DE202007009555U1

DE202007009555U1 - Objekt mit Einrichtung zum Erzeugen von Vortrieb aus Strömung

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Publication number: DE202007009555U1
Application number: DE202007009555U
Authority: DE
Original assignee: SOHMER HERBERT
Current assignee: SOHMER HERBERT
Priority date: 2007-07-07
Filing date: 2007-07-07
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2017-07-08

Abstract

Bewegbares Objekt,
– wobei das Objekt relativ zu einem Untergrund (3) eine Sollbewegungsrichtung (x) und eine auf den Untergrund bezogene Istgeschwindigkeit (v) aufweist,
– wobei das Objekt von einem Medium (7) umströmt ist, das eine auf den Untergrund (3) bezogene absolute Strömungsrichtung (xM) und eine auf den Untergrund (3) bezogene absolute Strömungsgeschwindigkeit (vM) aufweist,
– wobei das Objekt mindestens eine Prallfläche (6) aufweist, mittels derer Vortrieb für das Objekt in der Sollbewegungsrichtung (x) erzeugbar ist,
– wobei das Objekt eine Einstelleinrichtung (10) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie die mindestens eine Prallfläche (6) bei jeder Sollbewegungsrichtung (x) und jeder Istgeschwindigkeit (v) sowie jeder absoluten Strömungsrichtung (xM) und jeder absoluten Strömungsgeschwindigkeit (vM) stets automatisch orthogonal zur Winkelhalbierenden der Sollbewegungsrichtung (x) und einer auf das Objekt bezogenen relativen Strömungsrichtung (xM') des Mediums (7) ausrichtet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bewegbares Objekt,

– wobei das Objekt relativ zu einem Untergrund eine Sollbewegungsrichtung und eine auf den Untergrund bezogene Istgeschwindigkeit aufweist,
– wobei das Objekt von einem Medium umströmt ist, das eine auf dem Untergrund bezogene absolute Strömungsrichtung und eine auf den Untergrund bezogene absolute Strömungsgeschwindigkeit aufweist,
– wobei das Objekt mindestens eine Prallfläche aufweist, mittels derer Vortrieb für das Objekt in der Sollbewegungsrichtung erzeugbar ist,
– wobei das Objekt eine Einstelleinrichtung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie die mindestens eine Prallfläche stets automatisch ausrichtet.

Derartige Objekte sind allgemein bekannt. Beispiele derartiger Objekte sind einzelne Blätter von Turbinen oder Segelfahrzeuge mit einem oder mehreren Segeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Gruppen derartiger Objekte. Beispiele derartiger Objekte sind die Gesamtheit der Blätter einer Turbine oder ein Segelfahrzeug mit mehreren Segeln.
Aus der DE 101 23 544 A1 ist eine vertikale Flügelturbine bekannt. Die Flügel der Flügelturbine sind auf einer Tragstruktur angeordnet, die um eine Rotationsachse rotierbar ist. Die Flügel sind mit der Tragstruktur derart gekoppelt, dass sie pro vollständige Umdrehung der Tragstruktur um die Rotationsachse eine halbe Umdrehung um eine zur Rotationsachse parallelen Flügelachse ausführen.
Die Flügel dienen als Prallflächen zum Erzeugen von Vortrieb. Die aus der DE 101 23 544 A1 bekannte Turbine ist in der Lage, aus dem Stand heraus selbsttätig anzulaufen, sobald sie von dem Medium umströmt wird. Sie arbeitet jedoch nur dann befriedigend, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Flügel erheblich kleiner als die absolute Strömungsgeschwindigkeit ist.
Aus der US 1,835,018 A ist eine sogenannte Darrieus-Turbine bekannt. Diese Turbine weist eine vertikale Rotationsachse auf. Die Flügel dieser Turbine sind tangential zur Rotationsachse ausgerichtet. Diese Turbine arbeitet nur dann zufriedenstellend, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Flügel erheblich größer als die absolute Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist. Weiterhin ist diese Turbine nicht in der Lage, aus dem Stand heraus selbsttätig anzulaufen. Sie benötigt ein Hilfsaggregat, mittels dessen diese Turbine auf eine Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt werden kann, die größer als die absolute Strömungsgeschwindigkeit ist. Insbesondere aus diesem Grund ist die Darrieus-Turbine nur wenig verbreitet. Wenn überhaupt, wird sie nur in Dauerwindgebieten eingesetzt.
