EP2174003A2 - Vorrichtung zur erzeugung von energie aus einer fluidströmung - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung von energie aus einer fluidströmung

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EP2174003A2
EP2174003A2 EP08784959A EP08784959A EP2174003A2 EP 2174003 A2 EP2174003 A2 EP 2174003A2 EP 08784959 A EP08784959 A EP 08784959A EP 08784959 A EP08784959 A EP 08784959A EP 2174003 A2 EP2174003 A2 EP 2174003A2
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EP
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blade
drive shaft
housing
ball bearing
bearing head
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EP08784959A
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Georg Hamann
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Individual
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates generally to a device for generating energy from a fluid flow, and more particularly relates to a Anstellwinkeleinstell- and holding device for a blade of such a system for generating energy from a system fluid flow guided by the plant according to the preamble of claim 1, a blade according to the invention according to claim 20, a housing for such a plant for generating energy from a fluid flow guided by the system according to the preamble of claim 21 and a ball bearing head according to the preamble of claim 30.
  • Known devices for generating energy from a fluid flow are disclosed, for example in U.S. Patent 1,780,584 or U.S. Patent 1,903,545.
  • BESTATIGUNGSKOPIE Shovels in the angle of attack relative to the fluid flow and / or the drive shaft is not possible in the known devices and also not provided.
  • the blade pitch adjustment and holding device of the present invention comprises a plurality of blades along a drive shaft of the plant, each axially and radially spaced therefrom, each of them Blade at its end facing the drive shaft is releasably secured to the drive shaft by means of a holding device acting positively in the axial direction of the blade, and each blade in the installed state in a plane perpendicular to the axial direction of the blade and rotatable relative to the drive shaft by means of an adjusting and is formed fixable.
  • each individual blade can be fixed or released by the form-locking holding device acting in the axial direction of the blade, so that each individual blade can be detached from the drive shaft easily and quickly and replaced by a new blade in the event of a necessary replacement can be.
  • each individual blade can be adjusted or finely adjusted by means of the adjusting device in the angle of attack without the blade having to be removed.
  • each of the plurality of blades along the drive shaft is adjustable to the fluid flow.
  • the inventive device for generating renewable energy from a water or wind flow is used.
  • an exhaust gas flow It is crucial that an existing fluid flow is utilized, in which the present invention is used to transmit the kinetic energy contained in the fluid or exhaust gas flow through the thereby forced rotation of the blades on the drive shaft, which in turn and preferably drives a generator for generating electrical energy.
  • the blades are designed as a repeller to obtain optimum efficiency in utilizing the kinetic energy of the fluid flow.
  • a fine adjustment of the angle of attack of the blade is very easy on site, ie at the site of the device for generating energy from the fluid flow, possible borrowed by a fastener, which is preferably designed as a screw and which fixes the adjusting disc is released and is slightly rotated about the axis of the blade.
  • the rotation of the adjusting disk, the blade is rotated about its own axis, wherein the adjustment is performed by means of a setting scale.
  • the fastener is tightened again and fixed the adjusting disc and thus the blade.
  • each blade according to claim 20 Due to the structural design of each blade according to claim 20, both the adjustability in the angle of attack and the easy replacement of each blade can be ensured.
  • the groove according to the invention at the end of the blade facing the drive shaft enables the form-locking fixing of the blade acting in the axial direction of the blade.
  • a fastening element which is preferably designed as a screw engaging in this groove, fixes the blade in the axial direction of the blade.
  • the additionally provided toothing on the drive shaft end facing the blade allows the rotation of the blade in a plane perpendicular to the axis of the blade, the axial positive engagement ensures that the blade in the axial direction is not subject to displacement when it is rotated.
  • An outstanding aim of the present invention is also to make the entire device for generating energy from the fluid flow as easy to maintain as possible. This is also consistent with the above-mentioned task, which among other things calls the simple interchangeability of the blades.
  • a housing which surrounds the device, divided into segments, which are fixed by means of releasable fastening means to each other.
  • These segments are preferably cylindrical surface-shaped and cylindrical by means of a respective connection profile and provided on the circumference of the segments flanges or edges to each other easy to fix and to solve again. For example, if a particular bucket in the apparatus is to be replaced or repaired, only one of these pipe segments needs to be loosened and removed to easily gain access to that bucket.
  • the segments may be provided in three parts or four parts around the circumference of the device.
  • Another object of the present invention is to provide a low maintenance ball bearing head, which ball bearing head is provided to support the drive shaft within the plant for generating energy from the fluid flow passing through the device.
  • a ball bearing head according to claim 30, which has a base body which has a plurality of extensions which extend in the radial direction from the base body to the outside and form receptacles for supports which support the drive shaft relative to the housing of the plant.
  • this ball bearing head according to the invention is provided in each case at a distance of about 1 m along the drive shaft of the system.
  • This multiple storage of the drive shaft causes a very low-vibration running of the drive shaft, which in turn benefits the life and also supports low-noise operation of the entire device.
  • Figure 1 is a schematic representation of a portion of the plant according to the invention for the production of energy, wherein a part of a housing of the plant has been left away to show the interior of the plant.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a pitch angle adjusting and holding device according to the invention for a blade (or for two blades) of the plant for generating energy from a fluid flow conducted through the plant;
  • FIG. 3 shows a further perspective view of the Anstellwinkeleinsteil- and holding device according to the figure 2, wherein bearing shells and an adjusting disc are shown highlighted with a setting scale.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the Anstellwinkeleinstell- and holding device according to the invention according to Figures 2 and 3;
  • FIG. 5 shows a further perspective exploded view of the Anstellwinkeleinstell- and holding device according to the invention
  • FIG. 6 shows a further perspective exploded view of the Anstellwinkeleinstell- and holding device according to the invention.
  • FIG. 7 shows a perspective view of the Anstellwinkeleinstell- and holding device according to the invention according to the figure 2, but from another viewing direction.
  • Figure 8 shows an enlarged perspective view of the blade according to FIG. 2 and the adjusting disk according to FIG. 3;
  • Figure 9 is a schematic representation of a portion of the plant according to the invention for generating energy, this perspective view being a view into the interior of the plant to show the support of a drive shaft in a housing.
  • Fig. 10 is an enlarged perspective view of a portion of the system of Fig. 9, with the blades shown schematically and showing the attachment of the support to the housing;
  • Fig. 11 shows several representations of a pipe segment as part of the housing
  • Fig. 12 is a schematic representation of the plant anchored in a riverbed with water flowing through the plant;
  • Fig. 13 is a schematic representation of a portion of the energy production plant of the present invention, similar to Fig. 1, with a portion of a housing of the plant being omitted to show the interior of the plant, but with one over the circumference of the housing Tripartition of the segments;
  • connection profile 14 shows several representations of a connection profile as part of the housing of the installation, which connects the pipe segments in the axial direction with one another;
  • Figure 15 shows two representations of a support which supports the drive shaft of the system relative to the housing.
  • FIG. 16 shows several representations of a sliding block, which serves for anchoring or fastening the support according to FIG. 15 to the housing or the connection profile according to FIG. 14;
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a ball bearing head according to the invention
  • Fig. 18 is a perspective view of a sleeve installed within the ball bearing head of Fig. 17;
  • FIG. 19 shows a perspective view of a further embodiment of a ball bearing head according to FIG. 17.
  • a plant 1 for generating energy from a fluid flow conducted through the plant 1 in the axial direction comprises a tubular housing which consists of a plurality of pipe segments 2 ,
  • four pipe segments 2, each of which extends over 90 ° in the circumferential direction of the housing are fastened to one another in the axial direction of the housing by means of a respective connecting profile 3.
  • a plurality of screws serves as fastening means between each tube segment 2 and each connecting profile 3.
  • this screw connection is designated by the reference numeral 34. Details of the tube segment 2 and the connection profile 3 will be described below with reference to FIGS. 11 to 14. So there are four pipe segments 2 and four connection profiles 3 viewed over the circumference arranged side by side and fastened together to form the rohrfschreibmige housing the system 1.
  • the pipe segments 2 are connected in series or arranged and connected via a respective flange 10 at each pipe segment 2 together.
  • the two flanges 10 of two adjacent pipe segments 2 in the axial direction are detachably connected to each other by means of a plurality of screws 11.
  • the number of series-connected pipe segments 2 for the formation of the plant 1 is arbitrary.
  • the plant 1 is inserted into a flowing fluid, such as a flow, so that the flowing water in the axial direction through the cylindrical Housing of the system 1 flows and the blades 5 shown in FIG. 1 are set in rotation about a drive shaft 6.
  • a flowing fluid such as a flow
  • the drive shaft 6 is arranged centrally within the housing of the pipe segments 2 and supported by a plurality of supports 4 relative to the housing.
  • the supports 4 will be described further below and with reference to FIG.
  • the supports 4 are each on the connection profiles 3 and thus radially outboard - with respect to the support - releasably secured to the housing of the system 1, and the supports 4 are fixed radially inwardly on a ball bearing head 12, each carrying at least one ball bearing the drive shaft 6 ,
  • the ball bearing head 12 is provided, which is supported by means of the supports 4 on the housing of the system 1.
  • the components mentioned so far are mounted on each other essentially without play.
  • the drive shaft 6 can rotate freely and as smoothly as possible in the plurality of ball bearing heads 12, four of which are shown in FIG.
  • the blades 5 Between the ball bearing heads 12 are the blades 5, which are rotatably connected via bearing shells 7 with the drive shaft 6.
  • the number of blades 5 is freely selectable and adapted to the ambient conditions - i. the fluid flow - customizable.
  • 6 pairs of blades 5 are installed between two ball bearing heads 12.
  • a freely selectable number of blades 5 bwz. See blade pairs between each two ball bearing heads 12 provide.
  • blades 5 are formed like a repeller. That is, the cross-section of the profile of each blade 5 is selected such that maximum removal of kinetic energy from the passing fluid occurs and each blade 5 is rotated in rotation about the drive shaft 6 by the fluid flowing past it.
  • a drive shaft output 9 can still be seen in FIG.
  • the rotation of the drive shaft 6 can be derived by means of a gear or by means of a V-ribbed belt and fed to a generator for generating electrical energy.
