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Die Erfindung betrifft einen Schaufelplanetenantrieb, der einen Rotor mit Schaufeln zum Übertragen von anlaufender Kraft einer Fluidumgebung umfasst.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass insbesondere beim Transport und bei der Erzeugung von Elektrizität Drehmechanismen verwendet werden, um kinetische Energie, insbesondere strömende Luft und Wasser, in eine Rotationsform von mechanischer Energie und zurück umzuwandeln. Dies sind Schaufelplanetenantriebe, von denen ein Teil mit externen auf Anemometer basierenden Schaufelsystemen ausgestattet ist. Diese Schaufelsysteme sind in der Regel sehr einfach und kostengünstig, aber im Vergleich zu Propellerwindturbinen sind sie wesentlich weniger effektiv. Dieser Nachteil besteht darin, dass die Richtung der Luftströmung nur auf die Vorderflächen der Schaufeln vorteilhaft wirkt und somit ein günstiges Drehmoment erzeugt. Die entgegengesetzte Bewegung der stromaufwärts gerichteten Schaufeln ist jedoch sehr nachteilig.
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Derselbe Nachteil besteht in einem Schiffsrad, das ein in Wasser arbeitendes Schaufelsystem darstellt. Das Schiffsrad ist sehr einfach und könnte in der Effektivität mit dem Schiffsbolzen konkurrieren, wenn die in Bewegungsrichtung des Schiffes nach oben zurückkehrenden Schaufeln auch in das Wasser eintauchen könnten, wie die Schaufeln in der unteren Stellung. Bei größeren Wasserwellen steht das Schiffsrad jedoch durch seine obere Position der Schaufeln auch in Kontakt mit Wasser und verringert damit im Vergleich zum Schiffsbolzen die Effektivität. Insbesondere wird die Manövrierfähigkeit reduziert, hauptsächlich aufgrund des turbulenten Wasserpegels.
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Probleme mit dem Widerstand rücklaufender Schaufeln wurden beispielsweise durch den Mechanismus CZ 71381 gelöst, dessen Prinzip darin besteht, dass die Schaufeln kontinuierlich in einem kreisförmigen 360-Grad-Kreis gedreht werden, um den günstigsten Winkel für die Übertragung des Motordrehmoments auf die Zugkraft des Schiffes zu erzeugen. Durch diesen Mechanismus werden die Schaufeln nicht nur kontinuierlich um ihre Achse gedreht, sondern jede von ihnen wird mit einer bestimmten Drehposition um insgesamt 180 Winkelgrade gedreht. Das hat den Vorteil einer hohen Manövrierfähigkeit des Schiffes, und die Zugkraft kann in jede Richtung wirksam verändert werden. Nachteile sind jedoch der komplizierte Mechanismus und der Energieverlust beim Umdrehen der Schaufeln. Die Komplikation des Mechanismus beinhaltet hohe Anschaffungs- und Betriebskosten. Daher wird dieses System nur auf Fähren und Schleppern eingesetzt. Es fand keine Möglichkeit, sich auf großen Hochseeschiffen zu bewähren. Es wurde auch in anderen Technologiebereichen, wie Windturbinen, Wasserturbinen, Amphibienfahrzeugen, Schneemobilen und Drohnen, nicht eingesetzt, bei denen der Einsatz von nichtvoluminösen Fluidmaschinen angebracht wäre.
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Ballone, Hubschrauber und Drohnen sind aus dem Bereich der Luftfahrt bekannt. Ballone haben den Nachteil, dass die genaue Richtung ihrer Bewegung praktisch unmöglich ist. Hubschrauber beseitigen nicht nur diesen Nachteil, sondern ermöglichen auch, an einer vorgesehenen Stelle in der Luft zu bleiben. Dafür benötigen sie jedoch im Propellerkreislauf einen völlig freien Platz oder ein Schutzgitter. Das macht ihren Einsatz beispielsweise in der Nähe von Bäumen nicht möglich, da die Kollision eines Propellers mit Zweigen einen Crash bedeuten würde. Die Propeller können durch Gitter geschützt werden, aber in diesem Fall müssten sie relativ klein und schnell sein, was eine lokal große Luftströmung erzeugt, die ungünstig beim Anfahren und Landen ist, insbesondere in bewohnten Gebieten. Ein weiterer Nachteil ist, dass im Notfall die Hochgeschwindigkeitspropeller nur eine geringe Wirkung des Rettungsfallschirms haben.
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Auf dem Gebiet der ökologisch und ökonomisch vorteilhaften Antriebsmittel von Booten, insbesondere für Freizeit- und Sportzwecke, sind Segelboote weit verbreitet. Im Vergleich zu Motorbooten haben Segelboote jedoch einen erheblichen Nachteil, insbesondere darin, dass sie bei größeren Windrichtungsabweichungen von der Navigationsrichtung aufwändige, zeit- und platzintensive Manöver erfordern, die die Geschwindigkeit in der gewünschten Vorwärtsrichtung stark reduzieren. Das grundlegende Problem hierbei ist, dass heutige Segelboote die kinetische Energie der strömenden Luft nicht durch mechanische Energie in Rotationsenergie umwandeln können, um damit das Schiff in jede Richtung, einschließlich der Richtung direkt gegen den Wind, anzutreiben.
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Das Wesen der technischen Lösung
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Die genannten Nachteile werden wesentlich verringert durch einen Schaufelplanetenantrieb gemäß der Erfindung, der sowohl einen Rotor mit Schaufeln zum Übertragen der Kraft der Fluidumgebung als auch eine Antriebswelle umfasst, die mit einer Energiemaschine aus der Gruppe Motor, Generator und Motorgenerator gekoppelt und/oder angepasst ist. Die technische Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen drehbaren Träger umfasst, der mit mindestens einem Arm versehen ist und in dessen zentralem Teil eine Antriebswelle senkrecht zu der Bewegungsebene des Trägers angebracht ist. In dem zentralen Teil ist eine Drehung des zentralen Rades mit der Antriebswelle um ihre Achse ausgebildet. Am äußeren Ende des Trägerarmes befindet sich ein drehbar gelagerter Satellit, der das zentrale Rad umläuft und an dem die Schaufel koaxial befestigt ist. Der Satellit ist mit dem zentralen Rad durch eine kinematische Kopplung verbunden, die durch die Rotation des Satelliten in die entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Trägers gegeben ist. Das Zentralrad ist in Bezug auf die Basis in einer der drei Bewegungskonfigurationen eingestellt, von denen es in der ersten Konfiguration stationär ist. In der zweiten Konfiguration ist es für eine Rotation und eine anschließende Immobilisierung angepasst und in der dritten Konfiguration für eine kontrollierte bidirektionale Rotation. Die Basis ist angepasst, um die Antriebswelle aufzunehmen.
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Bei den meisten Anwendungen hat der Träger mindestens zwei Arme, wobei ein Satellit drehbar an dem äußeren Ende jedes Arms mit seiner zugehörigen Schaufel angebracht ist.
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Die Drehkupplung des Zentralrades und der Antriebswelle ist vorzugsweise mit einer Stellwelle versehen, die sowohl mittig gegenüber der Antriebswelle drehbar gelagert als auch starr mit dem Zentralrad verbunden ist.
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Um das Zentralrad zu drehen und dann zu immobilisieren, ist eine Einstellwelle in der zweiten Bewegungskonfiguration mit einer Einstelleinrichtung gekoppelt, die das Zentralrad verdrehen und immobilisieren kann.
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Die Drehung des zentralen Rades kann manuell erfolgen, aber für den ruhigen Lauf enthält der Schaufelplanetenantrieb einen Stellantrieb, der an der Basis angebracht ist und der zur Drehung der Einstellwelle und zur Arretierung bezüglich der Basis angepasst ist.
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In der dritten Bewegungskonfiguration ist die Einstellwelle mit einer Einstellvorrichtung gekoppelt, die für eine kontrollierte bidirektionale Drehung des zentralen Rads angepasst ist. Zu diesem Zweck ist mindestens auf einem Element der Gruppe - Trägerarm und Antriebswelle - ein Drehmomentsensor montiert. Dieser Sensor ist mit der Justiereinrichtung über eines der zur Gruppe gehörenden Kommunikationselemente gekoppelt, das sowohl den Steuerrechner als auch das Kommunikationsprotokoll mit dem Internet der IoT-Objekte umfasst.
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In den meisten Fällen ist es ausreichend oder sogar notwendig, jede einzelne Schaufel mit dem gleichen Winkel zu jedem einzelnen Arm des Trägers zu drehen, wobei ein einziges zentrales Rad und eine einzige Einstellwelle verwendet werden. Es ist jedoch manchmal notwendig oder vorteilhaft, die Winkeleinstellung jeder einzelnen Schaufel im Hinblick auf die Leistungsregulierung des Schaufelplanetenantriebs separat zu steuern, um insbesondere eine Beschädigung der Maschine durch eine zufällig auftretende gefährliche Kraft der Fluidumgebung zu verhindern. In einem solchen Fall ist das zentrale Rad in koaxiale identische Segmente unterteilt, von denen jedes starr mit seiner Einstellwelle verbunden ist, wobei die Einstellvorrichtung einen Stellantrieb aufweist, der für eine unabhängige Drehung der jeweiligen Einstellwellen ausgelegt ist. Der Stellantrieb ist in einem Fall zum Verriegeln der Einstellwellen nach ihrem Drehen angepasst und im zweiten Fall erlaubt er das reversierende Drehen der Einstellwellen relativ zur Basis.
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Die konstante kinematische Kopplung kann verschiedene Formen annehmen. In einer Ausführungsform wird sie durch ein nicht rutschendes Endloselement gebildet, das um ein Paar von Elementen angeordnet ist, die aus einem zentralen Rad und einem Satelliten bestehen.
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Die konstante kinematische Bindung bei z. B. vier oder sechs Satelliten ist von einem rutschfesten Endloselement gegeben, das von einem zentralen Rad und mindestens zwei Satelliten heruntergewickelt wird.
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Eine häufige Ausführungsform einer konstanten kinematischen Kopplung besteht darin, dass das rutschfeste Endloselement ein Zahnriemen ist.
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Wenn eine hohe Kraft gefordert wird, enthält die konstante kinematische Kopplung eine ungerade Anzahl von eingelegten Rädern, die das Zentralrad mit dem Satelliten verbinden und ihre gleiche Drehrichtung sicherstellen, wobei das Zentralrad, das Zwischenrad und der Satellit mit Zähnen versehen sind.
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Die Art der ständigen kinematischen Kopplung ist in einem Fall dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrad, das Zwischenrad und der Satellit mit einer Frontverzahnung versehen sind.
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Alternativ sind das Zentralrad, das Zwischenrad und der Satellit mit konischen Zähnen versehen, wobei die Satellitenachse parallel zur Achse der Antriebswelle ist.
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Wenn der Träger mindestens zwei Arme hat und die Achsen der Satelliten bezüglich der Achse der Antriebswelle außenliegend sind, sind das Zentralrad, das Zwischenrad und der Satellit mit konischen Zähnen versehen.
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Schaufelplanetenantriebe gemäß der technischen Lösung können unterschiedliche Bestimmungen haben. Einerseits ist eine Form entworfen, um Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge mit reaktiver Traktionskraft aufgrund der Übertragung von mechanischer Energie auf die Beschleunigung des fluiden Mediums von Luft, Wasser oder deren Massengemischen mit Schnee, Sand und dergleichen anzutreiben. Darüber hinaus ist es eine Form, die dafür ausgelegt ist, mechanische Energie zu erhalten, indem sie das fluide Medium in Form von Luft oder Wasser verzögert und es dann in elektrischen Strom, Druckluft und dergleichen umwandelt.
