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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Rotor, der dazu dient, einen Fluidfluss zu induzieren und/oder
durch einen Fluidfluss beeinflusst zu werden, und wobei die Erfindung
für Pumpen
zur Induzierung eines Fluidflusses und Drehmomentgeneratoren relevant
ist, die auf einen Fluidfluss ansprechen, wie zum Beispiel Turbinen.
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Vorrichtungen, die durch einen Fluidfluss
bei der Erzeugung von Drehmoment beeinflusst werden oder die alternativ
einen Fluidfluss induzieren können,
verwenden im Allgemeinen einen Rotor, der drehbar in einem Gehäuse getragen
wird, um auf einen Fluidfluss anzusprechen oder einen solchen zu erzeugen.
Derartige Rotoren umfassen in den einfachsten Ausführungen
eine Anordnung radialer Flügel,
die an einer Grundplatte angebracht sind oder eine Anordnung von
Propeller- oder Turbinenflügeln, die
an einer Welle getragen werden. Eine weitere Ausführung eines
Rotors wird in dem U.S. Patent US-A-3.082.695 offenbart. Die größte Schwierigkeit bei
früheren
Anordnungen betrifft die Erzeugung von Wirbelungen in dem Fluidfluss,
wodurch die Effizienz reduziert wird, und wobei es unter extremen
Bedingungen im Falle von Flüssigkeiten
zu Hohlraumbildungen kommen kann, wodurch nicht nur die Betriebseffizienz
der Pumpe verringert wird, vielmehr können daraus Ineffizienzen und
destruktive Einflüsse auf
die Struktur des Rotors und des Trägergehäuses resultieren, was wiederum
zu signifikanter Abnutzung und Geräuschentwicklung führen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einen Rotor vorzusehen, der auf einen Fluidfluss
reagieren oder diesen induzieren kann, der das Ausmaß von Fremdwirbeln
verringert, die auf das Fluid während
dessen Verlauf um den Rotor mit resultierendem Energieverlust ausgeübt werden.
Damit dies erreicht werden kann, sollen die Oberflächen des
Rotors einen Fluidweg vorsehen, der allgemein mit der Kurve einer
logarithmischen Konfiguration übereinstimmt,
die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.
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Fluid, das sich unter Naturkräften bewegt, neigt
stets dazu, sich in Spiralen bzw. Wirbeln zu bewegen. Die Spiralen
oder Wirbel entsprechen allgemein einer mathematischen logarithmischen
Progression, die als Goldener Schnitt oder Fibonacci Progression
bekannt ist. Die Erfindung ermöglicht
es, dass sich Fluid über
die Oberflächen
des Rotors auf die natürlich
bevorzugte Art und Weise bewegt, wodurch die durch Turbulenzen bzw.
Wirbelungen und Reibung erzeugte Ineffizienzen verringert werden, die
normalerweise in Vorrichtungen auftreten, die in der Regel für Strömungs- und
Drehmomentgeneratoren verwendet werden, die auf einen Fluidfluss
ansprechen, und wodurch folglich die Abnutzungswahrscheinlichkeit
verringert wird.
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Demgemäß betrifft die vorliegende
Erfindung einen Rotor zur Verwendung mit einem Fluidflussgenerator
oder -reaktor, wobei sich der genannte Rotor um eine zentrale Achse
dreht, und wobei der Rotor eine Oberfläche aufweist, die einen gebogenen
Fluidweg für
den Fluidfluss um die zentrale Achse definiert, um die sich der
Rotor drehen kann, wobei die Oberfläche die Konfiguration einer
logarithmischen Kurve aufweist, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt
entspricht.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal
der Erfindung verläuft
die Krümmung
der Oberfläche
transversal zu der zentralen Achse.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung kann die Krümmung der Oberfläche in eine
zu der zentralen Achse parallelen Richtung verlaufen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung verläuft
die Krümmung
der Oberfläche
sowohl transversal zu der zentralen Achse als auch parallel zu der
Richtung der zentralen Achse, so dass eine dreidimensionale Oberfläche erzeugt
wird, die dem Goldenen Schnitt entspricht.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung weist der Fluidweg eine Spiralkonfiguration
auf. Im Besonderen ist die Spiralkonfiguration in Form einer Spirale
oder einer Schnecke gegeben.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung umfasst der Fluidweg eine Durchführung. Gemäß einem
weiteren bevorzugten Merkmal dieses Merkmals variiert die Querschnittsfläche der
Durchführung
logarithmisch im Wesentlichen konform zu dem Goldenen Schnitt.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung weist der Fluidweg die Konfiguration auf,
die im Wesentlichen der internen Konfiguration einer Muschel des
Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.
