DE69916529T2

DE69916529T2 - Verbesserte Flügelanordnung

Info

Publication number: DE69916529T2
Application number: DE69916529T
Authority: DE
Inventors: Dinesh Patel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: HK1024520A1; EP0965753A1; TW442616B; EP0965753B1; JP2000054993A; DE69916529D1; JP4278781B2; US6247897B1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer verbesserten Flügelanordnung.
Die in der Beschreibung verwendete Bezeichnung "Flügel" umfaßt ein Blatt oder einen Flügel für Einrichtungen wie Gebläse aller Bauarten, Propeller, Turbinen, Generatoren, Laufradflügel sowie jede beliebige Einrichtung oder Anlage, welche einen Flügel oder ein Blattelement umfaßt, mittels dem ein Fluid angetrieben, verteilt oder dispergiert werden kann, oder wodurch ein Fluid einen rotierenden Kopf antreibt, oder durch das eine Einrichtung oder eine Anlage selbst auf dem Land, im Wasser oder in der Luft angetrieben werden kann.
Übliche Flügel werden von ebenen Abschnitten gebildet, welche gekrümmt oder profiliert oder gegossen oder geformt sein können in der Weise, daß sie gekrümmte oder profilierte Abschnitte zum Erzeugen einer Vortriebskraft haben. Die üblichen Flügel erzeugen eine begrenzte Fluidgeschwindigkeit, und es ist erforderlich, daß man Drehbewegungen in Kreisen mit relativ großen Durchmessern ausführt, um das Fluid in effektiver Weise zu dispergieren. Bei den üblichen Flügeln arbeitet nur eine Fläche zum Durchtrennen, "Sammeln" und "Wegschleudern" des Fluids. Diese Flügel, welche insbesondere in Form von Gebläseblätter ausgelegt sind, machen einen freien Einlaß und Auslaß für Luft erforderlich, und sie können nicht effektiv arbeiten, wenn ein Widerstand vorhanden ist. Halbkugelförmige Flügel wurden bei Anemometer (Windstärkemesser) und einigen Turbinen eingesetzt sowie auch bei Peltonradanwendungen. Diese Flügel arbeiten auf eine solche Weise, daß nur ein Flügel an einem gegebenen Zeitpunkt die vollständige Stoßenergie der Fluidgeschwindigkeit aufnimmt, und ihre Arbeitsachse ist senkrecht zu der Fluidgeschwindigkeit. Wiederum ist nur eine Fläche, typischerweise die konkave Fläche, wirksam. Bisher wurden halbkugelförmige Flügel nicht zum Vortrieb von Luft oder Fluid eingesetzt.
In US-A-2,252,788 ist ein schalenförmiger Flügel für Rotoren beschrieben, welche zur Energieerzeugung (als reaktive Rotoren) eingesetzt werden. Die dort beschriebenen Flügel sind nicht geeignet für den Vortrieb. Auch macht die Auslegung dieses Flügelsystems es erforderlich, daß das innere Ende jedes Flügels derart verlängert ist, daß es sich über die Drehachse hinaus erstreckt, um einen Verbindungsdurchgang zwischen den aktiven und den passiven Flächen der benachbarten Flügel zu bilden. Die Konstruktion dieser Durchgänge bei schalenförmigen Kalottenflügeln nach diesem amerikanischen Patent ist unpraktisch und sehr kompliziert.
Nach der Erfindung wird eine Flügelanordnung vorgeschlagen, bei der man eine verbesserte Fluiddynamik erreicht, und von der Anlage oder der Vorrichtung weniger Energie verbraucht wird, Turbulenzen minimiert werden, und die Abmessungen der Anlage oder einer Anordnung, bei der eine Mehrzahl von Flügeln in passender Weise eingesetzt wird, kleiner gemacht werden können. Folglich ist auch eine Reduktion der Kosten für die Anlage und für die Betriebskosten zu erwarten.