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Im Fall einer Luftturbine, die zur Erzeugung von elektrischer Energie oder Druckluft ausgelegt ist, besteht eine Ausführungsform darin, dass die Antriebswelle in einem zentralen Rad drehbar gelagert ist, das an einer Basis befestigt ist, auf der ein mit der Antriebswelle gekoppelter Generator montiert ist. Die Basis ist an einer festen Säule befestigt, die senkrecht zur Antriebswelle und drehbar in einem Basislager gelagert ist, das an der stationären Grundschicht verankert ist, wobei die feste Säule mit einer Dreh- und Verriegelungsvorrichtung versehen ist.
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In einer anderen Ausführungsform der Luftturbine ist die Antriebswelle mit einem Generator verbunden, der an der Basis an dem oberen Teil des Mastes befestigt ist. Dabei ist der untere Teil des Mastes auf einer stationären Grundschicht montiert und gelenkig mit dem oberen Teil des Mastes verbunden, wobei der Mast mit einer Kippvorrichtung versehen ist.
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Der Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung kann verwendet werden, um ein Schiff ähnlich wie das Schiffsrad anzutreiben, was den Vorteil hat, dass er unter die Wasseroberfläche eintauchen kann. Zu diesem Zweck hat die Antriebswelle eine im Wesentlichen horizontale Position und ist drehbar mittig in der Einstellwelle platziert, die mit dem Zentralrad mit dem unteren Ende der Schwelle verbunden ist, deren oberes Ende fest mit der Basis verbunden ist. Die Basis befindet sich im Rumpf des Schiffes. Am oberen Ende der Schwelle ist ein Motor angebracht, der über das Getriebe mit der Antriebswelle verbunden ist.
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Bei einer anderen Art von Schiffsantriebsvorrichtung ist die Antriebswelle im Wesentlichen horizontal und drehbar in einer Basis montiert, die im Rumpf des Schiffes vorgesehen ist. Der Motor mit der Antriebswelle befindet sich in der Basis. Auf der Antriebswelle ist die Anstellwelle drehbar montiert, und auf der Anstellwelle ist auch drehbar der Träger montiert.
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Ein fortschrittliches Schiffsantriebssystem, das sowohl für tiefes als auch für seichtes Wasser geeignet ist, umfasst eine Antriebswelle, die drehbar in der Einstellwelle montiert ist. Die Einstellwelle ist drehbar in einem Ausleger angebracht, der in einem Drehlager in einer Basis untergebracht ist, die in dem Rumpf des Schiffes vorgesehen ist. Dort ist ein Motor angebracht, der mit der Antriebswelle gekoppelt ist. In dem Ausleger ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen, die mit der Einstellwelle gekoppelt ist. Der Ausleger ist mit einer Dreh- und Verriegelungsvorrichtung gekoppelt, die angepasst ist, den Ausleger in der Drehhalterung zu drehen. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass im Ausleger eine Übertragungseinrichtung zwischen der Antriebswelle und der Parallelwelle angeordnet ist, wobei die Parallelwelle koaxial mit dem Schwenklager ist und mit dem Motor gekoppelt ist.
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Bei den bisherigen Schiffsantrieben war der Motor die Energiequelle für die Schiffsbewegung. Windkraft kann auch verwendet werden, um das Schiff anzutreiben. In diesem Fall ist die Antriebswelle in einer vertikalen Position drehbar an einer Basis befestigt, die in den Rumpf des Schiffes eingesetzt ist. Am oberen Ende der Antriebswelle ist die obere Einstellwelle mit der oberen Einstellvorrichtung drehbar gelagert, während die untere Einstellwelle mit der unteren Einstellvorrichtung am unteren Ende der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle ist mit dem Motorgenerator gekoppelt. Die Antriebswelle ist fest am oberen Ende mit einem oberen Rotor verbunden, der angepasst ist, um die Druckkraft von der strömenden Luft zu übertragen. Am unteren Ende ist die Antriebswelle mit einem unteren Rotor verbunden, der dazu ausgelegt ist, die Druckkraft auf das Wasser zu übertragen.
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Eine andere Windantriebsvorrichtung enthält mindestens einen Rotor, dessen Einstellwelle in einem Basislager montiert ist, das sich an der Basis befindet, die in dem Rumpf des Schiffes eingebettet ist. Die Antriebswelle ist mit einer Getriebeeinheit mit einem Motorgenerator gekoppelt. Jeder Stift des Satelliten ist mit dem unteren Teil der Schaufel verbunden, die in Form eines Segels ausgebildet ist. Dabei sind im Falle von mehr als einem Rotor die oberen Teile der Segel in einem gemeinsamen Gelenk verankert.
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Der Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung kann auch zum Antrieb von Amphibienfahrzeugen verwendet werden. In diesem Fall ist die Antriebswelle in der horizontalen Position mit dem Motorgenerator gekoppelt, der an der Basis montiert ist, die in dem Rumpf des Amphibienfahrzeugs eingebettet ist. Die Schaufeln sind für eine Bodenabstützung ausgelegt, wobei die Summe der Größe des Radius des Trägers und der halben Dicke der Schaufel größer ist als der Abstand der Achse der Antriebswelle vom Boden des Rumpfes.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für den Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung sind Luftschiffe und Fesselballons, die zum Transport und zur Energiegewinnung dienen. Ein Schaufelplanetenantrieb mit einem Träger, der zwei Arme aufweist, wird für ihren Betrieb verwendet, wobei die Einstellwelle in der Antriebswelle mittig drehbar gelagert ist. Einstellwelle und stationärer Teil des Generators sind an eine gemeinsame Basis gebunden. Der drehende Teil des Generators ist mit der Antriebswelle verbunden. Der Generator ist durch ein verbindendes flexibles Kraftmittel mit einem Basisüberbrückungsglied verbunden, das drehbar in einem Basislager montiert ist, das an einer stationären Basis fest verankert ist.
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Der Schaufelplanetenantrieb in Form eines Fesselballons anderer Bauart als im vorhergehenden Fall hat einen Träger mit mindestens zwei Armen und eine Einstellwelle, die in der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle ist fest mit dem Antriebsrad gekoppelt, das über einen Riementrieb mit dem Generator gekoppelt ist. Der Zahnriemen ist gleitend von einem Gewicht unterstützt, das an der Einstellwelle angebracht ist. Der Generator ist senkrecht zu seiner Achse drehbar in einem Basislager gelagert, das in einer feststehenden Grundschicht fest eingebettet ist.
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Der freifliegende Schaufelplanetenantrieb in Form eines Ballons besteht aus zwei Trägern, von denen sich einer links und der andere rechts in der Bewegungsrichtung der Maschine befindet. Die beiden Träger sind durch Durchgangsstifte miteinander verbunden. Jeder der beiden Träger ist mit mindestens zwei Armen ausgestattet, an deren Enden sich Satelliten mit Schaufeln befinden. Jeder der beiden Träger ist mit einer separaten Einrichtung mit konstanter kinematischer Kopplung und mit einer Einstellwelle verbunden. Die Einstellwelle ist sowohl mittig in der Antriebswelle gelagert als auch an einer mit der Basis verbundenen Seitenwand angebracht. Der Motorgenerator ist an der Basis gelagert und über das Getriebe mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Schaufeln haben ein geringeres Gewicht als Luft. Unter diesem freifliegenden Ballon befindet sich eine Gondel.
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Eine freifliegende Maschine, wie ein Hubschrauber oder eine Drohne, beinhaltet eine Antriebswelle, die mit einem Motorgenerator verbunden ist, der an der Basis angebracht ist, wobei diese Antriebswelle mit einer weiteren parallelen an mindestens einem weiteren Rotor der gleichen Ausführungsform angebracht ist. Die Rotorbasen sind symmetrisch an der Oberseite des Cockpits angeordnet. Die Rotorträger sind entlang der Seiten des Cockpits angeordnet, wobei die Antriebswellen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Cockpits sind.
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In einer anderen Version einer Drohne ist eine Rahe an der Basis mit einer schwenkbar gelagerten Antriebswelle befestigt und mit einem Motor mit der Getriebeeinheit gekoppelt. Die Antriebswelle ist an dem Ausleger befestigt. Das Cockpit ist unter der Rahe aufgehängt und mit einer zweiten Rahe ausgestattet, die symmetrisch mit einem zweiten Rotor ausgestattet ist.
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Bei der genannten Drohne haben die Antriebswellen in einem Fall eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Cockpits, wobei mindestens ein Rotor oberhalb der Cockpitfront und mindestens ein Rotor über der Rückseite des Cockpits angeordnet ist. In einem anderen Fall haben die Antriebswellen eine Richtung parallel zur Richtung des Cockpits, wobei mindestens ein Paar paralleler Rotoren über dem Cockpit positioniert ist.
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Das Fluggerät in der Funktion einer Rettungsplattform oder einer Luftpontonbrücke enthält zwei sich gegenüberstehende voneinander unabhängige Träger. Jeder der Träger hat mindestens zwei Arme, an deren Enden sich Satelliten mit Schaufeln befinden. Jeder der Träger ist mit einer separaten Vorrichtung konstanter kinematischer Bindungen verbunden. Die Antriebswelle jedes der Träger ist sowohl in der Basis als auch in dem Zentralrad drehbar gelagert. Das Zentralrad ist mit der an der Basis verankerten Einstellvorrichtung gekoppelt. Unterhalb der Basis ist ein Seitenbrett angehängt, das mit dem gegenüberliegenden Seitenbrett durch eine Brückenverbindung verbunden ist. Ein Motor, der mit der Antriebswelle gekoppelt ist, ist mit dem Brückenverbinder und/oder dem Seitenbrett verbunden.
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Der Schaufelplanetenantrieb, der als eine kleine Wasserturbine verwendet wird, hat eine Einstellwelle, die starr mit der Rinne verbunden ist, wobei der Wassertrog an der Basis befestigt und an den Wasserfluss angepasst ist. Die Schaufeln sind in dem Wassertrog eingebettet, und die Antriebswelle ist mit einem Generator verbunden, der an der Basis befestigt ist.
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Der Schaufelplanetenantrieb, der als Wasserturbine verwendet wird, hat eine Basis in Form einer Hohlsäule, deren oberer Teil von einem Träger mit Schaufeln umgeben ist, die zum unteren Teil der Hohlsäule gerichtet sind. Die Antriebswelle hat die Form eines rotierenden Teils des Generators, der fest mit dem Träger verbunden ist, während der stationäre Teil des Generators fest mit der Hohlsäule verbunden ist. An deren oberem Ende ist die Einstellwelle an ihrem äußeren Umfang drehbar angebracht. Die Einstellvorrichtung befindet sich an der hohlen Säule in Kontakt mit der Einstellwelle. Das untere Ende der Hohlsäule ist zum Einsetzen in den Boden ausgelegt. Die Schaufeln sind für das Eintauchen in das Wasser und für einen Generator zur Positionierung über dem Wasserspiegel ausgepasst.
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Wenn der Schaufelplanetenantrieb als Turbine verwendet wird, die sowohl Wasser als auch Windenergie nutzt, hat die Basis die Form einer Hohlsäule, die zum Einsetzen in das Wasserbett geeignet ist. Im oberen Teil der Säule befindet sich ein oberer Rotor mit oberen Schaufeln, die für den Kontakt mit dem Luftmedium geeignet sind. Im unteren Teil der Säule ist ein unterer Rotor mit unteren Schaufeln angeordnet, die für den Kontakt mit dem wässrigen Medium geeignet sind. Der obere Rotor enthält eine obere Einstellwelle, die drehbar auf der Säule montiert und mit einer oberen Einstellvorrichtung gekoppelt ist. Der untere Rotor enthält eine untere Einstellwelle, die drehbar auf der Säule montiert und mit einer unteren Einstellvorrichtung gekoppelt ist. Der obere Träger ist fest mit dem rotierenden Teil des oberen Generators verbunden, und der untere Träger ist fest mit dem rotierenden Teil des unteren Generators verbunden. Mit der Säule ist der stationäre Teil des oberen Generators fest verbunden, während der stationäre Teil des unteren Generators durch eine Schaukel an der Säule befestigt ist.