Gemäß bestimmten
Ausführungen
der Erfindung entspricht die Oberfläche allgemein der internen
Konfiguration einer Muschel, die aus den Familien Volutidae, Argonauta,
Nautilus, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung weist der Fluidweg die Konfiguration auf,
die im Wesentlichen der externen Konfiguration einer Muschel des
Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.
Gemäß bestimmten
Ausführungen
der Erfindung entspricht die Oberfläche allgemein der externen
Konfiguration einer Muschel, die aus den Familien Volutidae, Argonauta,
Nautilus, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung kann der Rotor einem Fluidfluss über die
genannte Oberfläche
ausgesetzt werden, um eine Rotation des Rotors um die zentrale Achse zu
induzieren. Gemäß einem
alternativ bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst der Rotor ein
Laufrad, das so angetrieben werden kann, dass es sich um dessen
zentrale Achse dreht, um einen Fluidfluss über die Oberfläche zu induzieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfasst einen Fluidflussreaktor, der einen Rotor aufweist, der drehbar
angebracht ist und einem Fluidfluss ausgesetzt werden kann, wobei
die Ausführung des
Rotors der vorstehenden Beschreibung entspricht. Das Fluid kann
eine Flüssigkeit
oder ein Gas umfassen, wobei es sich bei dem Gas um Luft handeln
kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfasst einen Fluidflussgenerator mit einem Rotor, wobei die Rotation
des genannten Rotors durch eine Antriebseinrichtung bewirkt wird,
so dass der genannte Fluidfluss erzeugt wird, und wobei die Ausführung des
Rotors der vorstehenden Beschreibung entspricht. Das Fluid kann
eine Flüssigkeit
oder ein Gas umfassen, und wobei es sich bei dem Gas um Luft handeln
kann.
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Gemäß einem bestimmen Ausführungsbeispiel
betrifft die vorliegende Erfindung eine Pumpe, die ein Gehäuse umfasst,
das eine Kammer definiert; wobei die genannte Kammer eine zentrale
Achse aufweist, wobei in der Wand der Kammer ein Auslass ausgebildet
ist, und wobei in der Wand eine Öffnung ausgebildet
ist, die konzentrisch zu der zentralen Achse ist; wobei ein Rotor
drehbar in der genannten Kammer zur Rotation um die genannte zentrale
Achse lagert; mit einer Antriebswelle, die konzentrisch zu der zentralen
Achse ist, die durch eine Antriebswelle angetrieben werden kann;
wobei der genannte Rotor eine Unterkammer mit einem Einlass aufweist,
der konzentrisch zu der zentralen Achse ist und tangential oder
umfänglich
verläuft;
wobei die durch die Innenseite der Unterkammer definierte Oberfläche im Wesentlichen
ein spiralförmiges
Profil zwischen dem Einlass und dem Auslass aufweist, und wobei
die Krümmung
der Oberfläche
die Merkmale einer logarithmischen Kurve aufweist, die im Wesentlichen
dem Goldenen Schnitt entspricht.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal
der Erfindung ist die Öffnung
des Rotors im Wesentlichen in die entgegengesetzte Richtung zu der
Rotationsrichtung gerichtet.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal
der Erfindung ist die Öffnung
des Rotors im Wesentlichen in die Rotationsrichtung gerichtet.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung umfasst die Pumpe eine Durchführung.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal des vorstehenden Merkmals nimmt der Querschnitt der Durchführung zwischen
dem Einlass und dem Auslass allgemein zu, wobei die Variation des Querschnitts
der Durchführung
logarithmisch im Wesentlichen mit dem Goldenen Schnitt übereinstimmt.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal
der Erfindung entspricht die Unterkammer des Rotors allgemein der
Konfiguration des Inneren einer Muschel des Stamms Mollusca, der
Klasse Gastropoda oder Cephalopoda. In bestimmten Beispielen des
Ausführungsbeispiels
entspricht die Oberfläche
allgemein der externen Konfiguration einer Muschel, die aus den
Familien Volutidae, Argonauta, Nautilus, Conidae oder Turbinidae
ausgewählt
wird.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Merkmal der Erfindung weist die Kammer eine allgemein sphärische oder
elliptische Konfiguration auf, wobei die Krümmung der Innenseite der Kammer
zwischen der Öffnung
und dem Auslass einer logarithmischen Krümmung entspricht, die im Wesentlichen
den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht.