Nach der Erfindung wird eine verbesserte Flügelanordnung bereitgestellt, welche zwei oder mehrere Flügel aufweist, welche einen Teil eines einer Nabe zugeordneten Kugelausschnitts bilden, und welche sich durch folgendes auszeichnet:
eine wirksame, konkave Fläche ist ein Teil eines sphärischen Abschnitts;
eine wirksame konvexe Fläche ist ein Teil eines sphärischen Abschnitts;
und der Flügel hat eine wirksame seitliche Vorderkante mit einer wirksamen seitlichen Hinterkante, wobei die Kanten nicht koplanar sind und sich miteinander zur Bildung einer freien oberen Spitze schneiden, und
eine Unterkante der Nabe zugeordnet ist, mittels der der Flügel in Winkelrichtung um eine Achse angestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die konkave Fläche die wirksame vorauslaufende Fläche, wenn der Flügel in Winkelrichtung angestellt ist, und wenn der Flügelkörper ein Element eines Vortriebsystems oder eines Antriebssystems ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die konkave Fläche die wirksame nachlaufende Fläche, wenn der Flügelkörper in Winkelrichtung angestellt ist, und der Flügelkörper ein Element einer Turbine oder eines Windrades ist.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind die vorauslaufenden und die nachlaufenden Flächen Abschnitte von konzentrischen, hohlen Kugeln, und der Flügelkörper ist gleichmäßig dick ausgelegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die vorauslaufenden und die nachlaufenden Flächen Abschnitte von nicht konzentrischen, hohlen Kugeln und der Flügelkörper ist nicht gleichmäßig dick, so daß der Körper des Flügels an der freien oberen Spitze dünner und an der Unterkante dicker ist, welche einer Nabe zugeordnet ist oder umgekehrt.
Die obere Spitze ist durch das Zusammentreffen von der wirksamen, vorauslaufenden Seitenkante und der nachlaufenden Seitenkante definiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Flügelkörper ein Abschnitt eines Viertels oder weniger eines Viertels einer hohlen Kugel (wie zum Beispiel durch die 0I bis 0M dargestellt), wobei diese Geometrie ermöglicht, daß der Flügelkörper komplementär zu dem benachbarten Flügelkörper ausgelegt ist, wenn die Flügelkörper um eine Nabe angebracht sind, um zu ermöglichen, daß die Anordnung optimal in einem dynamischen Fluidzustand arbeiten kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Flügel fest passend mit einer Nabe verbunden, an welcher er in Winkelrichtung angestellt ist. Bei der fest passend verbundenen Anordnung ist die Unterkante des Flügelkörper derart profiliert, daß der Umriß einer Nabe gebildet wird, mit der er mit Hilfe einer an sich bekannten Verbindungsmethode, wie Schweißen, verbunden ist. Bei einer weiteren fest passend verbundenen bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Flügelkörper an seiner Unterkante mit Öffnungen versehen, durch die Bolzen, Schrauben oder andere Befestigungsmittel gehen können, um eine fest, passende Verbindung mit der Nabe herzustellen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung verläuft der Flügelkörper von einer Nabe weg.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Flügelkörper aus Metallblech ausgebildet, geformt, gegossen, extrudiert, durch Materialabtrag ausgenommen, funkenerodiert, gedreht oder auf andere Weise einstückig mit der Nabe hergestellt sein. Der Flügel ist hierbei integral mit der Nabe ausgebildet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Flügelkörper in einer Ausnehmung oder einem Schlitz komplementär zu der Unterkante des Flügelkörpers angebracht, und zu einer Einheit mit einer Nabe mittels Schweißverbin dungsverfahren verbunden.
Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung weist die Flügel- und Nabenanordnung eine Mehrzahl von Flügeln gemäß den voranstehend beschriebenen Auslegungsformen auf, und eine Nabe, mit der die Mehrzahl von Flügeln verbunden ist.
Die Mehrzahl von Flügeln kann hinsichtlich ihrer Ausgestaltung und ihren Abmessungen ähnlich zueinander oder unterschiedlich zueinander ausgelegt sein.
Die Flügel können integral mit der Nabe ausgebildet oder fest mit dieser verbunden sein.
In typischer Weise kann die Flügel- und Nabenanordnung zwei Flügel, eine einzige Nabe oder auch bis zu 36 und 48 Flügel aufweisen.
Die Nabe kann zylindrisch ausgebildet oder derart profiliert sein, daß die Außenfläche komplementär zu der vorauslaufenden Fläche der Flügel in der Nähe der Hinterkante der Flügel ist.