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Im Fall eines schwimmenden Schaufelplanetenantriebs (40) umfasst die Basis einen schwimmenden Ponton, auf dem mindestens eine Säule befestigt ist, in deren oberen Teil ein oberer Rotor mit oberen Schaufeln montiert ist, der für den Kontakt mit dem Luftmedium geeignet und mit einer oberen Antriebswelle versehen ist. Dabei ist die Antriebswelle in einer Säule drehbar gelagert. Die obere Antriebswelle ist mit einem Generator verbunden, der an dem Ponton angebracht ist. Unterhalb des Pontons befindet sich mindestens ein unterer Rotor mit unteren Schaufeln, die für den Kontakt mit dem Wassermedium geeignet und mit ihren Achsen senkrecht zur Wasseroberfläche ausgerichtet sind. Parallel mit den unteren Achsen ist die untere Antriebswelle, die mit dem am Ponton befestigten Motor-Generator gekoppelt ist.
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Bei einer anderen Art einer schwimmenden Turbine umfasst die Basis einen schwimmenden Ponton, auf dem mindestens eine Säule verankert ist, in deren oberem Teil der obere Rotor sitzt. Der obere Rotor ist mit oberen Schaufeln versehen, die in Kontakt mit dem Luftmedium gebracht werden können. Er ist außerdem mit einer oberen Antriebswelle versehen, die drehbar an einer Säule montiert ist. Die obere Antriebswelle ist mit einem Generator verbunden, der an dem Ponton angebracht ist. Das obere Zentralrad ist mit der an der Hohlsäule verankerten Einstelleinrichtung gekoppelt. Auf dem Ponton ist mindestens eine Aufhängungssäule drehbar gelagert, die unterhalb einer Tauchlinie ausgerichtet und mit einer am Ponton befestigten Schwing- und Sperrvorrichtung gekoppelt ist. Der stationäre Teil des MotorGenerators ist an der Aufhängungssäule befestigt. Dabei ist sein drehender Teil mit der unteren Antriebswelle des unteren Rotors so verbunden, dass die untere Antriebswelle und die unteren Schaufeln, die angepasst sind, um das Wassermedium zu berühren, Achsen parallel zu der Pontonlinie haben.
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Die unauffällige Strömungsmaschine in jeder Anwendung zeichnet sich durch ihre einfache Konstruktion und damit geringe Anschaffungskosten aus. Die einfache und kostengünstige Wartung hängt mit der Einfachheit des Designs zusammen. Diese Vorteile werden auf eine hohe Effizienz in Luft und Wasser zurückgeführt.
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Figurenliste
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Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen schematisch beispielhafte Ausführungsformen eines Schaufelplanetenantriebes gemäß der Erfindung. Es zeigen:
- 1 einen Aufriss der Anwendung in Form einer Wasser- oder Luftturbine,
- 2 einen Grundriss einer Turbine aus 1,
- 3 einen Aufriss einer steuerbaren Luftturbine,
- 4 einen Grundriss einer Turbine der 3,
- 5 einen Aufriss der Drehversion der Luftturbine,
- 6 einen Aufriss der Rotationsversion der Turbine mit einer Kippsäule,
- 7 einen Aufriss der Luftturbine mit individueller Einstellung der Schaufeln,
- 8 einen Grundriss einer Turbine von 7,
- 9 einen Aufriss einer kegelig gezahnten Turbine konstanter kinematischer Kopplung,
- 10 einen Grundriss einer Turbine von 9,
- 11 einen Aufriss einer Turbine mit den Windschiefe Achsen der Satelliten
- 12 einen Aufriss eines Schiffstriebwerks mit vertikalen Schaufeln,
- 13 einen Grundriss eines Schiffstriebwerks von 12,
- 14 einen Aufriss eines Schiffstriebwerks mit den Windschiefe Schaufeln,
- 15 einen Grundriss eines Schiffstriebwerks von 14,
- 16 einen Aufriss eines Zwillings-Schiffantriebssystems,
- 17 einen Seitenriss des Zwillings-Schiffantriebssystems von 16,
- 18 einen Aufriss eines Seitenantriebssystems des Schaufelradtyps,
- 19 einen Aufriss eines Seitenantriebssystems des Schaufelradtyps mit einer Einstellung für seichtes und tiefes Wasser,
- 20 einen Seitenriss eines Vierblatt-Schaufelrades von 19,
- 21 einen Aufriss der Anwendung des Schaufelplanetenantriebs für eine Luftturbine, die in Form eines Dreifachmastes zum Segeln verwendet wird,
- 22 einen Grundriss der Turbine von 21,
- 23 einen Aufriss auf die Anwendung des Schaufelplanetenantriebs für eine luftangetriebene Schiffsturbine,
- 24 einen Aufriss des Schaufelplanetenantriebs, der zum Antreiben eines amphibischen Fahrzeugs verwendet wird,
- 25 einen Seitenriss des amphibischen Fahrzeugs von 24,
- 26 einen Aufriss der Anwendung des Schaufelplanetenantriebs in der Form eines Fesselballons,
- 27 einen Seitenriss des Fesselballons von 26,
- 28 einen Aufriss der Anwendung des Schaufelplanetenantriebs in Form eines Freiluftballons,
- 29 einen Seitenriss des Freiluftballons von 28,
- 30 einen Aufriss der Anwendung des Schaufelplanetenantriebs in Form eines Luftkissenfahrzeugs,
- 31 einen Grundriss eines Schaufelplanetenantriebs in Form eines Quadropters mit seitlichem Antrieb,
- 32 einen Aufriss der Anwendung eines Schaufelplanetenantriebs in Form eines Quadropters mit einem oberen Längsantrieb,
- 33 einen Seitenriss der Anwendung eines Schaufelplanetenantriebs auf einen vorderen und einen hinteren Antrieb,
- 34 ein Seitenriss der Anwendung eines Schaufelplanetenantriebs auf eine Kleinwasserturbine,
- 35 einen Grundriss der Kleinwasserturbine von 34,
- 36 einen Seitenriss einer fest verankerten Wasserpegelturbine,
- 37 ein Grundriss der Turbine von 36,
- 38 einen Aufriss der Kombination einer fest verankerten Wasserpegelturbine mit einer koaxial gelagerten Luftturbine,
- 39 einen Grundriss der Turbinenkombination von 38,
- 40 einen Seitenriss des Schaufelplanetenantriebs, der frei auf der Wasseroberfläche angeordnet ist,
- 41 einen Seitenriss des Schaufelplanetenantriebs, der frei auf der Wasseroberfläche mit einer anderen unteren Schlaufenausrichtung als in 40 angeordnet ist,
- 42 einen Aufriss der Anwendung des Schaufelplanetenantriebs in Form eines Fesselballons einer anderen als der in 26 gezeigten Version,
- 43 ein Seitenriss des Ballons von 42.
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Beispiele für die Verwirklichung einer technischen Lösung
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Konstruktion des Schaufelplanetenantriebs:
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Ein Schaufelplanetenantrieb, ob für Luft, Wasser oder Land bestimmt, umfasst einen Rotor 3 mit Schaufeln 31 zum Übertragen der Kraft S von oder in eine Fluidumgebung. Die Fluidumgebung bedeutet hier Luft oder Wasser, eventuell Mischungen mit Schnee, Sand oder sogar Schlamm. Die Übertragungskraft S der Fluidumgebung tritt in den angetriebenen nichtvoluminösen Fluidmaschinen auf, die mit dem Generator 23 verbunden sind, während die Übertragung der S-Kraft auf die fluide Umgebung bei nichtvoluminösen Fluidmaschinen auftritt, deren Energiequelle die Motoren 25 sind. Vertreter der ersten Gruppe sind Wind-, resp. Luftturbinen, während die zweite Gruppe beispielsweise Wasserfahrzeuge oder Drohnen umfasst. Für die Drehmomentübertragung zwischen dem Rotor 3 und einer Energiemaschine aus einer Gruppe, die aus einem Motor 25, einem Generator 23 und einem Motorgenerator 24 besteht, ist jeder Schaufelplanetenantrieb mit einer Antriebswelle 2 versehen, die mit einer der Kraftmaschinen gekoppelt und/oder ausgebildet ist, wie in den folgenden Beispielen gezeigt ist.
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Ob es sich um einen angetriebenen oder fahrenden Schaufelplanetenantrieb handelt, in jedem Fall enthält ihr Rotor 3 einen drehbaren Träger 4, der mit mindestens einem Arm 43 versehen ist. In den Ausführungsbeispielen sind die Träger mit zwei Armen 43 (1, 2), mit drei Armen 43 (32), mit vier Armen 43 (20) und mit sechs Armen 43 (37, 39) versehen. Eine Antriebswelle 2 ist an dem Zentralteil 41 des Arms 43 senkrecht zur Bewegungsebene des Trägers 4 angebracht.
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Im Bereich des Zentralteils 41 des Arms 43 ist die drehende Kupplung des Zentralrads 6 und der Antriebswelle 2 gleichzeitig um die Achse 21 der Antriebswelle 2 ausgebildet. Diese drehende Kupplung des Zentralrads 6 mit der Antriebswelle 2 umfasst am häufigsten die Einstellwelle 61. Es gibt jedoch auch die drehende Kupplung ohne Einstellwelle 61 (30). Die drehende Kupplung mit der Einstellwelle 61 kann zwei Ausführungsformen aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Antriebswelle 2 drehbar in der Einstellwelle 61 (1) montiert, und im anderen Fall in einer anderen Ausführungsform ist die Einstellwelle 61 drehbar in der Antriebswelle 2 montiert ( 28). In beiden Fällen ist die Einstellwelle 61 mittig zur Antriebswelle 2 gelagert und fest mit dem Zentralrad 6 verbunden.
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Am äußeren Ende 42 jedes der Arme 43 ist der Satellit 5 drehbar in dem Satellitenlager 53 montiert. An dem Satelliten 5 ist eine Schaufel 31 mittels eines Stiftes 52 befestigt. Sein Material und sein Design hängen von der Umgebung ab, in der sich die Schaufel 31 bewegt. Der Satellit 5 ist durch eine konstante kinematische Verbindung 7 mit dem Zentralrad 6 verbunden. Unabhängig von ihrer Form hat die konstante kinematische Verbindung 7 in den meisten Fällen ein Verhältnis von 2 : 1 von der Geschwindigkeit des Satelliten 5 im entgegengesetzten Sinn b zur Drehrichtung des Trägers 4.
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Der Schaufelplanetenantrieb beinhaltet eine Basis 1, die angepasst ist, die Antriebswelle 2 zu unterstützen. Die Unterstützung wird entweder direkt mittels eines Ankerlagers 11 (1), eines Fußlagers 83 (11) oder anderer Komponenten (28) bereitgestellt.
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Das Zentralrad 6, das die Basis der konstanten kinematischen Verbindung 7 bildet, ist in einer der drei Bewegungskonfigurationen relativ zur Basis 1 angeordnet. In der ersten Konfiguration ist es stationär (5), in der zweiten Konfiguration ist es für die Rotation und anschließende Immobilisierung (1) angepasst, und in der dritten Konfiguration ist es für eine kontrollierte reversible Rotation in beiden Richtungen angepasst.
