DE1650772A1

DE1650772A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Energieumwandlung in fliessfaehigen Medien(Fluiden)

Info

Publication number: DE1650772A1
Application number: DE1968L0058885
Authority: DE
Inventors: Guy Lederlin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-07-17
Filing date: 1968-03-19
Publication date: 1971-01-28
Also published as: DE1650772B2; US3508840A; GB1235331A; DE1650772C3; FR1537817A

Description

H SCHROET.ER-K.LEHWANN

patenta; ; vÄtTE

8 München 25 . Lipowskystr. 10 ' ..1650772

td-ΐθ-ΐο 1.9. 3 i 1968

Guy LBl)ERLIK, 6 rue d'Auteuil, Paris i6^1Äme-/ Prankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Energieumwandlung in fließfähigen Medien (Fluiden)

Die Erfindung betrifft die Umwandlung von Energie in fließfähigen ,medien (Fluiden).

Es ist bekannt, daß zu diesem Zweck bereits verschiedene als Antriebsmaschinen oder Generatoren wirkende Vorrichtungen konstruiert sind, die ortsfest oder beweglich aufgestellt sein können. | Die Erfindung betrifft demgegenüber insbesondere die Umwandlung von Energie in Fluiden mittels selbständiger Vorrichtungen, die bewegliche Flügelzellen aufweisen, welche Variationen der Geschwindigkeit hervorrufen, die dem Milieu übertragen werden.

Bei den üblichen Vorrichtungen dieser Art hat der abfließende Strom geradlinige Tendenz, und die dem Milieu mitgeteilte Varia-

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.2 -

tion der Geschwindigkeit pflanzt sich in der gleichen Richtung während einer gewissen Zeit nach dem Durchlaufen der 7/iricungsebene der Flügelzelle. fort.

Da nun die gesuchte Variation proportional dem Durchsatz und der Geschwindigkeitsvariation ist, die sie verursacht, und da die · daraus entstehende leistung im umgekehrten Verhältnis zur Zeitdauer dieser Variation ist, versucht man diesen Kachteil"zu vermeiden, indem man eine-Divergenz der Abströmung mit Hilfe von künstlichen Änderungen der charakteristischen Abströmung der Flügelzelle hervorruft.

Demgegenüber hat die Erfindung zum Ziel, die Divergenz⁼des Stronabflusaes mittels der Eigenströmung einer beweglichen Flügelzelle herbeizuführen, die aus mindestens einer gekrümmten= Fläche beisteht, und zwar mittels eines neuartigen Verfahrens zur Energieumwandlung, das die Zähigkeit der Flüssigkeiten ausnutzt.

Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zur Energieumformung in Fluiden mit Hilfe einer Flügelzelle, die mindestens eine gekrümmte Fläche aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung der Energieumwandlung mit dieser gekrümmten Fläche mit Hilfe dieser Fläche ein Wirbelpaar erzeugt und auf-

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rechterhalten wird, das im Inneren der Wirkungsebene dieser Fläche gelegen Iet und das einem Schnitt duroh eine in sich zurücklaufende Wirbelröhre entspricht, wobei das Wirtelpaar die Energie, die es sammelt, -wieder abgibt« indem es gleichzeitig und proportional die WBlbf lache der gekrümmten Fläche beströmt, wodurch jedes Abreißen des Stromfadens an dieser Stelle verhindert wird»

Auf diese leisenützt dieses Verfahren die Strömungswirkung eine« Taars in Abstand voneinander befindlicher Wirbel aus. ^Dieser Effekt konzentriert nun, indem er die Geschwindigkeit dös Fluidume durch die starken Neigungen» die er der genannten Fläche gestattet, erheblich variiert, weil er ja das Abreißen der Strömung an der Wölbfläche *verhindert, den Fluiddurcnaatz, der die Wirkungeebene quert, und lenkt ihn stärk in Abetrömrichtung um.

ITach einem weiteren Merkmal des oben definierten Verfahrens wird das gesuchte Strömen des fließfähigen Mediums herbeigeführt, indem '" StrömungsSingularitäten erzeugt werden, die die folgenden Merkmale auf weisem _^:y -:' : \:^ "- -^:\ \ ":..;"■"'.. ^v ".;" " "■".

a) die Zirkulationsgeechwindigkeii in dem Fluldum um das irofil jeder gekrümmten Fläche kehrt sich periodisch um und kann insbesondere osaiHierend verlaufen$

b) 3ede Gegenssirkulation, die dadurch-entsteht, hat ihr Zentrum in ,jedem Punkt in begrenztem Abstand von der Abreißkante dieser Fläche. ■; "".... :-■■■· "·■'..,·■ ■'"-. -. . ' ■.."■'"■"■ :■■■■'■ ■",·. '■-.'". ■-.":. _ :■■

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Die Erfindung betrifft ferner eine besondere Auaführungsweise dieses Verfahrens, und diese Ausführungsweise ist dadurch gekennzeichnet, daß man die gekrümmte Fläche der benutzten Flügelzelle zwei Schlagbewegungen ausführen läßt, von denen axe eine quer zur Flügelzelle verläuft, während die andere eine Drehbewegung ist, wobei diese Sclilagbewegungen unter anderem folgende Besonderheiten aufweisen?

a) der Verschlag ist in zwei at*# zueinander und zu der Spannweite jeder gekrümmten Fläche der Flüf;elzelle orthogonale Richtungen zu zerlegen, wobei eine der beiden Komponenten mit großer Amplitude eine Frequenz hat, die uii. die Hälfte kleiner ist als die d.er anderen Komponente mit kleiner Amplitude;

b) die Rotationsschwingung ist beliebig wählbar und hat eine Frequenz, die mit dei der Komponente mit großer Amplitude αer ^uerscnwingung übereinstimmt, dieser gegenüber aber um ungefähr eine halbe Periode pnasenverschoben ist;

c) Größenordnung und Richtung der beiden Schwingungen sind so, daß die Ränder des i-rofils der gekrümmten Fläcne der Flügelzelle in jedem Augenblick in ihrer Anwendungsweise differenziert sind;

. d) Amplitude und Frequenz der beiden Schwingungen sind in einem Bereich derart gewählt, daß das Wirbelpaar der Strömung des Fluidums einheitlich und zusammenhängend erhalten werden kann,

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und zwar nach Maligabe der konstanten Großen "gekrümmte Fläche" und "benutztes B¹IuIdUm" und der variablen Größe "relative Translationsgeschwindigkeit des benutzten Wandlers".