Aus der US 1,835,018 A ist weiterhin eine Darrieus-Turbine bekannt, bei der die Flügel mittels einer Exzentervorrichtung periodisch nach radial innen bzw. radial außen angestellt werden. Die Periode der Anstellung entspricht hierbei einer Umdrehung der Turbine um ihre Rotationsachse. Die Amplitude der Anstellung ist konstruktionsbedingt fest vorgegeben. Diese modifizierte Turbine könnte theoretisch aus dem Stand heraus anlaufen. Die Anstellung der Flügel ist jedoch unabhängig von der Umfangsgeschwindigkeit der Turbine und von der absoluten Strömungsgeschwindigkeit. Die Flügel der modifizierten Darrieus-Turbine werden daher, wenn überhaupt, nur bei einem einzigen Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zu absoluter Strömungsgeschwindigkeit optimal angestellt. In der Praxis wird weiterhin diese modifizierte Darrieus-Turbine nicht angewendet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bewegbare Objekte und Gruppen von bewegbaren Objekten zu schaffen, welche – soweit strömungstechnisch möglich – stets einen optimalen Vortrieb liefern.
Die Aufgabe wird durch ein bewegbares Objekt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die Einstelleinrichtung derart ausgebildet, dass sie die mindestens eine Prallfläche bei jeder Sollbewegungsrichtung und jeder absoluten Istgeschwindigkeit sowie jeder absoluten Strömungsrichtung und jeder absoluten Strömungsgeschwindigkeit stets automatisch orthogonal zur Winkelhalbierenden der Sollbewegungsrichtung und einer auf das Objekt bezogenen relativen Strömungsrichtung des Mediums ausrichtet.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die Prallfläche stets in der strömungstechnisch optimalen Stellung gehalten wird, sie also optimalen Vortrieb liefert.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Prallfläche mittels der Einstelleinrichtung um eine Verstellachse verdrehbar, die orthogonal zur relativen Strömungsrichtung und orthogonal zur Sollbewegungsrichtung verläuft. Dadurch ergibt sich ein konstruktiv einfacher Aufbau des bewegbaren Objekts.
Die mindestens eine Prallfläche weist orthogonal zur Versteltachse gesehen vorzugsweise ein punktsymmetrisches Profil auf. Dadurch ist – ähnlich einem Schonersegel (engl.: foreand-aft-sail) – sowohl die eine Seite der Prallfläche als auch die andere Seite der Prallfläche an das strömende Medium anstellbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Einstelleinrichtung mindestens eine Strömungsfahne auf, die über ein Getriebe mit der mindestens einen Prallfläche gekoppelt ist. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine einfache mechanische Ausgestaltung der Einstelleinrichtung. Es ist weder eine elektronische Sensorik noch eine elektronische Auswertungseinrichtung noch eine elektromechanische Aktuatorik erforderlich. Das Getriebe ist hierbei vorzugsweise als Koaxialgetriebe ausgebildet, insbesondere als Planetengetriebe.
Es ist möglich, dass die Einstelleinrichtung genau eine Strömungsfahne aufweist. Die Strömungsfahne kann hierbei – je nach Lage des Einzelfalls – entlang der Verstellachse gesehen an beliebiger Stelle angeordnet sein. Vorzugsweise ist in diesem Fall die Strömungsfahne in Richtung der Verstellachse gesehen in etwa mittig angeordnet. Die Kopplung der genau einen Strömungsfahne mit der mindestens einen Prallfläche ist (unabhängig von der Anordnung der Strömungsfahne) in diesem Fall vorzugsweise derart ausgebildet, dass die genau eine Strömungsfahne die mindestens eine Prallfläche in Richtung der Verstellachse gesehen einheitlich ausrichtet.
Alternativ ist es möglich, dass die Einstelleinrichtung mindestens zwei Strömungsfahnen aufweist, die in Richtung der Verstellachse gesehen gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Kopplung der mindestens zwei Strömungsfahnen mit der mindestens einen Prallfläche ist in diesem Fall vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie die mindestens eine Prallfläche in dem Fall, dass die mindestens zwei Strömungsfahnen voneinander verschiedene relative Strömungsrichtungen ermitteln, in Richtung der Verstellachse gesehen uneinheitlich ausrichten. Alternativ wäre jedoch eine einheitliche Ausrichtung entsprechend dem Mittelwert der relativen Strömungsrichtung oder dergleichen möglich.