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Im Falle der Anwendung einer Antriebswelle 2 und der Einstellwelle 61 in der zweiten Bewegungskonfiguration ist die Einstellwelle 61 mit der am Boden 1 gelagerten Einstellvorrichtung 8 gekoppelt. Diese Einstellvorrichtung 8 ist nicht nur dazu ausgelegt, das Zentralrad 6 zu blockieren, sondern es auch um einen Winkel zu drehen, wie es die Betriebsbedingungen, insbesondere die Leistungsregelung, erfordern.
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Die Einstellvorrichtung 8 kann aus einer manuell einstellbaren Vorrichtung eines selbstsichernden Schraubentyps bestehen. Es ist jedoch vorteilhafter, wenn sie einen Servoantrieb 81 aufweist, der an der Basis 1 angebracht ist und dazu dient, die Einstellwelle 61 zu drehen und gegenüber der Basis 1 zu verriegeln (10).
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Damit die Einstelleinrichtung 8 das Zentralrad 6 in einer dritten Bewegungskonfiguration drehen kann, ist die Einstelleinrichtung 8 resp. der Stellantrieb 81 mit dem Drehmomentsensor 73 (1) gekoppelt, der an mindestens einem Element aus der Gruppe, bestehend aus dem Trägerarm 43 und der Antriebswelle 2, vorgesehen ist. Der Sensor 73 ist mit der Einstellvorrichtung 8 mittels eines der Kommunikationselemente der Gruppe gekoppelt, die sowohl einen Steuerrechner als auch ein Kommunikationsprotokoll mit dem IoT-Internet enthält.
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Mit den bisher erwähnten Arten der Einstellvorrichtungen 8 können alle Satelliten 5 und damit auch die Schaufel 31 bezüglich des Drehwinkels des jeweiligen Arms 43 des Trägers 4 axial drehbar sein. Wenn jedoch insbesondere zur Feinabstimmung der höheren Energiekoeffizient die Notwendigkeit für jede der Schaufeln 31 besteht, in einem anderen, nicht übereinstimmenden Winkel eingestellt zu werden (7), ist das Zentralrad 6 in koaxiale identische Segmente 62 unterteilt, von denen jedes Segment 62 fest mit seiner Einstellwelle 61 verbunden ist. Die Einstellvorrichtung 8 umfasst die Servomotoren 81, die der Anzahl der Segmente 62 entsprechen (8). Die Einstellvorrichtung 8 ist somit für die unabhängige Drehung der Einstellwellen 61 und ihre Verriegelung in Bezug auf die Basis 1 oder die reversible Drehung der Einstellwellen 61 relativ zur Basis 1 angepasst.
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In einer anderen Ausführungsform der Schaufeln 31, insbesondere im Fall von Luftturbinen, ist die Antriebswelle 2 in einem Zentralrad 6, das an einem Ende des Auslegers 12 angebracht ist, exzentrisch drehbar gelagert (3). Der Abstandskreis des Zentralrades 6 ist halb so groß wie der Abstandskreis des Satelliten 5. Die Exzentrizität p ist durch den Abstand der Achse 21 der Antriebswelle 2 von der Achse 64 des Zentralrades 6 bestimmt. Das andere Ende des Auslegers 12 ist vorzugsweise drehbar an einer Säule 18 befestigt, die an der Basis 1 befestigt ist. Ein Steuerkabel kann durch das Innere der Säule 18 geführt werden. Die Säule 18 befindet sich parallel zur Antriebswelle 2. Auf der Basis 1 befindet sich eine Einstellvorrichtung 8, die mit einem Servomotor 81 (nicht gezeigt) versehen ist, der geeignet ist, den Ausleger 12 zu drehen und ihn in Bezug auf die Basis 1 zu verriegeln. Das äußere Ende 42 jedes der Arme 43 des Trägers 4 ist in der radialen Richtung relativ zu dem Zentralteil 41 gleitend gelagert. Gleichzeitig ist das äußere Ende 42 des Armes 43 mit dem Zentralteil 41 durch eine Feder 44 mit einem Krafteffekt für den rutschfesten Eingriff der konstanten kinematischen Verbindung 7 verbunden. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Druckfeder 44, die die Zahnriemen als eine Art von konstanter kinematischer Kupplung 7 spannt. Die Antriebswelle 2 ist mit dem Getriebe 22 mit dem Generator 23 gekoppelt, der innerhalb einer möglichen Anwendung mit dem Akkumulator 28 verbunden ist.
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Die konstante kinematische Verbindung 7 zwischen dem Zentralrad 6 und dem Satelliten 5 kann durch verschiedene Elemente gebildet sein. Wenn die Einstellwelle 61 parallel zur Achse des Satelliten 5 ist, besteht die bevorzugte Ausführungsform in der Verwendung von rutschfesten Endloselementen 71, von denen jedes um das Zentralrad 6 und mindestens einen Satelliten 5 gewickelt ist. Der Antrieb mit einem einzelnen Satelliten 5 wird auf einem Träger 4 mit zwei Armen 43 (1), auf einem Träger 4 mit drei Armen 43 (7) und auf einem Träger 4 mit sechs Armen 43 ( 39) angewendet. In anderen Fällen, wenn der Träger 4 mit vier bzw. mit sechs Armen 43 (20, 37) versehen ist, wird die konstante kinematische Verbindung 7 vorzugsweise durch ein rutschfestes Endloselement 71 gebildet, das um das Zentralrad 6 und um zwei bzw. drei Satelliten 5 gewickelt ist. Das rutschfeste Endloselement 71 kann eine Kette sein, aber insbesondere in Bezug auf die Masse ist es vorteilhaft, wenn das rutschfeste Endloselement 71 ein Zahnriemen ist.
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Eine andere Ausführungsform der konstanten kinematischen Verbindung 7 basiert auf der Verwendung von Zahnrädern. In diesem Fall weist die konstante kinematische Verbindung 7 eine ungerade Anzahl von eingelegten Rädern 72 auf, die das Zentralrad 6 mit dem Satelliten 5 verbinden (9, 11, 12, 14). In den gezeigten Ausführungsformen ist nur ein eingelegtes Rad 72 in der Kette jeder konstanten kinematischen Verbindung 7 angebracht.
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Das mit dem eingelegten Rad 72, dem Zentralrad 6 und dem Satelliten 5 versehene Getriebe ist in manchen Fällen als Frontverzahnung (12), in anderen Fällen als eine konische Verzahnung (9, 11, 14) ausgebildet. Die Frontverzahnung kann nur verwendet werden, wenn die Satellitenachsen 51 parallel zueinander sind ( 12) und daher zur Achse 64 des Zentralrads 6 oder zur Achse 21 der Antriebswelle 2 parallel sind. Im Gegensatz dazu ist ein Kegelradgetriebe in den Fällen erforderlich, in denen die Satellitenachsen 51 sowohl zueinander als auch zu der Achse 21 der Antriebswelle 2 außen liegen (11, 14). Konische Zähne können auch in Fällen verwendet werden, in denen die Satellitenachsen 51 parallel sind (9).
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Die bisher beschriebenen Konstruktionsmerkmale sind beim Schaufelplanetenantrieb sowohl für Luft als auch für Wasser anwendbar. Die 9 und 11 zeigen Luftturbinen, die im Boden geerdet sind. Diese Turbinen sind mit einer Einstellvorrichtung 8 versehen, die zum Zwecke der Leistungsregulierung die Einstellwelle 61 als Ganzes dreht, während in 7 eine Luftturbine mit individueller Einstellung der Schaufeln 31 gezeigt ist. Für die Kraftübertragung auf einen Generator (nicht dargestellt) ist das Antriebsrad 26 der Luftturbinen gemäß den 9 und 11 vorgesehen, während die Luftturbine gemäß 7 mit einem direkt angeschlossenen Generator 23 versehen ist. Bei der Luftturbine nach 3 ist der Generator 23 mit der Antriebswelle 2 ähnlich gekoppelt bzw. ist direkt mit ihr verbunden. Diese Windenergieanlage zeigt die Nutzung von Windenergie nicht nur im Generator 23, sondern beispielsweise auch im Luftspeicher 28. In ähnlicher Weise werden Schiffsantriebsvorrichtungen (1, 12, 14) erzeugt, wobei die Luftturbinen nach oben gebogen werden, während die Schiffsturbinen in das Wasser abgesenkt werden. Gleiches gilt jedoch für die Tatsache, dass für einige Arten von Luftturbinen und einige Arten von Schiffsantriebsvorrichtungen die Achsen 51 der Satelliten 5 windschief (11, 14), während andere parallel sind (1, 9, 12). In der gleichen Neigung mit den Achsen 51 der Satelliten 5 sind die Schaufeln 31 ebenfalls geneigt. Die Schaufeln 31 sind in den meisten Fällen aus starren Platten hergestellt. Die Luftturbinen können jedoch auch durch einen Rahmen 32 gebildet sein, auf dem ein Segel 33 gespannt ist (8, 22).
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Bei der Auswahl der Leistungssteuervorrichtung ist für Luftturbinen wichtig, die Richtung der Antriebswelle 2 zu berücksichtigen. Bei vertikalen Antriebswellen 2 ist die Einstelleinrichtung 8 vorzugsweise mit der Einstellwelle 61 gekoppelt, wohingegen bei der horizontalen Antriebswelle 2 gemäß 5 die Antriebswelle 2 direkt in dem an der Basis 1 befestigten Zentralrad 6 drehbar gelagert ist. An der Basis 1 ist ein Generator 23 gekoppelt, der mit der Antriebswelle 2 gekoppelt ist. In einer statisch und dynamisch vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Antriebswellen 2 symmetrisch auf der Basis 1 jeweils mit ihrem Rotor 3 gelagert. Die Basis 1 ist an einer festen Säule 84 befestigt, die senkrecht zur Antriebswelle 2 steht. Die feste Säule 84 ist drehbar in einem Basislager 83 gelagert, das an dem stationären Hintergrund 9, insbesondere am Boden, verankert ist. Die feste Säule 84 ist mit einer Dreh- und Verriegelungsvorrichtung 82 versehen, die eine Leistungssteuerung durchführt.
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Die Leistung des Schaufelplanetenantriebs, die eine vertikale Einstellwelle 61 (7) aufweist, kann im Betrieb geeignet gesteuert werden. Insbesondere für kleinere Luftturbinen kann eine Modifikation (6) verwendet werden, bei der die Basis 1 an dem Mastoberteil 87 befestigt ist. Der untere Teil 88 des Mastes ist entweder fest oder mit der Drehungsmöglichkeit auf dem stationären Hintergrund 9 befestigt, und der obere Teil 87 ist mit dem unteren Teil 88 durch ein Gelenk 85 verbunden. Eine Kippvorrichtung 86 ist zwischen dem oberen Teil 87 und dem unteren Teil 88 des Mastes vorgesehen.
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Es wurde berichtet, dass der Schaufelplanetenantrieb auch für den Antrieb von Schiffen verwendet werden kann. Eine Ausführungsform des Antriebssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle 2 im Wesentlichen horizontal und in der Einstellwelle 61 drehbar gelagert ist (16). Die Einstellwelle 61 ist mit dem Zentralrad 6 an das untere Ende des Seitenbretts 14 gekoppelt. Das obere Ende des Seitenbretts 14 ist schwenkbar mit der Basis 1 verbunden, die im Schiffsrumpf 95 vorgesehen ist (nicht dargestellt). Am oberen Ende des Seitenbretts 14 ist ein Motor 25 angebracht, der über das Getriebe 22 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt ist. Im Falle der Positionierung der Schiffsantriebsvorrichtung am Heck ist dies vorteilhaft, während es im Falle der Seitenposition notwendig ist, dass die Antriebsvorrichtung zwei symmetrische Rotoren 3 umfasst, deren Schaufeln 31 im Betriebszustand vollständig unter dem Wasserspiegel liegen.