  • the rotation of the drive shaft 6 may also be used directly to drive another machine, such as a water pump, to pump water from a river or lake to adjacent fields or to pump in pipelines.
  • FIG. 1 a particularly preferred embodiment of Anstellwinkeleinstell- and holding device according to the invention is shown.
  • the number of bearing shells 7, 7 ' and the blades 5, 5 ' is in each case two, but it is also possible to provide a different number of blades and / or bearing shells per level.
  • "plane” is to be understood as meaning a pair of blades 5, wherein six planes of blades 5 are shown between two ball bearing heads 12. These "planes" lie one behind the other in the axial direction of the system 1 or the drive shaft 6 are flowing through or flowing around the flowing fluid one after the other.
  • the blades 5 of a plane to the blades 5 of the front and rear plane arranged in the circumferential direction are arranged offset from one another.
  • FIG. 1 shows, for example, an offset of the blades from 30 ° from one plane to the next plane.
  • FIG. 2 there is shown schematically the drive shaft 6, which has an outer toothing.
  • the drive shaft 6 encompassing two bearing shells 7 and 7 'are provided, wherein the details of the bearing shell 7 can be seen better in the figure 4.
  • Each of the bearing shells 7 and 7 ' has an inner toothing 27, which is positively engaged with the outer toothing 26 of the drive shaft 6 when the bearing shells 7 and 7 ' are mounted.
  • Each bearing shell 7 is designed essentially in the shape of a half-cylinder shell or hemispherical shell, so that a cavity for receiving the drive shaft 6 is formed on the inside.
  • passages (in the figure 4 at reference numeral 27) are provided for the drive shaft 6.
  • Two bearing shells 7 and 7 ' which are mounted on each other and engage around the drive shaft 6, form a substantially spherical or cylindrical housing, on which the blades 5 and 5 ' are mounted extending radially outward.
  • the two bearing shell halves 7 and 7 ' which surround in pairs the drive shaft 6, by means of several screws 20 and nuts 21 to be fastened to each other releasably.
  • the bearing shells 7 and 7 ' are preferably made as a diecast in aluminum.
  • the two bearing shells 7 and 7 ' are preferably screwed together by means of four screws 20 and four nuts 21.
  • an adjusting disc 8 is provided, which on the one hand has an opening 29 (see FIGS. 5 or 8) and on the other hand a longitudinal slot 22.
  • an opening 29 which is of circular design, and on the inner periphery an internal toothing 16 has, one end of the blade 5 is inserted into the bearing shell 7.
  • a supporting surface 30 of the blade 5 rests on the adjusting disk 8 concentrically with the opening 29 when these components are mounted together.
  • a first cylindrical section 31, a groove 15 following in the axial direction A of the blade 5 and a subsequent second cylindrical section 32 pass through the opening 29 of the adjusting disc 8 and are inserted into an opening 28 in an extension 23 of the bearing shell 7.
  • the groove 15 is aligned in the end of the blade 5 with holes 24 in the extension 23 of the bearing shell 7. Through these holes 24 screws 14 are inserted and screwed with a nut on the opposite side of the bore 24. The screws 14 pass through the groove 15 in a form-fitting manner and fix the blade 5 in the axial direction of the blade 5 and relative to the bearing shell 7.
  • the external teeth 17 engages the blade 5 in the internal teeth 16 on the adjusting disc 8 positively and substantially free of play. If the adjusting disk 8 is now rotated in the longitudinal direction of the longitudinal slot 22 and about the axis A (FIG. 4) of the blade 5, the blade 5 is rotated about the axis A of the blade by means of the engagement between the adjusting disk 8 and the blade 5 on the toothing 16/17 5 with twisted.
  • An adjustment scale 13 which is shown in the drawings by the adjacent lines of the scale, serves as an adjustment for the fine adjustment of the angular position of the blade 5 relative to the bearing shell 7 and the drive shaft 6.
  • the arrival angle of each blade 5 and 5 ' can be Adjust the adjustment disc 8 relative to the drive shaft 6.
  • Angle of attack is to be understood as meaning the angle at which the blade 5 is impinged by the inflowing fluid. In FIG. 1, this angle of attack is shown at approximately 75 °, that is to say that the radially inner part of the blade 5, which is adjacent to the drive shaft 6, is set with its blade surface almost perpendicular to the flow. In other words, the flow of the fluid almost perpendicular to this radially inner blade surface encounters. Since each blade 5, going radially outward, causes a rotation of the blade surface. surface, the direction of impact of the fluid on the blade surface changes depending on the radius about the drive shaft 6.
  • the drive shaft 6 with the ball bearing heads 12 and the bearing shells 7 and 7 ' mounted in the factory first.
  • the two bearing shells 7 and 7 ' for a pair of blades 5 and 5 ' are thereby positively placed by the respective external teeth 26 and internal teeth 27 on the drive shaft 6 and screwed together by means of the plurality of screws 20 and associated nuts 21.
  • the relative angular position between drive shaft 6 and bearing shells 7, 7 ' is coarsely set and selected prior to screwing in and before the intermeshing of said gears.
  • Superimposed planes of blades 5, 5 ' can be arranged by rotation of the bearing shells 7, 7 ' in the circumferential direction before assembly on the drive shaft 6 offset from each other (viewed over the circumference of the drive shaft 6) are arranged.
  • each blade 5 or 5 ' is introduced with the end facing away from the blade surface in the extension 23 of the bearing shell 7 or T until the support surface 30 rests on the adjusting disc 8, which positioned on the support 25 and the extension 23 of this kind is that the cylindrical portion 31 of the blade 5 engages through the opening 29 of the adjusting disc 8.
  • the groove 15 of the blade 5 is then aligned with the bore 24, which is preferably formed in pairs and diametrically opposite with respect to the axis A of the blade 5 in the extension 23 of the bearing shell 7.
  • the blade 5 is fixed in the axial direction.
  • the blade 5 can be rotated about the axis A.
  • the angle of attack of each blade 5 can be adjusted by turning the adjusting disk 8 set. is set the desired angle of attack of the blade 5, the adjusting disc 8 is fixed by tightening the fastening means 18 and thus also fixed the blade 5 in this angular position.
  • FIG. 9 there is shown schematically the system 1 according to the invention in a preferred embodiment, wherein four pipe segments 2 are fastened to one another in the circumferential direction by means of the four connection profiles 3.
  • the axially extending drive shaft 6 Within the resulting cylindrical housing of the tube segments 2 is centrally located the axially extending drive shaft 6, the outer teeth can be seen in Figure 9.
  • the ball bearing heads 12 are arranged one behind the other in the axial direction on this drive shaft 6.
  • 6 ball bearing heads 12 can be seen, which are mounted at a distance from one another and behind one another on the drive shaft 6.
  • the outer toothing of the drive shaft 6 can be seen in each case.
  • a pair of bearing shells is mounted, on which the blades 5 and 5 'are fixed.
  • the blades 5 and 5 ' are simplified and shown only schematically in FIG.
  • an extremely stable device which is characterized by a plurality of supports 4, wherein the supports 4 each between the ball bearing heads 12 and the housing or the connecting profiles 3 make the connection ,
  • the supports 4 At each ball bearing head 12 four supports 4 are provided in the embodiment shown, which are positioned offset by 90 ° to each other over the circumference.
  • the supports 4 engage the ball bearing heads 12 in extensions, which will be described in more detail with reference to the figures 17 to 19.
  • the supports 4 are mounted on the ball bearing heads 12 without play.
  • sliding blocks 33 At the other ends of the supports 4, which are mounted on the connection profile 3 of the housing, are sliding blocks 33, which are shown in the figure 16, as a connecting element to produce a play-free connection between the support 4 and the connection profile 3.
  • each support 4 has a profile which has a cavity 52 to save weight and material and thus costs, as well as the outer shape of each support 4, in contrast to the schematic representation in Figures 9 and 10, a streamlined design has.
  • the support 4 is located in a flowing fluid and constitutes a hindrance for the blades 5 or 5 ' according to FIG. 9, since the blades 5 and 5 ' are intended to remove the kinetic energy of flow from the fluid flowing past and to convert a rotation of the drive shaft 6.
  • the support 4 is formed according to the figure 15 as a wing profile.
  • the pointed end of the support 4 points to the rear (downstream, in the flow direction of the fluid) and the round, thicker end of the support 4 is oriented to the front (upstream). This installation position is also shown in FIG.
  • the supports 4 are preferably made of aluminum and have a wall thickness on which can transmit and absorb the occurring forces and vibrations between the drive shaft 6 and housing safely.
  • a sliding block 33 which is arranged between each support 4 and the connection profile 3, is shown in Figure 16 in several views.
  • the broad stepped base end of the substantially T-shaped sliding block 33 is inserted into the groove 51 of the connection profile 3 (see FIG. 14).
  • screws which are screwed through the connection profile 3 from the outside by threaded holes, the sliding blocks 33 after positioning in the groove 51 fixed by pressing the end of the screw with the thread on the wide base surface of the sliding block 33 and this pressed in the groove 51 against the radially inner surface (in Figure 10).
  • the other end of the sliding block 33 which is formed as a plate or cuboid extension and which extends in the figure 16 upwards, engages in the cavity 52 of the support 4 in there formed small recesses 53 a form fit.
  • the recesses 53 have a rectangular shape in cross-section, which corresponds to the plate-shaped extension of the sliding block 33, and the engagement therebetween is essentially free of play.
  • connection profile 3 for connecting the pipe segments 2 to one another and for fastening the supports 4 is shown in FIG.
  • a connection profile 3 according to the invention is shown in several views, wherein this connection profile 3 is preferably designed and manufactured as an extruded aluminum part.
  • the groove 51 serves to receive the or the sliding blocks 33 and the grooves 38 of the inclusion of smaller sliding blocks (not shown) are used.
  • the supports 4 are fixed, mounted to anchor a plant 1, for example by means of a plurality of support means 39 in a riverbed F.
  • anchoring is shown by way of example in FIG.
  • the flowing water in the flow W is introduced into the system 1.
  • the system 1 the housing of the pipe segments 2, which are interconnected via the flanges 10 and the edges 37.
  • the support means 39 are fixed with the smaller and not shown sliding blocks.
  • the support means 39 can be anchored in the river bed in the usual way.