Abgesehen von dem so gewonnenen guten dynamischen Gleichgewicht, erlaubt die Ausführungsform des Verfahrens die Verwendung von gekrümmten J? lach en mit konventioneller Angriffskante und Zentrierung* .

Weiterer Erfindungsgegenstand ist eine Vorrichtung zur Ausübung des oben definierten Verfahrens zwecks Umwandlung von Energie in fließfähigen Medien. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist mindestens eine schaufel- oder flügelförmig gekrümmte Fläche vorgesehen, die an ihrem Fußpunkt durch mindestens eine Pleuelstange geführt ist, die mit ihren Enden jeweils an dem .Kurbelzapfen je eines Kurbelarms angebracht ist; die ivurbel-

arme sind gleichlang und drehen sich im Gegensinn in ein und derselben Ebene (oder etwa ein und derselben Ebene) unter der gleichförmigen Einwirkung der Pleuelstange oder unter einer wechselnden Bewegung der Pleuelstange und einer Welle oder eines Zahnrades, oder auch unter der gleichförmigen Bewegung der Pleuelstange und einer/eines an jedem Kurbelarm befindlichen Welle/Zahnrads, wobei die derart geführte gekrümmte Fläche neben ihrer wechselnden Dreh-

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bewegung noch eine in sich geschlossene Bahnkurve mit einem Schnittpunkt durchläuft.

Fig. T zeigt in zweidimensionaler Darstellung das erfindungsgemäße Vorgehen zur Energieumwandlung; das './irbelpaar ist durch gepfeilte Kurven veranschaulicht, die durch eine ',Virkungaebene einer gekrümmten Fläche laufen;' die Virkungsebene ist durch einen kurzgestrichelten Abschnitt schematisch angedeutet (χ-,θν,ν,, , χ ι) und geteilt durch

el P D et

eine strichpunktierte Linie X- x, s , aie die Trenn-

^s ^s

fläche zwischen den beiden Wirbeln mit den Zentren Λ. undAo darstellt.

Fig. 2 ist ein dreidimensionales Augenblicksbild eines Teils einer gekrümmten Fläche K, die in einem Fluidum mit dem Be- m ' obachter bewegt ist und eine von einem erfindungsgemäßen Mittel hervorgebrachte Strömung hervorruft, die mit 4Λ bezeichnet und mit gerichteten linien angedeutet ist, die die Fluidströmung darstellen.

Fig* 3a, b, c und d -geben in zweidimensionaler Darstellung und unter Bezugnahme auf das statische Arbeiten eines landlers Beispiele für die Entwicklung der Kinematik an einer gekrümmten Fläche wieder, wie es g#mäß der Erfindung vorge-

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sehen ist; in Fig. 3a sind zwei komplementäre Halbzyklen der Bahnlinie eines stromauf gelegenen Profilpunktes k der Fläche mit ihren charakteristischen und den Zwischenpunkten wiedergegeben, der eine Halbzyklus kurzgestrichelt, der andere mit ausgezogener Linie; die Fig. 3b und 3c zeigen zwei Varianten bei einer äußeren, schräg zur zyklischen Bahnlinie dieser gleichen .Fläche angreifenden äußeren Kraft g, (| in verschiedenen charakteristischen Positionen des IVofils; Fig. 3d dtellt einen Grenzfall dieser Kinematik dar und veranschaulicht eine geänderte Anwendung des ümwandlungs-Verfahrens.

4a, b, c und d stellen im Diagramm den zeitlichen Verlauf der "Kinematik einer gekrümmten Fläche und der Kinematik entsprechende ütrömungasingularitiiten dar, wobei dieser Verlauf in kartesischeii Koordinaten mit folgenden Stricharten dargestellt wird:

- punktiert für die Drehschwingung Θ,

- langgestrichelt für die beiden Komponenten χ und ζ der Querschwingung

- strichpunktiert für die Stärke der Zirkulation f ,

- dick ausgezogen für die Stärke der Wirbel" Λ.. und Xl₇*

- kurz gestrichelt für die Translationsgeschwindigkeit des Wandlers.

«AD

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Pig. 5, 6 und 7 stellen dreidimensional Beispiele für die Ausgestaltung und Einrichtungen von Flügelzellen für orfindungsgemäße Vorrichtungen dar, wobei die gekrümmten Flächen,, deren Umriß ausgezogen gezeichnet ist, schraffiert den Querschnitt erkennen lassen, während ihre Wirkungsebene' durch eine strichpunktierte Linie und die Bahnlinie der Enden mit ausgezogenem Strich gezeichnet ist.

Fig. 8 stellt ein Beispiel für den mechanischen Ablauf bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Phasen dar:

- gestrichelt gezeichnet in cnarakterxstischen und Zwiachenlagen,

- ausgezogen gezeichnet für eine willkürliche Lage.

Fig. 9 gibt in axonometrischer Ansicht die wesentlichen Bauteile eines Ausführungsbeispiels einer Maschine wieder, die gemäß der Erfindung ausgestattet ist*

SAD 009885/0090

Das eri'indungsgemäße Verfahren, besteht, Wie erwähnt, darin,

die/einem Pluidum befindliche Energie mittels einer flügel zelle umzuwandeln, die.aus mindestens einer gekrümmten Fläche, etwa der in Pig. 2. dargestellten Fläche K bestellt, wobei mit dieser fläche ein vVirbelpaar erzeugt und aufrechterhalten wird, das im Inneren der Wirkungsebene dieser Fläche liegt.

