DE2602380C3

DE2602380C3 - Drehvorrichtung, die durch ein in Bewegung befindliches Fluid wie z.B. Wasser oder Luft, angetrieben wird

Info

Publication number: DE2602380C3
Application number: DE2602380A
Authority: DE
Inventors: Charles Andre Lucien Bucquoy Sicard (Frankreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-22
Filing date: 1976-01-22
Publication date: 1979-06-21
Also published as: GB1531511A; DE2602380B2; US4048947A; JPS5198449A; CA1059031A; FR2298706A1; FR2298706B1; AU1041876A; DE2602380A1; OA05217A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehvorrichtung, die durch ein in Bewegung befindliches Fluid, wie z. B. Wasser oder Luft, angetrieben wird, mit einem Rotor mit vertikaler Achse, der eine im wesentlichen zylindrische Form und eine Vielzahl von identisch geformten Schaufeln mit symmetrischem, aerodynamischem Profil aufweist die längs des Rotorumfanges verteilt angeordnet sind, wobei jede Schaufel auf einer im wesentlichen vertikalen, zur Vorderkante der Schaufel parallelen Achse drehbar angeordnet ist

Aus der US-PS 20 94 603 ist eine Drehvorrichtung bekannt die durch Luft angetrieben wird und die einen Rotor mit vertikaler Achse verwendet, an dem eine Vielzahl von Schaufeln angeordnet lind. Dabei sind jeweils mehrere Schaufeln übereinander um eine Drehachse verstellbar angeordnet, wobei je Drehachse ein Gegengewicht vorgesehen ist, das einen Ausgleich der rotierenden Massen aller an dieser Drehachse befestigten Flügel um deren Rotationsachse bewirken soll. Hierdurch wird vermieden, daß ein Teil der Energie des strömenden Windes zur Überwindung des Drehmomentes aufgebracht werden muß, das sich einstellt, wenn die Schaufeln bei exzentrischer Anordnung ihrer Drehachse sich bei drehender Gesamtvorrichtung radial einstellen. Weiterhin werdun die Schaufeln automatisch gegen den Wind zu Erzielung einer möglichst großen Druckfläche angestellt Für die bekannte Vorrichtung ist ein ganz erheblicher baulicher Aufwand mit einer sehr großen Anzahl verschiedener Einzelteile nötig, wobei durch die Anwendung vieler einzelner Verstellmechanismen für die Rotationsachsen der Schaufeln eine zusätzliche Kompliziertheit entsteht Die bekannte Vorrichtung kann wohl nur bsi einem erheblichen Kostenaufwand erstellt werden.

Bei einer anderen bekannten Drehvorrichtung (DE'PS 8 60 930) ist wiederum ein Rotor mit vertikaler Achse Vorgesehen, der eine im wesentlichen zylindrische Form sowie eine Vielzahl identisch geformter Schaufeln mit symmetrischem, aerodynamischem Profil aufweist Die Schaufeln sind längs des Rotorumfangs verteilt angeordnet und jede Schaufel ist auf einer im wesentlichen vertikalen, zur Vorderkante der Schaufel

