DE8228078U1

DE8228078U1 - Vertikalachsenrotor

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Publication number: DE8228078U1
Application number: DE19828228078U
Authority: DE
Original assignee: LORDICK VOLKER 8157 DIETRAMSZELL DE
Current assignee: LORDICK VOLKER 8157 DIETRAMSZELL DE
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1982-10-06
Publication date: 1983-03-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vertikalachsenrotor mit zwischen zwei sich quer zur Rotorachse erstreckenden Scheiben angeordneten achsparallelen Rotorflügeln.

Bei derartigen bekannten Vertikalachsenrotoren sind die Rotorflügel in bezug auf die Scheiben feststehend angeordnet* Wenn ein solcher Vertikalachsenrotor zur Energiegewinnung aus Wind- oder Wasserkraft von einem senkrecht zur Rotorachse einfallenden Luft- bzw. Wasserstrom beaufschlagt wird, wirkt auf die einzelnen Rotorflügel außer der antreibenden Kraft des Luft- oder Wasserstroms auch ein entgegenwirkender dynamischer Luft- bzw. Wasserwiderstand ein. Dadurch ist der Wirkungsgrad für die Ausnutzung des antreibenden Luft- bzw. Wasserstromes begrenzt.

IISIBte--

Ks ist ferner auch bekannt, bei einem Horizontalachsenrotor den Anstellwinkel der Rotorflügel in bezug auf die einfallende Antriebsströmung zu verändern. Diese Einstellung ist jedoch von der Drehwinkelstellung des Rotors unabhängig und ändert sich während der Drehung des Horizontalachsenrotors nicht. Außerdem erfordern Energieerzeuger, bei denen Horizontalachsenrotoren angewendet werden, sehr aufwendige Bauwerke, weil einerseits die Horizontalachse in einer den Rotorradius überschreitenden Höhe über dem Erdboden gelagert werden muß und weil andererseits zur Vermeidung eines aufwendigen Kraftübertragungsgetriebes auch ein von dem Horizontalachsenrotor angetriebener elektrischer Generator auf der Höhe der Horizontalachse aufgehängt werden muß.

15

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vertikalachsenrotor der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sein Wirkungsgrad unter Vermeidung der ' vorerwähnten Nachteile verbessert ist.

20

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Rotorflügel um eine zur Rotorachse parallele Schwingachse freidrehend gelagert ist, und daß an mindestens einer der beiden Scheiben für jeden Rotorflügel je ein Anschlag angeordnet ist, durch den die sich quer zur Schwingachse erstreckende Profilsehne des Rotorflügels bei dessen Anlage am Anschlag in bezug auf die Rotorachse ungefähr radial ausgerichtet ist.

^O Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die von einer senkrecht zur Rotorachse einfallenden antreibenden Strömung in der Drehrichtung beaufschlagten Rotorflügel solange an ihren jeweiligen Anschlägen in Anlage gehalten, bis diese Rotorflügel infolge der Drehung des Vertikalachsenrotors und des damit sich in bezug auf die einfallende Strömung ändernden Anstellwinkels unter dem

Einfluß des entgegengerichtet zunehmenden Luftwiderstandes bei dessen Überwiegen von ihren Anschlägen weg in eine den geringsten Strömungswiderstand darstellende Stellung verschwenkt werden. Dadurch wird der schädliche Luftwiderstand derjenigen Rotorflügel, die infolge der augenblicklichen Drehphase des Vertikalachsenrotors keine nützliche Antriebskomponente in der Drehrichtung erfahren, auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Der Wirkungsgrad des Vertikalachsenrotors ist dadurch erheblich verbessert.

I

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Vertikalachsenrotors als Windgenerator bietet ferner den Vorteil einer großen baulichen Einfachheit, weil er infolge seiner Vertikalachse wesentlich platzsparender als ein Horizontalachsenrotor installiert werden kann. Außerdem kann der von dem Vertikalachsenrotor angetriebene Generator auf dem Erdboden installiert und unmittelbar durch die Verti— kalachse angetrieben werden. Der erfindungsgemäße Vertikalachsenrotor ist dadurch auch universell vom kleinsten bis hin zum größten Windkraftwerk anwendbar. Er kann als turmartiges Bauwerk in verschiedensten Durchmessern und Höhen fast überall errichtat werden. Änderungen der Windrichtung sind dabei ohne Belang, da sich der erfindungsgemäße Vertikalachsenrotor infolge seiner Funktionsweise selbsttätig darauf einstellt.