Alternativ zu einer rein mechanischen Einstelleinrichtung ist es möglich, dass die Einstelleinrichtung eine Sensoreinrichtung aufweist, mittels derer die absolute Strömungsrichtung und die absolute Strömungsgeschwindigkeit erfassbar sind. In diesem Fall weist die Einstelleinrichtung eine Ermittlungs einrichtung auf, mittels derer anhand der absoluten Strömungsrichtung, der absoluten Strömungsgeschwindigkeit, der Sollbewegungsrichtung und der Istgeschwindigkeit die relative Strömungsrichtung ermittelbar ist. Die Ermittlung kann insbesondere als Recheneinrichtung ausgebildet sein. Die Einstelleinrichtung weist in diesem Fall weiterhin eine von der Recheneinrichtung angesteuerte Aktorik zum motorischen Ausrichten der mindestens einen Prallfläche auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft, wie bereits erwähnt, weiterhin eine Gruppe bewegbarer Objekte. Die Prallflächen der Objekte der Gruppe sind hierbei von Objekt zu Objekt individuell ausgerichtet. Dieser Fall ist insbesondere – aber nicht ausschließlich – bei Strömungskonvertern anzutreffen, wenn also die Strömungsenergie des Mediums in eine mechanische Bewegung und (oftmals) weiter in elektrische Energie umgesetzt werden soll.
Bei einem Strömungskonverter sind die Objekte auf einer den Objekten gemeinsamen Tragstruktur angeordnet. Die Tragstruktur ist um eine Rotationsachse drehbar. Sie verläuft orthogonal zur absoluten Strömungsrichtung. Die Objekte sind auf der Tragstruktur derart angeordnet, dass die Prallflächen der Objekte, bezogen auf die Rotationsachse radial außen und tangential gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Sollbewegungsrichtung jedes Objekts ist bei dieser Ausgestaltung durch die Drehstellung der Tragstruktur und deren Drehrichtung um die Rotationsachse bestimmt. Die Istgeschwindigkeit jedes Objekts ist durch den radialen Abstand der Prallflächen des jeweiligen Objekts zur Rotationsachse und die Winkelgeschwindigkeit der Tragstruktur bestimmt.
Die Rotationsachse kann alternativ vertikal oder horizontal verlaufen. Wenn die Rotationsachse horizontal verläuft, ist der Tragstruktur eine Verdreheinrichtung zugeordnet, mittels derer die Tragstruktur um eine vertikale Drehachse drehbar ist und welche die Rotationsachse bei jeder absoluten Strö mungsrichtung stets orthogonal zur absoluten Strömungsrichtung ausrichtet.
Wenn die Einstelleinrichtung die oben erwähnte Sensoreinrichtung und die oben erwähnte Ermittlungsrichtung aufweist, ist es möglich, dass die Sensoreinrichtung und die Ermittlungseinrichtung als den Objekten gemeinsame Einrichtungen ausgebildet sind. Alternativ weist jedes Objekt eine eigene Einstelleinrichtung auf, welche die Prallflächen des jeweiligen Objekts unabhängig von den Einstelleinrichtungen der anderen Objekte ausrichtet. Diese Ausgestaltung ist stets realisierbar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei zeigen in Prinzipdarstellung
1 eine Gruppe von bewegbaren Obejekten von der Seite,
2 die Gruppe von Objekten von 1 von oben,
3 eine weitere Gruppe von Objekten von der Seite,
4 die Gruppe von Objekten von 3 von oben,
5 das Prinzip der Ausrichtung einer Prallfläche,
6 eine mögliche Ausgestaltung eines einzelnen bewegbaren Objekts,
7 und 8 alternative Ausgestaltungen eines einzelnen bewegbaren Objekts,
9 schematisch ein weiteres Prinzip der Ausgestaltung einer Einstelleinrichtung und
10 und 11 Prallflächen im Querschnitt.
Gemäß den 1 und 2 weist ein Strömungskonverter 1 – hier in Form einer Windturbine 1 – eine Tragstruktur 2 auf. Die Tragstruktur 2 ist bezüglich eines Untergrunds 3 derart gelagert, dass sie um eine Rotationsachse 4 drehbar ist. An die Tragstruktur 2 kann beispielsweise ein Generator angekoppelt sein, mittels dessen Rotationsenergie der Windturbine 1 in elektrische Energie umsetzbar ist. Der Generator ist in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Windturbine 1 ist in der Regel auf einem hohen Turm 17 angeordnet (in 1 nur schematisch dargestellt).
