überall
därzl. eingesetzig; 't,#erden, wo Strömungsmittel, wie.Gase oder-Flüssigkeiten,
erfaßt werden, sei es zur Tüierglegewinnting 'L"a,1- beispielsweise -Windturbinen,
zum Vortrieb wie bei 2ropelle-P,n" zum Hub wie, bei Hubschraubern oder Luftkissenfahrzeugen,
zur Beförderimg oder Verteilung von StrZi.muri#,smitteln mitt-els Ventila tor, Gebläse
oder Pumpe und sohlieflich zur Erzeu.Z.twig von Querdrucken und Widerstän--den und
lp-t;"tlich überhaupt, um Geschwindigkeit In Druc-k odor umgekWirt umzuset--en.
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M-» diese Zwi7,#eke sind Vorriehtungen bekannt» bei welehen feste
Leitschaufeln',verwendet,werden, um Abreißerscheintüig(gn, z.B.
bei
starken Abienkungen wie in RohrkrUmmern, zu vermeiden.. Weiterhin Ist es allgemein
bekamt, bei Strömungewaschinen einen sogenannten Diffuser zu verwenden, damit eine
im engsten Querschnitt eines sich verjUngenden und wieder erweiternden Rohres angeordnete
Turbine oder Propeller In beschleunigter Strömung arbeiten und dadurch größere Strömungsmittälmengen
erfassen kann. Solche DUsen sind auf Ummantelungen angewiesen" die zwecks Vermeidtmg
des Abreißems der Strömung eine nur schwache-Erweiterung In Stromrichtung aufweisen.
Die dadurch entstehenden zusätzlichen Reitungsfluchen und die verhältnismäßiz langgestreakte
Ausbildung sind nachteilig. Das gilt atzch-fUr Anemostaten. Auch die Verwendung
von Absaugevorrichtungen, mit welchen die Grenzschicht abgegaugt wird, fUhrt zwar
zu einer VerkUrzung des,L#irfusors, erfordert jedoch gle-itehzeitig den Einbau komDlizierter
und Energie verbrauchender Absaugeanlagen.
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Diese Nachteile sollen mit dem errindungsgemäßert Verfahren bzw. durch
die erfindungsgemäße 17'orrichtung behoben werden, wobei davon ausgegangen daß anstelle
der Düse ein rotierendes Organ gesetzt wird, welches Im folgenden a!Jgemein als
Leitvorrichtung bezeichnet wird, und wobei der durch diese Leitvorrichtung hervorgerufene
Effekt als dynamische Di M sicn definiert ist.
Erfindungeigemäß
werden zum Umlergten,- BUndeln oder Verteilen von Strömungsmitteln ein oder mehrere
um eine gemeinsame Achse kreisende.,in der A-chserieben.e geltrUmmte Schaufeln'
In eine-- besehleLmigte Strömung. gebracht.. so daß an, der-kQnv-exen und die Bausseite
bildenden Schaufelseite eine beschleunigte, und an der konkaven Schaureiseite eine,
verzüger.lu#,o Stri3.mimg und,dadurch eine Zirkulation In.der Achsenebene erzeugt
wird,-wobei weiterhin durch-Einstellung9 Wölbung oder, ProfIlierung .der Schaufeln
eine zur Strömungsachse senkrechte -Zirlro.lation erzeugt wird. Die notwendlge-bene.hleimJ#g-te
Strömung an der Konvexa-eite der-Schaufeln-wird dürch PropellertlUgel -(bei Radialgebläsen-durch
die Geblä-ee-fitlge.i).erzeugt. Diese -Strömung kann aber auch be:Lentsprechender
Anordninig und Eimtelluns durch die Schaufeln.selbst erzeugt-,werden,-Durch die
Uberlagerung der beiden entstehenden, ZirkulatIonen erfolgt bei Eigner Schaufel)
deren konkave Seite zwB. von der Strömungsaehee--nach außen hin gekehrt ist, eine:Auseinanderziehung
der Ihuptstrdmwig, d.h. also -elno- Dif#fusion-, wobei ein Druckaftstieg er:töist,..