Ähnliche Vorteile gelten auch für die Anwendung des erfindungsgemäßen Vertikalachsenrotors als Wassergenerator. Dabei genügt es, den Vertikalachsenrotor senkrecht in eine Einengung eines Wasserlaufs einzusetzen, um an der eingeengten Durchflußstelle einen wirkungsvollen Betrieb zu erhalten. Da bei der Wasserkraft die Fließrichtung gleichbleibt, bietet es sich zur noch besseren Ausnutzung des Wasserstroms an, zwei gegenläufige Vertikalachsenrotoren hintereinander zu installieren. Die Leistung des derart eingesetzten Vertikalachsenrotors

4
ist. dabei unmittelbar durch die Höhe des am Vertikal-

achsenrotor wirksamen Wasserstroms in der Einengung bestimmt.

: In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Schwingachse durch den Schwerpunkt des Rotorflügels» Durch diese Anordnung ist der einzelne Rotorflügel völlig ausgewogen, wodurch vermieden wird, daS die Fliehkraft das freie Einschwingen des Rotorflügels in seine strömungsgünstigste Position negativ beeinflußt.

In baulicher Hinsicht erv/eist es sich als vorteilhaft, daß die Schwingachsen im Bereich des radial äußeren Randes der Scheiben angeordnet sind. Hierdurch kann mit einem Mindestmaß an baulichem Aufwand für die Scheiben die erforderliche Lagerung der Rotorflügel in dem Vertikalachsenrotor bewerkstelligt werden. Ebenso erweist es sich sowohl in baulicher als auch in funktioneller Hinsicht als zweckmäßig, daß die Schwingachse nahe einem Ende der Profilsehne angeordnet ist.

Vorzugsweise weisen die Rotorflügel ein zur Profilsehne symmetrisches Profil mit einer gerundeten Anström- ° kante und einer spitzwinkligen Abströmkante auf. Derartige Profile sind als Tragflächenprofile im Flugzeugbau bekannt und haben sich in diesem Zusammenhang als strömungstechnisch vorteilhaft und zweckmäßig erwiesen. In diesem Zusammenhang besteht eine weitere vorteilhafte

30

Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Schwingachse nahe der Anströmkante angeordnet ist.

Eine in baulicher und funktioneller Hinsicht vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die Anschläge auf den j Scheiben jeweils zwischen der Rotorachse und der Schwing-

• ■

j achse des zugeordneten Rofcorflügeis im Bereich des sich zwischen der Rotorachse und dieser Schwingachse erstreckenden Radius der Scheibe angeordnet sind.

g In diesem Zusammenhang wird in einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch bei einer schwachen einfallenden Strömung ein sicheres Anlaufverhalten des Vertikalachsenrotors dadurch erhalten, daß die Anschläge jeweils gleichsinnig in bezug auf eine

-jn Drehrichtung des Rotors gegenüber dem die Rotorachse und die Drehachse verbindenden Radius in einer zur Drehrichtung tangentialen Richtung geringfügig versetzt sind. Außerdem ist es dabei sowohl in baulicher Hinsicht als auch im Hinblick auf die Verteilung der an der Schwingachse und dem zugeordneten Anschlag angreifenden Kräfte zweckmäßig, daß die Anschläge nahe der bei Anlage am Anschlag zur Rotorachse weisenden Kante des zugeordneten Rotorflügels angeordnet sind.

Für einen einfachen und stabilen Aufbau ist es ferner zweckmäßig, daß die Anschläge jeweils durch sich von der Scheibe aus axial über eine größere Länge als der Abstand der zur Scheibe weisenden Kante des Rotorflügels erstreckende Bolzen gebildet sind.

25

Eine besonders gute Stabilität und Festigkeit des Aufbaus wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erhalten, daß die Anschläge zueinander spiegelbildlich gleich auf beiden Scheiben angeordnet sind.

f 30

Im Rahmen der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß an mindestens einer der beiden Scheiben für jeden Rotorflügel je ein Begrenzungsanschlag angeordnet ist, an dem der am zugeordneten Anschlag anliegende Rotorflügel nach einer Drehung von ungefähr 180^e um seine Schwingachse anschlägt. Durch diese Begrenzungsanschläge wird verhindert, daß sich

• ·

• · I >

die Rotorflügel von ihren Anschlägen aus um wesentlich mehr als 180° verdrehen können, wie es bei einer Flaute oder verwirbelten Strömungen möglich wäre. Auf diese Weise ist ein sicheres Anlaufen des erfindungsgemäßen Vertikalachsenrotors auch bei geringen Strömungs- oder Windgeschwindigkeiten in jeder möglichen Stellung der Rotorflügel gewährleistet.