Auf der Tragstruktur 2 ist eine Gruppe von bewegbaren Objekten 5 angeordnet. Jedes der Objekte 5 weist mindestens eine – in der Regel genau eine – Prallfläche 6 auf. Die Prallflächen 6 sollten in Richtung der Rotationsachse 4 gesehen eine wesentlich größere Längserstreckung aufweisen als quer dazu.
Der Strömungskonverter 1 (und mit ihm auch die einzelnen Objekte 5) sind von einem Medium 7 umströmt. Das Medium 7 weist eine absolute Strömungsrichtung xM und eine absolute Strömungsgeschwindigkeit vM auf. Die absolute Strömungsrichtung xM und die absolute Strömungsgeschwindigkeit vM sind hierbei auf den Untergrund 3 bezogen.
Die Prallflächen 6 dienen dazu, auf Grund der Umströmung durch das Medium 7 Vortrieb für das jeweilige Objekt 5 in einer jeweiligen Sollbewegungsrichtung x zu erzeugen und so im Ergebnis die Tragstruktur 2 um ihre Rotationsachse 4 zu dre hen. Die Prallflächen 6 sind daher von Objekt 5 zu Objekt 5 individuell ausgerichtet, um diesen Vortrieb zu optimieren. Die Ausrichtung ist hierbei abhängig von der absoluten Strömungsrichtung xM, der absoluten Strömungsgeschwindigkeit vM, der Sollbewegungsrichtung x des jeweiligen Objekts 5 und der Istgeschwindigkeit v des jeweiligen Objekts 5. Hierauf wird später noch detailliert eingegangen werden.
Die Rotationsachse 4 verläuft gemäß den 1 und 2 orthogonal zur absoluten Strömungsrichtung xM. Weiterhin sind die Objekte 5 auf der Tragstruktur 2 derart angeordnet, dass die Prallflächen 6 der Objekte 5, bezogen auf die Rotationsachse 4, radial außen und tangential gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Sollbewegungsrichtung x jedes Objekts 5 ist daher durch die Drehstellung der Tragstruktur 2 und deren Drehrichtung um die Rotationsachse 4 bestimmt. Weiterhin ist der Betrag der Istgeschwindigkeit v jedes Objekts 5 gemäß der Beziehung v = ω·r durch den radialen Abstand r der Prallflächen 6 des jeweiligen Objekts 5 zur Rotationsachse 4 und die Winkelgeschwindigkeit ω der Tragstruktur 2 bestimmt.
Gemäß den 1 und 2 verläuft die Rotationsachse 4 vertikal. In der alternativen Ausgestaltung der 3 und 4 verläuft die Rotationsachse 4 horizontal. Bei dieser letztgenannten Ausgestaltung ist der Tragstruktur 2 eine Verdreheinrichtung 8 zugeordnet, mittels derer die Tragstruktur 2 als ganzes um eine vertikale Drehachse 9 drehbar ist. Die Verdreheinrichtung 8 wirkt derart, dass sie die Rotationsachse 4 bei jeder absoluten Strömungsrichtung xM stets orthogonal zur absoluten Strömungsrichtung xM ausrichtet. Die Verdreheinrichtung 8 kann beispielsweise als an sich bekannte Windfahne ausgebildet sein. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung der 3 und 4 von der Funktionsweise her der Ausgestaltung der 1 und 2. Die Drehachse 9 kann wahlweise zentrisch oder exzentrisch zur Tragstruktur 1 verlaufen.
Auf Grund strömungstechnischer Bedingungen ist der Vortrieb, den eine Prallfläche 6 auf ihr Objekt 5 ausübt, dann optimal, wenn die Prallfläche 6 orthogonal zur Winkelhalbierenden der Sollbewegungsrichtung x und einer relativen Strömungsrichtung xM' ausgerichtet ist. Die relative Strömungsrichtung xM' ist hierbei auf das jeweilige Objekt 5 bezogen. Sie ergibt sich durch vektorielle Subtraktion der in die Sollbewegungsrichtung x gerichteten Istgeschwindigkeit v von der in die absolute Strömungsrichtung xM gerichteten Strömungsgeschwindigkeit vM. Dies ist in 5 – rein beispielhaft – dargestellt für den Fall, dass die absolute Strömungsgeschwindigkeit vM orthogonal zur Istgeschwindigkeit v verläuft und beide Geschwindigkeiten vM, v betragsmäßig gleich sind. Der Winkel zwischen der relativen Strömungsrichtung xM' und der Sollbewegungsrichtung x beträgt in diesem Fall 135°. Dieser Winkel ist erheblich größer als der Winkel zwischen der absoluten Strömungsrichtung xM und der Sollbewegungsrichtung x. Denn dieser letztgenannte Winkel beträgt nur 90°.