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Die erfindungsgemäße rotierende Leitvorrichttmg istnun dadurch gelc#ennzeichnet-,#daß
ein oder mehrere um eine gemeinsäme Achse kreisende" in der Achsenebene-gekrOmmte
Sehau:reln vorge3ähen sindg wel-che-an-der konvexen Schaufe.lseite eine beschleunigte
und än der konkaven Sehaufelseite eine verzUgerte
Strömung und dadurch
eine Zirkulation in der Achsenebene aufweisen, und daß durch Einstellung, Wölbung-oder
Profilierung der,Schaufeln eine zur Strömungsachse senkrechte Zirkulation erzeugt
wirdp wobei die konvexen Schaufelflächen die Saugseiten bilden. Meist sind die Schaufeln
mit ihrer konkaven Fläche nach außen gekrUmt, wobei die Sehaufeln In der Regel an
oder auf um eine Achse rotierenden Flügeln befestigt-sein können. Hierbei- können
eine oder mehrere Schaufeln auf einem oder mehreren PlUgelftsowohl auf der SäuSselte
und/oder Druckseite vorgesehen-sein. Insbesondere- können die FlUgel so angestellt
sein, daß-die-Energieenthahme aus dem.Hauptstrom erfolgt, bzw. können die FlUgel
die Antriebspropellereines-Fahrzeuges sein.
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Soll zunächst eine achsenparallele Strömung erzeugt werden, so kann
das auch ohne--rotierende Schaufeln, etwa durch einen ortstesten Einlauffring erzielt
werden. Eine anschließend stromwUrts folgende Auseinanderziehung der Strömung wird
aber duro)i die rotierenden Schaufeln zu erfolgen haben. Ist ein ortsfester Einlauf
nicht vorhanden, wird er durch entsprechend geformte Teile dieser rotierenden Schaufeln
ersetzt. Durch entsprechende Einstellung derselben können die diffusionsartig wirkenden
Söhaufelteile,sogar fortbleiben" so daß die Diffusion nunmehr schon durch die Einlauftelle
der Schaufeln eingeleitet wird, Der Diffusor wird hierbei durch Wirbel ersetzt,
die je nach den Erfordernissen entweder
ortsfest sind" oder mit,der
Strömung abwandern können. Schließlich kann auch.ein eigentlicher Beschleuniger
(z.B. Propeller) ebenfalls fortfallen" wenn.Teile der Schaufeln seine Funktion,übernehmen.
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Anw_engfflsbereiche der !#jMamischen Diffusion
Das physikalische
Prinzip der dynamiselien Diffusion schafft in der Strömungslehre-eine völlig neue
Situation. Mit Hilfedieses Effektes ergeben sich daher auch zahl reiche>neue und
mit anderen Mitteln --nicht zu erreichende Möglichkeiten, die im folgenden nur bezüglich
der KlimateoWk_erläutert werden zollen.
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Wird Frischluft in einen Raum gedrückt, so entsteht,-nörmalerweise
an bestimmten Stellen.Belästigung durch starke Zugluft. Um dies zu vermeiden, tiurden-bislang
meist sogenannte ringförmige Enddiffusoren-verwendet. Bei größeren derartigen Anlagen
ergibt sich meist starke Lärmbelästigung und ein nicht zu unterschätzender Energieverlust.
Der Lärm entsteht durch die starke Veri#iiibelung.. die . auch eine optimale
Belüftung verhindert. Mit einem,dynamischen Diffusor lassen sich jedoch diese Nachteile
vermeiden und man erhält bereits von einem gerät eine gleichmäßige BelUftung Im
ganzen Raum ohne unangenehme Zugluft und Geräuschbälästigung. Der Einbau vieler
einzelner LuftzufUhrungskanäle zur Vermeidung der aufgezählten Nachteile und zur
gleichmäßigen Ventilation
kann somit ent#rallen, da mit der'a dynamischen
Diffusor eine bessere BelUftung bei einem Bruchteil der Kosten erreicht wird. Das
System der dynamischen'-Diffusion kann ferner besonders gut zur Heißluftdeckentleizung
verwendet werden. Sowohl der Energieverbrauch bei ausreichender BeltIftung eines
Raum-es als auch die Herstellungskosten liegen wesentlich niedriger als bisher.
Da keine zusätzlichen beweglichen Teile erforderlich sind, ergibt sich.auch kein
Verschleiß. Ähnliche Vorteile und vor allem der der geringeren Abniessung ergeben
sich bei Tisch-, Fensier- und ähnlichen Ventilatoren. Das System der dynamisehen
DJ.Cusion ist nicht nur in der BelUftungstechnik aw-,--#-endbar,-, er.orme Vorz-Uge
sich vor allem tUr die Hersi;ellur##.g von HubschraiÜbern und Luftkissenfahrzeugen,
sowie durcIli eine erhebliche ",?errl.rigerimg, (bis 90 %3 des Fahrteilderstandes
von Uhterwasaerfahrzeugen. Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen
näher beschrieben werden- es zeigen: Pig. 1 einen senkrechten,
In der Strömungsebene liegenden Schnitt durch eine erfindungsgemäß rotierende
Leitvorrichtung mit nach außen gekrUmanten Schaufeln; Fig. 2 5 #verschiedene,
vereinfacht wiedergegebene'Er:rindungsgemäß abgewandelte, rotierende LeJtvorrichtungeii
mit
ein oder mehreren nach-innen bzw. nach außen gekrUmaten-und verschieden angeordneten
Schaufeln;.