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Eine andere Art der Schiffsantriebsvorrichtung, die einen Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung verwendet, ist für den seitlichen Antrieb des Schiffs angepasst (18). Die Antriebswelle 2 hat eine wesentlich horizontale Position und ist drehbar in einer Basis 1 angebracht, die in dem Rumpf 95 des Schiffes vorgesehen ist. An der Basis 1 ist gleichzeitig der Motor 25 installiert, der durch die Getriebe 22 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt ist. Die Einstellwelle 61 ist drehbar auf der Antriebswelle 2 montiert, und der Antrieb 4 ist daran drehbar gelagert. Wie bei einigen anderen Anwendungen ist die Einstellwelle 61 mit der Einstellvorrichtung 8 gekoppelt. Der Träger 4 kann mit zwei oder mehr Armen 43 (20) und somit der gleichen Anzahl von Schaufeln 31 versehen sein.
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Das beschriebene Schiffsantriebssystem ist für stehendes oder genügend tiefes Wasser geeignet. Wenn die Wassertiefe schwankt, muss der Rotor 3 angehoben werden, bevor er in seichtes Wasser fließt. Auch in dieser Ausführungsform ist die Antriebswelle 2 in der Einstellwelle 61 drehbar gelagert. Die Einstellwelle 61 ist drehbar in dem Ausleger 12 montiert. Zum Zwecke des Anhebens des Rotors 3 ist der Ausleger 12 an der Basis 1 über eine Drehlagerung 89 befestigt, die in dem Rumpf 95 vorgesehen ist (19). Der Ausleger 12 ist mit einer Dreh- und Verriegelungsvorrichtung 82 gekoppelt, die dazu ausgelegt ist, den Ausleger 12 in der Drehlagerung 89 zu drehen. Auf der Basis 1 ist ein Motor 25 mit der Antriebswelle 2 verbunden. Zu diesem Zweck ist im Ausleger 12 ein Übertragungsgerät 66 zwischen der Antriebswelle 2 und der mit dem Motor 25 gekoppelten Parallelwelle 29 angeordnet. In dem Ausleger 12 ist eine Einstelleinrichtung 8 vorgesehen, die mit der Einstellwelle 61 gekoppelt ist.
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Die bis jetzt beschriebene Antriebsvorrichtung für die Bewegung der Schaufeln 31 ist mit Motoren 25 versehen worden, aber in der Ausführungsform von 23 wird Windkraft verwendet, die in Bewegungsenergie der unteren in Wasser eingetauchten Schaufeln 31" umgewandelt wird, um das Schiff anzutreiben. Zu diesem Zweck umfasst der Schaufelplanetenantrieb einen oberen Rotor 3', der als eine Luftturbine wirkt, und einen unteren Rotor 3", der ein Teil des Antriebssystems darstellt. Die Antriebswelle 2 ist schwenkbar an der Basis 1 befestigt, die in dem Rumpf 95 des Schiffes sitzt. Am oberen Ende der Antriebswelle 2 ist die obere Einstellwelle 61' mit der oberen Einstellvorrichtung 8' drehbar gelagert. Am unteren Ende der Antriebswelle 2 ist die untere Einstellwelle 61" drehbar mit der unteren Einstellvorrichtung 8" gelagert.
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Die Antriebswelle 2 ist mit dem Motorgenerator 24 gekoppelt, der als Energiereserve im Schwachwind dient. Auch dient er zur Energiespeicherung im Starkwind oder beim Ankern des Schiffes. Die Antriebswelle 2 ist am oberen Ende mit dem oberen Rotor 3' verbunden, um die Druckkraft S von der strömenden Luft zu fangen und am unteren Ende mit dem unteren Rotor 3" diese Kraft ins Wasser zu übertragen. Die Windenergie wird auch für den weiteren Einsatz eines Schaufelplanetenantriebs für den Antrieb eines Segelbootes genutzt (21, 22). Der Schaufelplanetenantrieb weist mindestens einen Rotor 3, vorzugsweise zur Stabilität der Segel 33 und drei Rotoren 3 auf, deren Einstellwellen 61 in den im Bootskörper (nicht dargestellt) eingebetteten Fußlagern 83 der Basis 1 gelagert sind. Mit jeder Einstellwelle 61 ist die Einstellvorrichtung 8 gekoppelt. Die Antriebswelle 2 ist mittels eines Getriebes 22 mit dem Motorgenerator 24 gekoppelt. Jeder Stift 52 des Satelliten 5 ist gelenkig mit der Unterseite des Segels 33 als eine Schaufel 31 verbunden. Die Stützelemente der Segel 33 sind Masten 34, deren untere Teile eine gelenkige Verbindung mit den Satelliten 5 haben, wobei die oberen Teile der Segel und ihre Masten 34 an einem gemeinsamen Gelenk 85 verankert sind. In der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schaufelplanetenantrieb drei Rotoren 3 (21, 22), die auf einem Deck (nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Rotoren 3 sind derart konfiguriert, dass die Achsen 61 ihrer Einstellwellen 6 an den imaginären Kanten einer regelmäßigen Pyramide angeordnet sind, vorzugsweise dreieckig, was die optimale Anzahl für ihre Stabilität ist.
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Bis jetzt haben Amphibienfahrzeuge unterschiedliche Antriebe für Trocken- und Wasserbewegung. In dem Schaufelplanetenantrieb, der als eine amphibische Transportmaschine gemäß der in den 25 und 24 gezeigten Ausführungsform verwendet wird, können ein und dieselben Schaufeln 31 für beide Umgebungen verwendet werden. Zu diesem Zweck ist die horizontale Antriebswelle 2 mit dem Motorgenerator 24 gekoppelt, der an der in den Rumpf 95 der Amphibien-Transportmaschine eingebetteten Basis 1 angebracht ist. Die Einstellvorrichtung 8 befindet sich an der Basis 1, und der Träger 4 ist durch ein abgedichtetes Gehäuse 45 gebildet. Für eine stoßfreie Bewegung an Land ist der Abstand j der Achse 21 der Antriebswelle 2 vom Boden 92 des Rumpfes 95 geringer als die Summe aus dem Radius r des Trägers 4 und der halben Dicke t der Schaufeln 31. Die Schaufeln 31 haben die Form von Kissen, die sowohl für die Bewegung auf dem Land als auch gleichzeitig für die Bewegung im Wasser geeignet sind. Der Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung kann beispielsweise zur Erzeugung von insbesondere Elektro- oder Luftenergie mittels eines festgezogenen Ballons verwendet werden. In diesem Fall umfasst der Träger 4 mindestens zwei Arme 43, und die Einstellwelle 61 ist in der Antriebswelle 2 mittig drehbar gelagert (26, 27). Die Einstellwelle 61 ist in einer festen Position ohne die Einstellvorrichtung 8 gezeichnet, was üblicherweise für den gebundenen Ballon passt, insbesondere im flachen Gelände mit einer meist horizontalen Windrichtung. Wenn der Ballon in einem hügeligen Gelände platziert wird, ist es vorteilhaft, die Ballonvorrichtung mittels der Einstellvorrichtung 8 hinzuzufügen, um zu ermöglichen, auf Änderungen in der Richtung des Windes entweder bergab oder bergauf zu reagieren. Die Basis 1 ist mit der Einstellwelle 61 verbunden, so dass die Einstellwelle 61 entweder fest oder drehbar mittels der Einstellvorrichtung 8 mit der Basis 1 verbunden ist. Der stationäre Teil 63 des Generators 23 ist an der Basis 1 befestigt. Wird ein elektrischer Generator 23 verwendet, ist sein stationärer Teil 63 durch einen Dynamo- oder Alternator-Stator gebildet. Wird ein Luftgenerator verwendet, ist sein stationärer Teil durch ein Kompressorsgehäuse gebildet. Mit der Antriebswelle 2 ist ein Rotor 65 des Generators 23 verbunden, der den Anker der elektrischen Maschine oder den drehenden Teil des Luftkompressors darstellt. Der Generator 23 ist über ein unterhalb der Basis 1 angeordnetes Überbrückungselement 96 mit einem flexiblen Energie-Bindemittel 97 gekoppelt, wobei dieses 97 drehbar in einem Basislager 83 gelagert ist, das am stationären Hintergrund 9 fest verankert ist. Das flexible Energie-Bindemittel 97 ist ein elektrisches Drahtseil oder ein Luftschlauch. Die Schaufeln 31 können in einigen Fällen ein geringeres Einheitsgewicht als die Luft haben, in anderen nicht, insbesondere, wenn sie einen dünnen Querschnitt haben.
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Eine andere Version des Schaufelplanetenantriebs zur Erzeugung von Energie ist in den 42, 43 gezeigt. Auch hier handelt es sich um einen gebundenen Ballon für die Energieproduktion, aber er ist nur für geringe Höhen geeignet. Zum Beispiel ist es an einem Hang in der Nähe eines Gebäudes besser, die Energie aus dem Ballon nach unten zu leiten, nicht durch zwei elektrische Seile oder Luftschläuche, sondern mechanisch mit zwei Riemenantrieben. Dieses hat Vorteile im Bereich stärkerer Bodenwinde, insbesondere, weil die Schaufeln 31 ohne die Generatoren 23 eine wesentlich geringere Last tragen und damit leichter, flacher und effizienter sein können. Der Aufbau ist ähnlich wie der vorherige, so dass der Träger 4 mindestens zwei Arme 43 aufweist und jede Einstellwelle 61 mittig in der Antriebswelle 2 drehbar gelagert ist. Mit der Antriebswelle 2 ist das Antriebsrad 26 fest verbunden, das über das Getriebe 22 mit dem Generator 23 gekoppelt ist. Beide Einstellwellen 61 müssen auch eine kontrollierte Position relativ zu dem festen Boden haben, was so gelöst ist, dass der Riemen des Zahnrads 22 durch das Gewicht 69, das an der Einstellwelle 61 angebracht ist, verschiebbar gelagert ist. Das Gewicht 69 umfasst Gleit- oder Rollkörper, die um den Riemenkörper gleiten oder rollen. Der Generator 23 ist um seine Achse in einem Basislager 83 schwenkbar befestigt, das fest mit dem stationären Hintergrund 9 verankert ist.
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Der Schaufelplanetenantrieb wird auch als Ballonflugmaschine verwendet (28, 29). In dieser Anwendung umfasst die Maschine zwei Träger 4, von denen sich einer in der Flugrichtung links und der andere auf der rechten Seite befindet und beide durch Stifte 52 miteinander verbunden sind. Jeder der beiden Träger 4 hat mindestens zwei Arme 43, an deren Enden sich die Satelliten 5 mit den Schaufeln 31 befinden, wobei jeder der Träger 4 mit einer separaten Einrichtung der konstanten kinematischen Verbindung 7 verbunden ist. Jeder der Träger 4 ist mit einer entsprechenden Einstellwelle 61 versehen, die drehbar gelenkig in der Antriebswelle 2 montiert ist. Auf der Einstellwelle 61 ist ein Seitenbrett 14 angeschlossen, das mit dem Motor 25 oder dem Motorgenerator 24 verbunden ist, der über das Getriebe 22 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt ist. Unter der Basis 1 ist die Gondel 98 aufgehängt. Die Lamellen 31 haben ein geringeres Einheitsgewicht als Luft.