parallelen Achse drehbar. Dabei ist allerdings für jeden Flügel ein Anschlag vorgesehen, der eine Drehung des betreffenden Flügels nur innerhalb eines gewissen Winkelbereiches und nur so weit zuläßt, daß die Außenfläche des Flügels etwa senkrecht zum Radius verläuft Tritt allerdings beim Einsatz der bekannten Vorrichtung eine sehr starke Erhöhung der Windkraft auf, dann kann dies eventuell zu Beschädigungen an den Schaufeln, Drehachsen o.a. führen, da infolge der beschränkten Anstellbarkeit der Schaufeln stets Schaufein eine bestimmte Neigung zur Anströmrichtung des Windes aufweisen und dadurch in diesem Fall einen unerwünschten Widerstand ausbilden. Weiterhin ist durch die Begrenzung des Anstellwinkels bei der bekannten Vorrichtung auch eine optimale Einstellung der Schaufeln auf unterschiedliche Windstärken nicht immer gewährleistet.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei ihr unter weitgehender Vermeidung der aufgezeigten Nachteile eine sich ändernde Anströmstärke des Anströmmeuiums entsprechende Einstellung der Schaufeln und bei ία starker Anströmung ein Ausrichten aller Schaufeln in Asströmrichtung möglich ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß jede Schaufel ohne Anschlag frei drehbar mit mindestens einem Gegengewicht versehen ist, das so angeordnet ist, daß der Schwerpunkt der ganzen Schaufel-Gegengewicht-Baueinheit in einer Ebene durch die Achse der Schaufel und senkrecht zur Schaufel-Profilmittellinie, nicht jedoch auf der Achse der Schaufel selbst liegt Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erreicht daß sich die völlig frei (ohne Anschlag) drehbaren Schaufeln infolge der Gegengewichte automatisch in Abhängigkeit von der Anströmstärke des Anströmmediums in Birer Neigung zur Anströmrichtung einstellen, und daß diese Einstellung sich sogleich ändert, wenn eine Änderung in der Anströmstärke auftritt Die Gegengewichte sorgen beim Drehen des Rotors dafür, daß stets eine günstige Anstellung der Schaufeln zur Anströmrichtung vorliegt, wobei die Zentrifugalkraft die auf jedes Gegengewicht ausgeübt wird, im Gleichgewicht steht mit der aerodynamischen Kraft die das Anströmmedium auf die Schaufeln ausübt Sobald deren Kraft sich plötzlich ändert, paßt sich die Vorrichtung dieser Variation ohne großen Widerstand an, wobei der Rotor z. B. seine Geschwindigkeit so weit erhöhen kann, bis maximale Drehgeschwindigkeit erreicht wird. Wird die Anströmgeschwindigkeit des Antnebsmediums jedoch zu groß, dann wird das Gleichgewicht zwischen der aerodynamisch auf die Schaufeln ausgeübtr-n Kraft und den Gegengewichten gestört, so daß es letztlich zu einer Ausrichtung der Schaufeln ganz in Anströmrichtung des Windes und dadurch zu einem Stillstand des Rotors kommt. Hierbei ist ein Minimum an Angriffsflächen für das Anströmrnedium gegeben, so daß die Gefahr eine Beschädigung wegen zu großer Anströmkraft minimiert ist

Yorteilhafterweisc läßt sich die erfindungsgemäße Drehvorrichtung mit Kraftübertragungseinrichtungen zum Antrieb weiterer Vorrichtungen, wie z.B. einer Motorpumpe o. ä. versehen. Gleichermaßen vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Drehvorrichtung aber auch als Antriebsquelle i'ür ein oder mehrere Antriebsräder eines Landfahrzeuges verwendet werden, wobei sie etwa oben auf einem Sünder oder Mast auf diesem Landfahrzeug drehbar angeordnet ist und über geeignete Kraftübertragungseinrichtungen die Drehbewegung des Rotors an die Antriebsräder weitergibt Ein weiterer vorzugsweises Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung ist auch deren Verwendung als Antriebsquelle für einen Schiffspropeller, indem man sie etwa drehbar auf einem Mast des zugehörigen Schiffes anordnet und über geeignete Kraftübertragungseinrichtungen die Drehbewegung des Rotors auf den Schiffspropeller überträgt Der Anwendungsbereich für die erfindungsgemäße Drehvorrichtung beschränkt sich allerdings nicht auf die aufgezählten Beispiele, sondern sie ist in einem viel weiteren Bereich mit Vorteil einsetzbar, so etwa zum Antrieb auch von Elektrogeneratoren, Kühlaggregaten von Transportfahrzeugen o. ä. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird jede Schaufel über einen Drehwinkel von 360° hinweg einer aerodynamischen Auftriebs- bzw. Druckkraft ausgesetzt wobei man die Summe dieser Auftriebsbzw. Druckkräfte aller Schaufeln als Drehmoment auf den Rotor wirken läßt Als Antrie' .»medium für die errmdüügsgernäße Vorrichtung kann iVchi nur Lufi dienen, sondern auch andere geeignete strömende Gase oder selbst geeignete Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser oder ähnliches.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Schaufeln mit ihrem symmetrischen Profil während einer Rotorumdrehung von 360° sowohl auf der einen, wie auch auf der anderen Profil-Halbhälfte wechselseitig symmetrisch belastet Dabei wechselt die aerodynamische Belastung während einer Umdrehung des Rotors zweimal von einer Schaufelhalbseite auf die andere Schaufelhalbseite (bezogen auf die Profiimittellinie) und zurück: hierbei wird die Schaufeloberseite bzw. Saugseite dann zur Schaufelunterseite bzw. Druckseite und umgekehrt Da man inzwischen erkannt hat daß ein symmetrisches Schaufelprofil nicht immer den besten aerodynamischen Wirkungsgrad ergibt erweist es sich bei der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung von Vorteil, wenn jede Schaufel nur im Ruhezustand der Drehvorrichtung ein symmetrisches Profil aufweist das jedcch unter Einwirkung einer Fluidkraft zu einem klassischen Flügelprofil veränderbar ist wobei diese Veränderung identisch, aber symmetrisch zur Profilmittellinie der Schaufel erfolgt wenn die Fluidkraft hinsichtlich dieser Profilmittellinie wechselt d. h. wenn z. B. die aerodynamische Kraft im Laufe der Rotation von einer Schaufelhälfte auf die andere umwechselt Hierbei ist die Veränderung zu jedem geeigneten aerodynamischen Flügelprofil vorsehbar, das zur angestrebten Wirkungsgradverbesserung beitragen kann. Ein solches klassisches Schaufelprofil besteht z. B. darin, daß die Schaufplober- und -Unterseite eine Wölbung aufweist die an der Oberseite stärker als an der Unterseite ausgeprägt ist Das »Umwechseln« der aerodynamischen Druckkraft auf jede Schaufel (d. h. von einer Schaufelhälfte auf die andere und zurück) im Verlauf einer Rotorumdrehung bewirkt dabei eine entsprechende Veränderung des Schaufelprofils derart daß sich stets ein Profil einstellt, das einen optimalen Schaufelauftrieb (Schaufelantrieb) gewährleistet. Das im Ruhezustand der Vorrichtung symmetrische Schau* felprofil Verändert sich folglich hinsichtlich der Profilmittellinie unter Einwirkung der aerodynamischen Kraft und es verformt sich dann, wenn der Angnffspunkt der aerodynamischen Kraft von einer Profilhälfte auf die andere überwechselt, hinsichtlich der Profilmittellinie in identischer Form wie vorher, iedoch nur seitenverkehrt

