EP0209522A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer gerichteten flüssigkeitsströmung. - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen einer gerichteten flüssigkeitsströmung.

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EP0209522A1
EP0209522A1 EP85902433A EP85902433A EP0209522A1 EP 0209522 A1 EP0209522 A1 EP 0209522A1 EP 85902433 A EP85902433 A EP 85902433A EP 85902433 A EP85902433 A EP 85902433A EP 0209522 A1 EP0209522 A1 EP 0209522A1
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liquid flow
generating
paddle
axes
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/70Drives therefor, e.g. crank mechanisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D11/00Other rotary non-positive-displacement pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D33/00Non-positive-displacement pumps with other than pure rotation, e.g. of oscillating type

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating directed liquid flows, whether these liquids are pure substances, solutions or mixtures of different liquids, suspensions, liquors or fluids of a similar nature.
  • Devices for generating directed liquid flows are known in large numbers and are distributed over a wide variety of classes of devices and are used for a wide variety of purposes. Two groups can be distinguished in terms of their intended use: either the device sets the liquid in motion and the device remains essentially stationary, in which case the devices are pumped; or the device is mounted on a carrier device which is movable with respect to the liquid, so as a rule both the liquid and the carrier device are set in motion, then it is the drive of a water vehicle. Similar devices are used for both purposes - for pumping liquids and for driving " watercraft " : propellers and screws of various designs, but also mill wheel-like devices with paddles which are immersed in the liquid.
  • is a consequence of the radial acceleration of the liquid.
  • paddlewheel-type drive devices whether for liquid conveyance or as a vehicle drive, some of the disadvantages of propels or screws are eliminated, but such drive devices generally have a very large construction, and due to their approximately uniform movement through the liquid, the impulse transmission or Change, which causes the propulsive force, is relatively small.
  • the object of the present invention is to provide a drive device which causes the greatest possible change in momentum in a given direction in the surrounding liquid and thereby generates a minimum of hot water.
  • Fig. 1 shows a first embodiment in elevation
  • Fig. 2 shows the same embodiment in plan
  • Fig. 3 is a view of a first paddle-like body
  • Fig. 4 shows a second embodiment in elevation
  • Fig. 5 shows the embodiment of Fig. 4 in plan
  • Fig. 6 is a view of a second paddle-like body
  • Fig. 7 shows a third embodiment in elevation
  • Fig. 8 shows the embodiment of Fig. 7 in plan.
  • End points A and D of the shafts 2, 3 are two joints 4, 5, the axes of which are perpendicular to one another in this rotational position of the shafts 2, 3; the extension of the axis of the joint 5 goes through the end point A.
  • the end points A, D are the intersections of the axes of the shafts 2, 3 with the axes of the joints 4, 5.
  • a bow-shaped support 6.7 is pivotally mounted in the joints 4.5; a shaft 8.9 runs through the ends of these bow-shaped supports 6.7, the axes of which are perpendicular to the axes of the joints 4 or 5.
  • the axes of the shafts 8, 9 are also perpendicular to one another.
  • the shafts 8, 9 run through a double paddle-shaped body 10 in which they are rotatably mounted.
  • a similar joint configuration is known from CH-PS 216 760, where the device carries a hollow body for receiving, for example, mix.
  • the intersection of the longitudinal axis of the body 10 with the axes of the shafts 8.9 defines two points B, C.
  • FIG. 2 shows the floor plan of the same exemplary embodiment as FIG. 1, also in the same position of the body 10. This is divided into two paddle-shaped parts 11, 12, which lie in two mutually perpendicular planes, the track of these planes being the longitudinal axis 21 of the body 10 forms and passes through points B and C.
  • the rotary movements of the two shafts 2, 3 run in opposite directions at the angular velocities ⁇ -, or ( ⁇ _, which are both non-uniform, have a phase shift of K / 2. And have two maximum and two minimum values during a full revolution, which are mutually exclusive in a ratio of 2: 1.