Wenn die Flügel fest und passend mit der Nabe verbunden sind, kann die Nabe mit Ausnehmungen oder Schlitzen versehen sein, welche komplementär zu der Hinterkante der Flügel ausgebildet sind. Flansche können auf der Fläche der Nabe vorgesehen sein, um eine Hauptabstützung oder eine zusätzliche Abstützung für die Flügel bei der Anordnung an der Nabe zu bilden. Der Flansch kann auch komplementär zu der Hinterkante und/oder der nachlaufenden Fläche der Flügel ausgebildet sein.
Die Flügel können relativ zu der Nabe derart angeordnet sein, daß die Achse der Flügel parallel oder geneigt zu der Achse der Nabe verläuft. Ferner können die Achse der Flügel zueinander ausgerichtet werden, oder sie können seitlich in einer vertikalen Ebene verschoben sein, welche die Achse der Nabe enthält. Effektiv können die Achsen der Flügel eine Ebene bilden, die senkrecht oder geneigt zu der Ebene ist, welche die Achse der Nabe enthält. Theoretisch kann die Neigung der beiden Achsen derart gewählt werden, daß sie 80° vorauslaufend oder nachlaufend beträgt, aber für die meisten Betriebsbedingungen beläuft sich eine Neigung zwischen 50° und 60°.
Die effektiven Mittelpunkte der hohlen Kugeln, von denen die Flächen der Flügel Abschnitte sind, können einen Kreis mit einem vorbestimmten Radius bilden, welcher sich in Abhängigkeit von der Anwendung der Flügel- und Nabenanordnung ändern kann. Beispielsweise bewirken Neigungen in Nachlaufrichtung und größeren Radien höhere Fluidgeschwindigkeiten.
Die Nabendurchmesser können auch verändert werden, so daß sie an die jeweilige Vorrichtung angepaßt sind.
Zusätzlich zu Schlitzen oder Ausnehmungen, die an der Nabe vorgesehen sind, kann die Nabe Einschnitte aufweisen, um die einheitliche Verbindung von Nabe und Flügel zu verbessern, und um optimal dynamische Fluidverhältnisse zu erzielen.
Die Flügel und die Nabe können aus Textilmaterial, Metall, Holz, Keramikmaterial oder einem synthetischen Polymermaterial oder Kombinationen hiervon ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin gilt:
0A bis 0H stellen acht bevorzugte Ausführungsformen von Flügeln nach der Erfindung dar;
0I bis 0M stellen weitere bevorzugte Ausführungsformen von Flügeln zum Einsatz bei der vorliegenden Erfindung dar.
1 stellt eine typische bevorzugte Ausführungsform von Flügeln nach der Erfindung dar, welche mit eine Nabe verbunden sind;
2 stellt eine weitere typische bevorzugte Ausführungsform von Flügeln nach der Erfindung dar, welche an einer Nabe angebracht sind;
3 stellt eine weitere typische bevorzugte Ausführungsform von Flügeln nach der Erfindung dar, die an einer Nabe angebracht sind;
4 stellt eine weitere typische bevorzugte Ausführungsform von fünf Flügeln nach der Erfindung dar, die mit einer Nabe verbunden sind;
5 stellt weitere typische bevorzugte Ausführungsformen von sechs Flügeln nach der Erfindung dar, die an einer Nabe angebracht sind, wobei die Nabenfläche derart profiliert ist, daß sie komplementär zu der vorauslaufenden Fläche der Flügel in der Nähe der Hinterkanten der Flügel ausgelegt ist;
6 stellt eine weitere typische bevorzugte Ausführungsform von acht Flügeln nach der Erfindung dar, die an einer Nabe angebracht sind;
7 stellt eine weitere typische bevorzugte Ausführungsform von neun Flügeln nach der Erfindung dar, die an einer Nabe angebracht sind;
8 stellt eine weitere typische Ausführungsform von zehn Flügeln nach der Erfindung dar, die mit einer mit Einschnitten versehenen Nabe verbunden sind;
9 stellt eine weitere typische bevorzugte Ausführungsform von zwölf Flügeln nach der Erfindung dar, die mit einer mit Einschnitten oder Ausnehmungen versehenen Nabe verbunden sind;
10 bis 13 stellen jeweils Vorderansichten, Seitenansicht, isometrische Ansichten und Unteransichten einer typischen Anordnung aus Flügel und Nabe nach der Erfindung dar;
10AD, 11AD, 12AD, 13AD stellen jeweils eine Vorderansicht, eine Seiten ansicht, eine isometrische Ansicht und eine Unteransicht einer weiteren Anordnung aus Flügel und Nabe nach der Erfindung dar;
14 bis 16 stellen jeweils eine Vorderansicht, eine Seitenansicht und eine isometrische Ansicht von einer weiteren Auslegungsform einer Anordnung aus Flügel und Nabe nach der Erfindung dar;
18 bis 37 stellen unterschiedliche Flügel- und Nabenanordnungen nach der Erfindung dar;
38 und 39 stellen zwei Beispiele einer seitlichen Verschiebung der Achse der Flügelanordnung bezüglich der Ebene dar, welche die Achse der Nabe enthält;
40A bis 40D stellen Beispiele von Befestigungsmöglichkeiten eines Flügels an einer Nabe dar, wobei die Achse des Flügels parallel oder geneigt bezüglich der Achse der Nabe verläuft;
41A bis 41D stellen Beispiele von Flügeln dar, welche Abschnitte von Kugeln sind, die unterschiedliche Radien haben, und die mit einer Nabe verbunden sind;
42A bis 42E stellen Flügel mit unterschiedlichen Abmessungen dar, die mit Naben mit unterschiedlichen Durchmessern verbunden sind.