In Ji¹Ig. 1 ist ein üblicher und symmetrischer Fall dieses Effekts dargestellt, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.entsteht. Dieser Pail wird durch einen Querschnitt durch die wirbelfreie Strömung des Pluidums von stromauf nach stromab der tfirkungsebene ^x > övhi » ^x„i einer gekrümmten Fläche, etwa der Fläche K, veran-

el D D 3,

schaulicht.

Dreidimensional betrachtet, ist diese Strömung in aich geschlossen und bildet eine innere Umkreissehleife in der Wirkungsebene der i'lügelzelle; der Verlauf hangt von dem Aufbau und der G-estaltung der Flügelzelle ab.

Das '.i'irbelpaar -Q-. und JfX-,, das das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet, läßt sich durch ein neuartiges, besonders vorteilhaftes mittel erzeugen..

BAD OOBBBB/QQBQ .

- ΊΟ -

Es ist bekannt, daß die Strömung um eine gekrümmte Fläche, die sich ständig bewegt, ein unendlich ausgekeimter 7/irbelstrom ist.

Demgegenüber besteht das Mittel zum Verwirklichen des erfindüngsgemäßen Effektes in einer Strömung um die genannte Fläche mit begrenztem. Wirbelstrom, der, wie erwähnt, dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) die Zirkulation der Fluidgesciiwindigkeiten um das rrof il der Fläche sich periodisch umkehrt und insbesondere oszillierend ablaufen kann, ⁼

b) jede dadurch entstehende Gegenströmung #* ihr Zentrum in jedem Fall in einer begrenzten Entfernung von der Austritüskante dieser Fläche besitzt.

In Fig. 2 wird durch ein Augenblicksbild diese Strömungsweise veranschaulicht; da die Zirkulation sich vräSirend einer Periode wechselweise umkehrt, werden zwei derartige entgegengesetzt umlaufende v/irbel 4fi nacheinander gebildet, in einander entgegengesetztem Drehsinn und mit beschränktem gegenseitigem Abstand, wodurch das 7/irbelpaar -/!.. undiip erzeugt und während weiterer Perioden aufrechterhalten wird.

Im Gegensatz zu den bekannten Arten des ¥or£.ehens_f bei denen üblicherweise gekrümmte Flächen gleichföraig und irreversibel be-

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wegt werden, wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Umwandlunrsverfahrens und bei den dazu geeigneten Einrichtungen eine .Bewegung ausgeführt, die darin besteht, daß abwechselnd mindestens aie Flacne K. oder eine andere gekrümmte Fläche zu zwei Hin- und Herbeweguxigen angeregt wird:

a) die eine .dewegung, die in ?iinite!richtung und/oder fort- — scureitend vor sich geht, verläuft quer zu der genannten Fläche und w^rd in zwei zueinander und zu der Spannweite der Fläche orthogonale Richtungen zerlegt; die eine der beiden Komponenten, die Hauptamplitude, hat eine Frequenz, die zwangsläufig um die Hälfte kleiner xst als die andere, die in bestimmten Fällen bis auf Lull zurückgehen kann;

b) die andere, willkürliche Bewegung stellt eine rotation des Irofila dieser selben Fläche dar und läuft mit einer Frequenz ab, die mit aer der Hauptkomponente der vorgenannten Hin- und Herbewegung Übereinstimmt, dieser gegenüber aber um einen V/ert phasen- ' verschoben ist, der um die Hälfte der genannten gemeinsamen Periode .-schwankt.

Die Fig. 3a_f 3b und 3c veranschaulichen Beispiele dieser Kinematik: geräß dieser Figur durchläuft ein iunkt der Längsachse einer durch ihr rrofil k dargestellten Fläche eine zweifach gebogene Fläche

vom Beginn x„ seiner Quer schwingung bis zu dessen iintsprechungspunkt χ , , wobei er durch den Kreuzungspunkt Θ, . , seiner Drehumkehr und durch die Endpunkte Zc und Zc;¹ seiner axialen KIn- und Herbewegung läuft» die in übenen außerhalb der allgemeinen Wirkungsebene ^x _a» ®bb^f » ^x _a' liegen.

flfe Natürlich verläuft der komplementäre Halbzyklus umgekehrt symmetrisch zu dem Doppelpunkt Θ, , , , wie es die Halbzyklen der !<lr.3a. erläutern, wobei der gestrichelt gezeichnete Bahnteil durch den auf dem Profil k gewählten 1-unkt den komplementären .Bahnkurventeil im Vergleich zu dem ausgezogen gezeichneten darstellt.

Wenn die Kräfte, die von außen angreifen können, mehr oder weni-" ger schräg ansetzen, setzt aich. die Arbeitsweise der zur Verwirklichung, des Effektes des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung folgendermaßen zusammen:

Von χ bis ζ nirnmt die komponente der Transversalschwingung in χ-Richtung ab, während diejenige nach 3L anwächst; die effektive " Geschwindigkeit verändert sicn .wenig, nur uie Richtung ändert sich um Mr- t aber die abzuziehende Rotation bringt der gekrümmten Fläche eine Neigung bei, die anfänglich Null'una gleich dieser Differenz in ζ ist. um das Profil der Fläche entwickelt sich daher eine Zirkulation f von i'luidgeschwindigkeiten; aber infolge

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der speziellen Bewegung ihrer Abreißkanten wird die G-eg enz !relation** frei nur in der Gegend van ζ gefunden, wo sie einen Wir-

bildet oder sich iiam anschließt, in welch, letzterem Pail der Tiirbel verstärkt wird. - '

Von der Stelle ζ bis zu dem Punkt &uh« ¹^ gleichzeitig mit der .Rotation und der Veränderung der Heigungder Schlagbewegung des ^ Profils wird die Änderung der Neigung gering gegenüber der effektiven. Geschwindigkeit, denn diese beiden Komponenten wachsen gleichzeitig an, was sich infolge Viskositatsweohselwirkung auswirkt - durch den Zwang zur Drehtendenz, den sie in der Strömung Hervorruft - als Beschleunigung des.vorhergehenden Wirbels '-^L ₁, der umgekehrt infolge seiner,Strömung an der Oberseite der gekrümmten Fläche starke Neigungen dieser fläche zuläßt.

riinter Θ,, , und bis ζ , ändert sich die juelgüng, wenn auch im entgegengesetzten Sinne, weiterhin nur wenig, währenö die effektive Geschwindigkeit beträchtlich abnimmt, denn ihre beiden Komponenten nehmen gleichzeitig ab. Daraus entsteht eine günstige "Über-Zirkulation" ("sur-circulation"), die das Abnehmen des Einflusses des Wirbels *flL· überdeckt.