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-Fla.- 6-7 die Anbringung dererfIndungsgemäßen Lettvorrichtung
hinter einer-Ruderfläche eines Fahrzeuges bzw. hinter einer-StellflUche, z*B.,Jm
TragflUgel eines Flugzeugesx# AnbrIngung oder Stellung der- erfindungsgemäßen Vorrichtung
gegenUber.einem-in einer Strömung befindlichen Körper.
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#Bel der-in-Fig. lvereinftcht, d7argestellten Vorrichtung tritt -eine
#Stirömmg l# beispielsweise durch elne-Wandliffnung aus-,und trifft auf die ert:Indungsgemäße
Lei.tvorrichtung.-Diese--besteht aus einer Achse 2.. an welcher-FlUgel
6 befentigt-einde, Am Ende der PlUgel 6 sind Schaufeln 3 vorgesehen"-welche
In der AchsenebenesekrUmmt sind..-Diese Schaufeln jet&en im vorliegenden Fall
mit-Ihrer konkaven Seite nach-außen und sind an der Unterseite der FlUgel angeibracht"
Diese Schaufeln 3 bewegen sich tangential-um die Achse 2.uncl sind
derartsegendie Strömung 1 angestellt, daß eine zur Strömings.achse senkrechte
Zirkulation 4 entsteht. Dieser-Zirkulation wird.eine.Weitere Zirkulation 5-Pberlageet,
welche durch die Besahleunigung der-Hauptströmung 1
an-der-konvexen
Im vor,liegenden,Fall inneren Seite der gekrUmten Schaufeln eintritt.'--
Eskönnen
erfindungegemäß beliebig viele Schaufeln anedem Flügel, und zwar auf dessen Ober-
und/oder-Unterseite ange-. bracht werden" wobei weiterhin eine beliebige Anzahl
FlUgel mit derartigen Schaufeln um die Achse 2 kreisen kann. Der Antrieb für die
Rotation der Schaufeln erfolgt entweder durch zusätzlich-zugefUhrte Energie oder
aber durch Energieentmiahme aus der Hauptströmung mittels einer Turbine.
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Die In Fig. 2 gezeigte Vorrichtung wird verwendet,
um bei einem gegebenen Propellerdurchmesser Schubkräfte zu erzeugen, wobei- -entweder-ein
geringerer Energieverbrauch als bei normalen Luft- oder Wasserschrauben benötigt
oder bei gegebener Moterenleistung ein größerer Jcichub,erzeue.,wird,' Bei
dieser In Fig. 2 gezeigten Vorrichtung läuft der FlUgel 6
innerhalb eUier,
Ummantelung 70- Da die Schaufeln hierbei eine schnelle Quers#ähnitteerweiterung
der Ströri#,ung gestatten, kann die Ummantelung erheblich verttUrzt werden. Es Ist
möglich, diese restliche Ummantelung "l nur durch Schaufeln 3
zu ersetzen,-
wie es- In Fig.-3 gezeigt ist, Vorzugsweise sind die hier gezeigten Schaufeln
3 an den Enden des FlUgels 6
befestigt und erstrecken sieh in der-FlUgelebene
sowohl nach oben als-auch nach unten, wobei zusätzlich noch weitere., ebenfalls.nach
außen gekrUmmte-Schaufeln vorgesehen sein können.
.Fig, 4 und
5 zeigen weitere FlUgelausbIldungen. Die.in Fig, 3-gezeigten Schaufeln
3 befinden sich allein auf der Saugseite des FlUgels. Außer der Vermeidung
einer Kontraktion wird darUber hinaus bei entsprechender Schaufeleinstellung ein
Auseinanderziehen der Strömung ermöglicht. Grundsätzlich können die Schaufeln zentral
auf dem FlUgelblatt angebracht werden; jedoch kann es zweckmäßig sein
- sofern keine -statischen Bedenken vorliegen die Schaufeln tangential etwas
zu verschieben. Die Schaufeln können auch, wie es in Fig. 5 gezeigt Ist,
nur auf der Druckseite aufsitzen und an.ihrem Fußpunkt etwas tangential-zu'der dort
herrgchenden Strömungsrichtung lieg en. Ini-allgemeinen ist der Umriß,der .Schaufel
vorzugeweise ellptisch bis spitz auslaufend. Die einzelnen Schaufeln können durch
Ringe oder Bänderverbunden werden.