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Die Erfindung wird in Bezug auf die
folgende Beschreibung der verschiedenen speziellen Ausführungsbeispiele
umfassender verständlich.
Die Beschreibung erfolgt in Bezug auf die beigefügte Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 die
Form des Goldenen Schnitts;
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2 eine
allgemein isometrische Ansicht der Pumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
invertierte Draufsicht des oberen Teilstücks des Pumpenkörpers des
ersten Ausführungsbeispiels,
wobei sich der Rotor an der Verwendungsposition befindet;
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4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 aus 3
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5 eine
schematische Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels;
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6 eine
schematische Schnittansicht einer Variation des zweiten Ausführungsbeispiels;
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7 eine
Endansicht des Rotors aus dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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8 eine
Seitenansicht des Rotors aus 7;
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9 eine
seitliche Schnittansicht des Rotors aus den Abbildungen der 7 und 8;
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10 eine
schematische Darstellung eines Rotors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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11 eine
Draufsicht eines Rotors gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel;
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12 eine
schematische Ansicht einer Pumpe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
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13 eine
Schnittansicht des fünften
Ausführungsbeispiels
aus der Abbildung aus 12;
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14 eine
Endansicht des Rotors aus dem fünften
Ausführungsbeispiel
aus den Abbildungen der 12 und 13;
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15 eine
schematische Ansicht eines Rotors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
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16 eine
schematische Ansicht eines Rotors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel; und
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17 eine
schematische Schnittansicht des siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Jedes der Ausführungsbeispiele betrifft einen
Rotor, der zur Erzeugung eines Fluidflusses verwendet werden kann,
wie dies bei einer Pumpe der Fall ist, oder der auf einen Fluidfluss
mit der Erzeugung eines Drehmoments ansprechen kann, wie dies bei
einer Turbine oder einem Motor der Fall ist.
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Wie dies bereits vorstehend im Text
erwähnt worden
ist, neigt unter dem Einfluss von Naturkräften bewegtes Fluid stets dazu,
sich in Spiralen oder Wirbeln zu bewegen. Diese Spiralen oder Wirbel
entsprechen allgemein einer als Goldener Schnitt oder Fibonacci
Progression bekannten mathematischen Progression.
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Jedes der Ausführungsbeispiele dient dazu, es
zu ermöglichen,
dass sich Fluid auf die natürlich bevorzugte
Art und Weise bewegt, wodurch die durch Wirbelungen und Reibung
erzeugten Ineffizienzen vermieden werden, die normalerweise in Vorrichtungen
auftreten, die für
gewöhnlich
zum Induzieren eines Fluidflusses und in Drehmomentgeneratoren verwendet
werden, die auf Fluidfluss ansprechen. Früher entwickelte Technologien
stimmten allgemein weniger mit den natürlichen Fluidflusstendenzen überein.
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Die Rotoren der hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiele
sind allgemein in jeder Hinsicht gemäß dem Goldenen Schnitt gestaltet,
und somit ist es ein Merkmal jedes der Ausführungsbeispiele, das der Rotor
einen Fluidweg in Spiralkonfiguration vorsieht, de mindestens allgemein
den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht. Die Merkmale des
Goldenen Schnitts sind in der Abbildung aus 1 dargestellt, welche das Entfalten der
Spiralkurve gemäß dem Goldenen
Schnitt darstellt. Während
sich die Spirale entfaltet ist die Wachstumsrate des Krümmungsradius
konstant, der in gleichwinkligen Radien (z. B. E, F, G, H, I und
J) gemessen wird. Dies kann durch die Dreiecksdarstellung jedes
Radius zwischen jeder Sequenz veranschaulicht werden, die der Formel
a : b = b : a + b entspricht, die einem Verhältnis von 5 : 8 entspricht
und für
die gesamte Kurve konstant ist.
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Ein Merkmal jedes der Ausführungsbeispiele ist
es, dass die Krümmung
der Oberflächen,
welche den Rotor bilden, eine zweidimensionale oder dreidimensionale
Form annimmt, die im Wesentlichen den Merkmalen des Goldenen Schnitts
entspricht, und wobei jede Variation der Querschnittsfläche des
Fluidwegs ferner im Wesentlichen den Merkmalen des Goldenen Schnitts
entspricht. Ferner konnte festgestellt werden, dass die Merkmale
des Goldenen Schnitts in der Natur in Form der externen und internen
Konfigurationen von Muscheln des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda
oder Cephalopoda auftreten, und wobei es ein gemeinsames Merkmal
zumindest einiger der Ausführungsbeispiele
ist, dass der durch den Rotor definierte Fluidweg allgemein der
externen oder internen Konfiguration einer oder mehrerer Muschelfamilien
des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.