Gemäß der schematischen Darstellung der 1 bis 4 weist das jeweilige Objekt 5 eine Einstelleinrichtung 10 auf. Die Einstelleinrichtung 10 ist derart ausgebildet, dass sie die mindestens eine Prallfläche 6 stets orthogonal zur Winkelhalbierenden der Sollbewegungsrichtung x und der relativen Strömungsrichtung xM' des Mediums 7 ausrichtet. Diese Ausrichtung erfolgt hierbei bei jeder Sollbewegungsrichtung x und jeder Istgeschwindigkeit v sowie bei jeder absoluten Strömungsrichtung xM und jeder absoluten Strömungsgeschwindigkeit vM. Eine Ausnahme ergibt sich nur für den singulären Fall, dass (rein zufällig) sowohl die beiden Richtungen x, xM übereinstimmen als auch die beiden Geschwindigkeiten v, vM übereinstimmen.
Gemäß den 1 bis 4 ist die mindestens eine Prallfläche 6 mittels der Einstelleinrichtung 10 um eine Verstellachse 11 verdrehbar, die orthogonal zur Sollbewegungsrichtung x und orthogonal zur relativen Strömungsrichtung xM verläuft. Die Einstelleinrichtung 10 kann gemäß 6 beispielsweise da durch realisiert sein, dass die Einstelleinrichtung 10 mindestens eine Strömungsfahne 12 aufweist, die über ein Getriebe 13 mit der mindestens einen Prallfläche 6 gekoppelt ist. Das Getriebe 13 ist hierbei vorzugsweise als Koaxialgetriebe ausgebildet. Ein typisches Beispiel eines Koaxialgetriebes ist ein Planetengetriebe. Die Strömungsfahnen 12 sind in 3 um 90° gedreht dargestellt, um ihr Vorhandensein besser darstellen zu können.
Es ist möglich, dass – siehe die 6 und 7 – die Einstelleinrichtung 10 eine einzige Strömungsfahne 12 aufweist. Die Strömungsfahne 12 kann hierbei (siehe 6) in Richtung der Verstellachse 11 gesehen an einem der Enden der Prallfläche 6 angeordnet sein. Alternativ kann sie gemäß 7 in Richtung der Verstellachse 11 gesehen in etwa mittig angeordnet sein. Unabhängig von der Anordnung der Strömungsfahne 12 ist die Kopplung der Strömungsfahne 12 mit der mindestens einen Prallfläche 6 jedoch derart ausgebildet, dass die genau eine Strömungsfahne 12 die mindestens eine Prallfläche 6 in Richtung der Verstellachse 11 gesehen einheitlich verstellt. Es erfolgt also keine Torsion der Prallfläche 6 entlang der Verstellachse 11.
Alternativ ist gemäß 8 selbstverständlich möglich, dass die Einstelleinrichtung 10 mindestens zwei Strömungsfahnen 12, 12' aufweist. In diesem Fall sind die Strömungsfahnen 12, 12' in Richtung der Verstellachse 11 gesehen gegeneinander versetzt angeordnet. Die Kopplung der (mindestens zwei) Strömungsfahnen 12, 12' mit der mindestens einen Prallfläche 6 ist in diesem Fall vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie individuell auf die Prallfläche 6 einwirken. In dem Fall, dass die Strömungsfahnen 12, 12' voneinander verschiedene relative Strömungsrichtungen xM' ermitteln, richten die Strömungsfahnen 12, 12' daher die mindestens eine Prallfläche 6 in Richtung der Verstellachse 11 gesehen mittels eines jeweils eigenen Getriebes 13, 13' uneinheitlich aus. Es erfolgt somit eine Torsion der mindestens einen Prallfläche 6 entlang der Verstellachse 11.