Zweckmäßig wird die gewünschte Begrenzungswirkung der Begrenzungsanschläge in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß der Begrenzungsanschlag auf der Scheibe von der Schwingachse des zugeordneten Rotorflügels etwas weiter beabstandet ist als diese Schwingachse von dem ihr näher gelegenen Ende der Profilsehne, und daß eine auf der Scheibe von der Schwingachse zum Begrenzungsanschlag gerichtete Gerade gegenüber dem von der Rotorachse auf der Scheibe zur Schwingachse gerichteten Radius in der vom Anschlag zum Begrenzungsanschlag gerichteten Schwingrichtung des Rotorflügels gesehen um einen spitzen Winkel gedreht ist.

Im Hinblick auf einen stabilen Aufbau ist es ferner zweckmäßig, daß die Begrenzungsanschiäge zueinander spiegelbildlich gleich auf beiden Scheiben angeordnet sind. 25

Eine in dieser Hinsicht konstruktiv einfache Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die Begrenzungsanschlage jeweils durch sich von der Scheibe aus axial über eine größere Länge als der ^O Abstand der zur Scheibe weisenden Kante des Rotorflügels erstreckende Bolzen gebildet sind.

Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Rotorachse durch eine die beiden Scheiben gemeinsam durchsetzende Welle gebildet ist. Um jedoch mögliche Strömungshindernisse zwischen den beiden Scheiben zu vermeiden, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß die Rotorachse durch zwei sich jeweils von der den Rotorflügeln entgegengesetzten Stirnseite der Scheibe aus erstreckende Achsstummel gebildet ist.

Hinsichtlich der Anordnung der Schwingachsen ist es für die Stabilität des gesamten Vertikalachsenrotors von Vorteil, daß sich in einer bevorzugten Ausführungsform die Schwingachsen von der einen zur anderen Scheibe erstrecken. In diesem Zusammenhang kann einerseits vorge-

sehen sein, daß die Schwingachsen mit den Scheiben starr verbunden und die Drehlagerung jeweils zwischen der Schwingachse und dem zugeordneten Rotorflügel angeordnet ist- Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß die

Schwingachsen an den Scheiben drehgelagert sind. 20

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung sind die Rotorflügel zwischen den Scheiben in bezug auf die Rotorachse symmetrisch verteilt. Hierdurch ist vor allem die dynamische Ausgewogenheit des gesamten Vertikalachsen-

rotors sichergestellt.

Grundsätzlich ist jede Anzahl von .Rotorflügeln, insbesondere auch drei oder fünf möglich. Eine baulich zweckmäßige Ausführungsform zeichnet sich jedoch dadurch aus, daß die Anzahl der Rotorflügel vier beträgt.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung besteht darin, den Vertikalachsenrotor deraxt auszubilden, daß die bezüglich der Rotorachse gesehen axiale Abmessung der Rotor-35

flügel größer als die radiale ist. Auf diese Weise kann der Radius, auf dem die Rotorflügel gelagert sind, klein

• ·

⁸

gehalten werden, damit einerseits die hier wirksamen Kräfte keinen zu langen Hebelarm zur Rotorachse hin bilden und damit andererseits die Geschwindigkeit am Umfang des Vertikalachsenrotors nicht zu hoch wird, was beispielsweise nachteilig Windgeräusche oder eine stärkere tangentiale Ablenkung der Rotorflügel zur Folge hätte. Eine Erhöhung des Flächeninhaltes der Rotorfiügel kann jedoch in der vertikalen Richtung vorgenommen werden. Die Optimierung des Verhältnisses zwischen der vertikalen und der horizontalen Ausdehnung der Flügel hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab und kann leicht durch Versuche ermittelt werden.

Vorzugsweise weisen die Rotorflügel die Form eines Rechtecks mit bezüglich der Rotorachse sich axial und quer erstreckenden Seitenkanten auf. Durch diese Formgebung kann der zwischen den beiden Scheiben zur Verfügung stehende, zylindrische Raum am besten ausgenützt werden.

²^ Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller im Text nicht erwähnten Einzelheiten ausdrücklich hingewiesen wird. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Vertikalachsenrotor senkrecht zur Rotorachse_r

Fig. 2 einen Radialschnitt durch den in Fig. 1 dar-

gestellten Vertikalachsenrotor längs der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Radialschnitt In einer ersten Drehphase bezogen 35

auf eine einfallende Strömung, und

It ■ 1 · '

Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Radialschnitt in einer späteren Drehphase.