  • connection profiles 3 On the sides of the connection profiles 3 are small grooves that serve to receive seals 35.
  • the edge 37 ( Figure 9) of each tube segment 2 is with the connection profile 3 firmly connected by means of a screw from a variety of screws.
  • Each tube segment 2, according to FIG. 11, which shows a particularly advantageous embodiment in several views, has a quarter arc in the circumferential direction in cross-section, and - seen in the axial direction of the plant 1 - an edge 37 at both ends in the circumferential direction.
  • flanges 10 are provided at the ends in the axial direction.
  • a plurality of pipe segments 2 are fastened together in the circumferential direction and in the axial direction of the system 1.
  • bores are formed in the edges 37 and in the flanges 10 (represented by dots in FIG. 11), which are penetrated by screws.
  • a reinforcing rib 36 may be formed.
  • four quarter-arc-shaped pipe segments 2 are assembled by means of four connecting profiles 3 to form a casing section of the plant 1 which is circular in cross-section.
  • Such circular cross-section housing sections can be mounted one behind the other to extend the system 1 in the axial direction.
  • the housing sections which are circular in cross-section may also consist of three pipe segments 2 - then a pipe segment 2 extends in each case over 120 ° on the circumference of the housing of the installation 1.
  • Such a system is shown in FIG then only three supports 4 distributed over the circumference for supporting the drive shaft 6 are provided.
  • the effort for assembly is reduced because fewer components are to be mounted together.
  • the accessibility to the interior of the plant 1 also improves because, if one of the pipe segments 2 has been removed for maintenance purposes, the access to the interior of the housing is greater than in the case of a four-part housing.
  • the opening in a three-part housing is 120 ° compared to only 90 ° in a four-part housing.
  • eyelets in the outer grooves 38 of the connection profiles 3, for example, eyelets (not shown) can be inserted or screwed, which are helpful during manufacture, during transport or installation on site can.
  • the housing or the system 1 can be easily lifted and positioned, for example, by means of these eyelets.
  • FIGS. 17, 18 and 19 show a ball bearing head 12 according to the invention in two embodiments.
  • the ball bearing head 12 serves to support the drive shaft 6 in the housing or in the installation 1. The details of a preferred embodiment of this ball bearing head 12 will now be described with reference to FIG.
  • the ball bearing head 12 has a main body 40, which is essentially cylindrical and is open on two sides in the axial direction X, so that a cylinder jacket surface is formed, which in the shown (FIG. 19) second and likewise preferred embodiment has four extensions 41, which are spaced on the circumference by 90 ° from each other and extend radially outward.
  • the cross section of these extensions is substantially rectangular and engages in the assembled state in the cavity 52 of the support 4 and there in the recesses 53 a.
  • the extension 41 has a stepped base, which corresponds in shape to the cross section of the cavity 52 in the support 4, so that a further anti-rotation of the support 4 is formed by positive engagement between the extension 41 and the support 4.
  • This special design of the extensions 41 can be clearly seen in FIG.
  • FIG. 19 shows undercuts or indentations 53 on the inner circumference of the cylindrical base body 40, which are located radially inside the extensions
  • each extension 41 is shown as an extension which also extends in the radial direction and is provided with holes in the left cross section. With the help of these holes, can engage in the screws, the support 4 can be attached to the base 40.
  • the main body 40 can be closed in the axial direction X on both sides each with a lid 45 and 46, wherein between the base body 40 and each lid 45 and 46 one or more seals 48 may be arranged.
  • a holding element 47 which defines the outer ring of the ball bearing 44, is arranged between the left cover 46 and a ball bearing 44.
  • a further seal 48 may be provided to securely prevent the ingress of fluid into the ball bearing 44.
  • the covers 45 and 46 are screwed by means of fastening means or screws 49 on the base body or alternatively pressed into the base body in the axial end openings.
  • a sleeve 42 is provided and arranged, the structure of which is shown in FIG.
  • the sleeve 42 has a radially outwardly extending shoulder 50 which in the axial direction X of the sleeve 42 has a straight, radially outwardly extending step, which presses against the inner ring of the ball bearing 44 and fixes it, while the other side of the shoulder 50 has an oblique edge against which the holding element is arranged while maintaining a small, required for the rotation distance.
  • the sleeve 42 has an internal toothing 43 which is in engagement with the external toothing 26 of the drive shaft 6.
  • the drive shaft 6 can rotate freely in the ball bearing head 12 in the ball bearing 44, while the base body 40 is fixed and is supported by the supports 4 on the housing of the system 1.
  • Such ball bearing heads 12 are arranged as needed and several times along the drive shaft 6, wherein preferably each meter a ball bearing head 12th is mounted to optimally support the drive shaft 6 and to keep the vibrations low and thus to ensure a quiet running of the drive shaft 6.
  • the permanently lubricated and low-maintenance ball bearings 44 are securely and fluid-tightly arranged within the main body 40 of the ball bearing head 12, so that a low-maintenance operation of the system 1 is ensured.
  • the output of the rotating drive shaft can be modified and adjusted by the planetary gear in many ways, such as in terms of the speed or the torque of the output, which can be easily adjusted by a planetary gear.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine Anlage (1) zur Erzeugung von Energie aus einer Fluidströmung, vorzugsweise die Erzeugung sogenannter erneuerbarer Energie aus Wasserkraft, und betrifft insbesondere eine Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung für eine Schaufel (5, 5') einer solchen Anlage (1), wobei eine Mehrzahl von Schaufeln (5, 5') entlang einer Antriebswelle (6) der Anlage (1) jeweils axial und radial zueinander beabstandet angeordnet ist, und wobei jede Schaufel (5, 5') an ihrem der Antriebswelle (6) zugewandten Ende mittels einer in axialer Richtung der Schaufel (5, 5') formschlüssig wirkenden Halteeinrichtung an der Antriebswelle (6) lösbar befestigt ist, sowie jede Schaufel (5, 5') im eingebauten Zustand in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung A der Schaufel (5, 5') und relativ zur Antriebswelle (6) mittels einer Justiereinrichtung verdrehbar und fixierbar ausgebildet ist; desweiteren ist eine erfindungsgemäße Schaufel (5, 5') sowie ein erfindungsgemäßes Gehäuse bestehend aus einer Vielzahl von Rohrsegmenten (2) für eine solche Anlage (1) sowie ein Kugellagerkopf (12) zur Abstützung der Antriebswelle (6) beschrieben und unter Schutz gestellt.

Description

European Patent, Design and Trademark Attorneys
Dipl.-Ing. Univ. (TU München)
Patentanwalt M. Reinhardt
Ortenburger Straße 8
D-83224 Grassau β +49 (0) 8641 694 115
Patentanwalt M. Reinhardt. P.O. Box 1109. D-83219 Grassau Fax (G3) +49 (0) 8641 694 116
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Ξ reinhardt@mrpatent.eu
Priorität, Deutschland DE 10 2007 034 618.4 0 vom 25.07.2007
22. Juli 20085 PCT Patentanmeldung Hamann, Georg WO-6042
Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus einer Fluidströmung 0
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus einer Fluidströmung und betrifft insbesondere eine Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung für eine Schaufel einer solchen Anlage zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage geleiteten Fluidströmung nach dem Oberbegriff5 des Patentanspruchs 1 , eine erfindungsgemäße Schaufel gemäß Patentanspruch 20, ein Gehäuse für eine solche Anlage zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage geleiteten Fluidströmung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 21 sowie einen Kugellagerkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 30. 0 Bekannte Vorrichtungen zur Erzeugung von Energie aus einer Fluidströmung sind beispielsweise offenbart in der US-PS-1 , 780,584 oder in der US-PS-1 , 903,545. Dort sind Schaufeln, die vom anströmenden Fluid in Drehung um eine Antriebswelle versetzt werden, feststehend mit der Antriebswelle verbunden. Eine Justierung der
BESTATIGUNGSKOPIE Schaufeln im Anstellwinkel relativ zur Fluidströmung und/oder der Antriebswelle ist bei den bekannten Vorrichtungen nicht möglich und auch nicht vorgesehen.
Im Stand der Technik wird die gesamte Vorrichtung einmal zusammen gebaut und in diesem Zustand eingesetzt. Eine Veränderung des Anstellwinkels der Schaufeln oder auch von einzelnen Schaufeln ist nicht möglich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage und Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus einer Fluidströmung zu schaffen, die einfach zu warten ist und die trotzdem einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, wobei die im Anstellwinkel einstellbaren Schaufeln einfach auszutauschen sind, sollte eine der Schaufeln im Betrieb eine Beschädigung erfahren.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1 angegebe- nen Merkmale auf.
Demnach umfasst die erfindungsgemäße Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung für eine Schaufel einer Anlage zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage geleiteten Fluidströmung, eine Mehrzahl von Schaufeln entlang einer Antriebs- welle der Anlage, die jeweils axial und radial zueinander beabstandet daran angeordnet sind, wobei jede Schaufel an ihrem der Antriebswelle zugewandten Ende mittels einer in axialer Richtung der Schaufel formschlüssig wirkenden Halteeinrichtung an der Antriebswelle lösbar befestigt ist, sowie jede Schaufel im eingebauten Zustand in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung der Schaufel und relativ zur Antriebs- welle mittels einer Justiereinrichtung verdrehbar und fixierbar ausgebildet ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung läßt sich jede einzelne Schaufel durch die in axialer Richtung der Schaufel wirkende formschlüssige Halteeinrichtung fixieren oder lösen, so dass jede einzelne Schaufel einfach und schnell von der Antriebs- welle zu lösen ist und im Falle eines notwendigen Austausches durch eine neue Schaufel ersetzt werden kann. Darüber hinaus kann jede einzelne Schaufel mittels der Justiereinrichtung im Anstellwinkel eingestellt bzw. feinjustiert werden, ohne dass dabei die Schaufel ausgebaut werden müsste.