Gemäß den bisherigen Ausführungen erfolgte ein rein mechanisches Ausrichten der Prallflächen 6. Diese Ausgestaltung ist – insbesondere bei einem Strömungskonverter 1 – bevorzugt. Bei einer rein mechanischen Ausgestaltung weist vorzugsweise jedes Objekt 5 entsprechend den 1 bis 4 und 6 bis 8 eine eigene Einstelleinrichtung 10 auf, die unabhängig von den Einstelleinrichtungen 10 der anderen Objekte 5 arbeitet. Die Einstelleinrichtung 10 jedes Objekts 5 richtet also die Prallflächen 6 des jeweiligen Objekts 5 unabhängig von den Einstelleinrichtungen 10 der anderen Objekte 5 aus.
Im Gegensatz hierzu ist es gemäß 9 alternativ möglich, dass die Einstelleinrichtung 10 eine Sensoreinrichtung 14 und eine Ermittlungseinrichtung 15 aufweist. Mittels der Sensoreinrichtung 14 sind bei dieser Ausgestaltung die absolute Strömungsrichtung xM und die absolute Strömungsgeschwindigkeit vM erfassbar. Diese Größen xM, vM führt die Sensoreinrichtung 14 der Ermittlungseinrichtung 15 zu. Der Ermittlungseinrichtung 15 ist weiterhin für jedes von der Ermittlungseinrichtung 15 berücksichtigte Objekt 5 die jeweilige Sollbewegungsrichtung x und die Istgeschwindigkeit v bekannt. Die Ermittlungseinrichtung 15 ermittelt daher für jedes von ihr berücksichtigte Objekt 5 anhand der ihr zugeführten Größen xM, vM, x, v in an sich bekannter Weise (siehe die Erläuterungen zu 5) die relative Strömungsrichtung xM'.
Anhand der nunmehr bekannten Größen x, xM' ist die Ermittlungseinrichtung 15 weiterhin in der Lage, die korrekte Winkelhalbierende zu ermitteln (siehe 5) und die jeweilige Prallfläche 6 korrekt einzustellen. Beispielsweise kann die Ermittlungseinrichtung 15 hierzu eine entsprechende Aktorik 16 ansteuern, welche die jeweilige Prallfläche 6 motorisch ausrichtet. Die Ermittlungseinrichtung 15 kann beispielsweise als Recheneinrichtung ausgebildet sein, insbesondere als entsprechend programmierter Mikroprozessor.
Es ist möglich, dass jedem Objekt 5 eine eigene Sensoreinrichtung 14 und eine eigene Ermittlungseinrichtung 15 zugeordnet sind. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung von 9 sind die Sensoreinrichtung 14 und die Ermittlungseinrichtung 15 jedoch als den Objekten 5 gemeinsame Einrichtungen 14, 15 ausgebildet. Lediglich die Aktorik 16 muss selbstverständlich individuell für jede Prallfläche 6 vorhanden sein.
10 und 11 zeigen beispielhaft typische Prallflächen 6 im Querschnitt. Gemäß den 10 und 11 weisen die Prallfläche 6 orthogonal zur Verstellachse 11 gesehen ein punktsymmetrisches Profil auf. Weiterhin ist die Verstellachse 11 vorzugsweise bezüglich des Profils mittig angeordnet. Keinesfalls jedoch sollte sie, wie in 10 durch die beiden Kreuzchen angedeutet ist, deutlich außermittig verlaufen.
Die vorliegende Erfindung wurde obenstehend in Verbindung mit einem Strömungskonverter 1 erläutert. Diese Ausgestaltung stellt einen bevorzugten Anwendungsfall dar. Bei dieser Anwendung weist der erfindungsgemäße Strömungskonverter 1 gegenüber einer Darrieus-Turbine des Standes der Technik die Vorteile auf, dass er selbst anläuft und weiterhin unabhängig vom Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit v zu Strömungsgeschwindigkeit vM Energie liefern kann. Gegenüber dem üblichen Darrieus-Konverter, dem modifizierten Darrieus-Konverter und auch dem Strömungskonverter der DE 101 23 544 A1 weist der erfindungsgemäße Strömungskonverter 1 weiterhin einen verbesserten Wirkungsgrad auf. Rein beispielhaft: Bei plötzlicher Windstille werden bei dem erfindungsgemäßen Strömungskonverter alle Prallflächen 6 tangential zur Rotationsachse 4 ausgerichtet, so dass ihr Strömungswiderstand minimal bleibt. Dies stellt einen Vorteil gegenüber dem modifizierten Darrieus-Konverter und dem Strömungskonverter der DE 101 23 544 A1 dar. Umgekehrt ist der erfindungsgemäße Strömungskonverter 1 auch bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten vM in der Lage, anzulaufen und Energie zu liefern. Dies stellt einen Vorteil gegenüber dem Darrieus-Konverter der US 1,835,018 A dar.