Gemäß Fig. 1 weist ein Vertikalachsenrotor 1 zwei 5

sich unter einem gegenseitigen vertikalen Abstand gegenüberstehende und sich horizontal erstreckende Scheiben 2,3 auf, von denen die vertikal gesehen untere Scheibe 2 auch in Fig. 2 bis 4 in einer axialen Aufsicht auf den in Fig. 1 durch die Linie II-II angedeuteten Radialschnitt, d.h. in einer Aufsicht auf die zur Scheibe 3 weisende Stirnseite der Scheibe 2, dargestellt ist. Die beiden Scheiben 2, 3 sind kreisrund, wobei sich von ihrem jeweiligen Zentrum aus an den beiden einander entgegengesetzten Stirnseiten jeweils ein axialer Achsstummel 6

J. D

bzw. 7 als Rotorachse erstreckt. Diese Ausbildung der Rotorachse ist gegenüber einer alternativen Ausführungsform, bei der sich die Rotorachse von der einen Scheibe 2 bis zur anderen Scheibe 3 sowie durch die beiden Scheiben „_n 2,3 hindurcherstreckt, insoweit zu bevorzugen, als der zwischen den beiden Scheiben 2, 3 befindliche zylindrische Raum im Falle der Achsstummel 6, 7 von möglichen Strömungshindernissen frei ist.

Zwischen den beiden sich quer zur Rotorachse 6, 7 erstreckenden Scheiben 2, 3 sind vier Rotorflügel S, 9, 10 und 11 angeordnet, die sich in ihrer Flächenrichtung parallel zur Rotorachse 6, 7 erstrecken. Diese Rotorflügel 8 bis 11 weisen jeweils die Form eines Rechtecks auf, dessen längere Seitenkante 12 sich parallel zur Rotorachse 6,

7 und dessen kürzere Seitenkante 13 sich bezüglich der Rotorachse 6, 7 quer erstreckt- Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die Rotorflügel 8 bis 11 in ihrem bezüglich der Rotorachse 6, 7 radialen Querschnitt über ihre gesamte axiale Länge ein gleichbleibendes Profil auf, das zur Profilsehne 14 des jeweiligen Rotorflügels

8 bis 11 symmetrisch ist. Ferner weist das Profil an einem

io I

ι I

Ende der Profilsehne 14 eine gerundete Anströmkante 15 f

und am dazu entgegengesetzten Ende eine spitzwinklige |

Abströmkante 16 auf. |

Jeder einzelne Rotorflügel 8 bis 11 ist zwischen |

den beiden Scheiben 2, 3 um jeweils eine zur Rotor achse ].

6, 7 parallele Schwingachse 17, 18, 19 bzw. 20 frei- j. drehend gelagert. Die Schwingachsen 17 bis 20 sind dabei
derart angeordnet, daß sie sich durch den Schwerpunkt
des betreffenden Rotorflügels 8 bis 11 erstrecken, so

daß jeder der Rotorflügel 8 bis 11 bei einer Drehung des |

Vertikalachsenrotors gegen angreifende Fliehkräfte aus- g

gewuchtet ist. Zu diesem Zweck ist die Schwingachse %

in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils nahe \

f

einem Ende der Profilsehne 14 angeordnet, wobei es sich |

gemäß Fig. 1 und 2 um das an die Anströmkante 15 an- |

grenzende Ende der Profilsehne 14 handelt. f

Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht, sind die S

OO I

vier Schwingachsen 17 bis 20 in bezug auf die Rotor- |j

achse 6, 7 um den Umfang der Scheiben 2, 3 symmetrisch |^:

verteilt, wodurch sich eine symmetrische Anordnung der |

Rotorflügel 8 bis 11 und damit eine Auswuchtung des ge- |

samten Vertikalachsenrotors 1 ergibt. Die Schwingachsen f

I

17 bis 20 erstrecken sich parallel zur Rotorachse 6,7 %

von der einen zur anderen Scheibe 2, 3 und sind dabei i

im Bereich des radial äußeren Randes 21, 22 der Scheibe f

2 bzw. 3 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform I

sind die Schwingachsen 17 bis 20 mit den Scheiben 2, 3
30

starr verbunden, wodurch eine erforderliche feste Verbindung zwischen den Scheiben 2, 3 hergestellt ist. Die
Drehlagerung für die jeweiligen Rotorflügel 8 bis 11

sind dabei in nicht dargestellter Weise zwischen der '

jeweiligen Schwingachse 17 bis 20 und dem zugeordneten
35

Rotorflügel 8 bis 11 angeordnet. Alternativ könnte jedoch insbesondere im Falle einer die beiden Scheiben

• · ill ··

ϊ verbindenden Rotorachse auch vorgesehen sein, daß die Schwingachsen 17 bis 20 an den Scheiben 2, 3 drehgelagert sind, tun auf diese Weise die freie Drehbewegung | der Rotorflügel 8 bis 11 zu ermöglichen.