Eine besonders vorteilhafte Gestaltung der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung besteht darin, daß jede Schaufel zwei Gegengewichte aufweist, deren eines außen an einem ersten, in einer senkrecht zur Profilmittellinie der Schaufel und durch deren Achse verlaufenden Ebene liegenden Arm und deren anderes außen an einem zweiten Arm angebracht ist, der in der Verlängerung der Profilmittellinie der Schaufel liegt, Wobei das Gegengewicht am zweiten Arm so gewählt ist, daß es die Schaufel hinsichtlich deren Achse voll ausgleicht

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besieht darin, daß jede Schaufel mit einem Gegengewicht versehen ist, das auf einem schräg zur Profilmittellinie der Schaufel verlaufenden Arm angeordnet ist, d. h. von der Profilmittellinie der Schaufel und der Mittellinie des Armes wird ein Winkel, vorzugsweise ein stumpfer Winkel, eingeschlossen.

Nach einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor nicht eine streng zylindrische Form auf, sondern zur Erzeugung einer leichten Konizität nach unten hin ist der Rotordurchmesser oben größer als unten ausgebildet, also der Abstand des Aufhänge- bzw. Drehpunkts von der Rotordrehachse unten an den Schaufeln kleiner als oben.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Rotor einstückig mit einer vertikal zwischen n>-p\ Lagern drehbar angeordneten Welle ausgebildet ist, wobei das untere Lager an der Unterlage befestigt und das obere Lager von einer Haltevorrichtung aufgenommen ist In bestimmten Anwendungsfällen kann es sich jedoch empfehlen, an Stelle der einstückigen Ausbildung auch eine anderweitige feste oder lösbare Verbindung des Rotors mit der Welle vorzusehen. Bei diesen Ausführungsformen ruht das untere Lager der Welle direkt auf der Unterlage, z. B. dem Boden, einem Fahrkörper o. L·, während das obere Lager unmittelbar unter den unten angeordneten Befestigungseinrichtungen für die Schaufeln von einer Haltevorrichtung aufgenommen und getragen wird. An der vertikalen Achse des Rotors sind dann vorzugsweise Einrichtungen angebracht, mittels derer die Rotorbewegung an irgendeine geeignete Anschlußvorrichtung übertragen werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drehvorrichtung besteht darin, daß die Schaufeln ein Rohr aufweisen, das ihre Vorderkante bildet und bei dem an diametral einander gegenüberliegenden Punkten jeweils die einen Enden zweier biegsamer und widerstandsfähiger Blätter flach befestigt sind, deren andere Enden zur Bildung des Schaufelendes miteinander befestigt sind. Von Vorteil ist es, wenn man für das Rohr dabei ein handelsübliches Metallrohr verwendet, und vorzugsweise bildet man die Blätter auch aus einem geeigneten Kunststoff, z.B. Polyester, oder aus einem metallischen Werkstoff, z. B. einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise einer aushärtbaren Aluminiumlegierung (wie sie z.B. unter dem Handelsnamen »Dural« erhältlich ist) oder auch aus Stahl aus. Besonders vorteilhaft lassen sich die Blätter am Rotor bzw. aneinander mittels eines Epoxidharzes befestigen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber im Prinzip noch näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Drehvorrichtung, bei der jedoch nur zwei einander gegenüberliegende Schaufeln dargestellt sind (eine in