Von ζ , bis χ , nimmt die Neigung schnell ab und überdeckt damit die Verminderung des Maßes des Abfallens der effektiven Geschwin-

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- H-

digkeit: die so fortgesetzte Über-Zirkulation erlaubt das schnelle forteilen von der Abreißkante der Fläche, ohne daß sich an seiner Stelle eine Ablösung ergibt.

Hinter χ . beginnt der komplementäre Halbzyklus, dessen Y/irkungen symmetrisch zu dem vorhergehenden Halbzyklus sind. Die Erzeugung und anschließend die fortlaufende Verstärkung der Wirbel -^, und -Λ- ρ speisen dieses Wirbelpaar.

Um aber ständig die Bestimmung der Vorderkante und der Abreißkante aufrechtzuerhalten, ist es unerläßlich» daß diese Kinematik in der durch die Fig. 3 angegebenen Richtung im Vergleich zu der mittleren Orientierung des Profils der Fläche abläuft. Bei diesem Beispiel einer Durchführungsweise des erfindungsgemäßen Vorgehens mittels einer einzigen gekrümmten Fläche, wie etwa der Fläche K, entwickeln sich die Wirbel des Wirbelpaares merklich einander entgegengesetzt. Aber' ihre Entwicklung könnte vollkommen in Phase sein, beispielsweise in dem Fall von zwei gekrümmten Flächen, die gegenphasig in einer gemeinsamen Wirkungsebene gemäß ähnlichen symmetrischen Kinematiken bewegt werden (abgestimmt jeweils auf die Zahl und den Antrieb von Flächen ein und derselben Flügelzelle) .

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Wenn, qualitativ betrachtet, diese Kinematik zur erfindungsgemäßen Ausübung erforderlich ist, so reicht sie doch nicht aus, wenn die Größe der Amplituden der Komponenten der Kinematik nicht abgestimmt ist gegenüber dem Fluidum und mit Rücksicht auf die verwendeten gekrümmten Flächen. Biese Größen müssen darüberhinaus untereinander in Abhängigkeit von den Ausnutzungsgrößen geregelt werden, etwa der Relativgeschwindigkeit des Fluidums gegen Unend- ^

lieh oder der" Schräglage einer äußeren Kraft, wie z.B. der Schwerkraft . ......

Die Amplitude der Hifi·· und Herbewegungeii für eine gegebene Geschwindigkeit, bezogen auf unendlich, ist. so, daß sie das Wirbelpaar nicht in vielfache und ^zusammenhängende Wirbel ausarten lassen kann. Wenn die Geschwindigkeit gei-eii unendlich sich ändert, ändert sich diese Abhängigkeit, und es ist erforderlich, ständig diese Amplituden für ein und dieselbe Frequenz zu regulieren oder die Frequenz öder sogar das Ganze zu modifizieren, um ähnliche Wirkungen aufrechtzuerhalten, wie sie in den Fig. 4a und 4b angeziegt sind, wo die Gesehwindiijkeit gegen unendlich zunimmt*

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Vorrichtungen, die der Anwendung des erfindungsgemäßen Vorgehens dienen seilen und deren Gemeinsamkeit in der Wirkung oder Gegenwirkung der Flügelzelle zu sehen

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ist, können unterschiedlichen Kategorien angehören:

a) Antriebsmaschinen, die im allgemeinen ortsfest sind und die kinetische Energie eines Fluidums in mechanische Energie umwandeln, die in Form von Kräften und/oder Momenten gewinnbar s ind j

b) Antriebsmaschinen, die im allgemeinen beweglich sind und die genannte Energie in eine auf die Flügelzelle einwirkende Kraft umsetzen, die unmittelbar von dieser für eine Translationsoder eine Antriebsbewegung benutzt wird;

c) Generatoren, die im allgemeinen ortsfest sind und eine beliebige Energie in eine kinetische Energie des umgebenden Fluidums umwandeln}

d) Generatoren, die im allgemeinen beweglich sind und eine beliebige Energie in eine Antriebs- oder eine Auftriebskraft umwandeln.

Die Maschinen a) und e) oder die maschinen b) und d) können offensichtlich die Form einer iuaschine mit umkehrbare;r Wirkung erhalten.

Bei der Durchführung des erfind urigs gemäß en Verfahrens ergibt sich eine spezielle Art von Variationen bei den beweglichen Maschinen. Diese sind zu erzielen duren Einwirken einer äußeren Krait, etwa

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des Gewichts der Liaschine, und, falls erwünscht, einer schrägen Resultante, für die man entweder die Wirkungsebene neigen kann oder die Rotation gegenüber dieser Ebene-verschieben kann, oder auch beide Lösungen miteinander verbinden kann, wie es die mit den Fig. 5b und 3c gezeigten beiden Varianten erläutern.

Diese Variationen, im Sinne einer Zunahme, wie es in den Fig. 4a, ^ 4c, 4d gezeigt ist, dehnen die Anwendung der erfindungsgemäßen Maschine bis zu einer Änderung des Ümwandlungavorgangs aus, was es erlaubt, gemäß der Erfindung bis an den erwähnten Dauerzustand zu gelangenο

Die Fig. 4a, 4c und 4d zeigen, daß die Schrägkomponente zur Folge hat, daß die Strömungssingularitäten SL * , -^-<? und / fortlaufend verändert werden.