  • part 12 of the body 10 describes a rapid paddle movement towards the viewer, while part 11 of the body 10 moves away from the viewer with a slow movement.
  • part 11 has pivoted to the top left and is now moving toward the viewer with an accelerated movement, while part 12 is at the bottom right and is moving away from the viewer.
  • Wel "len 2.3" are thus obtained four shock-like movements of the body 10, two of each part 11,12 in, change.
  • the inventive shape of the body 10 results in a maximum flow resistance in the position and movement of the part 12 according to FIG. 1 and minimal flow resistance for the movement and position of the part 11.
  • FIG 3 shows the body 10 as seen from point A.
  • the two parts 11, 12 are perpendicular to one another.
  • FIG. 1 A second exemplary embodiment according to the invention is shown in FIG. While the basic elements of the construction, namely the hinge configuration, are the same as in Fig. 1,2, here is the one Body 10 replaced by a body 14; Furthermore, the bow-shaped bodies 6, 7 are designed such that they support and support the shafts 8, 9 on both sides.
  • the body 14 is in turn divided into two mutually perpendicular, essentially flat parts 15, 16, the transition 17 of which represents a twisted surface.
  • a variant (not shown) for the exemplary embodiment according to FIGS. 4, 5, 6 contains a body 14 which in its entirety represents a twisted surface which is produced by screwing a straight line around the longitudinal axis 21 of the body 14.
  • a sub-variant of this contains a body 14 which is created by screwing an arc, for example an ellipse section around the longitudinal axis 2, of the body 14.
  • a body 18 is present.
  • This body 18 is a spatial structure, enveloped by a regular surface, which is generated by rolling two ellipses 19, 20 on one plane.
  • the two ellipses 19, 20 are in turn perpendicular to one another.
  • the waves 8.9 run through the centers of the ellipses 19.20.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von gerichteten Flüssigkeitsströmungen, seien diese Flüssigkeiten reine Stoffe, Lösungen oder Mischungen von verschiedenen Flüssigkeiten, Aufschwemmungen, Flotten oder Fluide ähnlicher Beschaffenheit. Vorrichtungen zum Erzeugen von gerichteten Flüssigkeitsströmungen sind in grosser Zahl bekannt und verteilen sich auf die verschiedensten Klassen von Vorrichtungen und werden zu den verschiedensten Zwecken eingesetzt. Vom Verwendungszweck her sind zwei Gruppen unterscheidbar: Entweder wird durch die Vorrichtung die Flüssigkeit in Bewegung gesetzt, und die Vorrichtung bleibt im wesentlichen ortsfest, dann handelt es sich um Pumpvorrichtungen; oder die Vorrichtung ist auf eine, bezüglich der Flüssigkeit bewegliche, Trägervorrichtung angebaut, so wird in aller Regel sowohl die Flüssigkeit als auch die Trägervorrichtung in Bewegung versetzt, dann handelt es sich um den Antrieb eines Wasser ahrzeuges. Zu beiden Zwecken - zum Pumpen von Flüssigkeiten wie zum Antreiben von "Wasserfahrzeugen - werden ähnliche Vorrichtungen verwendet: Propeller und Schrauben verschiedenster Konstruktion, aber auch mühlrad-ähnliche Vorrichtungen mit Paddeln, die in die Flüssigkeit eintauchen.
Es ist bekannt, dass Schrauben und Propeller allgemein einen niedrigen Wirkungsgrad haben. Neben der Impulsübertragung in axialer Richtung - die allein der Fortbewegung oder der Flüssigkeitsförderung dienen - wird die Flüssigkeit auch in erheblichem Masse in radialer und tangentialer Richtung beschleunigt und gefördert, ein Energie- bzw. Leistungsaufwaπd, der in vielen Fällen verloren geht. Durch Ummantelung des Propellers und durch Einbau von Schikanen, die die Tangentialströmung behindern bzw. umlenken, kann der Wirkungsgrad gesteigert werden. Die grossen
I Strömungsverluste, die durch die enormen Scherkräfte am Propeller selbst entstehen, können jedoch nicht aufgehoben werden. Dies gilt sowohl für Pumpen, wie für Wasserfahrzeug-Antriebe.