Wie aus der Zeichnung, insbesondere aus Fig. 2, weiter hervorgeht, ist an der Scheibe 2 für jeden der Rotorflügel 8 bis 11 je ein Anschlag 23, 24, 25 bzw. vorgesehen. Diese Anschläge 23 bis 26 sind an der Scheibe 2 derart angeordnet, daß die Profilsehne 14 des jeweiligen Rotorflügels 8 bis 11 bei seiner Anlage an dem zugeordneten Anschlag 23 bis 26 in bezug auf die Rotorachse 6, ungefähr radial ausgerichtet ist. Im einzelnen sind zu diesem Zweck gemäß Fig. 2 die Anschläge 23 bis 26 jeweils \ zwischen der Rotorachse 6 und der Schwingachse 17, 18, 19 bzw. 20 des zugeordneten Rotorflügels 8, 9, 10 bzw. ungefähr auf dem sich zwischen der Rotorachse und der entsprechenden Schwingachse erstreckenden Radius der Scheibe 2 angeordnet. Die genaue optimale Stellung dieser Anschlage 23 bis 26 richtet nach dem für die Rotorflügel verwendeten Profil und läßt sich am einfachsten durch Versuch einstellen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Anschlage 23 bis 26 jeweils gleichsinnig in bezug auf eine Drehrichtung des Rotors 1 gegenüber dem die Rotorachse 6 und die entsprechende Schwingachse 17 bis 20 verbindenden Radius in einer zur Drehrichtung tangentialen Richtung geringfügig versetzt angeordnet sind. Hierdurch kann

ein gewünschter Anstellwinkel der Rotorflügel 8 bis 11 eingestellt werden.

Die Anschläge 23 bis 26 sind ferner gegenüber der zugeordneten Schwingachse 17, 18, 19 bzw. 20 radial soweit nach innen versetzt, daß bei am Anschlag anliegendem Rotorflügel dieser Anschlag in der Nähe der zur Rotor- S

achse 6 weisenden Kante des entsprechenden Rotorflügels, d.h nahe der Abströmkante 16, liegt. Ebenso wie die Scheibe 2 weist auch die Scheibe 3 auf ihrer der Scheibe 2 zugewandten Stirnseite vier Anschläge 27 bis 30 auf, die den Anschlägen 23, 24, 25 bzw. 26 vertikal gegenüberstehen.

Im einzelnen sind die Anschläge 23 bis 30 durch Bolzen gebildet, die sich von der jeweiligen Scheibe 2,

IQ aus axial in den zwischen den beiden Scheiben 2, 3 eingeschlossenen Raum erstrecken. Dabei ist die axiale Länge der die Anschläge 23 bis 30 bildenden Bolzen größer als der zwischen der jeweiligen Scheibe 2, 3 und der zu dieser Scheibe weisenden Kante 13 des jeweiligen Rotorflügels 8 bis 11 gebildete Abstand.

Wie weiter insbesondere aus: Fig. 2 hervorgeht, ist an der Scheibe 2 für jeden einzelnen Rotorflügel 8 bis 11 auch je ein Begrenzungsanschlag 31, 32, 33 bzw. 34 vorgesehen. Die Lage dieser Begrenzungsanschläge 31 bis 34 ist dabei derart gewählt, daß der zugeordnete Rotorflügel 8, 9, 10 bzw. 11 ausgehend von seiner Anlage am zugeordneten Anschlag 23, 24, 25 bzw. 26 nach einer Drehung von ungefähr 180° an seinem Begrenzungsanschlag 31, 32, 33 bzw. 34 in Anlage gelangt. Dies wird im einzelnen dadurch erreicht, daß der einzelne Begrenzungsanschlag 31 bis 34 von der jeweiligen Schwingachse 17, 18, 19 bzw. 20 etwas weiter beabstandet ist als das dieser Schwingachse benachbarte Ende der Profilsehne 14, d.h. 30 das an der Anströmkante 15 gelegene Ende der Profil-

sehne 14. Ferner ist der jeweilige Begrenzungsanschlag 31 bis 34 gegenüber der ihm zugeordneten Schwingachse 17 bis 20 in einer Drehrichtung des Vertikalachsenrotors 1 insoweit etwas versetzt, als eine auf der Scheibe 2 von der jeweiligen Schwingachse 17 bis 20 zum betreffenden Begrenzungsanschlag 31 bis 34 gerichtete Gerade 35 gegenüber dem von der Rotorachse 6 auf der Scheibe zu

dieser Schwingachse gerichteten Radius 36 in der vom zugeordneten Anschlag 23 zum Begrenzungsanschlag 35 gerichteten Schwingrichtung des Rotorflügels 8 gesehen um einen spitzen Winkel oL gedreht ist.

