DE3913262A1 - Luftschrauben aus profilierten-geometrischen-segment - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftschraube mit mehreren, von einer Antriebsachse oder Nabe in gleichmäßiger Verteilung über den Umfang radial abstehenden und zur Radebene schräggestellten Flügeln.

Luftschrauben und Windräder mit den vorstehend genannten Merkmalen sind bekannt. Die Flügel für Luftschrauben und auch für moderne Windräder weisen häufig eine gewölbte und/oder über ihre Länge geschränkte Aufschlagseite auf, und sie können aus Gründen einer günstigen Luftführung oder bei Luftschrauben zur Verstärkung einer Vortriebs­ kraft einen profilierten Querschnitt aufweisen, ähnlich dem Querschnitt von Flugzeugflügeln. Die Herstellung von Windrädern und Luftschrauben mit den genannten profilier­ ten Flügeln ist aufwendig und verteuert dementsprechend die mit solchen Windrädern ausgerüsteten Windkrafteinrichtun­ gen. Der Preis dieser Einrichtungen ist jedoch ein wesent­ licher Hemmschuh für die wünschenswerte Zunahme von Wind­ krafteinrichtungen zur Ausnutzung der billigen Energie­ kraft Wind.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Luft­ schraube der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie trotz Verzicht auf herstellungstechnisch teuere Pro­ filteile preiswert herstellbar ist und trotzdem einen hohen Wirkungsgrad auch im Vergleich mit modernen wind­ kanalgetesteten Windflügelprofilen ergibt.

Die gestellte Aufgabe wird mit einer Luftschraube der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flügel die Form von ebenen Kreis- oder Kreisringsekto­ ren mit einem Mittelpunktswinkel von 29° haben und die Schrägstellung zur Radebene 45° beträgt. Die Anzahl und Flächengröße der verwendeten Flügel kann je nach Größe der vorgesehenen Belastung der Luftschraube gewählt werden. Zur Erzielung einer Maximalwirkung sollten mindestens 8 Flügel vorgesehen werden, die bereits einen überraschend hohen Wirkungsgrad ergeben. Bei geringerer Leistungsforde­ rung können entsprechend weniger Flügel verwendet werden.

Die Flügel der erfindungsgemäß ausgebildeten Luftschraube haben eine geometrisch einfache Form und sind auch in ein­ fachen Werkstätten von Entwicklungsländern aus ausreichend stabilen plattenförmigen Werkstoffen herstellbar. Der Mit­ telpunktswinkel von 29° hat sich in zahlreichen Ver­ gleichsversuchen bei einer Schrägstellung der Kreisring­ sektoren um 45° als der günstigste Mittelpunktswinkel herausgestellt, bei welchem sich eine optimale Windan­ griffsfläche für die einzelnen Flügel bei einer Flügelzahl zwischen 8 und 17 ergeben hat.

Die Flügel lassen sich mit für jeden gewünschten Luft­ schraubendurchmesser vorgegebenen einfachen Schablonen herstellen, wobei durch den Einsatz solcher Schablonen sichergestellt werden kann, daß alle Flügel auch die glei­ che Fläche aufweisen. Auch die Radnabe läßt sich für die Schrägstellung der Flügel unter 45° unter Einsatz einfa­ cher geometrischer Mittel und Werkzeuge mit unter 45° zur Achse verlaufenden Montageschlitzen versehen. Erfindungs­ gemäß ausgebildete Luftschrauben lassen sich auch günstig als Auswechselräder sowie für eine nachträgliche Bestückung bereits vorhandener Windkrafteinrichtungen ausbilden.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Luftschraube anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht in Axialrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels der Luftschraube;

Fig. 2 eine Ansicht der Luftschraube in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzeldarstellung eines in der Luftschraube verwendeten ebenen Flügels;

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Luftschraube;

Fig. 5 eine Ansicht der in Fig. 4 gezeigten Luftschraube in Richtung des Pfeiles V in Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Luftschraube 30 mit einer auf einer Welle 31 angeordneten Nabe 32, die in gleichmäßiger Umfangsverteilung mit siebzehn gleichen Flügeln 1-17 be­ setzt ist, die alle die gleiche Form haben und unter einem Winkel von 45° zur Achse 31 und damit auch zu der in Fig. 2 mit einer strichpunktierten Linie bezeichneten Schrau­ benebene 34 schräggestellt sind.

In Fig. 3 ist ein einzelner Flügel dargestellt und mit der Bezugsziffer 33 bezeichnet. Der Flügel hat die Form eines Kreissektors mit einem Mittelpunktswinkel alpha von 29° und einem Radius R. Die Luftschraubennabe 32 ist nur ange­ deutet. Die wirksame Windbeaufschlagungsfläche des Flügels 33 läßt sich leicht aus der wirksamen Kreissektorfläche, projiziert in die Windradebene 34, errechnen.

In den Fig. 4 und 5 ist als zweites Ausführungsbeispiel ein Windrad 40 dargestellt, das im Gegensatz zum Aus­ führungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 nur mit acht Flü­ eln 1-8 besetzt ist, die wieder die gleiche Form wie der Flügel 33 in Fig. 3 aufweisen und unter einem Winkel 45° zu einer Windradachse 41 und damit auch unter einem Winkel von 45° zu der Windradebene 42 schräggestellt sind.

Die günstigste Kreissektorgröße der Flügel 33 in ihrem Mittelpunktswinkel von alpha = 29° ist experimentell ermit­ telt worden, wobei die Luftschrauben- oder Windradwelle 31 oder 41 mit einem konstanten Gewicht belastet wurde, das über eine aus Fig. 1 ersichtliche Schnur 35 angehängt wurde. Dabei hat sich ergeben, daß ein günstiges Anfahr­ moment der Luftschraube bei einer Flügelzahl zwischen 8 und 17 Flügeln erreicht wurde, die Flügelzahl in diesem Bereich also allein unter dem Gesichtspunkt der vorgesehe­ nen Windradbelastung ausgewählt werden kann.

Claims (2)

1. Luftschraube mit mehreren, von einer Achse oder Nabe in gleichmäßiger Verteilung über den Umfang radial abste­ henden und zur Radialebene schräggestellten Flügeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (33) die Form von ebenen Kreis- oder Kreisringsektoren mit einem Mittelpunktswinkel (alpha) von 29° haben und die Schrägstellung zur Radebene (34) 45° beträgt.

2. Luftschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Flügel (33) zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades mindestens 8 beträgt.