Am Anfang dieser Variation nimmt im Gegensatz zu der Amplitude der f Komponenten χ, ζ und θ der Kinematik die Frequenz zu und hält die erfinderische Strömung aufrecht, obwohl sie asymmetrisch ist. Danach wird, die Frequenz konstant, und die Zirkulation / , die von dem oszillierenden zu dem wechselnden Zustand übergegangen ist, gent in den .Zustand der Schwnkung und dann in Konstanz über,. obwohl die Kinematik, was ihre Natur betrifft, vollständig fortgeführt ist, denn die Variationen der Neigung durch die Richtung

der Geschwindigkeit und ihre Größe sind bereits durch die Rotation genau kompensiert. Schließlich gelangt man, nachdem die Amplituden weiter abnehmen» auf diese Weise zu dem üblichen Dauerzustand ohne autonome Kinematik, wie es die Fig. 3d darstellt»

Allerdings sind die verschiedenen Phasen dieser Entwicklung nicht alle unentbehrlich, um zu dem gleichen Ergebnis zu gelangen·

Die erfindungs gemäß en Maschinen können zwei oder mehr gekrümmte flächen besitzen, die als Tragwerke in unterschiedlicher Weise angeordnet sein können»

Bei einer winkelförmigen Ausgestaltung können diese Flächen paarweise einander gegenüberliegen, derart, daß ihre Bewegung symmetrisch entweder mit Bezug auf eine Gerade» wie es für die Flächen 'Κ« und K, in Fig. 5 dargestellt ist, oder mit Bezug auf einen gemeinsamen Punkt (vgl. Fig.. 6 für die Flächen K. und Kc) abläuft. Die erstgenannte Anordnung erleichtert die Änderung der Benutzungsweise der Elügelzelle, die zweite begünstigt die Stabilität der Konstruktion.

Im Translationsfall tritt immer eine Symmetrie der Bewegung mit Bezug auf die Gerade auf, wie in Fig. 7 für die Fläche K- dargestellt ist.

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Welche Bauweise auch angewandt wird, es ist möglich, mehrere Flächen zu einer gemeinsamen Wirkungsweise anzuregen, wobei ihre Übereinstimmenden Kinematiken außer Phase gebracht werden, Ein spezieller Fall ergibt sich durch die gleichartige Anregung von zwei gekrümmten Flächen mit gegeiiphasiger Lage ihrer entsprechenden Bewegungen·

Natürlich können die verschiedenen, in diesen Figuren gezeigten Prinzipien und Anordnungen vervielfacht und unter gewissen Abänderungen miteinander verbunden auf ein und denselben Energiewandler einwirken* wobei sie nach Wunsch auch neben gekrümmte Flächen gesetzt werden können, die in konventioneller Weise benutzt werden·

Die wechselweise auftretenden mechanischen Abläufe, mit denen die besondere Kinematik der erfindungsgemäß vorgesehenen Flüeelzellen zu erzielen iet, können zu Schwierigkeiten führen, wenn die erforderlichen Massen und Kräfte sehr groß werden. Daher umfaßt die Erfindung auch einen neuartigen mechanischen Ablauf, der der Kine matik dieser Maschinen angepaßt ist.

Ausgehend von einem materiellen Punkt auf einem Abschnitt, der mit seinen drehbaren Enden an zwei anderen materiellen Punkten aufgehängt ist, die so "befestigt sind, daß sie Drehbewegungen in

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entgegengesetzter Richtung um ihre jeweiligen, um die Länge des Abschnitte voneinander entfernten Mittelpunkte ausführen, wird mit dem erfindungagemäßen mechanischen Vorgehen in einer Ebene eine dreifache Schwingung ausgeführt.

Gemäß"Fig. 8 werden die Bewegungen dieses materiellen Punkts c, der der Einfachheit halber im Zentrum eines Abschnitts angeordnet ist, dessen Enden sich um materielle Punkte P und Q drehen, die gleichen Abstand von ihren Drehzentren 0.. und O₂ besitzen, ausgeführt, wenn ein beliebiger dieser Punkte, z.B. Q, eine Kreisbahn VpU₂ beschreib-t, während der ihm entsprechende Punkt P eine komplementäre Kreisbahn U^V- in umgekehrter Richtung ausführt, wie durch die Pfeile in den Kreisbahnen angegeben.

Zwei derartige Vorgänge reichen aus, wie aus Fig. 8 ersichtlich, um die dreifache Oszillation des Punktes c herbeizuführen, der auf diese Weise und außerdem wegen seiner in regelmäßigem Wechsel aufeinanderfolgenden Rotationen die ausgezogen gezeichnete geschlossene Kurve mit doppeltem Tangentialpunkt durchläuft, orientiert gemäß den gewählten Umlaufrichtungen der Punkte P und Q, deren charakteristische Positionen an den Enden der gestrichelten Linien liegen, die ihre Bahnen begrenzen·

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Es sind sehr viele Varianten und Variationen für das mechanische Verfahren möglichj das gegenseitige Verhältnis der drei Schwingungen und damit das Aussehen der Kurve hängt insbesondere von dem Verhältnis des Abstands der Schwenkpunkte P bzw, Q von ihren Drehzentren O₁ und Op ab-· · ·

Außerdem erhält man je nach der Lage des Punktes e zwischen den M beiden Enden P und Q des Abschnitts ein unterschiedliches Maß von Unsymmetrie in der !ahn. Im Grenzfall, wenn der Punkt c in der Mitte zwischen den beiden Punkten P und Q liegt, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, entsteht keine Unsymme-trie bezüglich des doppelten Tangentialpunktes.

Um die zeitliche Synthese des mechanischen Vorgehens zu erreichen, genügt es, ein Drehmoment an einem oder an beiden Zentren 0- und Op wirken zu lassen.