seitlicher Ansicht, die andere in Vorderansicht),

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung aus F i g. 1 (verkleinerter Maßstab),

Fig.3 einen vergrößerten Dclailausschnitt aus Fig.2,

F i g. 4 eine alternative Äusführungsform der in F i g. 3 gezeigten Einrichtung (vergrößert),

Fig.5 die schematische Darstellung verschiedener Vektororientierungen einer Schaufel während ihres Bewegungsvorganges,

F i g. 6 die schematische Darstellung eines Anwendungsfalies einer Drehvorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 7 die schematische Darstellung der Anwendung einer erfindungsgemäßen Drehvorrichtung nach F i g 1 auf einem Trimaran,

F i g. 8 eine schematische Darstellung eines Landfahrzeuges (Segelwagen), das mit einer erfindungsgemäßen Drehvorrichtung nach F i g. 1 vergehen ist,

F i g. ν einen Pronischnitt durch eine andere Art des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Schaufel, der eine optimale Ausnutzung der aerodynamischen Kräfte ermöglicht

Die in den Figuren dargestellte Drehvorrichtung soll durch einen bewegten Luftstrom betätigt werden. Allerdings wäre es anstelle des Luftstromes ohne weiteres auch möglich, solche Vorrichtungen mit andpren strömenden Fluids bzw. Medien zu betreiben, wie etwa vVasser, öle, Gase oder ähnlichem.

Die in den F i g. 1 bis 3 gezeigte Drehvorrichtung weist eine vertikale Welle 1 auf, die drehbar zwischen zwei Lagern 2 und 3 angeordnet ist. Dabei ist Lager 2 auf der Unterlage, etwa dem Erdboden, einem Schiffsrumpf, einem Fahrzeugaufbau o. ä. direkt befestigt, während Lager 3 von einer Haltevorrichtung 4 aufgenommen ist Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird diese Haltevorrichtung von mehreren Streben 4 gebildet, die oben geeigneterweise das Lager 3 abstützen. An Stelle dieser Streben ist jedoch gleichermaßen jede andere Halte- bzw. Einspannvorrichtung für Lager 3 einsetzbar, wobei sich deren geeignete Auswahl jeweils nach dem gewünschten Einsatzzweck richten wird.

Auf der Welle 1 sind zwei Trageglieder 5 und 6 befestigt, deren jedes sechs Arme aufweist, die sternförmig, jeweils um 60° zueinander versetzt angeordnet sind. Die Länge der Arme des oberen Tragegliedes 6 ist geringfügig größer als die des unteren Tragegliedes 5. Zwischen jedem Arm des Tragegliedes 6 und dem entsprechenden Arm des Tragegliedes 5 ist so eine Schaufel 7 angeordnet; die ganze Vorrichtung weist insgesamt sechs solcher Schaufeln 7 auf, wie dies aus F i g. 2 ersichtlich ist