Der erfindungsgemäße Strömungskonverter 1 ist weiterhin nicht auf eine Ausgestaltung als Windturbine beschränkt. Er kann alternativ als Wasserturbine ausgestaltet sein. In diesem Fall können die Tragstrukturen 1 vom Untergrund 3 aus gesehen nach unten ragen. Der Untergrund 3 kann beispielweise ein Schwimmponton oder eine Brückenstruktur sein.
Das erfindungsgemäße Prinzip ist weiterhin nicht auf Strömungskonverter 1 beschränkt. So ist beispielsweise alternativ möglich, eine Segelautomatik zu realisieren. In diesem Fall kann das bewegbare Objekt 5 (beispielsweise ein Segelboot, Segelschiff, Strandsegler, Eissegler, ...) derart ausgestaltet sein, dass nur noch der Kurs bestimmt werden muss und die Segel (= Prallflächen 6 im Sinne der vorliegenden Erfindung) mittels einer geeigneten Windfahne (= Strömungsfahne 12 im Sinne der vorliegenden Erfindung) automatisch ausgerichtet werden, so dass die Segel optimalen Vortrieb in die gewünschte Fahrtrichtung liefern. Sicherheitshalber wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Konzept bei einem Segelboot etwas anderes ist als die bekannte Selbststeueranlage. Denn die bekannte Selbststeueranlage behält zwar den Kurs bei, solange der Wind seine Richtung beibehält. Sie bewirkt hingegen keine selbsttätige Anstellung der Segel.
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

1: Strömungskonverter
2: Tragstruktur
3: Untergrund
4: Rotationsachse
5: Objekte
6: Prallflächen
7: Medium
8: Verdreheinrichtung
9: Drehachse
10: Einstelleinrichtung
11: Verstellachse
12, 12': Strömungsfahnen
13, 13': Getriebe
14: Sensoreinrichtung
15: Ermittlungseinrichtung
16: Aktorik
17: Turm
r: radialer Abstand
v: Istgeschwindigkeit
vM: Strömungsgeschwindigkeit
x: Sollbewegungsrichtung
xM, xM': Strömungsrichtungen
ω: Winkelgeschwindigkeit

Claims

Bewegbares Objekt, – wobei das Objekt relativ zu einem Untergrund (3) eine Sollbewegungsrichtung (x) und eine auf den Untergrund bezogene Istgeschwindigkeit (v) aufweist, – wobei das Objekt von einem Medium (7) umströmt ist, das eine auf den Untergrund (3) bezogene absolute Strömungsrichtung (xM) und eine auf den Untergrund (3) bezogene absolute Strömungsgeschwindigkeit (vM) aufweist, – wobei das Objekt mindestens eine Prallfläche (6) aufweist, mittels derer Vortrieb für das Objekt in der Sollbewegungsrichtung (x) erzeugbar ist, – wobei das Objekt eine Einstelleinrichtung (10) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie die mindestens eine Prallfläche (6) bei jeder Sollbewegungsrichtung (x) und jeder Istgeschwindigkeit (v) sowie jeder absoluten Strömungsrichtung (xM) und jeder absoluten Strömungsgeschwindigkeit (vM) stets automatisch orthogonal zur Winkelhalbierenden der Sollbewegungsrichtung (x) und einer auf das Objekt bezogenen relativen Strömungsrichtung (xM') des Mediums (7) ausrichtet.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Prallfläche (6) mittels der Einstelleinrichtung (10) um eine Verstellachse (11) verdrehbar ist, die orthogonal zur relativen Strömungsrichtung (xM') und orthogonal zur Sollbewegungsrichtung (x) verläuft.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Prallfläche (6) orthogonal zur Ver stellachse (11) gesehen ein punktsymmetrisches Profil aufweist.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (10) mindestens eine Strömungsfahne (12, 12') aufweist, die über ein Getriebe (13) mit der mindestens einen Prallfläche (6) gekoppelt ist.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (13) als Koaxialgetriebe, insbesondere als Planetengetriebe, ausgebildet ist.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 2 oder 3 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (10) genau eine Strömungsfahne (12) aufweist, dass die genau eine Strömungsfahne (12) in Richtung der Verstellachse gesehen in etwa mittig angeordnet ist und dass die Kopplung der genau einen Strömungsfahne (12) mit der mindestens einen Prallfläche (6) derart ausgebildet ist, dass die genau eine Strömungsfahne (12) die mindestens eine Prallfläche (6) in Richtung der Verstellachse (11) gesehen einheitlich ausrichtet.