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Aufgrund der großen DurchströmunEsgeschwindigkeiten ist es nunmehr
mittels kleiner im engsten Querschnitt angeordneter Flächen möglich, bedeutende
Querkräfte zu erzeugen und große Ablenkungen der diffundierten Strömung zu erzielen.
So lassen sich beispielsweise stärkere Drehmomente bei' Wasserfahrzeugen erzielen"
wenn" wie In Fig. 7-gezeigt.. eine Ruderfläche 9 vor der- erfindungsgemäßen
Leitvorriehtung bzw. vor dem Propeller- oder vor der mit den erfindungegemäß. vorgeschlagenen
Schaufeln versehenen Schiffssehraube. angeordnet lat. Bei Luftfahrzeugen kam durch
analog4 Anordnung
nach Bedarf die Propellerströmung beim Start
oder bei der Landung aus der horizontalen Richtung nach unten mmgebogen werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Wirkungsgrad offener
Turbinen verbessert werden., wobei die Turbine etwa im engsten Strömungsquerschnitt
angeordnet wird.
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Die erfindungsgemäße Leitvorrichtung» welche Im Gegensatz zu den bisher
bekannten feststehenden Diffusoren auch als dynamischer Diffüaor bezeichnet werden
kann, wird Uberall dort verwendet, wo Geschwindigkeit in-Druck umgewandelt wird.
Beispielsweise kann der dynamische Diffusor In geschlossenen StrömunZämaschinen,
oder aber auch zur Vermin" derung von Strömungswiderständen verwendet werden" wenn
die Ausbildung einer Stromlinienforin zu große Baulängen erfordert. Derartige Eineatzmöglichke1,1.1,en
sind in den.Fig, 8-9
wiedergegeben. Beispielsweise kann- die erfindungegemäße
Vorrichtung 12 hinter einer Kugel 14 angeordnet sein, um die Wirbelbildung zu vermeiden.
Pan erhält dann an der Kugelfläche laminare oder nahezu laminare Strömungen. Der
Durchfluß er-folgt entsprechend dem in Fig. 9 gezeigten Strömungs-bild
entgegen der Richtung der Hauptström..ung 1; der Diffusor kann hierbei auch
vor dem Körper angeordnet sein. In Fig. 9 Ist die Anbringung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 12 hinter einem In einer Strömung befindlichen
Körper
148 gezeigt" wobei die -am hinteren Made des- In der-Str*rmg befindlichen
Körpers erzeugten KreZsatriJmMen 13
in einer#rIngförmIgen Vertiefung
15 uinlaufen und der.ablaufenden,Strömung 1 wirbeitrei wieder zugefUhrt
Werden.-Fig.-10 zeigt eine radial angeordnete.Schaufelreihe, an die Stelle e ines
Propellers-tritt eine Verbindungsstange 19'9 aut Dein Schaufeln 20 angebracht-sInd.
Bei geeigneter Einstellung-Ubernehmen diese Schaufeln 20-die Funktion des Beschleunigers.
Die Schaulfelflächen liegen an Ihrer Wurzel 21, d.h, an der Värbindungsstange in
Achsialrichtunge#Die Verbindungsstreben erhalten zweckmäßig windschlUpfrige Form.-Auch-be'i-der
Turbins kann ein-besonderer Beschleuniger fortfallen;'diä Strömungerlühtungkehrt
sich.hierbei um. In Fig. 10 Ist der StrUungsverlauf beim Propeller.(,nadh
unten) und der-Turb:ine (nach oben) angegeben.-Die Turbine arbeitet als RadialturbIne.
-Wird die Tur bine In ruhendem Medlum In xUmdrehungein versetzt, no-arbeitet sie
als Propeller" wobei die Str&mM,durch den,Schaufelkrels entgegen#derjStri3rung,
die den Schub erzeugt" gerichtet Ist.-zwecks-Erzielung einer bestimmten Diffusion--#können
die mecirdnet sein. Schaufeln in.ihren-drel Achsen verstellbar e Die Verstellung
wird auch während des Betriebes gewährleistet. Ein eventuell durch - den
Propeller, z.Be bei-Uberwindung von Druckunterschieden oder Wideretänden aller.Art
entstehender
Drall der Strömung wird zweckmäßig'mit bekannten Mitteln, z.B. ortsfesten Schaufeln,
unterdrUckt. Um Strömungsatörungen an der Nabe zu verhindern" kann efn zweiter kleiner
Diffusionspropeller hinter der Nabe#vei-dendet werden" welcher die abgerissene Strömung
an der Nabe zum AnlIegen bringt.
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Die drehbare Leitvorrichtung Itann auch fUr Luftkiseenfahrzeuge vorgesehen
sein, wo eine Druckstelg,erung auf kUrzestem Wege notwendig ist.