Durch diese Einstellbarkeit im Anstellwinkel jeder einzelnen Schaufel läßt sich der Wirkungsgrad der gesamten Anlage zur Erzeugung von Energie optimieren, da jede von der Mehrzahl der Schaufeln entlang der Antriebswelle auf die Fluidströmung einstellbar ist.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von erneuerbarer Energie aus einer Wasser- oder Windströmung eingesetzt. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz in einer Abgasströmung. Entscheidend ist, dass eine vorhandene Fluidströmung ausgenutzt wird, in die die vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, um die kinetische Energie, die in der Fluid- bzw. Abgasströmung enthalten ist, über die dadurch erzwungene Drehung der Schaufeln auf die Antriebswelle zu übertragen, die wiederum und vorzugsweise einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt.
Die Schaufeln sind als Repeller ausgebildet, um einen optimalen Wirkungsgrad bei der Ausnutzung der kinetischen Energie der Fluidströmung zu erhalten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 19 angegeben.
Insbesondere ist hier anzumerken, dass durch das Vorsehen einer Verzahnung zwischen einem Ende der Schaufel, welches an der Antriebswelle fixierbar ist und einer Justierscheibe, die an der Antriebswelle als Teil der Justiereinrichtung vorgesehen ist, eine Grobeinstellung des Anstellwinkels der Schaufel relativ zur Antriebswelle erfolgt. Diese Grobeinstellung kann bereits bei der Montage der Vorrichtung im Werk erfolgen.
Eine Feineinstellung des Anstellwinkels der Schaufel ist sehr einfach vor Ort, d.h. am Einsatzort der Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Fluidströmung, mög- lieh, indem ein Befestigungsmittel, welches vorzugsweise als Schraube ausgebildet ist und welches die Justierscheibe fixiert, gelöst wird und um die Achse der Schaufel geringfügig verdreht wird. Durch die Drehung der Justierscheibe wird die Schaufel um die eigene Achse mit gedreht, wobei anhand einer Einstellskala die Feineinstellung durchgeführt wird. Nach der Feinjustierung wird das Befestigungsmittel wieder angezogen und die Justierscheibe und damit die Schaufel fixiert.
Um die vorliegende Erfindung optimal einsetzen zu können, ist es von Vorteil jede Schaufel gemäß Patentanspruch 20 auszubilden. Durch die konstruktive Ausbildung jeder Schaufel gemäß Patentanspruch 20 kann sowohl die Einstellbarkeit im Anstellwinkel als auch die einfache Austauschbarkeit jeder Schaufel gewährleistet werden.
Die erfindungsgemäße Nut am der Antriebswelle zugewandten Ende der Schaufel ermöglicht die formschlüssige und in axialer Richtung der Schaufel wirkende Fixie- rung der Schaufel. Ein Befestigungselement, welches vorzugsweise als eine in diese Nut eingreifende Schraube ausgebildet ist, fixiert die Schaufel in axialer Richtung der Schaufel. Die darüber hinaus vorgesehene Verzahnung am der Antriebswelle zugewandten Ende der Schaufel ermöglicht die Verdrehung der Schaufel in einer Ebene senkrecht zur Achse der Schaufel, wobei der axiale Formschluß sicherstellt, dass die Schaufel in axialer Richtung keiner Verlagerung unterliegt, wenn diese verdreht wird.
Ein herausragendes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es zudem, die gesamte Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Fluidströmung so wartungsfreundlich wie möglich zu gestalten. Das steht auch im Einklang mit der eingangs genannten Auf- gäbe, die unter anderem die einfache Austauschbarkeit der Schaufeln nennt.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Gehäuse nach Patentanspruch 21. Dazu ist ein Gehäuse, welches die Vorrichtung umgibt, in Segmente unterteilt, die mittels lösbarer Befestigungsmittel aneinander fixiert sind. Diese Segmente sind vorzugsweise zylin- dermantelsegementflächenförmig ausgebildet und mittels jeweils eines Verbindungsprofils und am Umfang der Segmente vorgesehenen Flanschen bzw. Rändern aneinander einfach zu befestigen und wieder zu lösen. Soll beispielsweise eine bestimmte Schaufel in der Vorrichtung getauscht oder repariert werden, muss lediglich eines dieser Rohrsegmente gelöst und entfernt werden, um einfach Zugang zu dieser Schaufel zu erhalten.
Vorzugsweise und wie in der detaillierten Beschreibung weiter unten noch ausgeführt werden wird, können die Segmente über den Umfang der Vorrichtung dreiteilig oder vierteilig vorgesehen werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gehäuses sind der Gegen- stand der Unteransprüche 22 bis 29.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen wartungsfreundlichen Kugellagerkopf zu schaffen, wobei dieser Kugellagerkopf vorgesehen ist, um innerhalb der Anlage zur Erzeugung von Energie aus der durch die Vorrichtung geleiteten Fluidströmung die Antriebswelle zu lagern.
Dieses weitere Ziel wird erreicht durch einen Kugellagerkopf nach Patentanspruch 30, der einen Grundkörper aufweist, der mehrere Fortsätze hat, die sich in radialer Richtung vom Grundkörper aus nach außen erstrecken und Aufnahmen für Stützen ausbilden, die die Antriebswelle gegenüber dem Gehäuse der Anlage abstützen.
Vorzugsweise wird dieser erfindungsgemäße Kugellagerkopf jeweils im Abstand von etwa 1 m entlang der Antriebswelle der Anlage vorgesehen. Diese mehrfache Lagerung der Antriebswelle bewirkt einen sehr vibrationsarmen Lauf der Antriebswelle, was wiederum der Lebensdauer zu Gute kommt und zudem einen geräuscharmen Lauf der gesamten Vorrichtung unterstützt.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kugellagerkopfes sind der Gegenstand der Unteransprüche 31 bis 40.
Die vorstehende Aufgabe, die Ziele, Merkmale und Vorteile nach der vorliegenden Erfindung können unter Berücksichtigung der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zei- gen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abschnittes der erfindungsgemäßen Anlage zur Erzeugung von Energie, wobei ein Teil eines Gehäuses der Anlage weg gelassen worden ist, um das Innere der Anlage zu zeigen;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anstellwinkelein- stell- und Haltevorrichtung für eine Schaufel (bzw. für zwei Schaufeln) der Anlage zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage geleiteten Fluidströmung;
Fig. 3 eine weitere perspektivische Ansicht der Anstellwinkeleinsteil- und Haltevorrichtung nach der Figur 2, wobei Lagerschalen und eine Justierscheibe mit einer Einstellskala hervorgehoben dargestellt sind;
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen An- stellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung nach der Figur 2 und 3;
Fig. 5 eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung;
Fig. 6 eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung nach der Figur 2, jedoch aus einer anderen Blickrichtung;
Fig. 8 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Schaufel nach der Figur 2 und der Justierscheibe nach der Figur 3; Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Abschnittes der erfindungsgemäßen Anlage zur Erzeugung von Energie, wobei diese perspektivische Ansicht einen Blick in das Innere der Anlage darstellt, um die Abstützung einer Antriebswelle in einem Gehäuse zu zeigen;
Fig. 10 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils der Anlage nach der Figur 9, wobei die Schaufeln hier schematisch dargestellt sind und die Befestigung der Abstützung am Gehäuse gezeigt ist;
Fig. 11 mehrere Darstellungen eines Rohrsegments als Teil des Gehäuses der
Anlage;
Fig. 12 eine schematische Darstellung der Anlage, die in einem Flußbett verankert ist, wobei Wasser durch die Anlage strömt;
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Abschnittes der erfindungsgemäßen Anlage zur Erzeugung von Energie, ähnlich der Figur 1 , wobei ein Teil eines Gehäuses der Anlage weg gelassen worden ist, um das Innere der Anlage zu zeigen, allerdings mit einer über den Umfang des Gehäuses vorgesehenen Dreiteilung der Segmente;
Fig. 14 mehrere Darstellungen eines Verbindungsprofils als Teil des Gehäuses der Anlage, welches die Rohrsegmente in axialer Richtung miteinander verbindet;
Fig. 15 zwei Darstellungen einer Stütze, die die Antriebswelle der Anlage gegenüber dem Gehäuse abstützt;
Fig. 16 mehrere Darstellungen eines Nutensteines, der zur Verankerung bzw. Befestigung der Stütze nach der Figur 15 am Gehäuse bzw. dem Verbindungsprofil nach der Figur 14 dient;
Fig. 17 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kugellagerkopfes; Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer Hülse, die innerhalb des Kugellagerkopfes nach der Figur 17 eingebaut ist; und
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kugellagerkopfes nach der Figur 17.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die in der Figur 1 dargestellt ist, umfasst eine Anlage 1 zur Erzeugung von Energie aus ei- ner durch die Anlage 1 in axialer Richtung geleiteten Fluidströmung ein rohrförmiges Gehäuse, welches aus einer Mehrzahl von Rohrsegmenten 2 besteht. In der gezeigten Ausführungsform sind jeweils vier Rohrsegmente 2, von denen sich jedes über 90° in Umfangsrichtung des Gehäuses erstreckt, mittels jeweils eines Verbindungsprofils 3 in axialer Richtung des Gehäuses aneinander befestigt. Vorzugsweise dient eine Mehrzahl von Schrauben als Befestigungsmittel zwischen jedem Rohrsegment 2 und jedem Verbindungsprofil 3. In der Figur 1 ist diese Verschraubung durch das Bezugszeichen 34 bezeichnet. Einzelheiten des Rohrsegments 2 und des Verbindungsprofils 3 werden weiter unten mit Bezug zu den Figuren 11 bis 14 noch beschrieben werden. Es sind also vier Rohrsegmente 2 und vier Verbindungsprofile 3 über den Umfang betrachtet nebeneinander angeordnet und aneinander befestigt, um das rohrföhrmige Gehäuse der Anlage 1 auszubilden.
In axialer Richtung des Gehäuses der Anlage 1 sind die Rohrsegmente 2 hintereinander geschaltet bzw. angeordnet und über jeweils einen Flansch 10 an jedem Rohr- segment 2 miteinander verbunden. Die beiden Flansche 10 zweier in axialer Richtung benachbarter Rohrsegmente 2 sind mittels einer Vielzahl von Schrauben 11 miteinander lösbar verbunden.
Die Anzahl der hintereinandergeschalteten Rohrsegmente 2 zur Ausbildung der An- läge 1 ist frei wählbar.