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Es konnte als ein Merkmal des Fluidflusses festgestellt
werden, dass bei einem Fluidfluss durch einen Weg mit einer Krümmung, die
im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht, der Fluidfluss über die
Oberflächen
im Wesentlichen wirbelfrei ist und als Folge dessen weniger zur
Hohlraumbildung neigt. Folglich ist der Fluidfluss über die
Oberfläche
effizienter als in früheren
Fällen,
in denen der Weg nicht im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht. Als
Folge der verringerten Turbulenzen bzw. Wirbelungen, die bei einem
Verlauf durch den Fluidweg induziert werden, kann der Rotor gemäß den verschiedenen
Ausführungsbeispielen
zur Fluiddurchführung bei
geringerer Abnutzung und mit größerer Effizienz eingesetzt
werden, als wie dies früher
unter Verwendung herkömmlicher
Rotoren mit äquivalenten
Abmessungseigenschaften der Fall gewesen ist.
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Das in den Abbildungen der 2, 3 und 4 dargestellte
erste Ausführungsbeispiel
umfasst eine Pumpe, die für
die Zufuhr eines Hochdruckfluids aus dem Auslass eingesetzt werden
kann, und wobei es sich bei einer möglichen Anwendung um eine "Strahlpumpe" handelt, die für den Antrieb
eines Wasserfahrzeugs verwendet werden kann.
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Die Pumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
umfasst einen Körper 11,
der aus zwei im Wesentlichen identischen Hälften 12 und 13 gebildet wird,
die mit einem Flansch 14 und 15 an ihren aneinander
anstoßenden
Kanten versehen sind, die durch geeignete Einrichtungen miteinander
verbunden werden können.
Der Körper
definiert ein Hauptteilstück,
das eine geschlossene Kammer 16 bildet, die in der Ebene
allgemein kreisförmig
und die im diametralen Aufriss im Wesentlichen elliptisch ist, wobei
sich eine Durchführung 17 lateral
erstreckt. Die Kammer sieht Platz für einen Rotor 18 auf,
der über eine
Antriebswelle 19 unterstützt wird, die mit der zentralen
Achse der Kammer 16 zusammenfällt, und die durch ein geeignetes
Lagergehäuse
(nicht abgebildet) getragen wird, das in einer Hälfte 12 des Körpers 11 vorgesehen
ist. Der Rotor 18 weist die innere und äußere Konfiguration auf, die
einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Cephalopoda, Familie Nautilus
entspricht, jedoch ohne die inneren Trennwände, die normalerweise in der
Natur vorkommen. Die der Antriebswelle 19 entgegengesetzte
axiale Seite des Rotors ist mit einer Einlassöffnung 21 versehen,
die durch einen runden Flansch 22 definiert wird, der die Öffnung 21 umgibt.
Die ringförmige Wand 22 wird
konzentrisch mit einer Öffnung 23 aufgenommen,
die in der Wand der anderen Hälfte 13 des
Körpers 11 entgegengesetzt
zu der Antriebswelle vorgesehen ist. Die Öffnung 23 in der Wand
des Gehäuses
ist konzentrisch zu der zentralen Achse der Kammer und ist einer
Einlassdurchführung 24 zugeordnet,
in der der runde Flansch 22 an dem Rotor genau aufgenommen
wird.
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Der Auslass 25 des Rotors
ist durch eine Öffnung
definiert, die allgemein tangential zu der zentralen Achse ausgerichtet
ist, und wobei die Stirnseite allgemein parallel zu der radialen
Achse der Kammer 16 ist. Die durch das Innere des Rotors
vorgesehene interne Unterkammer umfasst eine Durchführung mit allgemein
spiralförmiger
Konfiguration und mit zunehmendem Querschnitt zwischen dem Einlass
und dem Auslass, wobei die Querschnittsabweichung im Wesentlichen
der Formel des Goldenen Schnitts entspricht, ebenso wie die Krümmung der
Oberfläche der
Durchführung.
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Im Einsatz wird eine Rotation des
Rotors bewirkt, so dass die den Auslass definierende Öffnung entgegengesetzt
zu der Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, und wobei die Kanten
bzw. Ränder
der Öffnung 24 die
Hinterkante des Rotors definieren.