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Neben Ballons können Schaufelplanetenantriebe gemäß der technischen Lösung als Antriebseinheit für Drohnen und dergleichen verwendet werden. In einer Alternative (31) ist der Schaufelplanetenantrieb derart angeordnet, dass die Antriebswelle 2 mit dem Motorgenerator 24 gekoppelt ist, der an der Basis 1 angebracht ist, an der die Einstellvorrichtung 8 gleichzeitig verankert ist. Die Antriebswelle 2 befindet sich in der gleichen Ebene wie die parallele Antriebswelle 2 von mindestens einem weiteren Rotor 3, der jedoch spiegelbildlich angebracht ist. Die Basen 1 aller Rotoren 3 sind symmetrisch an der Oberseite des Cockpits 93 angeordnet. Die Träger 4 der Rotoren 3 sind entlang der Seite des Cockpits 93 angeordnet, wobei die Antriebswellen 2 eine Richtung aufweisen, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Cockpits 93 ist. Die Stabilität des Fluges wird vorzugsweise mittels der Anwendung von vier Rotoren 3 mit den gleichen Parametern erreicht.
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Bei einer anderen Alternative der Drohnen (32, 33) ist eine Rahe 94 an der Basis 1 mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle 2 befestigt, unter der das Cockpit 93 aufgehängt ist. Ein Motor 25 ist an der Rahe 94 befestigt und mit dem Getriebe 22 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt. Das Cockpit 93 ist mit einer zweiten Rahe 94 versehen, die symmetrisch mit einem zweiten Rotor 3 ausgestattet ist, der durch ein zweites Getriebe 22 mit einem zweiten Motor 25 gekoppelt ist. In einer Anwendung (33) weisen die Antriebswellen 2 eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung m des Cockpits 93 auf, wobei mindestens ein Rotor 3 oberhalb der Vorderseite des Cockpits 93 und mindestens ein Rotor 3 oberhalb der Rückseite des Cockpits 93 angeordnet ist. In einer anderen Anwendung (32) weisen die Antriebswellen 2 eine Richtung m parallel zur Bewegungsrichtung des Cockpits 93 auf, wobei mindestens ein Paar paralleler Rotoren 3 oberhalb des Cockpits 93 positioniert ist.
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Der Schaufelplanetenantrieb kann nicht nur zum Fliegen sondern auch als Luftponton verwendet werden, der in der Luft fliegen und anhalten kann. Dies ist zum Beispiel bei Rettungseinsätzen oder auch bei temporären Überbrückungen, wie bei einem Fluss oder anderen Hindernissen sinnvoll. Zu diesem Zweck ist auf jeder Seite des Bordpontons mindestens ein Träger 4 mit jeweils mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei Armen vorgesehen (30). Die Antriebswelle 2 jedes Trägers 4 ist drehbar gelagert, sowohl in der Basis 1 als auch in dem Zentralrad 6. Mit jedem Zentralrad 6 ist die mit der Basis 1 gekoppelte Einstellvorrichtung 8 gekoppelt. Unterhalb der Basis 1 ist ein Seitenbrett 14 platziert, das durch ein Überbrückungselement 96 mit einem gegenüberliegenden Seitenbrett 14 auf der gegenüberliegenden Seite des Luftpontons verbunden ist. Das Überbrückungselement 96 kann abhängig vom Zweck eine verschiedene Form haben. Es kann eine Brücke oder eine Transport-, Rettungs-, Arbeits- oder Aussichtsplattform usw. sein. Ein Motor 25 ist an dem Überbrückungselement 96 oder an dem Seitenbrett 14 angebracht. Der Motor 25 ist durch das Getriebe 22 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt.
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Der Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung kann auch dazu verwendet werden, insbesondere elektrische Energie in unterschiedlichen Wasserarten zu erzeugen. Beispielsweise bei Überlaufwasser an Flusswehren, also bei Wasser mit geringem Gefälle, das von dem Gerinne 99 (34, 35) geführt wird, ist die Einstellwelle 61 fest mit dem Gerinne 99 verbunden. Das Gerinne 99 ist an der Basis 1 befestigt. Die Schaufeln 31 sind in dem Gerinne 99 eingebettet, wobei die Antriebswelle 2 mit dem Generator 23 verbunden ist, der an der Basis 1 angebracht ist.
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Der Schaufelplanetenantrieb für fließendes Wasser und zur Nutzung der Meereswellenenergie, insbesondere in der Brandung, zeichnet sich dadurch aus, dass (36, 37) die Basis 1 die Form einer Säule 18 hat, deren oberer Teil von einem Träger 4 umgeben ist, der dem unteren Teil der hohlen Säule 18 zugewandt ist. Die Schaufeln tauchen unter die Wasser-Ebene H. Die Antriebswelle 2 weist die Form eines sich drehenden Teils des Generators 23 auf und ist mit dem Träger 4 verbunden. Der stationäre Teil des Generators 23 ist fest verbunden mit der Säule 18. Am oberen Ende der Säule 18 ist außenseitig eine Einstellwelle 61 drehbar gelagert, an der die Einstellvorrichtung 8 an der Säule 18 befestigt ist. Das untere Ende der Säule 18 ist dazu eingerichtet, mittels einer Basis 17 in das Wasserbett eingebettet zu werden. In dieser Anordnung ist der Generator 23 dazu ausgelegt, über dem Wasserpegel H positioniert zu werden. Das Innere der Hohlsäule 18 dient zum Einführen eines Kabels, das die erzeugte Energie leitet.
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Eine weitere Alternative des fest verankerten Schaufelplanetenantriebs (38, 39) beinhaltet auch eine Basis 1 mit einer Säule 18, die zur Einbettung in die Wassergrundfläche 17 dient. Auf dem oberen Teil der Säule 18 sitzt der obere Rotor 3' mit oberen Schaufeln 31', die dazu geeignet sind, in Kontakt mit dem Luftmedium zu sein. Auf dem unteren Teil der Säule sitzt der untere Rotor 3" mit unteren Schaufeln 31', die dazu geeignet sind, in Kontakt mit dem Wassermedium zu sein. Der obere Rotor 3' weist eine obere Einstellwelle 61' auf, die drehbar auf einer Säule 18 montiert und mit der oberen Einstellvorrichtung 8' verbunden ist. Der untere Rotor 3' weist eine untere Einstellwelle 61' auf, die dreh- und verschiebbar an einer Säule 18 angebracht und mit einer unteren Einstellvorrichtung 8" gekoppelt ist. Der Schiebebeschlag ist mit einer Nutverbindung versehen. Der obere Träger 4' ist starr mit dem Rotor 65 des oberen Generators 23' verbunden. Der untere Träger 4" ist starr mit dem Rotor 65 des unteren Generators 23" verbunden. Mit der Säule 18 ist der stationäre Teil 63 des oberen Generators 23' fest verbunden, während der stationäre Teil 63 des unteren Generators 23" auf der Säule 18 gleitend montiert ist. Die unteren Schaufeln 31" sind hohl, wasserdicht, luftgefüllt und ermöglichen mit ihrer vertikalen Schwenkbewegung eine anhaltende Schwimmposition in Bezug auf das sich höhenverändernde H-Niveau. Die unterste Position des unteren Rotors 3" und der unteren Schaufeln 31" ist durch den Anschlag 68 definiert.
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Der Schaufelplanetenantrieb, der dazu angepasst ist, auf dem Wasserspiegel H positioniert zu werden, ist mit einer Basis 1 versehen, die einen Schwimmponton 19 umfasst, auf dem mindestens eine Säule 18 verankert ist, wie in 40 gezeigt. Der Ponton 19 hat eine geringere Dichte als Wasser. Im oberen Teil der Säule 18 sitzt mindestens ein oberer Rotor 3' mit oberen Schaufeln 31', die zum Kontakt mit dem Luftmedium geeignet sind. Die obere Antriebswelle 2' ist drehbar in der Säule 18 angeordnet. Die obere Antriebswelle 2' ist mit einem Generator 23 verbunden, der an dem Ponton 19 befestigt ist. Unterhalb des Pontons 19 ist mindestens ein unterer Rotor 3" mit unteren Schaufeln 31" angebracht, die so ausgebildet sind, dass sie das wässrige Medium berühren. Die unteren Schaufeln 31" sind mit ihren Achsen senkrecht zur Linie des Tauchens ausgerichtet und können hohl sein und zum Zweck der Tauchsteuerung mittels einer gesteuerten Wasserfüllung ausgelegt sein. Mit den unteren Schaufeln 31" bzw. mit ihren Achsen ist eine parallele untere Antriebswelle 2" verbunden, die mit dem Motorgenerator 24 verbunden ist, der an dem Ponton 19 angebracht ist. Eine bevorzugte Ausführungsform ist die Installation von drei unteren Rotoren 3" und drei Motorgeneratoren 24.
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Ein weiterer Schaufelplanetenantrieb in einer schwimmenden Version, die nicht nur zur Stromerzeugung ausgelegt ist, kann sich auch entlang des Wasserspiegels H bewegen. Dabei ist diese Ausführungsform teilweise identisch mit der vorherigen Ausführungsform und ist mit einer Basis (1) ausgestattet, die einen Schwimmponton (19) umfasst, auf dem mindestens eine Säule 18 steht. Im oberen Teil der Säule 18 ist ein oberer Rotor 3' vorgesehen, der sowohl mit den oberen Schaufeln 31' für den Kontakt mit dem Luftmedium dient als auch mit der oberen Antriebswelle 2' drehbar in der Säule 18 gelagert ist, wobei die obere Antriebswelle 2' mit dem Generator 23 zum Ponton 19 verbunden ist. Das obere Zentralrad 6' ist mit der an der Säule 18 verankerten Einstellvorrichtung 8 gekoppelt. Auf dem Ponton 19 ist mindestens eine unterhalb der Tauchlinie orientierte Hängesäule 35 drehbar gelagert, die mit einer am Ponton 19 befestigten Dreh- und Verriegelungsvorrichtung 82 gekoppelt ist. In der beispielhaften Ausführungsform (41) sind zwei Hängesäulen 35 gezeigt. Jede Hängesäule 35 ist fest an dem stationären Teil des Motorgenerators 24 befestigt, dessen rotierender Teil mit der unteren Antriebswelle 2" des unteren Rotors 3" verbunden ist. Die untere Antriebswelle 2" und die unteren Schaufeln 31" mit ihren Achsen sind parallel zu der Tauchlinie des Pontons 19. Die unteren Schaufeln 31' sind geeignet, mit dem wässrigen Medium in Kontakt zu kommen.
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Schaufelplanetenantrieb Operation:
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Nichtvoluminöse Fluidmaschinen gemäß der technischen Lösung führen zwei grundlegende Bewegungen in ihrem Betrieb aus. Die erste Grundbewegung besteht darin, dass sich der Träger 4 zusammen mit der Antriebswelle 2 um die Achse 21 der Antriebswelle 2 dreht, die durch den Zentralteil 41 des Trägers 4 verläuft (1). Im Zentralteil 41 ist die Schwenkverbindung der Antriebswelle 2 und des Zentralrads 6 bei der Ausführungsform der 1 über eine drehbare Lagerung des Zentralrads 6 an der Antriebswelle 2 ausgebildet. Eine zweite Grundbewegung tritt am äußeren Ende 42 jedes der Arme 43 auf, wo ein Stift 52 drehbar mit dem Satellitenlager 53 verbunden ist. Jeder Stift 52 ist starr mit dem Satelliten 5 verbunden.