Die Anlage 1 wird in ein strömendes Fluid eingesetzt bzw. eingebaut, wie etwa in einen Fluß, so dass das strömende Wasser in axialer Richtung durch das zylindrische Gehäuse der Anlage 1 strömt und die in der Figur 1 dargestellten Schaufeln 5 in Drehung um eine Antriebswelle 6 versetzt.
Die Antriebswelle 6 ist innerhalb des Gehäuses aus den Rohrsegmenten 2 mittig an- geordnet und durch eine Vielzahl von Stützen 4 gegenüber dem Gehäuse abgestützte Die Stützen 4 werden weiter unten und mit Bezug zu der Figur 15 noch beschrieben werden. Die Stützen 4 sind jeweils an den Verbindungsprofilen 3 und damit radial außenliegend - mit Bezug zur Stütze - am Gehäuse der Anlage 1 lösbar befestigt, sowie die Stützen 4 radial innenliegend an einem Kugellagerkopf 12 befestigt sind, der jeweils mittels zumindest eines Kugellagers die Antriebswelle 6 trägt.
In der Figur 1 ist demnach, in radialer Richtung gesehen und ausgehend von der mittigen Antriebswelle 6, zuerst der Kugellagerkopf 12 vorgesehen, der sich mittels der Stützen 4 am Gehäuse der Anlage 1 abstützt. Die bisher genannten Bauteile sind im wesentlichen spielfrei aneinander montiert. Die Antriebswelle 6 kann sich in den mehreren Kugellagerköpfen 12, von denen in der Figur 1 vier Stück dargestellt sind, frei und möglichst reibungslos drehen.
Zwischen den Kugellagerköpfen 12 befinden sich die Schaufeln 5, die über Lager- schalen 7 mit der Antriebswelle 6 drehfest verbunden sind. Die Anzahl der Schaufeln 5 ist frei wählbar und an die Umgebungsbedingungen - d.h. die Fluidströmung - anpassbar. In der gezeigten Ausführungsform nach der Figur 1 sind jeweils 6 Paare von Schaufeln 5 zwischen zwei Kugellagerköpfen 12 eingebaut. Je nach Anforderung lassen sich eine frei wählbare Anzahl von Schaufeln 5 bwz. Schaufelpaaren zwi- sehen je zwei Kugellagerköpfen 12 vorsehen.
Auch ist nicht notwendigerweise nur ein Schaufelpaar pro Lagerschalenpaar 7 vorzusehen. Über den Umfang verteilt wäre auch nur eine Schaufel, drei Schaufeln oder eine größere Anzahl von Schaufeln 5 denkbar. Als besonders vorteilhaft haben sich zwei oder drei Schaufeln 5 pro Lagerschalenpaar 7 über den Umfang verteilt herausgestellt. Die Schaufeln 5 sind repellerartig ausgebildet. D.h., dass der Querschnitt des Profils jeder Schaufel 5 derart gewählt ist, dass eine maximale Entnahme der kinetischen Energie aus dem vorbei strömenden Fluid stattfindet und jede Schaufel 5 in Drehung um die Antriebswelle 6 durch das vorbei strömende Fluid versetzt wird.
In der Figur 1 ist ein Viertel des Gehäuses der Anlage 1 durch Weglassen einer Reihe von hintereinanderliegenden Rohrsegmente 2 offen dargestellt, so dass das Innere der Anlage 1 zu erkennen ist. Im Betrieb der Anlage 1 ist die fehlende Reihe der Rohrsegmente 2 selbstverständlich zu montieren und so das Gehäuse zu verschlie- ßen.
Schließlich ist in der Figur 1 noch ein Antriebswellenabtrieb 9 zu erkennen. An diesem Antriebswellenabtrieb 9 kann mittels eines Getriebes oder mittels eines Keilrippenriemens die Rotation der Antriebswelle 6 abgeleitet werden und einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie zugeleitet werden. Alternativ kann die Rotation der Antriebswelle 6 auch direkt zum Antrieb einer anderen Maschine benutzt werden, wie beispielsweise einer Wasserpumpe, um Wasser aus einem Fluß oder See auf benachbarte Felder zu pumpen oder in Rohrleitungen zu pumpen.
Unter Bezug auf die Figuren 2 bis 8 wird nun die erfindungsgemäße Anstellwinkelein- stell- und Haltevorrichtung für die Schaufeln 5 näher beschrieben.
In den Figuren 2 bis 8 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung dargestellt. Die Anzahl der Lagerschalen 7, 7' und der Schaufeln 5, 5' ist hierbei jeweils zwei, es können aber auch eine andere Anzahl von Schaufeln und/oder Lagerschalen pro Ebene vorgesehen werden. Unter „Ebene" ist dabei gemäß der Figur 1 ein Paar von Schaufeln 5 zu verstehen, wobei zwischen zwei Kugellagerköpfen 12 jeweils sechs Ebenen von Schaufeln 5 dargestellt sind. Diese „Ebenen" liegen in axialer Richtung der Anlage 1 bzw. der Antriebswelle 6 hintereinander und werden vom strömenden Fluid nacheinander durch- bzw. umströmt. Vorzugsweise sind die Schaufeln 5 einer Ebene zu den Schaufeln 5 der davor und dahinter angeordneten Ebene in Umfangsrichtung gesehen versetzt zueinander angeordnet. In der Figur 1 ist beispielsweise ein Versatz der Schaufeln von 30° von einer Ebene zur nächsten Ebene dargestellt.
Zurückkommend auf die Figur 2 ist dort schematisch die Antriebswelle 6 dargestellt, die eine Außenverzahnung aufweist. Die Antriebswelle 6 umgreifend sind zwei Lagerschalen 7 und 7' vorgesehen, wobei die Einzelheiten der Lagerschale 7 besser in der Figur 4 zu erkennen sind. Jede der Lagerschalen 7 und 7' hat eine Innenverzah- nung 27, die mit der Außenverzahnung 26 der Antriebswelle 6 formschlüssig in Eingriff steht, wenn die Lagerschalen 7 und 7' montiert sind.
Jede Lagerschale 7 ist im wesentlichen halbzylindermantelförmig bzw. halbkugel- mantelförmig ausgebildet, so dass innenliegend ein Hohlraum zur Aufnahme der An- triebswelle 6 ausgebildet ist. An den beiden axialen Enden der Lagerschale 7 sind Durchtritte (in der Figur 4 beim Bezugszeichen 27) für die Antriebswelle 6 vorgesehen. Zwei Lagerschalen 7 und 7', die aneinander montiert sind und die Antriebswelle 6 umgreifen, bilden ein im wesentlichen kugelförmiges bzw. zylinderförmiges Gehäuse aus, an welchem die Schaufeln 5 bzw. 5' radial nach außen verlaufend, montiert sind.
Radial außenliegend an der Lagerschale 7 ist also jeweils eine Schaufel 5 montiert. Die beiden Lagerschalen-Hälften 7 und 7', die jeweils paarweise die Antriebswelle 6 umgreifen, sind mittels mehrerer Schrauben 20 und Muttern 21 aneinander lösbar zu befestigen. Die Lagerschalen 7 und 7' sind vorzugsweise als Druckgußteil in Aluminium hergestellt. Die beiden Lagerschalen 7 und 7' sind vorzugsweise mittels vier Schrauben 20 und vier Muttern 21 miteinander verschraubt.
Zwischen der Schaufel 5 und der Lagerschale 7 ist eine Justierscheibe 8 vorgese- hen, die einerseits eine Öffnung 29 aufweist (siehe Figur 5 oder 8) sowie andererseits einen Längsschlitz 22. Durch die Öffnung 29, die kreisförmig ausgebildet ist und am Innenumfang eine Innenverzahnung 16 hat, wird ein Ende der Schaufel 5 in die Lagerschale 7 eingeführt. Eine Abstützfläche 30 der Schaufel 5 (Figur 5) liegt dabei auf der Justierscheibe 8 konzentrisch zur Öffnung 29 auf, wenn diese Bauteile miteinander montiert sind. Ein erster zylindrischer Abschnitt 31 , eine in axialer Richtung A der Schaufel 5 folgende Nut 15 sowie ein darauf folgender zweiter zylindrischer Abschnitt 32 durchgreifen die Öffnung 29 der Justierscheibe 8 und werden in eine Öffnung 28 in einen Fortsatz 23 der Lagerschale 7 eingeführt.
Im montierten Zustand fluchtet die Nut 15 in dem Ende der Schaufel 5 mit Bohrungen 24 in dem Fortsatz 23 der Lagerschale 7. Durch diese Bohrungen 24 werden Schrauben 14 eingesteckt und mit einer Mutter auf der Gegenseite der Bohrung 24 verschraubt. Die Schrauben 14 durchgreifen die Nut 15 formschlüssig und fixieren die Schaufel 5 in axialer Richtung der Schaufel 5 und relativ zur Lagerschale 7.
Im so montierten Zustand greift die Außenverzahnung 17 an der Schaufel 5 in die Innenverzahnung 16 an der Justierscheibe 8 formschlüssig und im wesentlichen spielfrei ein. Wird die Justierscheibe 8 nun in Längsrichtung des Längsschlitzes 22 und um die Achse A (Figur 4) der Schaufel 5 verdreht, so wird mittels des Eingriffs zwischen Justierscheibe 8 und Schaufel 5 an der Verzahnung 16/17 die Schaufel 5 um die Achse A der Schaufel 5 mit verdreht.
Eine Einstellskala 13, die in den Zeichnungen durch die nebeneinanderliegenden Striche der Skala dargestellt ist, dient als Einstellhilfe für die Feineinstellung der Winkellage der Schaufel 5 relativ zur Lagerschale 7 bzw. zur Antriebswelle 6. Der An- Stellwinkel jeder Schaufel 5 und 5' läßt sich über die Justierscheibe 8 relativ zur Antriebswelle 6 einstellen. Unter Anstellwinkel ist dabei der Winkel zu verstehen, unter dem die Schaufel 5 vom anströmenden Fluid angeströmt wird. In der Figur 1 ist dieser Anstellwinkel mit ca. 75° dargestellt, d.h., dass der radial innenliegende Teil der Schaufel 5, der der Antriebswelle 6 benachbart ist, mit seiner Schaufelfläche fast senkrecht in die Strömung gestellt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, trifft die Strömung des Fluids fast senkrecht an dieser radial innenliegenden Schaufelfläche auf. Da jede Schaufel 5 radial nach außen gehend eine Verdrehung der Schaufelflä- che aufweist, ändert sich die Aufprallrichtung des Fluids auf die Schaufelfläche in Abhängigkeit vom Radius um die Antriebswelle 6.