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Im Zuge von Vorversuchen und Tests
konnte festgestellt werden, dass eine Pumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
im Einsatz in der Lage ist, besonders effizient eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
einer Flüssigkeit
aus dem Auslass 17 bei minimaler Kavitation und verhältnismäßig geringer
Drehzahl zu erzeugen. Als Folge dessen wird davon ausgegangen, dass
der Rotor in der Lage ist, Fluid mit einer höheren Geschwindigkeit bei weniger Wirbelungen
und Kavitation zu leiten, als wie dies von herkömmlichen Pumpen mit gleicher
Kapazität erwartet
wird. Da das Ausmaß der
erzeugten Kavitation deutlich kleiner ist als wie dies von einer
herkömmlichen
Pumpe mit den gleichen Abmessungen erwartet wird, die mit der gleichen
Geschwindigkeit betrieben wird, wird davon ausgegangen, dass dies zu
einer verringerten Erosion und Abnutzung der Bauteile der Pumpe
und im Besonderen des Rotors führt.
Ferner wird davon ausgegangen, dass die Eigenschaft der Querschnittserweiterung
der Unterkammer des Rotors zwischen dem Einlass und dem Auslass
die Wahrscheinlichkeit verringert, dass Fremdkörper den Durchgang durch den
Rotor verstopfen, was bei herkömmlichen
Pumpen durchaus regelmäßig der
Fall ist.
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Gemäß einer Abwandlung des ersten
Ausführungsbeispiels
wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass der Auslass 25 in
die Rotationsrichtung ausgerichtet ist.
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Gemäß einer weiteren Variation
des ersten Ausführungsbeispiels
müssen
die inneren Trennwände
oder Windungen, die in der Natur in einer Muschel des Stamms Mollusca,
der Klasse Cephalopoda, der Familie Nautilus vorhanden sind, zusätzlich zu
dem bereits genannten Septum nicht vorhanden sein. Daraus resultiert,
dass die interne Konfiguration der Oberfläche des Rotors im Wesentlichen
mit der externen Form einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse
Cephalopoda, der Familie Nautilus übereinstimmt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der Abbildung
aus 5 umfasst ebenfalls
eine Pumpe. Die Pumpe umfasst einen röhrenförmigen Körper 11, der einen
Rotor 118 drehbar trägt,
der allgemein die Form einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse
Gastropoda, der Familie Volutidae gemäß den Abbildungen der 7, 8 und 9 aufweist,
wobei das innere Ende der Muschel gemäß der Abbildung aus 7 ausgeschnitten dargestellt
ist, um einen Eingang 121 in das Innere der Muschel vorzusehen.
Die Mündung
der Muschel dient als Auslass 125 für den Rotor 118. Der
Eingang 121 ist einem geeigneten Lagerträger 126 zugeordnet,
der in dem Körper 111 vorgesehen
ist, wobei der Rotor an dem Körper 111 durch
den träger
gestützt
wird, so dass der Rotor in dem Körper
um dessen zentrale Achse drehbar ist, die im Wesentlichen mit der
zentralen Achse des Körpers
zusammenfällt.
Der Träger
umfasst eine erste Partition 127, die sich über den
Körper
erstreckt und mit einer zentralen Öffnung 123 versehen
ist, die mit dem Eingang 121 des Rotors ausgerichtet ist
und von dem Lagerträger 126 für den Rotor
umgeben ist. Zusätzlich
wird der Rotor an dessen anderen Ende durch eine Spindel 119 getragen,
die drehbar an von einer zweiten Partition 128 getragen
wird, die in dem Körper
mit Zwischenabstand zu der Partition 126 vorgesehen ist.
Eine geeignete Antriebseinrichtung (nicht abgebildet) ist mit dem
Lagerträger 126 des Rotors 118 verbunden,
um eine Rotation des Rotors zu bewirken, wodurch der Auslass entgegengesetzt zu
der Richtung der Rotation ausgerichtet wird. Die zweite Partition 128 ist
mit einer Reihe von Öffnungen 129 vorgesehen,
durch welche Fluid fließen kann.
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Die Abbildung aus 6 zeigt eine Variation des zweiten Ausführungsbeispiels,
wobei die Seitenwände
des Körpers 111 so
gekrümmt
sind, dass der Querschnitt des Körpers 111 in
Richtung des Auslasses 125 des Körpers kleiner wird, und wobei
die Querschnittsänderung
im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.