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Die kinematische Kopplung 7, die in den meisten genannten Maschinen 2 : 1 konsistent ist, gewährleistet die Drehung der Schaufeln 31 in Abhängigkeit von der Drehung des Trägers 4 (2) derart, dass bei Rotation des Trägers 4 bzw. im Uhrzeigersinn c die Bedeutung b der Satellitenrotation 5 entgegengesetzt ist. Durch ein Verhältnis von 2 : 1 wird erreicht, dass bei einer einzigen Umdrehung von 360° des Armes 43 die Schaufel 31 in dem Arm 43 um 180° gedreht wird. Dies ist bedeutsam, weil die Schaufel 31 relativ zu ihrem Arm 43 um 90° gedreht wird, wenn der Arm 43 um 180° in die Zwischenposition gedreht wird. Diese Konfiguration ist wichtig, um die hohe Effizienz des Schaufelplanetenantriebs gemäß der Erfindung zu erreichen.
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Wenn der Träger 4 zwei gegenüberliegende Arme 43 aufweist, wird in der Anfangsposition in 2 die Angriffskraft S in voller positiver Größe zu der ersten Schaufel 31 übertragen, während die zweite Schaufel 31 in einer kleinen negativen Größe ist. In der Position zwischen der Ausgangsposition und der Zwischenposition, aber auch während der Bewegung des Trägers 4 von der Zwischenposition in die Ausgangsposition, werden positive Teildrehmomente von den Schaufeln 31 auf den Träger 4 übertragen. Unter den Bedingungen einer konstanten kinematischen Kopplung 7 im Verhältnis 2 : 1 hängen die Drehmomente mit einer gewissen Ungenauigkeit nur vom Kosinus des Drehwinkels der Schaufeln 31 ab. Die Summe der Teildrehmomente aus den beiden Schaufeln 31 ergibt das resultierende Drehmoment, das sich als Resultierende V auf den Arm 4 des Trägers 4 auswirken kann.
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Diese Betrachtung der Drehmomentberechnung gilt für ideale Bedingungen, bei denen die Schaufel eine infinitesimale Dicke und eine planare, vollständig glatte Oberfläche aufweist. Dabei ist ein Widerstandskoeffizient des Mediums, der senkrecht zur Oberfläche wirkt, gleich eins und wirkt auf eine unendlich dünne Kante gleich Null. Für reale Verhältnisse ist jedoch die Berechnung erheblich komplizierter, und die günstige Zerlegung der S-Kraft in das Drehmoment der Antriebswelle kann durch Feineinstellung der Drehung der Schaufeln 31 während der Drehung des Armes 43 bis zu mehreren Prozent beeinflusst werden. Dies liegt hauptsächlich an der Tatsache, dass die Schaufeln 31, wenn sie sich in der Richtung der Strömung des Mediums bewegen, hauptsächlich durch ihre Oberfläche freigelegt sind, während sie bei ihrem Vorlauf stromaufwärts hauptsächlich durch ihre Kante mit einem Widerstandskoeffizienten zwischen 0,2 und 0,3 exponiert sind. Diese Feinkorrektur der Drehung der Schaufeln 31 kann rein mechanisch, zum Beispiel durch das oben beschriebene Verfahren, das in den 3 und 4 gezeigt ist, oder durch einen Drehmomentsensor 73, der mit einem der Kommunikationselemente verbunden ist, vorgenommen werden. Das kann unter Verwendung eines Steuercomputers oder eines Kommunikationsprotokolls mit dem IoT durchgeführt werden.
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Insbesondere bei Luftturbinen, aber auch in anderen Anwendungen, ist es bei der Leistungssteuerung notwendig, auf die variable Richtung der Kraft S zu reagieren und die Schaufeln 31 in die gewünschte Position zu setzen. Zu diesem Zweck wird das Zentralrad 6 aus seiner stationären Position gelöst und um den erforderlichen Einstellwinkel gedreht. Dies dreht auch die Satelliten 5. Nach dem Drehen wird das Zentralrad 6 wieder immobilisiert. In vielen Fällen ist es ausreichend, wenn alle einzelnen Satelliten 5 einschließlich ihrer jeweiligen Schaufeln 31 die gleiche gegenseitige Einstellung aufweisen. In diesem Fall dreht die Einstellvorrichtung 8 die Einstellwelle 61, die mit dem Zentralrad 6 fest verbunden ist.
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Bei manchen Turbinen ist es wünschenswert, dass die Leistung durch individuelle Einstellung der Position der einzelnen Schaufeln 31 vorgenommen wird. Das erfolgt durch die einzelnen Stellantriebe 81, durch welche die damit verbundenen Drehwellen 61 gedreht werden und somit einzelne Zentralräder 6, deren Einstellbewegung zu den Satelliten 5 übertragen wird. Für eine Turbine mit einem Ausleger 12 (3, 4) ist es vorteilhaft, den gesamten Rotor 3 entlang der Windrichtung zu setzen. Dies geschieht durch Drehen der Stellvorrichtung 8, die von dem nicht dargestellten Servomotor 81 gesteuert wird (siehe 8). Dieselbe ist für den Schiffsantrieb geeignet.
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Wenn die Turbine, resp. die Maschine, mit einem Träger 4 mit einer variablen Länge der Arme 43 und einem zentralen Rad 6 versehen ist, das exzentrisch auf der Antriebswelle 2 montiert ist (3, 4), ändert sich das Verhältnis der kinematischen Kupplung 7 während einer Umdrehung des Rotors 3. Infolgedessen ändert sich auch die kontinuierliche Schaufeleinstellung 31 während dieser Geschwindigkeit. Diese Modifikation des Rotors 3 ist für Flüssigkeiten mit spezifischen viskosen Eigenschaften geeignet. Der Schlupf der kinematischen Kopplung 7 wird durch die Wirkung der Federn 44 vermieden.
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Bei Luftturbinen mit einer horizontalen Antriebswelle 2 der Ausführungsform von 5, wo die Turbine mit zwei Rotoren 3 versehen und das Zentralrad 6 jedes der Rotoren 3 stationär an der Basis 1 befestigt ist, wird die Drehung der Schaufeln 31 in Bezug auf die Windstärke S durch Schwenken der Säule 84 bewirkt, was mit Hilfe der Dreh- und Verriegelungsvorrichtung 82 erreicht wird. Bei Luftturbinen mit einer vertikalen Antriebswelle 2, wo eine bessere Einstellung der Schaufeln 31 und damit der Turbinenleistungsregelung erforderlich ist als nur das Zentralrad 6 zu drehen, besteht die Lösung gemäß 6, 7 aus zwei oder drei unabhängigen Systemen. Das erste System verwendet entweder die Drehung des gemeinsamen Zentralrads 6 mit der in 1 gezeigten Einzeleinstellvorrichtung 8 oder die Drehung jedes der einzelnen Zentralräder 6 durch eine separate Einstellvorrichtung (7). In dem zweiten System (6) ist der obere Teil 87 der Säule in Richtung von n geneigt, wobei die Kippvorrichtung 86 in der eingestellten Position gekippt und verriegelt ist. Innerhalb des dritten Systems wird es durch einen unteren Teil 88 um eine vertikale Achse bewegt, die durch das Basislager 83 verläuft (auch 6).
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Die zuvor beschriebene Aktivität einzelner nichtvoluminöser Fluidmaschinen umfasste Turbinen, vorwiegend Luftturbinen. Eine andere Gruppe von Maschinen betrifft den Bootsantrieb. Im Fall von Luft wirkt die Druckkraft S auf die Schaufeln 31, wo sie am Rotor 3 ein Drehmoment erzeugt, das auf die Antriebswelle 2, an den Generator 23 und zu dem Akkumulator 28 übertragen wird. Im Falle von Schiffsantriebsvorrichtungen wird die Energie von dem Motor 25 oder von dem Motorgenerator 24 auf den Rotor 3 übertragen. Auf seinen Schaufeln 31 wird eine resultierende Kraft V gebildet, die bewirkt, wenn sie auf die Wasserumgebung angewendet wird, dass sich das Schiff bewegt. In 16 und 17 ist der gesamte Rotor 3 unterhalb der Oberfläche H eingetaucht. Die Schaufeln 31 sind so eingestellt, dass die unteren Enden jeweils durch die Fläche senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufen. Andererseits werden am oberen Totpunkt die Schaufeln 31 so gedreht, dass der Wasserstrom nur einen minimalen Widerstand ergibt. Der Bootsantrieb aus 16 und 17 hat einen Rotor 3, der eigentlich ein Schiffsrad ist und mit drei Schaufeln 31 versehen ist. Gemäß Fig. 20 können beispielsweise vier Schaufeln 31, aber auch eine andere Anzahl von Schaufeln 31 verwendet werden.
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Es ist manchmal wünschenswert, die Schaufeln 31 in Bezug auf die Angriffskraft auf Schiffsantriebsvorrichtungen einzustellen. Dies ermöglicht eine Einstellung gemäß 18, wobei die Einstelleinrichtung 8 das Zentralrad 6 und davon abhängig die Schaufeln 31 dreht.
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Bei seichtem Wasser (19) ist es notwendig, auf die Nähe des Bodens zu reagieren, indem der Rotor 3 nach oben gedreht wird. Dies ermöglicht, dass die Dreh- und Verriegelungsvorrichtung 82 den Ausleger 12 auf das gewünschte Niveau anhebt. Mit der Einstellvorrichtung 8 können die Schaufeln 31 entsprechend dem momentanen Leistungsbedarf ähnlich wie bei anderen Schaufelplanetenantrieben gedreht werden.
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Im Fall einer Windantriebsvorrichtung (23) ist der Betrieb jedes der Rotoren 3' und 3" der gleiche wie in den meisten der vorhergehenden Fälle. Zur optimalen Nutzung der Windenergie können sowohl die oberen Schaufeln 31' als auch die unteren Schaufeln 31" unabhängig voneinander gedreht werden. Wenn kein Wind vorhanden ist, wird der Motorgenerator 24 für eine temporäre Fahrt verwendet, während er bei günstigem Wind überschüssige Energie 2 in der Batterie speichern kann.
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Die Verwendung eines Schaufelplanetenantriebs in Form eines Segelbootes ( 22) basiert auf der Wirkung der Windkraft auf die segelförmigen Segel 33. Dies führt dazu, dass die Kraftabgabe V durch den Motorgenerator 24 Energie erzeugt. Die erzeugte Energie wird genutzt, um entweder mittels eines weiteren Schaufelplanetenantriebs das Schiff zu bewegen, oder sie wird in der Batterie gespeichert. Die drehbaren Träger 4 und die damit verbundenen Segel 33 können durch die akkumulierte Energie angetrieben werden, die während der Verankerung oder beim Navigieren in Richtung von starkem Wind, wenn die Energie im Übermaß ist, entsteht. Nur ein Rotor 3 mit Segeln 33 wäre ausreichend, um dies zu realisieren, aber der Mast 34 müsste entweder gegen Wind gesichert sein oder aus einem sehr festen Material bestehen. Wenn die drei Rotoren 3 zusammengefügt werden, reichen viel schwächere Masten 34.
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Eine amphibische Transportmaschine (24, 25) weist alle wesentlichen Merkmale des Schaufelplanetenantriebs auf. Von besonderer Wichtigkeit ist jedoch die Einstellung der Schaufeln 31. Am Boden oder im seichten Wasser berührt die Schaufeln das Gelände mit seiner gesamten Kissenfläche. Für die Navigation im tiefen Wasser ist es wünschenswert, die Schaufeln 31 zu drehen und in einer Konfiguration zu verriegeln, die geeignet ist, um die notwendige Angriffskraft S zu erzeugen. Auch das Einstellen und Verriegeln der Schaufeln 31 wird hier durch die Einstellvorrichtung 8 vorgenommen.