■ ■ . i

Greift ein konstantes Drehmoment an einem Drehzentrum an_t so sind die Geschwindigkeiten längs der erhaltenen Kurve nicht symmetrisch, und wenn eine-solche Symmetrie gewünscht wird, muß das Drehmoment wechselweise zwischen den beiden Drehzentren beim Durchlaufen einer gemeinsamen Geschwindigkeit nach den folgenden beiden Möglichkeiten aufgeteilt werden;

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entweder während einer längeren Periode gleicher geringer mittlerer Geschwindigkeiten,

oder während einer kürzeren Periode gleicher hoher ^eschwindigkeiten.

Schließlich ist es auch möglich, an jedem der Drehzentren O₁ und C gleichzeitig ein'Differentialmoment angreifen zu lassen.

Wird ein derartiger Prozeß auf eine gekrümmte Fläche angewandt, so kann dessen Kinematik auf unterschiedliche Weise je nach der Bau- und Betriebsweise gelöst werden.

Wenn z.B» die gekrümmte Fläche orthogonal und unmittelbar mit ihrer Wurzel am Punkt c angebracht ist, läßt die dreifache Schwingung dieses Punktes in einer Ebene die Längsachse dieser Fläche, noch dazu wegen ihrer wechselnden"Rotation, eine unendliche Zahl von Kreisbahnlinien am Überschneidungspunkt beschreiben, die zwei zylindrische Volumina umschließen, die an ihren Enden geöffnet sind, zu einer Fläche, die an der Überschneidungslinie zweifach zusammenhängt und zwei unterschiedliche Tangentialebenen zuläßt, wie es in dem Beispiel nach Fig. 7 der Pail ist.

Es ist aber auch möglich, durch Anwendung von für dieses mechanische Vorgehen bekannten Systemen Bahnlinien zu erhalten, die zwei

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konische Volumina, wie in dan Fig· 5 und 6, einschließen, oder auoh kegelstumpfartige Volumina, wie auch eine abwechselnde Rotation der Längsachse der gekrümmten Flache, verstärkt und/oder unabhängig.

Wegen der in der Erfindung enthaltenen mannigfachen Möglichkeiten läßt sioh die Vorrichtung, die mit mindestens einer gekrümmten Fläche in Form einer Schaufel, Tragfläche oder Radschaufel versehen ist, zum Umwandeln von Energie in einem fließfähigen Medium, nur in einem vereinfachten Beispiel, das keine Einschränkung der Erfindung bedeuten sollt beschreiben.

Infolgedessen betrifft die Anwendung eines Aueführungsbeispiele der Vorrichtung (vgl· Fig. 9), die sioh der erfindungsgemäßen Umwandlungsverfahren und -mechanismen bedient, nur diejenige Kategorie von Vorrichtungen« die Energie erzeugen, aus einem abwechselnd verteilten Moment, dae einer einzigen Schaufel K zugeführt wird, die sich in wechselnder, teilweise arbeiteleistender Rotation befindet und genau eine halbe Periode phasenverschoben gegenüber der Transversalschwingung ist, wobei Symmetrie des Profils und der gewählten Bewegungen in Winkelriohtung herrschen.

Wie Fig. 9 erkennen läßt, wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Wirkungsebene dee Blattes X ausgeübt, dessen Bewegung mit

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Hilfe einer Transmissionswelle T herbeigeführt wird, die zwei Schraubenritzel e. und e₂ mit entgegengesetzter Gewinderichtung trägt, von denen jedes periodisch mittels seines Zahnkranzabschnittes gleicher Art angeschlossen ist, der fest an einem Kurbelarm B-. bzw. Bp sitzt, der auf der Welle O₁ bis O₂ gelagert ist. Jeder Arm B- bzw. B₂ besitzt einen Kurbelzapfen H₁ bzw. H₂; die Zapfen halten eine Pleuelstange J, an deren Mitte ein Kardangelenk C angebracht ist.

An dem Gelenk C ist am Ende eines Zapfenteils S eine Teleskopwelle angebracht, während der,Hülsenteil R in einem geschmierten Ring G eingesetzt ist, der seinerseits zweifach abgestützt ist inmitten einer kardänischen Aufhängung P, die in einer Ebene lieg*, die parallel zu, aber außerhalb der Ebene der Pleuelstange J verläuft; die Achse der kardanischen Aufhängung liegt in der Mittelnormalen der den Achsen 0- und O₂ gemeinsamen Ebene.

Am Ausgang der Aufhängung P trägt der Hülsenteil R eine Klammer A, die das Pußstück des Blattes K aufnimmt.

Außerdem iet das Blatt mit dem Kardangelenk C durch eine Feder W rerbunden, die im Inneren der Teleskopwelle S R liegt.

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Die Vorrichtung wirkt als Generator, wenn ein Moment an der 'vVelle T angreift, die es in entgegengesetztem Sinn abwechselnd jedem Kurbelarm B₁ und Bp über die Ritzel e. und e₂ und die zugeordneten Zahnkranzabschnitte zuführt.

Die Kurbelzapfen EL und H₂ übertragen also abwechselnd dieses wechselnde Moment in eine nach mehreren Richtungen gerichtete m Drehung und Bewegung .auf die Pleuelstange J, die sich auf diese' Weise in dreifacher Oszillation verlagert, und deren Mittelpunkt die ebene und am Überschneidungspunkt geschlossene, in Fig. 9 gestrichelt eingezeichnete Bahnkurve durchläuft, die je nach der Wechselrichtung der Kurbeln orientiert ist, wie es schematisch durch die Richtungspfeile angedeutet ist.

auf

Der mechanische Vortrieb der Pleuelstange J wird/das Blatt K über die beiden Gelenke der Kardananordnungen 0 und T? übertragen, die die Hin- und Herbewegung des Gelenks 0 in 7/inkelbewegungen um- " setzen, deren gemeinsames Zentrum in der Durchführung der Aufhängung F liegt.