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Gemäß einer Variation beider Ausführungen des
zweiten Ausführungsbeispiels
wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass der Auslass 125 in
die Rotationsrichtung ausgerichtet ist.
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Als eine alternative Trägeranordnung
für beide
Ausführungen
des zweiten Ausführungsbeispiels kann
der Rotor von einer Welle getragen werden, die drehbar von dem Gehäuse getragen
wird.
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Gemäß einer weiteren Variation
beider Ausführungen
des zweiten Ausführungsbeispiels
müssen
die inneren Trennwände
oder Windungen, die in der Natur in einer Muschel des Stamms Mollusca,
der Klasse Gastropoda, der Familie Volutidae vorhanden sind, nicht
vorhanden sein. Daraus resultiert, dass die interne Konfiguration
der Oberfläche
des Rotors im Wesentlichen mit der externen Form einer Muschel des
Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Volutidae übereinstimmt.
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Das in der Abbildung aus 10 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst einen Rotor 218 mit einem einzigen
Flügel 230,
der eine spiralenförmige
Konfiguration aufweist, die der des Goldenen Schnitts entspricht,
und wobei der Rotor an einer zentralen Welle 219 getragen
wird. Der Rotor 218 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
kann in einem Fluidweg (nicht abgebildet) zwischen dem Einlass und
dem Auslass angeordnet sein und einem Fluidfluss zwischen dem Einlass
und dem Auslass ausgesetzt werden, und als Folge des Fluidflusses
wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass in der Welle ein
Drehmoment erzeugt wird. Wenn eine Rotation des Rotors in ähnlicher
Weise durch Ausübung
eines Drehmoments auf die Trägerwelle 219 induziert wird,
so wird als Folge der Rotation ein Fluidfluss erzeugt. Die wesentliche Übereinstimmung
der Krümmung
der Oberfläche
des Rotors mit dem Goldenen Schnitt führt zu einer verbesserten Effizienz
des Rotors.
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Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung
gemäß der Abbildung
aus 11 entspricht dem
ersten Ausführungsbeispiel,
mit der Ausnahme, dass der Rotor 318 eine Mehrzahl von
Flügeln 330 umfasst,
deren Form dem Flügel
aus dem ersten Ausführungsbeispiel
entspricht, wobei die Flügel
an einer einzigen Welle 319 angebracht sind, wobei die Flügel 330 an
der Welle 319 mit gleichwinkligen Abständen um die zentrale Achse
der Welle angeordnet sind.
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Das fünfte Ausführungsbeispiel ist in den Abbildungen
der 12, 13 und 14 dargestellt.
Dabei handelt es sich um eine Variation des zweiten Ausführungsbeispiels,
wobei der Rotor 418 in einem im Wesentlichen zylindrischen
Gehäuse 411 getragen und
in einem Fluidweg drehbar gelagert wird. Der Rotor 418 weist
eine interne Konfiguration auf, die im Wesentlichen der einer Muschel
des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Conidae
entspricht, und mit einem spiralförmigen Flügel 430 in Form einer
konischen Spiralegemäß den Abbildungen
der 6, 7 und 8,
die eine Durchführung
der Oberflächen
definiert, die allgemein mit dem Goldenen Schnitt übereinstimmen,
und wobei eine Durchführung
definiert wird, deren Querschnitt allgemein in Übereinstimmung mit dem Goldenen
Schnitt zunimmt. In einer Ausführung
des Rotors kann der Rotor drehbar so angetrieben werden, dass der
Auslass entgegengesetzt zu der Richtung der Rotation ausgerichtet
ist. Alternativ kann der Rotor so angetrieben werden, dass die Öffnung in
Richtung der Rotation ausgerichtet ist.
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Die Abbildung aus 15 veranschaulicht ein sechstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das die interne Konfiguration einer Muschel vom Stamm Mollusca
nicht nachempfindet. Der Rotor des vorliegenden Ausführungsbeispiels
umfasst einen allgemein konischen Einlass 521, der einen
konvergenten Eingang vorsieht, der an dessen inneren Ende mit einem
konischen Auslass 525 kommuniziert, der einen divergenten
Ausgang vorsieht. Die inneren Oberflächen des Einlasses 521 und
des Auslasses 525 sind mit einem oder mehreren spiralförmigen Flügeln 530 versehen,
die im Wesentlichen den Eigenschaften des Goldenen Schnitts entsprechen.