Jede Schaufel 7 (Fig.3) ist als symmetrisches

aerodynamisches Profil ausgebildet und drehbar auf den beiden Tragegliedern 5 und 6 über die Achse 8—9 befestigt Diese Achse erstreckt sich längs einer geraden Linie 10 parallel zur Vorderkante II der jeweiligen Schaufeln 7. Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, ist die Schaufel 7 einstückig mit einem Arm 12 ausgebildet, der schräg zur Mittellinie der Schaufel 7 angeordnet ist und mit dieser einen stumpfen Winkel B einschließt An seinem Ende trägt der Ann 12 ein Gewicht 13. In F i g. 2 ist der solchermaßen aufgebaute Rotor in blockierter Stellung, in der er sich nicht drehen kann, gezeigt; alle Schaufeln 7 sind dabei in Strömungsrichtung des Windes gestellt

Die Länge des Armes 12 und die Größe des Winkels B sind derart gewählt, daß der Schwerpunkt der gesamten

Schaufel-Gegengewichtseinheit in einer Ebene liegt, die zum einen durch die Rotationsachse 10 der Schaufel 7 und zum anderen rechtwinklig zu der Profilmittellinie der Schaufel 7 verläuft

Eine andere Schaufel-Gegengewichtsanordnung ist in Fig,4 dargestellt: Hierbei ist der schräg angeordnete Arm 1?- und das Gewicht 13 durch zwei senkrecht zueinander stehenc Arme 12a und 12b und zwei Gewichte 13a und 136 ersetzt, wobei die Anordnung des Armes 12 mit dem Gewicht 13 die Resultierende der Einheit 12a-13a und i2b-i3b darstellt In dem In Fig.4 gezeigten Fall bestimmt sich die Größe des Gewichtes 13a und die Länge des Armes 12a daraus, daß ein völliger Ausgleich des Gewichtes der Schaufel 7 bezüglich der Achse 10, somit ein völliger Gleichgewichtszustand zwischen Schaufel 7 einerseits und Arm 12a mit Gewicht 13a andererseits herbeigeführt wird.

Infolge der leichten Neigung der Achsen 10 weisen die Gewichte eine Tendenz auf, sich auf die Außenseite des von den Schaufeln 7 gebildeten Zylinders zu bewegen, gar/, so, wie wenn der Motor sich bereits zu bewegen beginnt und der Effekt der Zentrifugalkraft wirksam würde. Hierdurch stellen sich die Schaufeln bereits im Ruhezustand gegen den Wind an, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die Vorrichtung selbsttätig anlaufen kann. Sobald sich der Rotor dreht, stellt sich bei den Schaufeln 7 eine bestimmte Neigung gegen den relativen Luftstrom ein, der vom Wind ausgelöst ist, und die Schaufeln 7 werden somit einer aerodynamischen »Auf'nebskraft« unterzogen, die versucht, sie zu drehen, bis schließlich die Radialkraft, die Zentrifugalkraft infolge der Lage des Schwerpunktes und die Auftriebskraft miteinander im Gleichgewicht stehen. Das Drehmoment, das von der Masse jedes Flügels 7 ausgeübt wird, ist Null, da diese Kraft rein radial wirkt. Im Gegensatz hierzu ist die Auftriebskraft jedes Flügels 7 nicht rein radial wirksam, und die Summe der Auftriebskräfte aller Flügel bewirkt ein Drehmoment auf den Rotor. Wenn die Drehgeschwindigkeit ansteigt, wird hierdurch auch ein Ansteigen der relativen Luftgeschwindigkeit und damit der Auftriebskraft all der Schaufeln 7 bewirkt, die gegen die Windrichtung anlaufen, und eine Verminderung der relativen Windgeschwindigkeit und damit der Antriebskraft bei all den Schaufeln 7, die in Windrichtung sich bewegen. Hieraus resultiert eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit, was so lange weitergeht, bis sich wieder ein Gleichgewicht mit der Erhöhung des Schaufelwiderstandes einstellt Durch die leichte Konizität des Rotors ist also der Vorteil eines selbsttätigen Ingangsetzens der Drehvorrichtung bei Vorhandensein eines Luftstromes gegeben.