43 stellt eine bevorzugte Ausführungsform eines Satzes von Flügeln dar, welche zum Zwecke der Erzeugung eines Vortriebs von einer Nabe weg verlaufen.
44 stellt eine typische bevorzugte Ausführungsform eines Satzes von Flügeln dar, die von der Nabe zum Zwecke des Antriebs weg verlaufen.
45 zeigt einen Stab oder ein rohrförmiges Element (mit 139 bezeichnet), welches fest mit der Nabe an einem Ende verbunden ist und die Spitze des Flügels am anderen hat, um eine zusätzliche Abstützung zur besseren Stabilität bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist ein nach der Erfindung beschaffener Flügel insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehen (insbesondere in den 0A bis 0H). Der Flügel 10 weist einen Körper auf, welcher eine wirksame konkave Fläche 14 bildet, welcher einen Teil eines sphärischen Abschnittes bildet. Eine wirksame konvexe Fläche 16 bildet einen Teil eines sphärischen Abschnitts. Eine wirksame vorauslaufende Seitenkante 22, eine wirksame nachlaufende Seitenkante 24, eine frei Kugelspitze 20 und eine Unterkante 18 sind vorgesehen, welche mit einer Nabe 100 verbunden ist, an welcher der Flügel 10 um eine Achse in Winkelrichtung angestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die konkave Fläche 14 die wirksame vorauslaufende Fläche, wenn der Flügel 10 in Winkelrichtung angestellt ist, und wenn der Flügelkörper 12 ein Element eines Vortriebssystems oder eines Antriebssystems ist.
Alternativ kann bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung die konkave Fläche 14 die wirksame nachlaufende Fläche sein, wenn der Flügelkörper in Winkelrichtung angestellt ist, und wenn der Flügelkörper 12 ein Element einer Turbine ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung werden die vorauslaufenden und die nachlaufenden Flächen von Abschnitten von konzentrischen, hohlen Kugeln gebildet, und der Flügelkörper 12 ist gleichmäßig dick.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die vorauslaufenden und die nachlaufenden Flächenabschnitte von nicht konzentrischen, hohlen Kugeln, und der Körper ist nicht gleichförmig dick, so daß der Körper des Flügels 10 an der freien, oberen Spitze 20 dünner und an der Unterkante 18 dicker ist, welche der Nabe 100 zugeordnet ist. Diese bevorzugte Ausführungsform ist insbesondere an Hand den 14 bis 16 verdeutlicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird die obere Spitze 20 dadurch gebildet, daß die wirksame vorauslaufende Kante und die wirksame nachlaufende Kante 22 und 24 jeweils aufeinander treffen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Flügel 10 fest mit einer Nabe 100 verbunden, an der er in Winkelrichtung angestellt ist. Bei der Ausführungsform mit fester Verbindung ist die Hinterkante 18 des Flügelkörper 12 derart profiliert, daß sie an den Umriß der Nabe 100 angepaßt ist, mit welcher der Flügel mit Hilfe eine an sich bekannten Verbindungsmethode, wie Schweißen, verbunden ist. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit fester passender Verbindung nach der Erfindung ist der Flügelkörper 12 an der Unterkante mit Öffnungen versehen, durch die Bolzen, Schrauben oder andere Befestigungsmittel 26 gehen können, um den Flügelkörper 12 passend fest mit der Nabe 100 zu verbinden, wie dies insbesondere aus 2 der Zeichnung zu ersehen ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung verläuft der Flügelkörper 12 von einer Nabe 100 weg, wie dies beispielsweise in 1 der Zeichnung gezeigt ist.