Das gleiche gilt für
die Kontraktion des Einlasses 521 und die Expansion des
Auslasses 525.
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Die Abbildung aus 16 veranschaulicht ein siebtes Ausführungsbeispiel,
das eine Variation des vorstehenden Ausführungsbeispiels darstellt, wobei
der Einlass 621 und der Auslass 625 des Rotors
durch eine zylindrische Zone 632 miteinander verbunden
sind, die eine allgemein zylindrische Konfiguration aufweist und
eine Reihe koaxialer, mit gleichen Winkelabständen angeordneter, spiralförmiger Flügel 634 aufweist,
die jeweils im Wesentlichen den Eigenschaften des Goldenen Schnitts
entsprechen, und die dazu dienen, den Fluidfluss zwischen dem Einlass
und dem Auslass weiter zu beeinflussen. Zur weiteren Förderung
des Fluidflusses durch den Einlass 621 und aus dem Aulass 625 sind
die Innenseite des Einlasses 621 und die Innenseite des
Auslasses 625 mit einer Mehrzahl spiralförmiger Flügel 630 versehen,
die ebenfalls eine Krümmung
aufweisen, die dem Goldenen Schnitt entspricht.
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Das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung gemäß der Abbildung
aus 17 stellt eine Variation
des ersten Ausführungsbeispiels dar
und umfasst ebenfalls eine Pumpe mit einem Rotor 718, der
in einem Gehäuse 713 gelagert
wird. Der Rotor 718 weist eine innere Konfiguration auf,
die allgemein der einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse
Gastropoda, der Familie Turbinidae entspricht, und wobei der Rotor
mit einem Einlass vorgesehen ist, der eine Öffnung 721 umfasst,
die an dem inneren Ende oder der Spitze der Muschel vorgesehen ist,
wobei die in der Muschel ausgebildete Durchführung an dieser Stelle den
geringsten Durchmesser aufweist. Der Auslass 725 des Rotors
umfasst die Mündung
der Muschel. Es wird eine Rotation des Rotors um dessen zentrale
Achse bewirkt, so dass der Auslass 725 der Rotation folgt.
Das Gehäuse 713 weist
einen Einlass 723 auf, der mit dem Einlass 721 des
Rotors kommuniziert, und mit einem Auslass 717, der mit
dem Auslass 725 des Rotors kommuniziert. Es konnte festgestellt
werde, dass als Folge der Rotation des Rotors 718 an der
Stelle, an der der Auslass 725 die Hinterkante definiert,
ein Fluidfluss von dem Einlass 721 zu dem Auslass 725 induziert wird,
und wobei der Fluidfluss durch den Rotor im Wesentlichen wirbelfrei
ist, und zwar auch bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten. Zur weiteren
Förderung
des Fluidflusses durch das Gehäuse
kann die Innenseite des Gehäuses 713 im
Bereich des Auslasses 717 von dem Auslass 725 des
Rotors mit einer Mehrzahl spiralförmiger Flügel versehen sein, die ebenfalls
eine Krümmung
aufweisen, die im Wesentlichen der des Goldenen Schnitts entspricht.
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Gemäß einer Variation des siebten
Ausführungsbeispiels
kann der Rotor so angetrieben werden, dass der Auslass 725 in
die Rotationsrichtung des Rotors gerichtet ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
das verschiedene Formen annehmen kann, umfasst einen Rotor mit einer
externen Oberfläche, die
eine Krümmung
aufweist, die im Wesentlichen der des Goldenen Schnitts entspricht.
Der Rotor kann die externe Konfiguration eines Muschel des Stamms Mollusca,
der Klassen Gastropoda oder Cephalopoda aufweisen. Bestimmte Beispiele
für die
Rotoren weisen eine Konfiguration auf, die der externen Form von
Muscheln der Familien Volutidae, Conidae und Turbinidae entspricht.
Es konnte festgestellt werden, dass bei einer Anbringung dieser
Rotoren in wesentlicher Übereinstimmung
mit den vorstehend in Bezug auf das erste, zweite, fünfte und
siebte Ausführungsbeispiel
dargestellten und beschriebenen Anordnungen, jedoch mit einem über die
externe Oberfläche gerichteten
Fluidfluss, die vorstehend genannten Vorteile erreicht werden können.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfasst eine in gewisser Weise herkömmliche Zentrifugalpumpe mit
einer Variation des Rotors, so dass dieser die Anforderungen der
Erfindung erfüllt. Die
Variation umfasst die Gestaltung der Flügel des Rotors, so dass diese
eine Krümmung
aufweisen, die allgemein den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht.