Die abwechselnde Rotation dieses Gelenks 0, die von der wechselnden Eeigung der Pleuelstange J herrührt und mittels des Ringes G radial zu dem Blatt _öeleitet wird, wird durch die Feder W übertragen, die diese wechselnde Rotation weiter ablaufen läßt und

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regelt, indem sie in jedem Augenblick durch ihre Torsionsarbeit das Moment dieses Blattes einwirken läßt und ausgleicht. Die andere Funktion der Feder W ist - wegen der fortwährenden Längenänderung der Teleskopwelle SB, die das Gelenk C mit der Aufhängung F verbindet - die Kräfte in diesem Blatt zu regulieren, indem sie periodisch dessen Massenenergie absorbiert und danach wieder freigibt. ;

Das auf diese Weise geführte Blatt K führt mit einem Punkt auf seiner Längsachse im Bereich der Schnittfläche k die an einem einzigen Überschneidungspunkt geschlossene Bahnlinie aus, die in Fig. 9 mit einem ausgezogenen Strich eingezeichnet ist; die Bahn ist in einem durch die erfindungsgemäß zur Erzielung der gesuchten Wirkung ausgeübten Verfahren gegebenen Sinne ausgerichtet, und es entsteht eine ausnutzbare Reaktionskraft, deren allgemeine 'Resultierende durch einen gefiederten Pfeil in Fig. 9 gekennzeichnet ist.

Natürlich kann man diese "s/ir.kung leicht Verdoppeln, indem man ein zweites Blatt anbringt, das durch zusätzliche gleichartige Übertragungsorgane betrieben wird, die symmetrisch an der Gegenseite der Pleuelstange angeordnet werden, indem sie z.B. beiderseits der Kurbelarme B* und Bp kreuzt und zu einem dieser Arme zurückführt.

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Außerdem kann man bei einer solchen Vorrichtung naoh Bedarf durch Hinzufügen geeigneter Sltmente Abstände und Einrichtungen zwischen bestimmten Bauteilen vorsehen, ζ_aB. eine Gleitbewegung eines Hitzeis oder beider Ritzel auf einer genuteten Transmissionswelle, bei gleichzeitigeHi Beibehalten von Abstand zwischen den Halteachsen der Kurbelarme und einer ausziehbaren Pleuelstange,, öder einer Verschiebung des Kardangelenks auf der Pleuelstange oder g auch.'einer lagesteuerung zwischen dem Kardangelenk und der kardanisehen Aufhängung usw..

Alle «lerartigen Möglichkeiten, die für sieh oder in beliebigen Kombinationen nach den Varianten und möglichen Variationen des erfindungagemäßen Vorgehens benutzt werden, erlauben es, die Eigenschaften dieser Vorrichtung bei ihrer Anwendung, insbesondere statisch infolge einer Veränderung des Umwandlungsvorganges zu transformieren, wonach es auch möglich ist, den Flächenwinkel oder auch die Pfeilung dee Tragwerks zu verändern. I

Natürlich lassen sich Abänderungen durch Anwendung gleichwertiger Elemente erzielen» Kugelgelenke, Übersetzungen mit variablem Modul oder Anwendung entgegengesetzter Momente, die durch Differential den Kurbelarmen ununterbrochen zugeführt werden, und verschiedenartige Zusammenstellungen liegen nicht außerhalb des Bereiches der erfundenen Vorrichtung.

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Außerdem ist die beschriebene Anwendungsweise nicht auf eine Vorrichtung dieses Typs beschränkt, diese kann vielmehr aus bekannten mechanischen Elementen aufgebaut sein. Ein elastisches oder sogar flexibles System, etwa eine arbeitende Konstruktion (structure travaillante) der gekrümmten Flüche kann benutzt werden für eine, zwei oder auch drei Bewegungen-seiner Linematik in der Antriebs—Iienerator-iorm, wem; aie Energie aus einer oder mehrerer: gerichteten Kräften nerrührt, die unmittelbar auf aas Tragwerk einwirken; derartige lviöglichkeiten lassen sich der vorbescnriebenen Fuhrungüinechanik überlagern.

Die beschriebenen Vorri er. Lungen zur mi^rgißuinwundJun^ köm-c-u von de:r. Hj drodynamiker durt ^ngewandt weruen, so äui.-ere oder im.ere Hydrodynamik oder Aerod„. i:-jrrik g-erade zn .'/analem mit umlaufenden Trugwerken mit oder οηΐ,υ zujtitzliche feststeiionde Tragwerke führen, wobei die lirfinauh. nicht aui' üie besc-.i-iebenen Vorrichtungen euer 7erfaijrej.uv/eii.en beschränkt ist.

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Claims

PAT ENT AISPSÜ OHE

1 .J Verfahren zur Energieumwandlung in fließfähigen Medien mit Hilfe einer aus" mindestens einer gekrümmten Fläche bestehenden Flugeizelle, dadurch gekennzeichnet, daß man, indem man die ^,ner^lκ.umwandlung mit dieser gekrümmten' Fläche vornimmt, mit eben dieser .Fläche ein W'irbelpaar erzeugt **mp aufrechterhalt, das im Inneren der wirkungsebene dieser Fläche gelegen ist und das einem Schnitt durch eine in sich zurückgeführte flrbelröhre entspricht, wobei dieses Wirbelpaar die Energie, die es ansammelt, wieder abgibt, indem es gleichzeitig und proportional die äußere "ülbiläohe der gekrümmten Fläche beströmt, wodurch jedes ües Stromfadens an dieser Stelle verhindert wird.
2. Verfahren zur Energieumwandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der .Virkungsebene jeder gekrümmten E'läcüe einer Flügel zelle vorgesehene iVirbelpaar gewonnen wird, indem um jede derartige Fläche Strömungssingularitäten mit folgenden iuerkmalen geschaffen werden:

a) die Zirkulationsgeschwindigkeiten in dem Fludium um das Profil jeder gekrümmten Fläche kehrt sich periodisch um und kann insbesondere oszillierend verlaufen;

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b) jede Gegenzirkulation, die dadurch entsteht, hat ihr Zentrum in jedem Punkt und in jedem Augenblick in "begrenztem Abstand von der Abreißkante dieser Flaohe.
3. Verfahren zur Energieumwandlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß man Flüssigkeitssingularitäten entstehen läJst