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 2 oder 3 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (10) mindestens zwei Strömungsfahnen (12, 12') aufweist, dass die mindestens zwei Strömungsfahnen (12, 12') in Richtung der Verstellachse (11) gesehen gegeneinander versetzt angeordnet sind und dass die Kopplung der mindestens zwei Strömungsfahnen (12, 12') mit der mindestens einen Prallfläche (6) derart ausgebildet ist, dass sie die mindestens eine Prallfläche (6) in dem Fall, dass die mindestens zwei Strömungsfahnen (12, 12') voneinander verschiedene relative Strömungsrichtungen (xM') ermit teln, in Richtung der Verstellachse (11) gesehen uneinheitlich ausrichten.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (10) eine Sensoreinrichtung (14) aufweist, mittels derer die absolute Strömungsrichtung (xM) und die absolute Strömungsgeschwindigkeit (vM) erfassbar sind, und dass die Einstelleinrichtung (10) eine Ermittlungseinrichtung (15) aufweist, mittels derer anhand der absoluten Strömungsrichtung (xM), der absoluten Strömungsgeschwindigkeit (vM), der Sollbewegungsrichtung (x) und der Istgeschwindigkeit (v) die relative Strömungsrichtung (xM') ermittelbar ist.
Bewegbares Objekt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinrichtung (15) als Recheneinrichtung ausgebildet ist und dass die Einstelleinrichtung (10) eine von der Recheneinrichtung (15) angesteuerte Aktorik (16) zum motorischen Ausrichten der mindestens einen Prallfläche (6) aufweist.
Gruppe von bewegbaren Objekten (5) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächen (6) von Objekt (5) zu Objekt (5) individuell ausgerichtet sind.
Gruppe von bewegbaren Objekten (5) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekte (5) auf einer den Objekten (5) gemeinsamen Tragstruktur (2) angeordnet sind, dass die Tragstruktur (2) um eine Rotationsachse (4) drehbar ist, dass die Rotationsachse (4) orthogonal zur absoluten Strömungsrichtung (xM) verläuft, dass die Objekte (5) auf der Tragstruktur (2) derart angeordnet sind, dass die Prallflächen (6) der Objekte (5), bezogen auf die Rotationsachse (4), radial außen und tangential gleichmäßig verteilt angeordnet sind und dass die Sollbewegungsrichtung (x) jedes Objekts (5) durch die Drehstellung der Tragstruktur (2) und deren Drehrichtung um die Rotationsachse (4) und die Istgeschwindigkeit (v) jedes Objekts (5) durch den radialen Abstand (r) der Prallflächen (6) des jeweiligen Objekts (5) zur Rotationsachse (4) und die Winkelgeschwindigkeit (ω) der Tragstruktur (2) bestimmt sind.
Gruppe von bewegbaren Objekten (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (4) vertikal verläuft.
Gruppe von bewegbaren Objekten (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (4) horizontal verläuft und dass der Tragstruktur (2) eine Verdreheinrichtung (8) zugeordnet ist, mittels derer die Tragstruktur (2) um eine vertikale Drehachse (9) drehbar ist und welche die Rotationsachse (4) bei jeder absoluten Strömungsrichtung (xM) stets orthogonal zur absoluten Strömungsrichtung (xM) ausrichtet.
Gruppe von bewegbaren Objekten (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekte (5) gemäß Anspruch 8 oder 9 ausgebildet sind und dass die Sensoreinrichtung (14) und die Ermittlungseinrichtung (15) als den Objekten (5) gemeinsame Einrichtungen (14, 15) ausgebildet sind.
Gruppe von bewegbaren Objekten (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Objekt (5) eine eigene Einstelleinrichtung (10) aufweist, welche die Prallflächen (6) des jeweiligen Objekts (5) unabhängig von den Einstelleinrichtungen (10) der anderen Objekte (5) ausrichtet.