In F i g. 5 sind schematisch die Größen der Windvektoren eingezeichnet, die bei verschiedenen Stellungen einer Schaufel 7 auftreten (jeweils in Winkeliibständen von 30° eingezeichnet). In F i g. 5 ist die Windgeschwindigkeit V mit 1 in/sec und die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufel mit 2 m/sec angenommen. Bei einer Stellung der Schaufeln 7 in der Position a ergibt sich der relative Windvektor infolge der Schaufelstellung als der eingezeichnete, tangential zum Kreis verlaufende Vektor ai, während der Vektor des Anströmwindes sich als Vektor V ergibt Die Resultierende aus den beiden Vektoren a\ und V bildet der Vektor a-i, der als augenblicklich wirksamer Windvektor auf die Schaufel 7 angesehen werden kann. Dasselbe gilt für die Position b, in welcher der augenblicklich wirksame Windvektor mit 62 bezeichnet ist, für die Position c, in der er als es bezeichnet ist usw. Aus Fig.5 ist ersichtlich, daß der augenblicklich wirksame Windvektof am größten in der Position {/und am kleinsten in der Positiony ist.

Die Rotationsachse 10 der Schaufel 7 ist möglichst nahe an der Vorderkante 11 der Schaufel 7 angeordnet, und der Mittelpunkt der Auftriebskraft liegt deutlich im ersten vorderen Drittel der Schaufel. Hieraus ergibt sich, daß die Schaufel 7 wie eine Wetterfahne befestigt ist und sich auch so verhält und demnach versucht, sich in Richtung der relativen Windströmung einzustellen. Andererseits wirkt die Zentrifugalkraft auf den Schwerpunkt des Bauteils Schaufel-Gegengewicht und versucht, die Schaufel in eine Richtung tangential zum Umlaufkreis einzustellen Infolgedessen wird die Schaufel 7 um so leichter eine Zwischenposition einnehmen, als diese Kräfte mit den Winkeln variieren (sei es mit dem Anströmwinkel, sei es auch mit der Lage der Tangente an den Kreis).

In F ι g. G ist eine der vorher geschilderten Drshvcrrichtungen dargestellt, bei der in der Nähe des unteren Endes der Welle 1 ein Zahnkranz 14 angebracht ist, der Ober ein geeignetes Winkelvorgelege eine Welle 15 und über diese einen Motor 16 antreibt

In den F i g. 7 und 8 ist ein Rotor dargestellt, der oben auf einem Balken oder Mast 20 in einem Lager 21 drehbar gelagert ist und der mit Hilfe eines Vorgeleges 22 eine Schiffsschraube 23 (F i g. 7) oder zwei Halbachsen 24 für den Antrieb von Rädern 25 antreibt Wenn bei dem Ausführungsbeispiel, das in F i g. 7 gezeigt ist, das Schiff mittels seiner Schraube 23 gegen den Wind fährt, so ergibt sich die relative Windgeschwindigkeit gegenüber der Drehvorrichtung aus der wirklichen Windgeschwindigkeit, vermehrt um die Geschwindigkeit des Schiffs. Hierdurch vergrößert sich wiederum die Auftriebs- bzw. Windkraft an den Schaufeln und damit die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors. Hierbei erzeugt die Rotation des Rotors in dem bewegten Luftstrom das Auftreten des sog. »Magnus«-Effekts, der sich senkrecht zur Anströmrichtung des Fluids auswirkt -Wenn das Schiff jedoch schräg zum Wind fährt verstärkt sich dieser Magnus-Effekt oder er schwächt sich ab, je nachdem, wie die Umlaufrichtung des Rotors ist Um diesen Effekt auszunutzen, kann man die Drehrichtung des Rotors ändern, indem man ihn anhält und indem man die Orientierung der Schaufeln umdreht Man kann aber auch, wenn der Wind günstig ist, den Propeller ganz abstellen und nur den Magnus-Effekt zum Vortrieb verwenden. Dieselben Prinzipien gelten für das Straßenfahrzeug, das in F i g. 8 dargestellt ist

In den dargestellten Beispielen hat der Rotor einen unteren Durchmesser, der kleiner als sein oberer Durchmesser ist um eine leichte Konizität des Rotors zu erzeugen. Dies dient einer Berücksichtigung der Tatsache, daß in den niedrigen Schichten der Atmosphäre die Windgeschwindigkeit mit zunehmender Höhe anwächst, was andererseits ein Selbstanlassen einer Turbine ermöglicht Es ist also vorzuziehen, daß bei der Messung des möglichen Anstellwinkels der Schaufel 7 zur relativen Windrichtung dieser Winkel über die ganze Höhe der Schaufel gleichbleiben sollte. Hieraus folgt, daß hinsichtlich jeden Punkts der Schaufel 7 der Abstand der Achse der Schaufel 7 in Höhe dieses Punktes von der Rotorachse möglichst genau immer proportional zur Windgeschwindigkeit im betrachteten Punkt gewählt ist Zur Auslegung der Schaufel genügt es in der Praxis, wenn man über die Höhe einer Schaufellänge Windmeßgeräte (Anemometer) in der Höhe so verschiebt, daß jeweils die folgende Formel

erfüllt ist:

In dieser Fornvil bezeichnet V die relative Windgeschwindigkeit und R den Radialabstand eines Anemometers und ν b/w. r die relative Windgeschwindigkeit bzw. den Radialabstand eines anderen Anemometers. Auf diese Art und Weise kann eine gewünschte lineare Abhängigkeit des örtlichen Radialabstandes der Drehachse 10 einer Schaufel 7 von der Rotationsachse des Rotors bezüglich der Windanströmung gefunden werden.

Beispielsweise wählt man für die Ausführung eines Windrads mit einer Armlänge von 200 cm für die obere Tragevorrichtung 6 die Armlänge der unteren Tragvorrichtung 5 mit 180 cm bei einer Schaufellänge von

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1,26° erreicht Wie schon weiter oben ausgeführt, bewirkt die nach außen gerichtete Neigung der Schaufel 7, daß die Gegengewichte im Ruhezustand einer radial nach außen zu dem von den Achsen 10 definierten Kegel gerichteten Lage einnehmen. Es ist allerdings auch möglich, ein Windrad zu erstellen, bei dem die Achsen 10 streng vertikal und parallel zueinander verlaufen. Beim Lauf des Rotors beschreiben sie dann einen Zylinder. In diesem Fall erweist es sich zur Einleitung der Drehbewegung allerdings als notwendig, den Rotor durch eine geeignete Vorrichtung anzuwerfen, da hier die Gegengewichte wegen der fehlenden Neigung der Schaufeln nicht bereits im Ruhezustand die Schaufeln gegen den Wind anstellen. Bei der in Fig.9 dargestellten vorzugsweisen Ausführungsform ist eine Schaufel gezeigt, die eine optimale Ausnützung der aerodynamischen Kräfte erlaubt In Fig.9 besteht die Schaufel aus einem Rohr 31, das die Vorderkante der Schaufel bildet, und aus zwei Schaufelblättern 32 und 33, die das Profil der Schaufel vervollständigen. Die Verbindung dieser Schaufelblätter 32 und 33 an ihren anderen, freien Enden bildet die Rückseite der Schaufel. Beim Rohr 31 handelt t/s sich um ein metallisches

Standardrohr, wie es im Handel erhältlich ist, das genau die Länge aufweht, die für die Schaufel gewählt wurde. Zwei Abplättungen 34 und 35 sind praktisch über die ganze Länge des Rohrs ausgeführt längs einer genügend großen Breite, um die erforderliche flache Befestigungsstelle für die Schaufelblätter 32 und 33 abzugeben. Die Schaufelblätter 32 und 33 sind rechteckig ausgeführt und aus einem widerstandsfähigen und biegsamen, leichten und deformierbaren Material hergestellt. Sie sind vorzugsweise in Polyester ausgeführt, können gleichermaßen aber auch aus einem entsprechend dünnen Metall bestehen, wie dieses etwa unter dem Namen »Dural« verkauft wird, oder auch aus Stahl, jedes Schaufelblatt ist mit seinem vorderen Ende eben am Rohr 31 angeklebt: Das Schaufelblatt 32 auf der Abflachung 34, und das Schaufelblatt 33 auf der Abflachung 35, wobei vorteilhafterweise ein Epoxidharz für die Anklebung verwendet ist Es kann hierfür jedoch auch, fails gewünscht ein anderes Klebemittel verwendet werden, in bestimmten Fällen dürfte auch eine andere lösbare oder unlösbare Verbindung, z. B. durch Anschweißen, Löten oder über Schrauben, Nieten o. ä. vorteilhaft sein. Die anderen (freien) Enden der Schaufelblätter sind zusammengeklebt, vorzugsweise wiederum mittels Epoxidharz, wodurch die Rückseite 36 der Schaufel entsteht. Auch für die Befestigung der beiden Rückseiten der Blätter gelten die obengenannten Alternativen der Befestigungsmittel. Beispielsweise kann eine solche Schaufel mit folgenden Dimensionen ausgeführt sein: Das Standardrohr hat eine Länge von 6 m und einen Durchmesser von 52 mm sowie zwei Abplattungen über 15 mm Breite, und die zwei Schaufelblätter bestehen aus Polyester und haben die Maße 6 m χ 40 cm χ 2,5 mm.

Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf die im vorstehenden geschilderten erfindungsgemäßen Drehvorrichtungen beschränkt Sie umfaßt vielmehr auch im speziellen die aufgezeigten Gestaltungen der einzelnen Flügel, insbesondere deren Anordnung in Verbindung mit einem oder mehreren Gegengewichten oder die erwähnte selbsttätige Profilveränderung gegenüber der Ruhelage bei Anströmung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehvorrichtung, die durch ein in Bewegung befindliches Fluid, wie z. B. Wasser oder Luft, angetrieben wird, mit einem Rotor mit vertikaler Achse, der eine im wesentlichen zylindrische Form und eine Vielzahl von identisch geformten Schaufeln mit symmetrischem, aerodynamischem Profil, aufweist, die längs des Rotorumfanges verteilt angeordnet sind, wobei jede Schaufel auf einer im wesentlichen vertikalen, zur Vorderkante der Schaufel parallelen Achse drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (7) ohne Anschlag frei drehbar und mit mindestens einem Gegengewicht (13) versehen ist, das so angeordnet ist, daß der Schwerpunkt der ganzen Schaufel-Gegengewicht-Baueinheit in einer Ebene durch die Achse (8—9) der Schaufel (7) und senkrecht zur Schaufel-Profilmittellinie, nicht jedoch auf der Achse(8—9) der Schaufel (7) selbst liegt

2. Drehvorrichiung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (7) zwei Gegengewichte (13a, 13b) aufweist, deren eines (13tyaußen an einem ersten, in einer senkrecht zur Profilmittellinie der Schaufel (7) und durch deren Achse (8—9) verlaufenden Ebene liegenden Arm (i2b) und deren anderes (13aj außen an einem zweiten Arm (i2a) angebracht ist, der in der Verlängerung der Profilmittellinie der Schaufel (7) liegt, wobei das Gegengewicht (\3a) am zweiten Arm (12a,} so gewählt ist, aci es die Schaufel (7) hinsichtlich deren Achse (8—9) voll ausgleicht

3. Drehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je^·? Schaufel (7) mit einem Gegengewicht (13) versehen ist, das auf einem schräg zur Profilmittellinie der Schaufel (7) verlaufenden Arm (12) angeordnet ist

4. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß zur Erzeugung einer leichten Konizität nach unten hin der Durchmesser des Rotors oben größer als unten ist

5. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche ! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einstückig mit einer vertikalen, zwischen zwei Lagern (2, 3) drehbar angeordneten Welle (1) ausgebildet ist, wobei das untere Lager (2) auf der Unterlage befestigt und das obere Lager (3) von einer Haltevorrichtung (4) aufgenommen ist.

6. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Schaufeln (7) ein Rohr (31) aufweisen, das ihre Vorderkante bildet und bei dem an diametral einander gegenüberliegenden Punkten jeweils die einen Enden zweier biegsamer und widerstandsfähiger Blätter (32, 33) flach befestigt sind, deren andere Enden zur Bildung des Schaufelendes miteinander befestigt sind.

7. Drehvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Rohr (31) ein handelsübliches Metallrohr ist.

8. Drehvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (32,33) aus Polyester bestehen.

9. Drehvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (32,33) aus einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl bestehen.

10. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blätter (32,

33) mit einem Epoxidharz am Rohr (31) bzw. aneinander befestigt sind.

11. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüdie 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (7) im Ruhezustand der Drehvorrichtung ein symmetrisches Profil aufweist, das jedoch unter Einwirkung einer Fluidkraft zu einem klassischen FlügelproFiI veränderbar ist, wobei diese Veränderung identisch, aber symmetrisch zur Profilmittellinie der Schaufel (7) erfolgt, wenn die Fluidkraft hinsichtlich dieser Profilmittellinie wechselt

12. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Kraftübertragungseinrichtung(en) zum Antrieb einer Motorpumpe o. ä. versehen ist

13. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Antriebsquelle für eines oder mehrere Antriebsräder eines Landfahrzeuges.

14. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Antriebsquelle zum Antrieb eines Schiffspropeller».