Bei rasch laufenden und/oder grossen Propellern entsteht ferner die bekannte und gefürchtete Erscheinung der Kavitation, verursacht durch kollabierende Dampfblasen., die entstehen, wenn der lokale Druck den Dampfpartialdruck der geförderten Flüssigkeit 5nterschreitet. Auch dies
^ ist eine Folge der radialen Beschleunigung der Flüssigkeit.
Bei schaufelradartigen Antriebsvorrichtungen, seien sie zur Flüssig¬ keitsförderung, seien sie als Fahrzeugantrieb eingesetzt, entfallen zwar einige der Nachteile der Propelle oder Schrauben, doch bauen solche Antriebsvorrichtungen in der Regel sehr gross, und infolge ihrer angenähert gleichförmigen Bewegung durch die Flüssigkeit ist die Impulsübertragung bzw. Aenderung, die ja die Vortriebskraft bewirkt, verhältnismässig klein.
' Bei den genannten Klassen der Antriebsvorrichtungen entstehen zudem an den Kanten der Schaufeln Flüssigkeitswirbel, die einen erheblichen Anteil der Antriebsleistung aufnehmen und nichts zur Fortbewegung beitragen, sondern, das besonders in der Kanalschiffahrt gefürchtete, Schmeisswasser bewirken. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die in der umgebenden Flüssigkeit eine grösstmögliche Impulsänderung in einer vorgegebenen Richtung bewirkt und dabei ein Minimum an Schmeisswasser erzeugt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass ein paddelartiger Körper, der getragen wird durch zwei einander meidende aber aufeinander senk¬ rechtstehende Achsen, in diesen Achsen kardanisch gelagert ist, die beiden Kardanachsen wiederum senkrecht stehen auf den beiden vorgenannten Achsen und sie ebenso meiden, dass die Abstände der vier genannten, einander meidenden - oder windschiefen - Achsen gleich gross sind, und dass die beiden Kardanachsen wiederum senkrecht durch zwei para'llele Antriebsachsen laufen, dass durch die -gegenläufige Bewegung der zuletzt genannten parallelen Achsen eine umstülpungskinematische Bewegung des paddelartigen Körpers entsteht.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in beispielhafter, nicht beschränkender Art dargestellt, Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Aufriss
Fig. 2 das gleiche Ausführungsbeispiel im Grundriss
Fig. 3 eine Ansicht eines ersten paddelartigen Körpers
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel im Aufriss
Fig. 5 das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 im Grundriss
Fig. 6 eine Ansicht eines zweiten paddelartigen Körpers
Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel im Aufriss
Fig. 8 das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 im Grundriss.
Das AusTührungsbeispiel gemäss Fig. 1 besteht aus einer Grundplatte 1, in der zwei parallele Wellen 2,3 drehbar gelagert sind. An 'den
*
Endpunkten A und D der Wellen 2,3 befinden sich zwei Gelenke 4,5, deren Achsen in dieser Drehstellung der Wellen 2,3 zueinander senkrecht stehen; die Verlängerung der Achse des Gelenkes 5 geht durch den Endpunkt A. Die Endpunkte A,D sind je die Schnittpunkte der Achsen der Wellen 2,3 mit den Achsen der Gelenke 4,5.