Eine derartige Krümmung
kann zweidimensional oder dreidimensional sein, so dass der Rotor
den bestehenden Anforderungen für
eine herkömmliche
Pumpe entspricht. Folglich können
zumindest einige der Vorteile der Erfindung zumindest teilweise
dadurch erreicht werden, dass der herkömmliche Rotor einer existierenden
Pumpe durch einen Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel
ersetzt wird.
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Ein gemeinsames Merkmal aller vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele
ist es, dass ein Einsatz als Rotor möglich ist, dessen Rotation
mechanisch bewirkt werden kann, so dass eine Pumpe vorgesehen wird,
um einen wirbelfreien Fluidfluss zwischen einem Einlass und einem
Auslass vorzusehen, oder so dass alternativ ein Einsatz als Rotor einer
Turbine oder einer ähnlichen
Antriebseinrichtung möglich
ist, so dass ein Drehmoment erzeugt wird, und wobei ein im Wesentlichen
wirbelfreier, effizienterer Verlauf von Fluid zwischen dem Einlass
und dem Auslass im Vergleich zu den Möglichkeiten herkömmlicher
Pumpen oder Turbinen mit vergleichbarer Kapazität ermöglicht wird.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist es, dass der vorstehend allgemein in Bezug auf die Erfindung,
die in Bezug auf jedes der Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, beschriebene Rotor, wirksam in Kammern mit
geringen und großen Toleranzen
oder Zwischenabständen
zwischen der Kammer betrieben werden kann, in denen der Rotor aufgenommen
wird, und es konnte festgestellt werden, dass der Rotor bei dessen
Einsatz in Verbindung mit einer Pumpe nicht in einer Kammer angeordnet
sein muss. Diesbezüglich
kann ein Rotor in der vorstehend in Bezug auf das erste, zweite,
vierte, fünfte
und siebte Ausführungsbeispiel
beschriebenen Ausführung
ohne Kammer verwendet werden, wobei er in dem Fluidkörper getragen
wird, dem das Fluid zugeführt
wird, und wobei sein Einlass mit der Fluidquelle verbunden ist,
wobei die Rotation des Rotors in dem Fluidkörper bewirkt, dass Fluid von
der Quelle gepumpt wird.
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Darüber hinaus ist es ein Merkmal
der vorliegenden Erfindung, dass der Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung
und jedes der Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit gasförmigen,
flüssigen
und breiartigen Ausführungen
des Fluidmediums eingesetzt werden kann.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung ist es, dass der Fluidfluss über die Oberfläche des
Rotors zu deutlich weniger Reibung und Stoßkräften führt, die auf die Oberfläche und
den Rotor ausgeübt
werden. Als Folge dessen und der geringeren durch den Rotor erzeugten
Wirbelung werden weniger Wärme
und Geräusche
als Folge der Rotortätigkeit
erzeugt, die entsprechend auf das Fluid einwirken. Zusätzlich benötigt der
Rotor weniger Energie, um Strömungsraten
zu bewirken, die denen herkömmlicher
Pumpen entsprechen. Dies bedeutet, dass der Rotor bei einem Einsatz
in einer Pumpe durch einen kleineren Antriebsmotor und/oder mit
geringerer Drehzahl angetrieben werden kann. Aufgrund der Beschaffenheit
der Rotoroberfläche
ist der Rotor auch bei hohen Geschwindigkeiten effektiver als herkömmliche
Rotoren, und zwar als Folge der reduzierten Reibung und der verringerten
Kavitationsmöglichkeit.
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In dem ersten, zweiten, vierten und
siebten Ausführungsbeispiel
sieht der Einlass einen geringst möglichen Zwischenraum für das in
den Rotor eintretende Fluid vor, so dass sämtliches Material, das den Einlass
passieren kann, durch die durch den Rotor vorgesehene Durchführung verläuft, wodurch
die Möglichkeit
für eine
Verstopfung des Rotors verringert wird.
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Der erfindungsgemäße Rotor kann in Pumpen, Turbinen
und mit Fluid betriebenen Motoren eingesetzt und in jeder vorgeschlagenen
Anwendung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, und zwar zumindest
aufgrund des verbesserten Fluidflusses, der reduzierten Reibung
sowie der verringerten Wärmezunahme
bei einem Einsatz in einer Pumpe und des geringeren Wärmeverlusts
bei einem Einsatz als Turbine.