Bei einer derartigen bevorzugten Ausführungsform kann der Flügel 10 aus einem Metallblech ausgebildet, geformt, gegossen, extrudiert, durch Materialabtrag ausgenommen, funkenerodiert, gedreht oder auf andere Weise einstückig mit der Nabe 100 hergestellt sein, wobei in diesem Fall der Flügel 10 integral mit der Nabe ausgelegt ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Flügelkörper 12 in einer Ausnehmung oder einem Schlitz (in der Zeichnung nicht näher dargestellt) angebracht, welcher komplementär zu der Unterkante 18 des Flügelkörper 12 ausgebildet ist und eine integrale Einheit mit der Nabe 100 durch ein Verbindungsverfahren bildet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung weist eine Flügel- und Nabenanordnung 60 eine Mehrzahl von Flügeln 10 gemäß den vor anstehenden Ausführungen auf, und eine Nabe 100, mit der die Mehrzahl von Flügeln 10 verbunden ist.
Die Flügel 10 können integral oder fest passend mit der Nabe 100 verbunden sein.
In typischer Weise kann die Flügel- und Nabenanordnung 60 zwei Flügel 10 an einer einzigen Nabe oder bis zu 36 bis 48 Flügel aufweisen. Unterschiedliche Flügel- und Nabenanordnungen 60 sind beispielhaft in den 3 bis 37 der Zeichnung gezeigt, welche aber keinen beschränkenden Charakter hinsichtlich der Anzahl der Flügel, der Form oder der Abmessungen der Flügel darstellen. Hierbei handelt es sich lediglich um illustrative Beispiele ohne beschränkenden Charakter.
Die Nabe kann zylindrisch oder profiliert ausgebildet sein (siehe Bezugszeichen 102) und eine äußere Fläche besitzen, wie dies beispielsweise in 5 dargestellt ist, welche komplementär zu der Fläche 16 der Flügel 10 in der Nähe der Unterkanten 18 der Flügel 10 ausgelegt ist.
Bei Flügel- und Nabenanordnungen 60 mit fester passender Verbindung kann die Nabe mit Ausnehmungen und Schlitzen versehen sein, welche komplementär zu den Unterkanten 18 der Flügel 10 ausgelegt sind. Flansche 28 (welche komplementär zu der Unterkante und/oder der nachlaufenden Fläche der Flügel ausgelegt sein können), wie dies insbesondere aus 2 zu ersehen ist, können auf der Oberfläche der Nabe 100 vorgesehen sein, um eine Hauptabstützung oder eine zusätzliche Abstützung für die Flügel 10 in ihrem an der Nabe 100 montierten Zustand zu bilden.
Die Flügel 10 können relativ zu der Nabe 100 derart angeordnet sein, daß die Achse 130 der Flügel nach den 40 bis 42 der Zeichnung parallel oder geneigt zu der Achse 110 der Nabe 100 ist. Ferner kann die Achse 130 der Flügel zu der vertikalen Ebene 120 ausgerichtet oder seitlich zu dieser verschoben sein, welche die Achse 110 der Nabe 100 enthält, wie dies insbesondere aus den 38 und 39 der Zeichnung zu ersehen ist. Effektiv kann die Achse 130 der Flügel 10 eine Ebene bilden, welche senkrecht oder geneigt zu der Ebene ist, die die Achse 110 der Nabe 100 enthält. Theoretisch kann die Neigung der beiden Achsen bis zu 80° in Vorlaufrichtung oder Nachlaufrichtung betragen, aber für ein günstiges Betriebsvermögen ist eine Neigung zwischen 15° und 60° vorhanden, wie dies insbesondere aus den 40A bis 40D der Zeichnung zu ersehen ist.
Die effektiven Mittelpunkte 132 (siehe 40 bis 42 der Zeichnung) der hohlen Kugeln, von denen die Oberflächen des Flügels Abschnitte sind, können einen Kreis mit einem vorbestimmten Radius bilden, welcher sich in Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet der Flügel- und Nabenanordnung 60 ändern kann. Eine Neigung in Nachlaufrichtung mit größeren Radien führen im Betriebszustand zu höheren Fluidgeschwindigkeiten.