In den Gelenken 4,5 ist je ein bügeiförmiger Träger 6,7 schwenkbar gelagert; durch die Enden dieser bügeiförmigen Träger 6,7 läuft je eine Welle 8,9 deren Achsen zu den Achsen der Gelenke 4, bzw. 5 senkrecht stehen. Damit stehen .auch die Achsen der Wellen 8,9 senkrecht zueinander. Die Wellen 8,9 laufen durch einen doppelpaddelförmigen Körper 10, in dem sie drehbar gelagert sind. Eine ähnliche Gelenk¬ konfiguration ist bekannt aus der CH-PS 216 760, wo die Vorrichtung einen Hohlkörper zur Aufnahme von beispielsweise Mischgut trägt. Der Schnitt der Längsachse des Körpers 10 mit den Achsen der Wellen 8,9 definiert zwei Punkte B,C. Die Konstruktion gemäss Fig. 1 ist so gewählt, dass für die Abstände der A,B,C,D gilt: AB=BC=CD. Fig. 2 zeigt den Grundriss des gleichen Ausführungsbeispiels wie Fig.1 auch in der gleichen Stellung des Körpers 10. Dieser ist gegliedert in zwei paddelfδrmige Teile 11,12, die in zwei zueinander senkrecht stehenden Ebenem liegen, wobei die Spur dieser Ebenen die Längsachse 21 des Körpers 10 bildet und durch die Punkte B und C läuft.
Die Drehbewegungen der zwei Wellen 2,3 verlaufen gegenläufig mit den Winkelgeschwindigkeiten ω- , bzw. (ύ_ , die beide ungleichförmig sind, gegeneinander eine Phasenverschiebung von K/2. aufweisen und während eines vollen Umlaufs zwei Maximal- und zwei Minimalwerte aufweisen, die zueinander im Verhältnis 2:1 stehen.
Wird die Welle 3 in der mit 0)2 angegebenen Richtung gedreht, so beschreibt Teil 12 des Körpers 10 eine rasche Paddelbewegung auf den Betrachter zu, während sich Teil 11 des Körpers 10 mit einer langsamen Bewegung vom Betrachter wegbewegt. Nach einer Vierteldrehung der Wellen 2,3 hat sich Teil 11 nach links oben geschwenkt und bewegt sich nun mit einer — beschleunigten - Bewegung auf den Betrachter zu, während Teil 12 sich rechts unten befindet und sich vom Betrachter wegbewegt. Während einer vollen Drehung der Wel«len 2,3 ergeben "sich so vier stossähnliche Bewegungen des Körpers 10, je zwei von jedem Teil 11,12 im, Wechsel. Durch die erfindungsgemässe Form des Körpers 10 ergibt sich maximaler Strömungswiderstand in der Stellung und Bewegung des Teiles 12 gemäss Fig. 1 und minimaler Strömungswiderstand für die Bewegung und Stellung des Teiles 11. Während einer vollen Umdrehung der Wellen 2,3 ändern die Teile 11,12 viermal Stellung und Bewegung und der Körper 10 führt insgesamt eine volle Rotation um seine - nicht raumfeste - Längsachse 21 aus. Der Bewegungssinn in der Stellung gemäss Fig. 1 und 2 ist in Fig. 2 mit Pfeilen v_j, V angegeben.
Fig. 3 zeigt den Körper 10 vom Punkt A aus gesehen. Die beiden Teile 11,12 stehen zueinander senkrecht.
In Fig. 4,5 ist ein zweites erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel dar¬ gestellt. Während die Grundelemente der Konstruktion, nämlich die GelenkKonfiguration, die selben sind, wie in Fig. 1,2, ist hier der Körper 10 durch einen Körper 14 ersetzt; ferner sind hier die bügeiförmigen Körper 6,7 so ausgeführt, dass sie die Wellen 8,9 beid- seitig abstützen und lagern. Der Körper 14 ist wiederum gegliedert in zwei zueinander senkrecht stehende, im wesentlichen ebene Teile 15,16, deren Uebergang 17 eine verwundene Fläche darstellt.
Fig. 6 zeigt den Körper 14 wiederum von Punkt A aus. Erkennbar sind die zueinander senkrecht stehenden Teile 15,16 und deren Uebergang 17.
