DE4120908C2 - Strömungsrezeptor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungsrezeptor gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Derartige Strömungsrezeptoren werden freistehend, frei oder auf einer Achse umlaufend verankert, funktionsge­ koppelt oder als Rotor mit mehreren Strömungsrezeptoren für Windmotoren, Wasserräder, Turbinen, Verwirbelungs­ anlagen, Segel- und Fluggeräte verwendet.

Es ist bekannt, daß Strömungsrezeptoren bei Windkraft­ rotoren Flügel oder Blätter haben, die wie Tragflächen geformt sind und deren Wirkungsweise aufweisen (Quelle: Zeitschrift "Stromthemen", Herausgeber IZE EV. Postfach 700561, Frankfurt 70, 8. Jahrgang, Nr. 2, Seite 1 oben und Seite 2).

Bei den bekannten Strömungsrezeptoren ist es von Nach­ teil, daß die Windkraft, die aus hinteren Bereichen auftrifft, nicht optimal ausgenutzt wird. Bei Segel­ fahrzeugen wird daher der Wind von hinten über das Großsegel nach vorne in ein Ballonsegel geleitet. Es ist aber ein Wechsel der Segelstellung nötig, sobald sich die Windrichtung ändert.

Die Wirkung einer Strömung auf einen gehöhlten Körper ist allgemein bekannt, z. B. bei der Peltonturbine oder einem Windmeßrad mit Becherrezeptoren. Auch hierbei wird nur ein Teil der Strömungskräfte optimal ausge­ nutzt.

Strömungsrezeptoren sind ferner aus der DE-OS 35 05 489, FR-PS 25 67 588 oder CH-PS 636 169 bekannt. Diese bekannten Konstruktionen weisen jedoch einen zu hohen Luftwiderstand aufgrund ihrer ungünstigen geometrischen Form auf.

Aus der CH-PS 636 169 ist ein Rotor mit Strömungsrezep­ toren mit dünnen blattförmigen Flügeln bekannt, die jedoch nur einen geringen Vortrieb erzeugen. Der Rotor ist jedoch vorwiegend als Vortriebsläufer konzipiert. Ein Teil der wirksamen Triebkraft bleibt hierbei auf­ grund einer geschlossenen Bauweise ungenutzt. Als Auf­ triebsläufer hat dieser Rotor durch seine nach innen abgewinkelten Hauptblätter nur eine geringe Bedeutung, da dafür die aerodynamische Ausrichtung fehlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strö­ mungsrezeptor gemäß der im Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 angegebenen Art anzugeben, der unter Ver­ meidung der genannten Nachteile einen hohen Wirkungs­ grad gewährleistet und einfach hergestellt werden kann. Insbesondere soll der Strömungsrezeptor robust ausge­ führt sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffs­ merkmalen gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Anordnung von zwei verschiedenen Rezeptorblättern, dem Vorflügel auf der einen Seite und dem Hauptflügel auf der anderen Seite, die Strömung in einem Bereich von mindestens 270° um die Strömungsrezeptorachse optimal von den Rezeptorblättern ausgenutzt werden kann. Der Vorflügel ist dabei im Schnitt U-förmig gekrümmt und der Hauptflügel eher flach. Die Strömung wird je nach Stellung des Rezeptors von einem Flügel zum anderen Flügel weitergeleitet, wo sie dann voll und verstärkt zur Wirkung kommt. Auch stehen die beiden Rezeptor­ blätter in einem vorbestimmten Abstand zueinander, wodurch das überleiten der Strömung dynamisch optimiert wird.

Der Wirkungsgrad wird durch die in ihrer Wirkung teil­ weise einer Tragfläche ähnelnden Rezeptorteile, wie der Vorflügel und der Hauptflügel, in der Form eines eher blattförmigen Hauptflügels und eines mehr runden, im Schnitt U-förmig gekrümmten Vorflügels, erhöht, der in einem vorbestimmten Abstand zum Hauptflügel angeordnet ist. Kommt die Strömung von mehr hinten als seitlich vom Strömungsrezeptor, zirkuliert diese in dem Vorflü­ gel, erzeugt dort einen Staudruck, der zu einem Vor­ trieb führt. Der Hauptflügel leitet die Strömung in den Vorflügel. Demgegenüber, wenn die Strömung mehr von den Seiten als von vorne, mindestens jedoch 45°, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Strömungsrezeptors, kommt, führt dies zu einer typisch dynamischen Funk­ tion, ähnlich wie bei einer Tragfläche.