Die Nabendurchmesser können auch so verändert werden, daß man eine entsprechende Anpassung an die Fluide vornehmen kann. Sich verändernde Nabendurchmesser 134 sind in den 42A bis 42E der Zeichnung gezeigt.
Zusätzlich zu Schlitzen oder Ausnehmungen, die in der Nabe vorgesehen sein können, kann die Nabe mit Einschnitten, wie mit Einkerbungen 104 nach den 8 und 9, versehen sein, um die Integration von Flügel 10 und Nabe 100 zu verbessern, und um optimale dynamische Fluidverhältnisse bereitzustellen.
Die Flügel und die Nabe können aus Textilmaterial, Metall, Holz, keramischem Material oder aus synthetischem polymerem Material oder Kombinationen dieser Materialien hergestellt sein.
Eine typische Anwendung einer Flügel- und Nabenanordnung als ein Propeller ist in 43 gezeigt, wobei drei Flügel gezeigt sind, die von einer Nabe weg verlaufen. Wenn im Gebrauchszustand die Flügel- und Nabenanordnung als ein Propeller arbeitet, erzeugt die Winkelanstellung der Flügel eine Unterdruckzone an der Rückseite der Flügelfläche, die an der Spitze des Flügels am größten und an der Basis am kleinsten ist. Sobald ein Hohlraum erzeugt wird, strömt das Fluid (wie mit Pfeilen 135 verdeutlicht) in den Hohlraum ein, und das Fluid wird durch die konkave Fläche des anschließenden Flügels wiederum herausgetrieben. Der so erhaltene Vortrieb ist gleichmäßiger, leistungsfähiger und es wird weniger Energie im Vergleich zu üblichen axialen Propellern verbraucht, bei denen das Fluid gesammelt und verdrängt werden muß. Die Flügelanordnung nach der Erfindung ist selbst bei statischen Druckverhältnissen wirksam.
Der typische Einsatz der Flügel- und Nabenanordnung als eine Turbine ist in 44 gezeigt, wobei drei Flügel von einer Nabe weg verlaufen. Wenn die Flügel- und Nabenanordnung als eine Turbine eingesetzt wird, trifft das Fluid auf die vorauslaufende konkave Fläche des sphärischen Flügels auf (alle Flügel nehmen die volle Stoßenergie der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit auf), und es erfolgt eine Ablenkung (welche mit Pfeilen 137 bezeichnet ist), und zwar nahezu um einen rechten Winkel. Somit nutzt diese Anordnung die Fluidgeschwindigkeit vollständig aus. Das Auftreffen des Fluids bewirkt eine Winkelverlagerung der Flügel, wodurch eine Unterdruckzone längs der konkaven Fläche der Flügel erzeugt wird, welche eine Beschleunigung des auf die Turbine auftreffenden Fluids bewirkt. Ferner wird bewirkt, daß das abgelenkte Fluid über die konvexe nachlaufende, sphärische Fläche geht, so daß ein geringfügiger Fluiddruck erzeugt wird. Somit hat diese Anordnung den Vorteile, daß durch die Fluidgeschwindigkeit und der vorauslaufenden, konkaven, sphärischen Fläche durch einen Stoß auf die Flügel ausgenutzt wird, und daß ein Unterdruck zur Bewegung des Fluids an der Rückseite auf der nachlaufenden, konvexen, sphärischen Fläche der sphärischen Flügel erzeugt wird.
Bei den Flügeln nach der Erfindung und beim Betreiben der Flügel- und Nabenanordnung nach der Erfindung bilden beide Oberflächen jedes Flügels eine wirksame Fläche in Abweichung von Flügeln üblicher Bauart. Wiederum ist die Achse der Nabe bei der Flügel- und Nabenanordnung parallel zu der Richtung der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Fluids.