Eine nicht gezeichnete Variante zum Ausführuπgsbeispiel gemäss Fig. 4,5,6 enthält einen Körper 14, der in seiner Ges'a theit eine verwundene Fläche darstellt, die durch Schraubung einer Geraden um die Längsachse 21 des Körpers 14 erzeugt wird. Eine Untervariante dazu enthält einen Körper 14, der durch Schraubung eines Bogens, beispielsweise eines Ellipsen-Abschnittes um die Längsachse 2, des Körpers 14 entsteht.
Fig. 7,8 zeigen ein drittes erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel. Hier ist, bei im übrigen unveränderter Aπtriebskonstruktion, bestehend aus den Wellen 2,3, den bügeiförmigen Trägern 6,7 und den zueinander senkrecht stehenden Wellen 8,9, ein Körper 18 vorhanden. Dieser Körper 18 ist ein räumliches Gebilde, umhüllt von einer Regelfläche, die erzeugt wird durch Abwälzen zweier Ellipsen 19,20 auf einer Ebene. Die zwei Ellipsen 19,20 stehen wiederum senkrecht zueinander. Die Wellen 8,9 laufen durch die Zentren der Ellipsen 19,20.

Claims

Patentansprüche
~χ 1. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung, dadurch gekennzeichnet,
- dass ein paddelartiger Körper (10), der gegliedert ist in zwei 5 gleiche, zueinander senkrecht stehende paddeiförmige Teile (11,12), getragen wird durch zwei einander meidende aber zueinander senkrecht verlaufende drehbare Wellen (8,9)', die ihrerseits auf den Teilen (11,12) senkrecht stehen,
10 - dass die Wellen (8,9) getragen werden von je einem bügeiförmigen Träger (6,7), die schwenkbar gelagert sind in Gelenken (4,5) an den Enden von zwei parallelen Wellen (2,3), die ihrerseits in einer Grundplatte (1) drehbar gelagert sind,
15 - dass die Achsen der Gelenke (4,5) senkrecht stehen zu den Achsen der Wellen (2,3) und der Wellen (8,9),
- dass die Abstände der Achsen der Gelenke (4,5) von den Achsen der Wellen (8,9) gleich gross sind wie der Abstand der Achsen der beiden
20 Wellen (8,9).
2. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden paddeiförmigen Teile (11,12) eben sind und in zueinander senkrecht stehenden Ebenen
25 liegen, deren Spur in der Längsachse (21) des Körpers (10) liegt.
3. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der paddeiförmige Körper (14) gegliedert ist in zwei zueinander senkrecht stehende, im
30 wesentlichen ebene Teile (15,16), deren Uebergang (17) eine verwundene Fläche darstellt, wobei die im wesentlichen ebenen Teile (15,16) in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegen, deren Spur in der Längsachse (21) des Körpers ( 14)' liegt'.'',
~? χs O
4. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der paddeiförmige Körper (14) die Form einer Regelfläöche hat, die erzeugt wird durch Schraubung einer Linie um die Längsachse (21) des Körpers (14).
5. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linie eine zur Längsachse (21) senkrechtstehende Gerade ist.
6. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linie gebogen ist.
7. Vorrichtung zum Erzeugen einer gerichteten Flüssigkeitsströmung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der paddeiförmige Körper (18) die Raumform einer Regelfläche hat, die erzeugt wird durch zwei zueinander senkrecht stehende Ellipsen (19,20), die einander schneiden und auf einer Ebene abgewälzt werden? wobei die Ellipsen (19,20) in zueinander senkrecht stehenden Ebenen liegen, deren Spur in der Längsachse (21) des Körpers (18) liegt.
EP85902433A 1985-02-04 1985-06-03 Vorrichtung zum erzeugen einer gerichteten flüssigkeitsströmung Expired EP0209522B1 (de)

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CH484/85 1985-02-04
CH484/85A CH666663A5 (de) 1985-02-04 1985-02-04 Vorrichtung zum erzeugen einer gerichteten fluessigkeitsstroemung.

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EP0209522A1 true EP0209522A1 (de) 1987-01-28
EP0209522B1 EP0209522B1 (de) 1989-09-13

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