φ indem man den Mittelwert eines Bereiches eines Wirbelpaars im Vergleich zu einem anderen unsymmetrisch werden läßt, und zwar bi3 zur Eliminierung eines Bereiches, indem man eine periodisch wechselnde Variation, danach eine Sehwankung₌und schließlich Gleichmäßigkeit der Zirkulation der Geschwindigkeiten in dem Fluidum um das Profil jeder !'lache hervorruft, wobei diese Variation stetig oder selektiv erfolgen kann.
4. Verfahren zur Energieumwandlung nach einem der vorherge- ^ _j henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl qualitativ wie quantitativ an ein und derselben gekrümmten Fläche, die die gesamte Flügelzelle oder einen Teil derselben bilden, kann, zwei Schlagbewegungen hervorgerufen werden, von denen eine -^uer zur Flügelzelle verläuft, während die andere quer zur Spannweite der Flügelzelle rotierend verläuft, und zwar derart, daß die sich aus jeder gekrümmten Fläche ergebende Bewegung nach folgenden Merkmalen zusammengesetzt ist:

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a) der Querschlag ist in zwei zueinander und zu der Spannweite jeder gekrümmten Fläche der Flügelzelle orthogonale Richtungen zu zerlegen_f wobei eine der beiden Komponenten mit großer Amplitude eine Frequenz hat, die um die Hälfte kleiner ist als die der anderen Komponente mit kleiner Amplitude;

b) die Jiotationsschwin^ung- ist beliebig wählbar und hat eine Frequenz, die mit der- der Komponente -mit großer Amplitude der ^uerscnwingung übereinstimmt, dieser gegenüber aber um ungefähr eine halbe Periode phasenverschoben ist;

c) Größenordnung und Richtung der beiden Schwingungen sind so, da3 die Ränder des Profils der gekrümmten Fläche der Flügelzelle in jedem Augenblick in ihrer Anwendungsweise differenziert

d) Amplitude und Frequenz der beiden Schwingungen sind in einem Bereich so gewählt, daß das V.'irbelpaar der Strömung des Fiuidums einheitlich und zusararaenhängeiia zu erhalten ist, und zwar nacn Maßgabe der konstanten Srote "gekrümiLte Fläche" und "benutztes Fluiduin" und der variablen Größe "relative Translationsgeschwindigkeit des benutzten Wandlers".
5. Verfahren zur Energieumwandlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mechanisch eine dreifache Oszillation eines

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materiellen Punktes der gekrüminten Fläche der benutzten Flügelzelle herbeigeführt wird, indem dieser Punkt auf einen Abschnitt gesetzt wird, der an seinen Enden drehbar an zwei anderen materiellen Punkten angebracht ist, die derart befestigt sind, daß sie entgegengesetzte Kreisbewegungen um ihre jeweiligen Drehzentren ausführen, die um ,die Länge des Abschnitts voneinander entfernt sind.
6. . Feststehende oder bewegliche Vorrichtung zur Umwandlung von Energie in fließfähigen Medien durch Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4 auf eine als Motor oder als Generator arbeitende Maschine, die eine Flügelzelle mit mindestens einer gekrümmten Fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Hechanismus besitzt, der diese Fläche in eine Bewegung versetzt, die zwei Schwingungen oder Schlagbewegungen vereint, von denen die eine quer verläuft, während'die andere eine Drehbewegung ist, und daß die beiden Bewegungen außerdem die in Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmechanik für die gekrümmte Fläche der Flügel zeHe eingerichtet ist zum Ausführen von zwei Konfigurationen, die miteinander verbunden werden können zum Querschwingen dieser Fläche,

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und zwar eine Translationskonfiguration und eine Konfiguration zur Winkerbewegung.
S₀ , Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens ein Paar gekrümmte Flächen, die symmetrisch zu einem feststehenden oder beweglichen Punkt bewegt werden können.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens ein Paar gekrümmte Flächen, die symmetrisch zu einer feststehenden oder beweglichen Geraden bewegt werden können,
10. Vorrichtung nach Anspruch 6» gekennzeichnet durch mindestens ein Paar gekrümmte Flächen, die symmetrisch zu einem Punkt oder einer Geraden bewegt werden können und die eine gemeinsame »/irkungsebene besitzen, wobei eine Phasenverschiebung zwischen den Bewegungen vorgesehen ist, die aus den beiden Schwingungen " oder Schlagbewegungen resultieren, .zu denen dieses? Flächen angeregt werden. .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichneti daß die Antriebsmechanik der gekrümmten Fläche der Flügeizelle so eingerichtet ist, daß sie die Schräglage der Resultierenden der Vorrichtung variieren lassen kann, wenn sie einer äußeren Kraft

ausgesetzt ist, wobei diese Variation erhalten wird durch Neigung der Querschwingungsebene und/oder Verschiebung der Drehschwingung der gekrümmten Fläche bis die Singularitäten des Fluidums, wie in Anspruch 3 angegeben, gleichförmig geworden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmechanik der gekrümmten Fläche oder der gekrümmten Flächen der Flügelzelle eingerichtet igt, auf diese Flächen eine gerichtete Kraft auszuüben, und daß diese Flächen elastisch in die Mittellage ihrer¹Schwingungsbewegungen zurückgeführt werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Ausübung des Verfahrens zur Energieumwandlung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine schaufel- oder flügeiförmig gekrümmte Fläche aufweist, die an ihrem Fußpunkt durch mindestens eine Pleuelstange geführt ist, die an-ihren ijhden an jedem Kurbel-

™ zapfen zweier Kurbelarme angebracht ist^ die gleichlang sind und sich im Gegensinn in ein und derselben Ifbene drehen unter der Wirkung von

a) einer gleichförmigen Bewegung dea* Pleuelstange,

b) einer wechselnden Bewegung der Pleuelstange und einer • Welle oder eines Zahnrades,

c) einer gleichförmigen Bewegung der Pleuelstange und einer/ eines an jedem Kurbelarm befindlichen Welle/Zahnrads.