Claims

Flügelanordnung mit zwei oder mehreren Flügeln (10), welche ein Teil eines der Nabe (100) zugeordneten Kugelausschnitts sind, wobei eine wirksame konkave Fläche (15) des Flügels ein Teil eines Kugelausschnitts ist, und eine wirksame konvexe Fläche (16) des Flügels ein Teil eines Kugelausschnitts ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel eine wirksame, seitliche Vorderkante (22) mit einer wirksamen seitlichen Hinterkante (24) hat, wobei die Kanten nicht koplanar sind, und sich einander zur Bildung einer freien oberen Spitze (20) schneiden, und daß eine Unterkante (18) der Nabe zugeordnet ist, mittels der der Flügel in Winkelrichtung um eine Achse angestellt ist.
Flügelanordnung nach Anspruch 1, bei der die vorauslaufenden und die nachlaufenden Flächen jedes Flügels Abschnitte von konzentrisch, hohlen Kugeln sind, und der Flügelkörper gleichmäßig dick ist.
Flügelanordnung nach Anspruch 1, bei der die vorauslaufenden und nachlaufenden Flächen Abschnitte von nicht konzentrischen, hohlen Kugeln sind, und der Flügelkörper (12) nicht gleichmäßig dick ist, so daß der Körper wenigstens einer der Flügel an der freien oberen Spitze dünner, und an der der Nabe zugeordneten Unterkante dicker ist oder umgekehrt.
Flügelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der jeder Flügel fest passend mit einer Nabe verbunden ist, an welcher er in Winkelrichtung angestellt angeordnet ist.
Flügelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Unterkanten des Flügelkörpers derart profiliert sind, daß der Umriß einer Nabe gebildet wird, mit der die Flügel mit Hilfe von üblichen Verbindungsmethoden, wie Schweißen, verbunden sind.
Flügelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Flügel an ihrer Unterkante mit Öffnungen versehen sind, durch die Bolzen, Schrauben oder andere Befestigungsmittel (26) gehen können, um eine feste, passende Verbindung mit der Nabe herzustellen.
Flügelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Flügel von einer Nabe weg verlaufen.
Flügelanordnung nach Anspruch 6 und 7, bei der die Flügel aus einem Metallblech ausgebildet, geformt, gegossen, extrudiert, durch Materialabtrag ausgenommen, funkenerudiert, gedreht oder auf andere Weise einstückig mit der Nabe hergestellt sind, wobei der Flügel integral mit der Nabe ausgebildet ist.
Flügelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Flügelkörper in einer Ausnehmung oder einem Schlitz komplementär mit der Unterkante des Flügelkörpers angebracht und zu einer Einheit mit einer Nabe mittels eines Verbindungsverfahrens verbunden ist.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Flügel in Form und Größe ähnlich einander ausgebildet sind.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Flügel integral mit einer Nabe ausgebildet sind.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der eine Nabe (102) an ihrer Außenfläche derart profiliert ist, daß sie komplementär zu der Vorderfläche ausgebildet ist, an welcher die Flügel in der Nähe der Unterkante der Flügel angebracht sind.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Flügel an einer Nabe angebracht sind, und Flansche (28) auf der Fläche der Nabe vorgesehen sind, um eine Hauptabstützung oder eine zusätzliche Abstützung für die Flügel zu bilden.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Flügel relativ zur Nabe derart angeordnet sind, daß die Achse (130) der Flügel parallel oder geneigt zur Achse (110) der Nabe ist.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die Achse der Flügel zu der in der Achse einer Nabe enthaltenen vertikalen Ebene ausgerichtet, oder seitlich hierzu angestellt ist.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Achse der Flügel eine Ebene bildet, welche senkrecht oder geneigt zu der Ebene verläuft, welche die Achse einer Nabe enthält.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die wirksamen Mitten (132) der Hohlkugeln, von denen die Flächen der Flügel Ausschnitte sind, einen Kreis mit einem vorbestimmten Radius bilden, welcher sich in Abhängigkeit von der Anwendung der Flügel- und Nabenanordnung ändern kann.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Flügel an einer Nabe angebracht sind, deren Durchmesser (134) sich zur Abstimmung für vorbestimmte Anwendungsfälle ändern kann.
Flügelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Flügel an einer Nabe angebracht sind, in welcher Schlitze oder Ausnehmungen vorgesehen sind, und die Nabe mit Einkerbungen (104) versehen ist, um die Integration von Flügel und Nabe zu verbessern.
Flügelanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Anordnung aus Textilmaterial, Metall, Holz, keramischem Werkstoff oder aus einem synthetischen Polymermaterial oder einer Kombination aller dieser Werkstoffe hergestellt ist.