Bei der Endmontage der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anlage wird im Werk zuerst die Antriebswelle 6 mit den Kugellagerköpfen 12 und den Lagerschalen 7 bzw. 7' montiert. Die beiden Lagerschalen 7 und 7' für ein Paar von Schaufeln 5 und 5' werden dabei formschlüssig durch die jeweilige Außenverzahnung 26 bzw. Innenverzahnung 27 auf die Antriebswelle 6 gesetzt und mittels der mehreren Schrauben 20 und zugehörigen Muttern 21 miteinander verschraubt. Hierbei wird vor dem Ver- schrauben und vor dem Ineinandergreifen der genannten Verzahnungen die relative Winkellage zwischen Antriebswelle 6 und Lagerschalen 7, 7' grob eingestellt und ausgewählt. Hintereinanderliegende Ebenen von Schaufeln 5, 5' können durch Verdrehung der Lagerschalen 7, 7' in Umfangsrichtung vor der Montage auf der Antriebswelle 6 zueinander versetzt (über den Umfang der Antriebswelle 6 betrachtet) angeordnet werden.
Anschließend wird jede Schaufel 5 bzw. 5' mit dem der Schaufelfläche abgewandten Ende in den Fortsatz 23 der Lagerschale 7 bzw. T eingeführt, bis die Abstützfläche 30 auf der Justierscheibe 8 aufliegt, die auf der Auflage 25 und dem Fortsatz 23 der- art positioniert ist, dass der zylindrische Abschnitt 31 der Schaufel 5 durch die Öffnung 29 der Justierscheibe 8 greift.
Die Nut 15 der Schaufel 5 fluchtet dann mit der Bohrung 24, die vorzugsweise paarweise und diametral gegenüberliegend mit Bezug zur Achse A der Schaufel 5 in dem Fortsatz 23 der Lagerschale 7 ausgebildet ist. Sobald eine Schraube 14 in die Bohrung 24 eingesteckt wird und damit auch die Nut 15 der Schaufel 5 durchgreift, ist die Schaufel 5 in axialer Richtung fixiert. Die Schaufel 5 läßt sich jedoch um die Achse A verdrehen.
Da die Außenverzahnung 17 der Schaufel 5 in die Innenverzahnung 16 der Justierscheibe 8 eingreift, und die Justierscheibe 8 nunmehr durch das Befestigungsmittel 18 in dem Längsschlitz 22 in der Rotation um die Achse A begrenzt ist, läßt sich der Anstellwinkel jeder Schaufel 5 durch Verdrehen der Justierscheibe 8 einstellen. Ist der gewünschte Anstellwinkel der Schaufel 5 eingestellt, wird durch Festziehen des Befestigungsmittels 18 die Justierscheibe 8 fixiert und damit auch die Schaufel 5 in dieser Winkellage festgelegt.
In der Figur 7 ist dieser Zustand dargestellt, wobei klar zu erkennen ist, dass beide Schaufeln 5 und 5' einen unterschiedlichen Anstellwinkel aufweisen können. Die Demontage der Schaufeln 5, 5' oder auch das Ändern des Anstellwinkels jeder Schaufel 5, 5' relativ zur Antriebswelle 6 erfolgt durch Lösen der oben genannten Schrauben bzw. des Befestigungsmittels 18, welches vorzugsweise auch als Schrau- be ausgebildet ist.
Unter Bezugnahme auf die Figur 9 ist dort schematisch die erfindungsgemäße Anlage 1 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wobei vier Rohrsegmente 2 mittels der vier Verbindungsprofile 3 in Umfangsrichtung aneinander befestigt sind. Innerhalb des so entstandenen zylindrischen Gehäuses aus den Rohrsegmenten 2 befindet sich zentral angeordnet die axial verlaufende Antriebswelle 6, deren Außenverzahnung in der Figur 9 zu erkennen ist.
Auf dieser Antriebswelle 6 sind in axialer Richtung hintereinander jeweils die Kugella- gerköpfe 12 angeordnet. In der schematischen Darstellung nach der Figur 9 sind 6 Kugellagerköpfe 12 zu erkennen, die im Abstand zueinander und hintereinander auf der Antriebswelle 6 montiert sind. In dem freiliegenden Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Kugellagerköpfen 12 ist jeweils die Außenverzahnung der Antriebswelle 6 zu sehen. In dem ersten (vorne in der Figur 9) Abstand zwischen den ersten beiden Kugellagerköpfen 12 ist ein Paar von Lagerschalen montiert, an denen die Schaufeln 5 und 5 ' befestigt sind. Die Schaufeln 5 und 5' sind vereinfacht und lediglich schematisch in der Figur 9 dargestellt. Es ist jedoch gut zu erkennen, dass auf diese Art und Weise eine äußerst stabile Vorrichtung geschaffen wird, die sich durch eine Vielzahl von Stützen 4 auszeichnet, wobei die Stützen 4 jeweils zwischen den Kugellagerköpfen 12 und dem Gehäuse bzw. den Verbindungsprofilen 3 die Verbindung herstellen. An jedem Kugellagerkopf 12 sind in der gezeigten Ausführungsform vier Stützen 4 vorgesehen, die über den Umfang jeweils um 90° versetzt zueinander positioniert sind. Die Stützen 4 greifen an den Kugellagerköpfen 12 in Fortsätze ein, die mit Bezug zu den Figuren 17 bis 19 noch näher beschrieben werden. Jedenfalls sind die Stützen 4 an den Kugellagerköpfen 12 spielfrei montiert. An den anderen Enden der Stützen 4, die am Verbindungsprofil 3 des Gehäuses montiert sind, dienen Nutensteine 33, die in der Figur 16 dargestellt sind, als Verbindungselement, um eine spielfreie Verbindung zwischen der Stütze 4 und dem Verbindungsprofil 3 herzustellen.
Der Querschnitt einer besonders bevorzugten Stütze 4 ist in der Figur 15 dargestellt, wobei jede Stütze 4 ein Profil aufweist, welches einen Hohlraum 52 hat, um Gewicht und Material und damit Kosten einzusparen, sowie die Außenform jeder Stütze 4, im Gegensatz zu der schematischen Darstellung in den Figuren 9 und 10, eine strömungsgünstige Gestaltung hat. Dem Fachmann ist klar, dass sich die Stütze 4 in einem strömenden Fluid befindet und für die Schaufeln 5 bzw. 5' nach der Figur 9 ein Hindemiss darstellt, da die Schaufel 5 und 5' die kinetische Strömungsenergie aus dem vorbeiströmenden Fluid entnehmen soll und in eine Drehung der Antriebswelle 6 umwandeln soll. Aus diesem Grund und um eine möglichst geringe Verwirbelung des anströmenden Fluids zu bewirken, ist die Stütze 4 nach der Figur 15 als Tragflächenprofil ausgebildet. Das spitze Ende der Stütze 4 weist dabei nach hinten (stromab- wärts, in Strömungsrichtung des Fluids) und das runde, dickere Ende der Stütze 4 ist nach vorne (stromaufwärts) orientiert. Diese Einbaulage ist auch in der Figur 1 dargestellt.
Die Stützen 4 sind vorzugsweise aus Aluminium gefertigt und weisen eine Wandstär- ke auf, die die auftretenden Kräfte und Schwingungen zwischen Antriebswelle 6 und Gehäuse sicher übertragen und aufnehmen kann.
Ein Nutenstein 33, der zwischen jeder Stütze 4 und dem Verbindungsprofil 3 angeordnet ist, ist in der Figur 16 in mehreren Ansichten dargestellt. Das breite abgestufte Basisende des im Querschnitt im wesentlichen T-förmigen Nutensteines 33 wird in die Nut 51 des Verbindungsprofils 3 (siehe Figur 14) eingeführt. Mittels Schrauben (nicht dargestellt), die durch das Verbindungsprofil 3 von außen durch Gewindebohrungen eingeschraubt werden, werden die Nutensteine 33 nach der Positionierung in der Nut 51 fixiert, indem das Ende der Schraube mit dem Gewinde auf die breite Basisfläche des Nutensteins 33 drückt und diesen in der Nut 51 gegen die radial innenliegende Fläche (in der Figur 10) presst.
Das andere Ende des Nutensteines 33, welches als platten- bzw. quaderförmiger Fortsatz ausgebildet ist und welches sich in der Figur 16 nach oben erstreckt, greift in den Hohlraum 52 der Stütze 4 in dort ausgebildete kleine Vertiefungen 53 formschlüssig ein. Die Vertiefungen 53 weisen im Querschnitt eine rechteckige Form auf, die dem plattenförmigen Fortsatz des Nutensteines 33 entspricht und der Eingriff da- zwischen ist im wesentlichen spielfrei.
Ein vorteilhaftes Verbindungsprofil 3 zur Verbindung der Rohrsegemente 2 untereinander sowie zur Befestigung der Stützen 4 ist in der Figur 14 dargestellt. Dort ist in mehreren Ansichten ein erfindungsgemäßes Verbindungsprofil 3 gezeigt, wobei die- ses Verbindungsprofil 3 vorzugsweise als Aluminiumstrangpreßteil ausgebildet und hergestellt ist. Die Nut 51 dient der Aufnahme des bzw. der Nutensteine 33 sowie die Nuten 38 der Aufnahme von kleineren Nutensteinen (nicht dargestellt) dienen. An den Nuten 38 werden Abstützmittel 39 mit den kleineren nicht dargestellten Nutensteinen auf ähnlich Art und Weise wie mit den Nutensteinen 33 die Stützen 4 fixiert sind, angebracht, um eine Anlage 1 beispielsweise mittels einer Vielzahl von Abstützmitteln 39 in einem Flußbett F zu verankern. Eine solche Verankerung ist beispielhaft in der Figur 12 dargestellt.