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Der eingefangene Ballon (26 und 27) betätigt bei Drehung des Trägers 4 in der Richtung des Pfeils c den Drehabschnitt 65, insbesondere den Generatoranker 23. Als Ergebnis wird elektrischer Strom in dem stationären Teil 63 induziert, der von dem flexiblen Energie-Bindemittel 97 zu dem Bodenabtastpunkt geführt wird. Die Einstellung des Rotors 3 erfolgt durch die Druckkraft S einerseits durch Drehung des Überbrückungselements 96 im Basislager 83 und andererseits durch Neigung des flexiblen Energie-Bindemittels 97.
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Für den freifliegenden Ballon (28, 29) dient der Motorgenerator 24 als Quelle der Bewegungsenergie. Das Auf- und Absteigen wird durch die Neigung der Schaufeln 31 durch die Einstellvorrichtung 8 gesteuert. Das Auf- und Absteigen kann auch mittels einer nicht spezifizierten Vorrichtung gesteuert werden, die die Temperatur der Gasladung der Schaufeln 31 ändert. Wenn der Flug beendet und der Ballon an der Erdoberfläche verankert ist, wird die Drehung der windbetriebenen Schaufeln 31 und des gekoppelten Motorgenerators 24 dazu verwendet, Energie entweder in Form von elektrischer Strom oder von komprimierter Luft zu erzeugen und zu speichern. Das Prinzip des gesteuerten Fluges besteht hier insbesondere in der Möglichkeit, die Drehgeschwindigkeit des linken und des rechten Trägers 4 mittels zweier voneinander unabhängiger Motor-Generatoren 24 oder Motoren einschließlich ihrer Umkehrung unabhängig zu variieren. Auch die Fähigkeit, die Schaufeln 31 der Satelliten 5 unabhängig zu drehen, trägt zur Steuerung mittels separater Einstellvorrichtungen 8 bei, die sich auf den linken und den rechten Trägern 4 befinden. Die zwei Steueroptionen sind redundant miteinander und sichern somit die Steuerbarkeit des Ballons. Die Flugmaschine von 31 arbeitet auf der Basis der gleichen Prinzipien wie andere Schaufelplanetenantriebe, wobei die Einstellung der Schaufeln 31 eine solche Richtung der Kraft S (nicht gezeigt) erreicht, dass ihre vertikale Komponente die Maschine in der Luft hält und ihre horizontale Komponente sie in Richtung des Pfeils m antreibt, einschließlich des Aufstiegs, Abstiegs, Rückwärtsfahrens, Tauchens und Drehens auf der Stelle. Diese Maschinensteuerung wird dadurch erreicht, dass einzelne Einstellvorrichtungen 8 und einzelne Motorgeneratoren 24 unabhängig voneinander gesteuert werden. Dieses Fluggerät erfüllt in geringem Umfang des Notbetriebes alle Flugeigenschaften auch im Fall des Ausfalls eines der Motorgeneratoren 24. Wenn alle Triebwerke abgeschaltet sind, beispielsweise aufgrund eines Mangels an Energie oder Treibstoff, wird eine separate Bremsung der einzelnen Schaufeln durch die unabhängigen Einstellvorrichtungen 8 verwendet, um einen räumlich kontrollierten Fallschirmabstieg auf den Boden zu erreichen. Dieser Fallschirmeffekt ist signifikant, da die Schaufeln 31 eine große Oberfläche haben und langsam wirken.
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Bei Drohnen (32, 33) erzeugt die resultierende Kraft, die aus der Wirkung der motorgetriebenen Rotoren 3 entsteht, eine Druckkraft S, deren Wirkung das Flugzeug im Flug hält. Die Maschine in Form einer Transport- oder Rettungsplattform gemäß 30 hat den Effekt, dass sie mittels der Schaufeldrehung 31 sowohl fliegen als auch im Raum stehen kann. Die Schaufeln 31 nehmen nur den Raum oberhalb des Überbrückungselements 96 ein. Dies bedeutet, dass, wenn das Überbrückungselement 96 eine Brückenfunktion hat, mehrere Anpassungsmaschinen Seite an Seite angeordnet werden können, um eine kontinuierliche temporäre Kommunikation zu schaffen, die für Rettungs- oder Bauarbeiten an Orten benötigt wird, an denen der Zugang sonst schwierig oder unmöglich wäre.
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Ein Schaufelplanetenantrieb in Form einer Wasserturbine (34, 35) wird durch die Schubkraft einer in das Gerinne 99 fließenden Wasserströmung in Bewegung versetzt. Die Geschwindigkeit des fließenden Wassers wird durch die Schaufeln 31 verlangsamt. Dadurch werden Bedingungen geschaffen, dass die Fische in beiden Richtungen zwischen den Schaufeln 31 wandern können. Diese Lösung ist daher für die Verwendung von Überlaufwasser an Flusswehren geeignet.
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Der Schaufelplanetenantrieb in Form einer Wasserturbine für die Energieausnutzung von Meereswellen und frei fließendem Wasser in Flüssen (36, 37) hat Schaufeln 31, die hoch genug sind, um sowohl die niedrigen als auch die höheren Wasserpegel zu nutzen.
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In einer Alternative zur Wasserpegelturbine (38, 39) wird ein Energiemedium des oberen Luftgenerators 23' verwendet, um den unteren Generator 23" anzutreiben. Die Leistungen jedes der Generatoren 23' und 23" werden unabhängig von separaten Einstellvorrichtungen 8' und 8" gesteuert. Damit der untere Rotor 3" auf die variierende Höhe des Wasserspiegels H reagiert, sind die unteren Schaufeln 31" vorzugsweise hohl, wasserdicht und luftgefüllt, und ihre vertikale Bewegung nimmt eine konstante Schwimmposition ein. Die niedrigste Schwimmposition wird durch einen Anschlag 68 definiert. Die Energieübertragung von der gesamten Unterseite der verankerten Turbinen wird durch ein Kabel durchgeführt, das durch das Innere der hohlen Säule 18 hindurchgeht.
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Die schwimmende Turbine aus 40 verwendet insbesondere ein Luftmedium, um Elektrizität zu erzeugen, die auf den oberen Rotor 3' wirkt. Wenn die Turbine verankert ist, nutzt sie auch den Wasserfluss, der auf den unteren Rotoren 3" fließt, womit sie auf die Motorgeneratoren 24 wirkt. Die Motorgeneratoren 24 dienen jedoch auch als Energiequelle zum Bewegen des Pontons 19 entlang des Wasserspiegels H. Ein kontrollierter Motorbetrieb durch Einstellung der unteren Schaufeln ermöglicht das Feststellen des Pontons auch in fließendem Wasser. Die Höhe des Pontons 19 über dem H-Niveau wird durch die Wassermenge gesteuert, die den unteren Schaufeln 31" zugeführt wird.
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In der Schwebeturbine aus 41 ist es auch möglich, den Tauchgang durch die Menge an Wassergehalt in den unteren Schaufeln 3" zu regulieren, während der Boden des Pontons 19 auf das Niveau H angehoben werden kann. Wenn der Ponton 19 über dem H-Niveau gehoben sowie wenn er teilweise unter Wasser ist, ist es möglich, in der ausgewählten Richtung mittels der unteren Schaufeln 31" zu schiffen. Der erhöhte Ponton bietet deutlich weniger Widerstandskraft bei der Wasserfahrt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Der Schaufelplanetenantrieb gemäß der technischen Lösung findet seinen Einsatz in der Energetik bei der Stromerzeugung, Drucklufterzeugung und auch auf dem Gebiet des Transportes, insbesondere bei Wasser- und Amphibienfahrzeugen, bei Flugzeugen und auch bei mobilen Land- und Baumaschinen.
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Bezugszeichenliste
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| 1 - |
die Basis |
6 - |
das Zentralrad |
| 11 |
- das Ankerlager |
6' - |
oberes Zentralrad |
| 12 - |
die Ausleger |
6" - |
unteres Zentralrad |
| 14 - |
das Seitenbrett |
61 - |
die Einstellwelle |
| 15 - |
das Radiallager |
61' - |
obere Einstellwelle |
| 16 - |
die Positionierachse |
61" - |
untere Einstellwelle |
| 17 |
- die Grundfläche |
62 - |
das Segment |
| 18 - |
die Säule oder Hohlsäule |
63- |
stationärer Teil des Generators |
| 19 - |
der Ponton |
64 - |
die Achse des Zentralrades (6) |
| 2 - |
die Antriebswelle |
65 - |
drehender Teil des Generators |
| 2' - |
obere Antriebswelle |
66 - |
das Übertragungsgerät |
| 2" - |
untere Antriebswelle |
67 - |
gezahnter Binder |
| 21 - |
die Achse der Antriebswelle (2) |
68 - |
der Anschlag |
| 22 - |
das Getriebe |
69 - |
das Gewicht |
| 23 - |
der Generator |
7- |
konstante kinematische Verbindung |
| 23' - |
oberer Generator |
71 - |
rutschfestes Endloselement |
| 23" - |
Unterer Generator |
72 - |
das Zwischenrad |
| 24 - |
der Motor-Generator |
73 - |
der Drehmomentsensor |
| 25 - |
der Motor |
8 - |
die Einstellvorrichtung |
| 26 - |
das Antriebsrad |
8' - |
obere Einstellvorrichtung |
| 27 - |
der Deckel |
8" - |
untere Einstellvorrichtung |
| 28 - |
der Akkumulator |
81 - |
der Stellantrieb |
| 29 - |
parallele Welle |
82 - |
Dreh- und Verriegelungsvorrichtung |
| 3 - |
der Rotor |
83 - |
das Basislager |
| 3'- |
oberer Rotor |
84 - |
feste Säule |
| 3" - |
Unterer Rotor |
85 - |
das Gelenk |
| 31 - |
die Schaufel |
86 - |
die Kippvorrichtung |
| 31'- |
obere Schaufel |
87 - |
oberer Teil |
| 31" - |
untere Schaufel |
88 - |
unterer Teil |
| 32 - |
der Rahmen |
89 - |
die Drehlagerung |
| 33 - |
die Segel |
9 - |
stationärer Hintergrund |
| 34 - |
der Mast |
91 - |
die Gelände |
| 35 - |
die Hängesäule |
92 - |
der Boden |
| 4 - |
der Träger |
93 - |
Cockpit |
| 4'- |
oberer Träger |
94 - |
die Rahe |
| 4" - |
unterer Träger |
95 - |
der Schiffsrumpf |
| 41 - |
der Zentralteil |
96 - |
der Überbrückungselement |
| 42 - |
das äußere Ende |
97 - |
die flexible Energie-Bindemittel |
| 43 - |
der Arm, |
98 - |
der Gondel |
| 44 - |
die Feder |
99 - |
das Gerinne |
| 45 - |
der Kasten |
S - |
die Druckkraft |
| 5 - |
der Satellit |
V - |
die resultierende Kraft |
| 5' - |
oberer Satellit |
H - |
das Wasserspiegel |
| 5" - |
unterer Satellit |
b - |
die Drehrichtung des Satelliten (5) |
| 51 - |
die Satellitenachse |
c - |
die Drehrichtung des Trägers (4) |
| 52 - |
das Stift |
r - |
der Radius |
| 53 - |
das Satellitenlager |
j - |
die Entfernung |
| |
|
t - |
halbe Dicke |
| |
|
m - |
Bewegungsrichtung des Cockpits |
| |
|
n - |
die Kipprichtung der Säule (84) |
| |
|
p - |
die Exzentrizität |
| |
|
IoT - |
das Internet der Dinge |