Mit dem erfindungsgemäßen Strömungsrezeptor werden so­ mit in jeder Stellung zum Wind optimale Vortriebskräfte erzeugt.

Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten, der technisch einfach zu realsierenden Baukonstruktion sowie der großen Auswahl an möglichen Baumaterialien, die zur Anwendung kommen können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Strö­ mungsrezeptor Teil eines Rotors zum Drehen auf einer Kreisbahn um einen festen Drehpunkt. Hierbei stimmt die Krümmung des Hauptflügels mit der Kreisbahn um den festen Drehpunkt überein. Der erhöhte Wirkungsgrad der Strömungsrezeptoren wird dadurch auf Rotoren über­ tragen.

Eine Stabilisierung des Strömungsrezeptors über den ge­ samten Querschnitt wird erreicht, indem der Vorflügel und der Hauptflügel über Spanten miteinander verbunden sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Hauptflügel aus einem flexiblen, im wesentlichen wind­ dichten Material.

Der Hauptflügel kann aus einem Segeltuch, einer Folie oder einem anderen flexiblen Material bestehen, wohin­ gegen der Vorflügel aus einem festen Material besteht, das seine Form unter Belastung kaum verändert. Diese Bauweise ist neben der Anwendung bei Windrotoren ins­ besondere auch für Segelfahrzeuge und Fluggeräte auf­ grund des geringen Gewichtes vorteilhaft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Strömungsrezeptoren parallel nebeneinander zur gemeinsamen Achse hingestapelt angebracht, um bei­ spielsweise eine stabilere Reaktion auf Turbulenzen in der Strömung zu erhalten.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Kurzbeschreibung mehrerer Ausführungsformen im Zusammenhang mit der Zeichnung.

Skizze 1 einen Strömungsrezeptor schematisch darge­ stellt in der Seitenansicht und im Profil;

Skizze 2 einen Strömungsrezeptor als Rotor für den Umlauf um eine Achse schematisch darge­ stellt in perspektivischer Ansicht sowie im Schnitt;

Skizze 3 eine schematische Darstellung eines ange­ strömten Strömungsrezeptors mit verschie­ denen Anströmrichtungen sowie den Anström­ winkel 270° im Umkreis um den Strömungs­ rezptor;

Skizze 4 einen Strömungsrezeptor als Teil eines Rotors für den Umlauf um eine feste Achse in einer schematischen Schnittdarstellung, die den Einfluß der verschiedenen Strö­ mungsrichtungen zeigt;

Skizze 5 einen Strömungsrezeptor als Teil eines Rotors für den Umlauf um eine feste Achse mit Spanten und Stringern als Einzelteile zerlegt dargestellt;

Skizze 6 einen Strömungsrezeptor als Teil eines Rotors für den Umlauf um eine feste Achse mit Spanten und Stringern im Verbund dargestellt;

Skizze 7 mehrere Strömungsrezeptoren nebeneinander als Teil eines Rotors zum Umlaufen um eine feste Achse, wobei die Strömungsrezeptoren parallel auf einem Träger oder Anker angeordnet sind;

Skizze 8 zwei Beispiele von Strömungsrezeptoren, nämlich als Segeltakelung sowie als Tragfläche eines Fluggerätes.

Claims (5)

1. Strömungsrezeptor mit einem im Schnitt U-förmig ge­ krümmt ausgebildeten Vorflügel (2) und einem blatt­ förmig ausgebildeten Hauptflügel (1), die so zuein­ ander angeordnet sind, daß jeweils die konvexe Seite des Vorflügels (2) nach vorne und die konkave Seite des Vorflügels (2) zum Hauptflügel (1) zeigt, ge­ kennzeichnet durcheine Krümmung des Hauptflügels (1), die der Krümmung einer Kreisbahn entspricht.

2. Strömungsrezeptor als Teil eines Rotors zum Drehen auf einer Kreisbahn um einen festen Drehpunkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Hauptflügels (1) mit der Krümmung der Kreisbahn um den festen Drehpunkt übereinstimmt.

3. Strömungsrezeptor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorflügel (2) und der Haupt­ flügel (1) über Spanten (5) miteinander verbunden sind.

4. Strömungsrezeptor nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptflügel (1) ein flexibles, im wesentlichen winddichtes Mate­ rial aufweist und der Vorflügel (2) aus einem sta­ bilen, nicht flexiblen Material besteht.

5. Vorrichtung mit mehreren Strömungsrezeptoren nach einem der vorangehenden Ansprüche, die auf einem gemeinsamen Träger (3) um eine gemeinsame Achse (4) umlaufen.