Über einen Einlauf E, der trichterförmig ausgebildet sein kann, wird das im Fluß strömende Wasser W in die Anlage 1 eingeleitet. Die Anlage 1 weist das Gehäuse aus den Rohrsegmenten 2 auf, die untereinander über die Flansche 10 und über die Ränder 37 miteinander verbunden sind. An den Verbindungsprofilen 3 sind die Abstützmittel 39 mit den kleineren und nicht dargestellten Nutensteinen befestigt. Die Abstützmittel 39 können im Flußbett auf übliche Art und Weise verankert sein.
An den Seiten der Verbindungsprofile 3 befinden sich kleine Nuten, die der Aufnahme von Dichtungen 35 dienen. Der Rand 37 (Figur 9) jedes Rohrsegments 2 wird mit dem Verbindungsprofil 3 mittels einer Verschraubung aus einer Vielzahl von Schrauben fest verbunden.
Jedes Rohrsegment 2 weist gemäß Figur 11, die eine besonders vorteilhafte Ausfüh- rungsform in mehreren Ansichten zeigt, in Umfangsrichtung einen Viertelbogen im Querschnitt auf, sowie - in axialer Richtung der Anlage 1 gesehen - einen Rand 37 an beiden Enden in Umfangsrichtung. An den Enden in axialer Richtung sind Flansche 10 vorgesehen. Mittels der Ränder 37 und der Flansche 10 werden mehrere Rohrsegmente 2 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung der Anlage 1 aneinander befestigt. Hierzu sind Bohrungen in den Rändern 37 und in den Flanschen 10 ausgebildet (in der Figur 11 durch Punkte dargestellt), die von Schrauben durchgriffen werden. Zur Verstärkung jedes Rohrsegmentes 2 kann eine Verstärkungsrippe 36 ausgebildet werden. Vorzugsweise und wie in der Figur 11 in der mittigen Darstellung gezeigt, werden vier viertelbogenförmige Rohrsegmente 2 mittels vier Verbindungs- profilen 3 zu einem im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitt der Anlage 1 zusammen gebaut. Solche im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitte können hintereinander montiert werden, um die Anlage 1 in axialer Richtung zu verlängern.
Die im Querschnitt kreisförmigen Gehäuseabschnitte können jedoch nach einer an- deren bevorzugten Ausführungsform auch aus drei Rohrsegmenten 2 bestehen - dann erstreckt sich ein Rohrsegment 2 jeweils über 120° am Umfang des Gehäuses der Anlage 1. Eine solche Anlage ist in der Figur 13 dargestellt, wobei dann auch nur drei Stützen 4 über den Umfang verteilt zur Abstützung der Antriebswelle 6 vorgesehen sind. Hierdurch werden weniger Bauteile benötigt und die Kosten für die Ferti- gung der Bauteile können gesenkt werden. Ebenso wird der Aufwand für die Montage verringert, da weniger Bauteile aneinander zu montieren sind. Die Zugänglichkeit zum Inneren der Anlage 1 verbessert sich auch, da, wenn eines der Rohrsegmente 2 zu Wartungszwecken enfernt worden ist, der Zugang zum Inneren des Gehäuses größer ist als bei einem vierteiligen Gehäuse. Die Öffnung bei einem dreiteiligen Ge- häuse (in Umfangsrichtung) beträgt 120° gegenüber lediglich 90° bei einem vierteiligen Gehäuse. Schließlich ist noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Gehäuses nach der vorliegenden Erfindung festzuhalten: in die außenliegenden Nuten 38 der Verbindungsprofile 3 lassen sich beispielsweise Ösen (nicht dargestellt) einsetzen bzw. einschrauben, die bei der Fertigung, beim Transport oder dem Einbau vor Ort hilfreich sein können. Das Gehäuse bzw. die Anlage 1 kann zum Beispiel mittels dieser Ösen einfach angehoben und positioniert werden.
In den Figuren 17, 18 und 19 ist ein erfindungsgemäßer Kugellagerkopf 12 in zwei Ausführungsformen dargestellt. Wie oben bereits erläutert, dient der Kugellagerkopf 12 zur Lagerung der Antriebswelle 6 in dem Gehäuse bzw. in der Anlage 1. Die Details einer bevorzugten Ausführungsform dieses Kugellagerkopfes 12 werden mit Bezug zu der Figur 17 nun beschrieben.
Der Kugellagerkopf 12 weist einen Grundkörper 40 auf, der im wesentlichen zylin- drisch ausgebildet ist und nach zwei Seiten in axialer Richtung X offen ist, so dass eine Zylindermantelfläche ausgebildet ist, die in der gezeigten (Figur 19) zweiten und ebenfalls bevorzugten Ausführungsform vier Fortsätze 41 aufweist, die am Umfang um jeweils 90° voneinander beabstandet sind und sich radial nach außen erstrecken.
Der Querschnitt dieser Fortsätze ist im wesentlichen rechteckig und greift im mon- tierten Zustand in den Hohlraum 52 der Stütze 4 und dort in die Vertiefungen 53 ein.
An dem den Außenumfang des Grundkörpers 40 zugewandten Ende des Fortsatzes
40 weist der Fortsatz 41 eine abgestufte Basis auf, die in der Form dem Querschnitt des Hohlraumes 52 in der Stütze 4 entspricht, so dass eine weitere Verdrehsicherung der Stütze 4 durch Formschluß zwischen dem Fortsatz 41 und der Stütze 4 ausgebildet ist. Diese spezielle Ausbildung der Fortsätze 41 ist in der Figur 19 gut zu erkennen.
In der Figur 19 sind zudem Hinterschneidungen bzw. Vertiefungen 53 am Innenum- fang des zylindrischen Grundkörpers 40 zu sehen, die radial innerhalb der Fortsätze
41 ausgebildet sind. Zurückkommend auf die Figur 17, ist dort jeder Fortsatz 41 als sich ebenfalls in radialer Richtung erstreckender und im linken Querschnitt mit Bohrungen versehener Fortsatz dargestellt. Mit Hilfe dieser Bohrungen, in die Schrauben eingreifen können, kann die Stütze 4 an dem Grundkörper 40 befestigt werden.
Der Grundkörper 40 kann in axialer Richtung X auf beiden Seiten jeweils mit einem Deckel 45 und 46 verschlossen werden, wobei zwischen dem Grundkörper 40 und jedem Deckel 45 und 46 eine oder mehrere Dichtungen 48 angeordnet sein können. In der gezeigten Ausführungsform nach der Figur 17 ist zwischen dem linken Deckel 46 und einem Kugellager 44 ein Halteelement 47 angeordnet, welches den Außenring des Kugellagers 44 festlegt. Auch zwischen dem Halteelement 47 und dem Grundkörper 40 kann eine weitere Dichtung 48 vorgesehen sein, um das Eindringen von Fluid in das Kugellager 44 sicher zu verhindern.
Die Deckel 45 und 46 werden mit Hilfe von Befestigungsmitteln bzw. Schrauben 49 am Grundkörper verschraubt oder alternativ in den Grundkörper in die axialen Endöffnungen eingepreßt. Zwischen dem Innenring des Kugellagers 44 und dem Grundkörper 40 ist eine Hülse 42 vorgesehen und angeordnet, deren Aufbau in der Figur 18 dargestellt ist. Die Hülse 42 weist einen sich radial nach außen erstreckenden Ab- satz 50 auf, der in axialer Richtung X der Hülse 42 eine gerade, in radialer Richtung nach außen verlaufende Abstufung hat, die gegen den Innenring des Kugellagers 44 drückt und diesen festlegt, während die andere Seite des Absatzes 50 eine schräge Kante hat, gegenüber welcher das Halteelement unter Einhaltung eines geringen, für die Rotation erforderlichen Abstandes, angeordnet ist.
Die Hülse 42 weist eine Innenverzahnung 43 auf, die mit der Außenverzahnung 26 der Antriebswelle 6 in Eingriff steht. Die Antriebswelle 6 kann sich in dem Kugellagerkopf 12 in dem Kugellager 44 frei drehen, während der Grundkörper 40 feststeht und sich über die Stützen 4 an dem Gehäuse der Anlage 1 abstützt.
Solche Kugellagerköpfe 12 werden je nach Bedarf und mehrfach entlang der Antriebswelle 6 angeordnet, wobei vorzugsweise jeden Meter ein Kugellagerkopf 12 montiert wird, um die Antriebswelle 6 optimal zu lagern und die Vibrationen gering zu halten sowie so für einen geräuscharmen Lauf der Antriebswelle 6 zu sorgen.
Die dauergeschmierten und wartungsarmen Kugellager 44 sind sicher und fluiddicht innerhalb des Grundkörpers 40 des Kugellagerkopfes 12 angeordnet, so dass ein wartungsarmer Betrieb der Anlage 1 sicher gestellt ist.
Grundsätzlich läßt sich an einem Ende der Antriebswelle auch ein Planetengetriebe als Teil eines Kugellagerkopfes vorsehen. Das jeweilige Kugellager kann dann weg- gelassen werden und durch ein entsprechend dimensioniertes Planetengetriebe ersetzt werden. Der Abtrieb der sich drehenden Antriebswelle kann durch das Planetengetriebe in vielfacher Hinsicht modifiziert und eingestellt werden, so beispielsweise im Hinblick auf die Drehzahl bzw. das Drehmoment des Abtriebs, welche bzw. welches sich durch ein Planetengetriebe einfach einstellen läßt.
Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die sich anschließenden Patentansprüche und die zugehörigen Zeichnungen verwiesen.