Schließlich sind auch an der Scheibe 3 in axialer

Gegenüberstellung zu den Begrenzungsanschlagen 31 bis 34 entsprechende Begrenzungsanschläge 37 bis 40 angeordnet-Ebenso wie im Fall der Anschläge 23 bis 30 sind auch die Begrenzungsanschläge 31 bis 34 und 37 bis 40 durch Bolzen gebildet, die sich jeweils von der betreffenden Scheibe 2, 3 aus axial in den zwischen den Scheiben 2, 3 gebildeten Zwischenraum hinein erstrecken. Dabei ist ihre Länge größer als der Abstand zwischen der Scheibe 2, 3 und der zur Schexbe weisenden Kante 13 des Rotorflügels 8 bis 11.

Zur Erläuterung der Betriebsweise des Vertikalachsenrotors 1 sind in Fig. 3 und 4 verschiedene Drehphasen in bezug auf eine in ihrer Richtung durch Pfeile 41 dargestellte antreibende Strömung dargestellt, wobei diese Strömung senkrecht zur Rotorachse 6, 7 einfällt. Der Vertikalachsenrotor 1 dreht sich dabei in dem durch einen Pfeil 42 dargestellten Uhrzeigersinn, weil die

25. Rotorflügel 8, 9 in dieser Drehrichtung durch die Strömung an ihre Anschläge 23 bis 24 angelegt werden. Neben der durch die Pfeile 41 angedeuteten antreibenden Strömung wirkt auf die Rotorflügel 8 bis 11 der tangential und entgegengesetzt zur Drehrichtung 42 gerichtete Luftwiderstand, der durch einen Pfeil 43 angedeutet ist.

In der in Fig. 3 dargestellten Drehphase liegt der Rotorflügel 8 an seinem Anschlag 23 an, wobei die antreibende Strömung 41 am Rotorflügel 8 einen etwa senkrecht zur Profilsehne 14 gerichteten Auftrieb hervorruft, der durch einen Pfe.il 44 dargestellt ist. Auch der in der Drehrichtung 42 weiter vorne liegende Rotor-

1 t < ! C 1

ξ flügel 9 liegt noch an seinem Anschlag 24 an und er- J

fährt durch die antreibende Strömung 41 einen durch *

einen Pfeil 45 angedeuteten Auftrieb. Dagegen hat sich }

der in der Drehrichtung 42 noch weiter vorne liegen- j/

de Rotorflügel 10 bereits von seinem Anschlag 25 i

abgelöst und schwingt frei in eine Stellung ein, die 1

der aus der antreibenden Strömung 41 und dem Luftwider- 1

stand 43 gebildeten effektiven Strömungsrichtung den |

geringsten Widerstand entgegensetzt- Der in der Dreh- |

richtung 42 noch weiter vorne liegende Rotorflügel 11 |

ist schließlich bereits in diese Stellung geringsten |

Widerstandes eingeschwungen· _r

In der in Fig. 4 dargestellten späteren Drehphase, | !5 in der sich der Vertikalachsenrotor 1 um etwa 45° im Uhr- 1 zeigersinn gedreht hat, liegt der Rotorflügel 8 nach wie vor
an seinem Anschlag 23 an und erzeugt mit Hilfe der antreibenden Strömung 41 den Auftrieb 44. Dagegen beginnt sich
der in der Drehrichtung 42 weiter vorne liegende Rotorflügel 9 von seinem Anschlag 24 abzulösen und ist daher
am Antrieb nicht mehr beteiligt. Die übrigen Rotorflügel
10 und 11 schwingen frei und setzen der effektiven
Strömung den geringstmöglichen Kiderstand entgegen*
Wenn der Rotorflügel 11 die in Fig. 3 von dem Rotor-— xiügel 8 eingenommene Stellung erreicht hat, wiederholen
sich die beschriebenen Vorgänge sinngemäß.

Der Auftrieb bzw. Vortrieb in der Drehrichtung

42 wird also nur durch diejenigen Rotorflügel erzeugt,

die durch die entsprechenden Anschläge daxan gehindert

werden, sich in die Richtung der aus der antreibenden
Strömung 41 und dem Widerstand 43 zusammengesetzten
effektiven Strömung einzuschwingen. Die Anströmkante 15
der Rotorflügel 8 bis 11 wirkt bei deren Einschwingbewegung als Dämpfungsflache. Die Begrenzungsanschlage
31 bis 34 sollen lediglich verhindern, daß die Rotor—

flügel 8 bis 11 bei schwachen oder verwirbelten Winden um wesentlich mehr als 180° ausschwingen.

Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Betrieb dreht sich der Vertakalachsenrotor I im Uhrzeigersinn. Durch eine vertikale Drehung des Vertikalachsenrotors 1 um 180° wird jedoch die umgekehrte Drehrichtung erhalten»

Zusammenfassung

Vertikalachsenrotor

Bei einem Vertikalachsenrotor mit zwischen zwei sich quer zur Rotorachse 6 erstreckenden Scheiben 2 und zwischen den Scheiben 2 angeordneten achsparallen

Rotorflügeln 8 bis 11 sind die Rotorflugel jeweils um eine zur Rotorachse 6 parallele Schwingachse 17 bis 20 freidrehend gelagert. Ferner ist für jeden Rotorflügel 8 bis 11 je ein Anschlag 23 bis 26 vorgesehen,

durch den der jeweilige Rotorflügel 8 bis 11 bei seiner 15

Anlage am zugeordneten Anschlag ungefähr in radialer Ausrichtung festgehalten wird. Dadurch wird erreicht, daß nur die in der jeweiligen Drehphase des Vertikalachsenrotors zum Antrieb wirksamen Rotorflügel 8, 9

entgegen dem Druck einer antreibenden Strömung festge-20

legt sind, während die gerade nicht am Antrieb teilnehmenden und nur vom Luftwiderstand beaufschlagten Rotorflügel 10 und 11 sich freischwingend in eine Stellung geringsten Strömungswiderstandes einpendeln.

Durch die Erfindung wird somit ein Vertikalachsenrotor 2b

mit erheblich verbessertem Wirkungsgrad geschaffen (Fig. 2).

I · 4 ·

Bezugszeichenliste

Vertikalachsenrotor

1 Vertikalachsenrotor

2 Scheibe

3 Scheibe

4 Stirnseite

5 Stirnseite

6 Achsstummel

7 Achsstummel

8 Rotorflügel

9 Rotorflügel

10 Rotorflügel

11 Rotorflügel

12 längere Seitenkante

13 kürzere Seitenkante

14 Profilsehne

15 Anströmkante

16 Abströmkante

17 Schwingachse

1 Q O/^Utf! V.J-* ■■- j-~t\-, .■■- -■■- _i_ υ uv-iirif j.iiyavnc3C

19 Schwingachse

20 Schwingachse

21 äußerer Rand

22 äußerer Rand

23 Anschlag

24 Anschlag

25 Anschlag 2 6 Anschlag

27 Anschlag

28 Anschlag

23	η Πο i-uxay
30	Anschlag
31	Begrenzungsanschlag
32	Il H
33	Il Il
34	Il Il
35	Gerade
36	Radius
37	Begrenzungsanschlag
38	ti ti
39	11 Il
40	Il Il
41	Pfeile
42	Drehrichtung
43	Luftwiderstand
44	Auftrieb
-45	Auftrieb

Claims

Schutzansprüche :

,- 1. Vertikalachsenrotor mit zwischen zwei sich

quer zur Rotorachse erstreckenden Scheiben angeordneten achsparallelen Rotorflügeln, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotorflügel (8 bis 11) um eine zur Rotorachse (6,7) parallels Schwingachse (17 bis 20) freidrehend

,Q gelagert ist, und daß an mindestens einer der beiden Scheiben (2,3) für jeden Rotorflügel (8 bis 11) je ein Anschlag (23 bis 26) angeordnet ist, durch den die sich quer zur Schwingachse (17 bis 20) erstreckende Profilsehne (14) des Rctorflügeis (8 bis 11) bei dessen Aalage am Anschlag (23 bis 26) in bezug auf die Rotorachse (6,7) ungefähr radial ausgerichtet ist.
2. Vertikalachsenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwingachse (17 bis 20) durch den Schwerpunkt des Rotorflügels (8 bis 11) erstreckt.
3. Vertikalachsenrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingachsen (17 bis 20) im Bereich des radial äußeren Randes (21,22) der Scheiben (2,3) angeordnet sind.
4. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingachse (17 bis 20) nahe einem Ende der Profilsehne (14) angeordnet ist.
5. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorflügel (8 bis 11) ein zur Profilsehne (14) symmetrisches Profil mit einer gerundeten Anströmkante (15) und einer spitzwinkligen Abströmkante (16) aufweisen.
6. Vertikalachsenrotor nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Schwingachse (17 bis 20) nahe der Anströmkante (15) angeordnet ist.
7. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (23 bis 30) auf den Scheiben (2,3) jeweils zwischen der Rotorachse (6,7) und der Schwingachse (17 bis 20) des zugeordneten Rotorflügels (8 bis 11) im Bereich des sich zwischen der Rotorachse (6,7) und dieser Schwingachse (17 bis 20) erstreckenden Radius (36) der Scheibe (2,3) angeordnet sind.
8. Vertikalachsenrotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (23 bis 26) jeweils

gleichsinnig in bezug auf eine Drehrichtung (42) des Rotors (1) gegenüber dem die Rotorachse (6,7) und die j Schwingachse (17 bis 20) verbindenden Radius (36) in

einer zur Drehrichtung (42) tangentialen Richtung ge- ^O ringfügig versetzt sind.
9. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge

\ (23 bis 30) nahe der bei Anlage am Anschlag zur Rotor-

j achse (6,7) weisenden Kante (16) des zugeordneten Rotor-

ϊ flügeis (8 bis 11) angeordnet sind.
10. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche

1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge

30

(23 bis 30) jeweils durch sich von der Scheibe (2,3)

aus axial über eine größere Länge als der Abstand der zur Scheibe (2,3) weisenden Kante (13) des Rotorflügels (8 bis 11) erstreckende Bolzen gebildet sind.

35
11. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche

1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge

(23 bis 26 bzw. 27 bis 30) zueinander spiegelbildlich gleich auf beiden Scheiben (2 bzw. 3) angeordnet sind.
12. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche Q 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer der beiden Scheiben (2,3) für jeden Rotorflügel (8 bis 11) ein Begrenzungsanschlag (31 bis 34 bzw. 37 bis 40) angeordnet ist, an dem der am zugeordneten Anschlag (23 bis 30) anliegende Flügel (8 bis 11) nach einer Drehung von ungefähr 180° um seine Schwingachse (17 bis 20) anschlägt.
13. Vertikalachsenrotor nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsanschlag (31 bis 34) auf der Scheibe (2) von der Schwingachse (17 bis 20) des zugeordneten Rotorflügels (8 bis 11) etwas weiter beabstandet ist als diese Schwingachse von dem ihr näher gelegenen Ende der Profilsehne (14), und daß eine auf der Scheibe (2) von der Schwingachse zum Begrenzungsanschlag gerichtete Gerade (35) gegenüber dem von der Rotorachse (6,7) auf der Scheibe (2) zur Schwingachse gerichteten Radius (36) in der vom Anschlag (23) zum Begrenzungsanschiag (31) gerichteten Schwingrichtung des Rotorflügels (8) gesehen um einen spitzen Winkel ( oL ) gedreht ist.
14. Vertikalachsenrotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsanschläge (31 bis 34 bzw. 37 bis 40) zueinander spiegelbildlich gleich auf beiden Scheiben (2 bzw. 3) angeordnet sind.
15. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsanschlage (31 bis 34; 37 bis 40) jeweils durch sich von der Scheibe (2,3) aus axial über eine größere Länge als der Abstand der zur Scheibe (2,3) weisenden Kante (13) des Rotorflügels (8 bis 11) erstreckende Bolzen gebildet sind.
16. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorachse durch eine die beiden Scheiben (2,3) gemeinsam durchsetzende Welle gebildet ist.
17 Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorachse |

durch zwei sich jeweils von der den Rotorflügeln (8 bis 11) entgegengesetzten Stirnseite (4,5) der Scheibe (2,3) aus erstreckende Achsstummel (6,7) gebildet ist.
18. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwingachsen (17 bis 20) von der einen zur anderen Scheibe (2,3) erstrecken.
19. Vertikalachsenrotor nach einen der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingachsen (17 bis 20) mit den Scheiben (2,3) starr verbunden und die Drehlagerung jeweils zwischen der Schwingachse (17 bis 20) und dem zugeordneten Rotorflügel (8 bis 11) angeordnet ist.
20. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche ι bis 18 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingachsen (17 bis 20) an den Scheiben (2,3) drehgelagert sind.
21. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorflügel (8 bis 11) zwischen den Scheiben (2,3) in bezug auf die Rotorachse (6,7) symmetrisch verteilt sind.
22. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der

Rotorflügel (8 bis 11) vier beträgt.

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23. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche

1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich der Rotorachse (6,7) gesehen axiale Abmessung (12) der Rotörflügel (8 bis 11) größer als die radiale (13) ist.
24.. Vertikalachsenrotor nach einem der Ansprüche

1 bis 23, dadurch gekennzeichnet _f daß die Rotorflügel (8 bis 11) die Form eines Rechtecks mit bezüglich der Rotorachse (6,7) sich axial bzw. quer erstreckenden 10 Seitenkanten (12 bis 13) aufweisen.