Bezuqszeichenliste
1 Anlage 29 Öffnung
2 Rohrsegment 35 30 Abstützfläche
3 Verbindungsprofil 31 Erster zylindr. Abschnitt
4 Stütze 32 Zweiter zylindr. Abschnitt
5 Schaufel 33 Nutenstein
5' Schaufel 34 Verschraubung
6 Antriebswelle 40 35 Dichtung
7 Lagerschale 36 Verstärkungsrippe
7' Lagerschale 37 Rand
8 Justierscheibe 38 Nut
9 Antriebswellenabtrieb 39 Abstützmittel
10 Flansch 45 40 Grundkörper
11 Schraube 41 Fortsatz
12 Kugellagerkopf 42 Hülse
13 Einstellskala 43 Innenverzahnung
13' Einstellskala 44 Kugellager
14 Schraube 50 45 Deckel
15 Nut 46 Deckel
16 Innenverzahnung 47 Halteelement
17 Außenverzahnung 48 Dichtung
18 Befestigungsmittel 49 Befestigungsmittel
19 Mutter 55 50 Absatz
20 Schraube 51 Nut
21 Mutter 52 Hohlraum
22 Längsschlitz 53 Vertiefung
23 Fortsatz
24 Bohrung 60 A Achse der Schaufel
25 Auflage E Einlauf
26 Außenverzahnung F Flußbett
27 Innenverzahnung W Wasser
28 Öffnung X Achse d. Kugellagerkopfs

Claims

PCT Patentanmeldung Hamann, Georg WO-6042Patentansprüche 1 bis 40
1. Anstellwinkeleinstell- und Haltevorrichtung für eine Schaufel (5) einer Anlage (1) zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage (1) geleiteten Fluidströmung, wobei eine Mehrzahl von Schaufeln (5, 5', ...) entlang einer Antriebswelle (6) der An- läge (1) jeweils axial und radial zueinander beabstandet angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufel (5, 5') an ihrem der Antriebswelle (6) zugewandten Ende mittels einer in axialer Richtung (A) der Schaufel (5, 5') formschlüssig wirkenden Halteeinrichtung an der Antriebswelle (6) lösbar befestigt ist, sowie jede Schaufel (5, 5') im eingebauten Zustand in einer Ebene senkrecht zur axialen Rich- tung (A) der Schaufel (5, 5') und relativ zur Antriebswelle (6) mittels einer Justiereinrichtung verdrehbar und fixierbar ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Schaufel (5, 5') und der Antriebswelle (6) eine Lagerschale (7, T) vorgesehen ist, die im Radialschnitt der Antriebswelle (6) diese halbkreisförmig umgreift.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Lagerschalen (7, 7') mittels Schrauben (20) und Muttern (21) an der Antriebswelle (6) diametral gegenüberliegend aneinander befestigt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6) eine Außenverzahnung (26) in Form eines Vielzahnprofils aufweist, in welches eine dazu komplementäre Innenverzahnung (27) jeder Lagerschale (7, T) eingreift.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Lagerschalen (7, 7') relativ zur der Antriebswelle (6) und am Umfang der Antriebswelle (6) mittels der Innen- und Außenverzahnung (27, 26) einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Festziehen der Schrauben (20) und Muttern (21) die Lagerschalen (7, 7') in axialer Richtung der Antriebswelle (6) durch Verschieben positionierbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lagerschale (7, 7') einen zylindrischen Fortsatz (23) aufweist, der eine Öffnung (28) hat, in die das der Antriebswelle (6) zugewandte Ende der Schaufel (5, 5') einsetzbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das der Antriebswelle (6) zugewandte Ende der Schaufel (5, 5') im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und eine am Außenumfang ausgebildete Nut (15) in diesem zylindrischen Abschnitt umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fortsatz (23) zwei Bohrungen (24) vorgesehen sind, derart, dass Schrauben (14), die diese Bohrungen (24) durchgreifen, ebenfalls in die Nut (15) einer in die Öffnung (28) eingesetzten Schaufel (5, 5') eingreifen und einen Formschluß zwi- sehen dem Fortsatz (23) und der Schaufel (5, 5') herstellen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Muttern (21) zur Fixierung der Schrauben (14) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Schaufel (5, 5') und jeder Lagerschale (7, 7') eine Justierscheibe (8) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Justierscheibe (8) eine Öffnung (29) aufweist, die eine Innenverzahnung (16) aufweist sowie die Schaufel (5, 5') benachbart der Nut (15) eine mit der Innenverzahnung (16) zusammenwirkende Außenverzahnung (17) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im eingebauten Zustand die Schaufel (5, 5') relativ zur Lagerschale (7, T) mittels der Justierscheibe (8) um die Achse (A) der Schaufel (5, 5') verdrehbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierscheibe (8) mittels eines Befestigungsmittels (18) an der Lagerschale (7, T) festlegbar ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Auflage (25) der Lagerschale (7, T), die auch als Auflagefläche für die auskragende Justierscheibe (8) dient, eine Einstellskala (13, 13') vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart der Außenverzahnung (17) an der Schaufel (5, 5') eine über die Außen- Verzahnung (17) überstehende Abstützfläche (30) ausgebildet ist, mit der sich die Schaufel (5, 5') an der Justierscheibe (8) abstützt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, die Justierscheibe (8) einen Längsschlitz (22) hat, den das Befestigungsmittel (18) durchgreift, so dass durch Festziehen des Befestigungsmittels (18) die Justierscheibe (8) an der Auflage (25) der Lagerschale (7, 7') fixiert ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsschlitz (22) kreisbogenabschnittsförmig und konzentrisch zur Achse (A) der Schaufel (5, 5') ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (5, 5'), die Justierscheibe (8), die Lagerschale (7, 7') und die Antriebswelle (6) im wesentlichen spielfrei zusammengebaut sind.
20. Schaufel für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass am der Antriebswelle (6) zugewandten Ende der Schaufel (5, 5') ein erster zylindrischer Abschnitt (31), eine am Umfang umlaufende Nut (15), ein zweiter zylindrischer Abschnitt (32), eine Außenverzahnung (17) sowie eine Abstützfläche (30) in dieser Reihenfolge und jeweils unmittelbar benachbart zueinander ausgebildet sind.
21. Gehäuse für eine Anlage (1) zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage (1) geleiteten Fluidströmung, wobei eine Mehrzahl von Schaufeln (5, 5', ...) entlang einer Antriebswelle (6) der Anlage (1) jeweils axial und radial zueinander beabstandet innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einer Mehrzahl von zylindermantelsegmentflächenförmigen Ab- schnitten besteht, die mittels lösbarer Befestigungsmittel aneinander fixiert sind.
22. Gehäuse nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus drei oder vier identischen über den Umfang verteilten Rohrsegmenten (2) besteht, wobei solchermaßen erhaltene Gehäuseabschnitte in axialer Richtung in beliebiger Anzahl hintereinander anordenbar sind.
23. Gehäuse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Gehäuseabschnitte mittels jeweils an den axialen Enden des Gehäuseabschnittes ausgebildeten Flanschen (10) miteinander verbunden sind.
24. Gehäuse nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Rohrsegmente (2) mittels eines Verbindungsprofils (3) miteinander verbunden sind.
25. Gehäuse nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungspro- file (3) am Umfang des Gehäuses im Abstand von 120° oder 90° vorgesehen sind, wobei die Kanten der Rohrsegmente (2) beidseitig an einem Rand (37) und jeweils mit dem Verbindungsprofil (3) durch eine Verschraubung (34) festgelegt sind.
26. Gehäuse nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Verbindungsprofil (3) und jedem Rohrsegment (2) zumindest eine Dichtung
(35) vorgesehen ist und/oder dass zwischen den Flanschen (10) jeweils eine Dichtung angeordnet ist.
27. Gehäuse nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rohrsegment (2) eine oder mehrere Verstärkungsrippen (36) aufweist.
28. Gehäuse nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsprofil (3) gehäuseinnenseitig eine axial verlaufende Nut zur Aufnahme von Nutensteinen (33) aufweist, so dass Stützen (4) dort mittels der Nutensteine (33) am Gehäuse verschiebbar und festlegbar sind.
29. Gehäuse nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsprofil (3) gehäuseaußenseitig zumindest eine axial verlaufende Nut aufweist, um Abstützmittel (39) dort zu befestigen, die eine Abstützung des Gehäuses relativ zu einem Flußbett (F), relativ zu einem Schwimmkörper oder dergleichen ermöglichen.
30. Kugellagerkopf (12) für eine Anlage (1) zur Erzeugung von Energie aus einer durch die Anlage (1) geleiteten Fluidströmung, wobei eine Mehrzahl von Schaufeln (5, 5', ...) entlang einer Antriebswelle (6) der Anlage (1) jeweils axial und radial zueinander beabstandet innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugellagerkopf (12) einen Grundkörper (40) aufweist, der mehre- re Fortsätze (41) hat, die sich in radialer Richtung vom Grundkörper (40) aus nach außen erstrecken und Aufnahmen für Stützen (4) ausbilden, die die Antriebswelle (6) gegenüber dem Gehäuse der Anlage (1) abstützen.
31. Kugellagerkopf nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass vier oder drei Fortsätze (41) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung um jeweils 90° oder 120° voneinander beabstandet angeordnet sind.
32. Kugellagerkopf nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass pro 1 m Längeneinheit der Anlage (1) in axialer Richtung zumindest ein Kugellagerkopf (12) zur Abstützung der Antriebswelle (6) vorgesehen ist.
33. Kugellagerkopf nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (40) eine Hülse (42) konzentrisch angeordnet ist, die eine Innenverzahnung (43) hat, die mit der Außenverzahnung (26) der Antriebswelle (6) in Eingriff steht.
34. Kugellagerkopf nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (40) und der Hülse (42) ein Kugellager (44) derart vorgesehen ist, dass sich die Antriebswelle (6) relativ zum Grundkörper (40) frei verdrehen kann.
35. Kugellagerkopf nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass an den axialen Enden des Kugellagerkopfes (12) jeweils ein Deckel (45, 46) vorgesehen ist, der das Innere des Kugellagerkopfes (12) gegen das Äußere fluid- dicht abtrennt.
36. Kugellagerkopf nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Deckel (45, 46) und dem Grundkörper (40) jeweils zumindest eine Dichtung (48) vorgesehen ist.
37. Kugellagerkopf nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Deckel (46) und dem Kugellager (44) ein Halteelement (47) vorgesehen ist, mit dem die axiale Festlegung eines Außenringes des Kugellagers (44) erfolgt.
38. Kugellagerkopf nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring des Kugellagers (44) mittels eines Absatzes (50) an der Hülse (42) in axialer Richtung festgelegt ist.
39. Kugellagerkopf nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (46) mittels zumindest eines Befestigungsmittels (49) an dem Grundkörper (40) fixiert ist.
40. Kugellagerkopf (12) nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeich- net, dass die Stützen (4), der Grundkörper (40), das Kugellager (44), die Hülse (42), sowie die Antriebswelle (6) im wesentlichen spielfrei zusammengebaut sind.
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