DE102014003752A1

DE102014003752A1 - Turbomachine and method for operating a turbomachine

Info

Publication number: DE102014003752A1
Application number: DE102014003752.5A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: DE102014003752B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einer Flügelanordnung (2), die zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel (3, 4) umfasst, mit einer Führungseinrichtung (5), die für eine linearbewegliche Führung der Flügel (3, 4) bei einer oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel (3, 4) entlang eines jeweiligen Hubwegs ausgebildet ist und die einen maximalen Hubweg (23) der Flügel (3, 4) bestimmt, mit Schwenkeinrichtungen (15, 16), die jeweils zur Verschwenkung der Flügel (3, 4) um eine quer zum Hubweg (23) ausgerichtete Schwenkachse (17, 18) an einander entgegengesetzten Endbereichen des Hubwegs (23) ausgebildet ist, sowie mit einer Getriebeanordnung (24), die für eine Umsetzung der Hubbewegungen der Flügel (3, 4) in eine unidirektionale Rotationsbewegung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schwenkeinrichtung (15, 16) für eine variable Einstellung eines Hubwegs ausgebildet ist, der wahlweise kleiner als der maximale Hubweg oder gleich dem maximalen Hubweg ist.The invention relates to a turbomachine having a vane arrangement (2), which comprises two parallel aligned wings (3, 4), with a guide device (5) for a linearly movable guidance of the vanes (3, 4) in an oscillating counter - rotating stroke Wing (3, 4) is formed along a respective stroke and determines a maximum stroke (23) of the wings (3, 4), with pivoting means (15, 16), each for pivoting the wings (3, 4) to a transverse to the stroke (23) aligned pivot axis (17, 18) at opposite end portions of the stroke (23) is formed, and with a gear assembly (24) for a conversion of the lifting movements of the wings (3, 4) in a unidirectional rotation is trained. According to the invention it is provided that the pivoting means (15, 16) is designed for a variable adjustment of a stroke, which is optionally smaller than the maximum stroke or equal to the maximum stroke.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einer Flügelanordnung, die zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel umfasst, mit einer Führungseinrichtung, die für eine linearbewegliche Führung der Flügel bei einer oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel entlang eines jeweiligen Hubwegs ausgebildet ist und die einen maximalen Hubweg der Flügel bestimmt, mit Schwenkeinrichtungen, die jeweils zur Verschwenkung der Flügel um eine quer zum Hubweg ausgerichtete Schwenkachse aneinander entgegengesetzten Endbereichen des Hubwegs ausgebildet ist, sowie mit einer Getriebeanordnung, die für eine Umsetzung der Hubbewegungen der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung ausgebildet ist.The invention relates to a turbomachine having a vane arrangement, which comprises two parallel aligned wings, with a guide device which is designed for a linearly movable guidance of the wings in an oscillating counter-rotating lifting movement of the wings along a respective stroke and which determines a maximum stroke of the wings, with pivoting means, which is designed in each case for pivoting the wings about a transverse to the stroke oriented pivot axis of mutually opposite end portions of the stroke, and with a gear arrangement, which is designed for implementation of the lifting movements of the wings in a unidirectional rotational movement.

Aus der WO 2012/129007 A2 ist ein Windenergiekonverter zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie bekannt, bei dem jeweils endseitig mit Schubstangen verbundene Flügel paarweise einander zugeordnet sind und wobei die Schubstangen an einer Kurbelwelle angebracht sind, die mit einem Generator verbunden ist. Ferner sind Flügelhinterkanten der Flügel über Steuerstangen mit Linearmotoren verbunden, um eine Einstellung eines Anstellwinkels für die jeweiligen Flügel gegenüber dem anströmenden Wind zu ermöglichen. Dabei sind jeweils benachbart angeordnete Flügel an unterschiedlichen Schubstangen angebracht und mit unterschiedlichen Linearmotoren verbunden, sodass die benachbart angeordneten Flügel bei Vorliegen einer Windströmung derart gegenüber der Windströmung angestellt werden können, dass sie eine gegenläufig oszillierende Hubbewegung durchführen, die eine reversierende Linearbewegung der Schubstangen hervorruft. Die Schubstangen sind ihrerseits über Pleuelstangen mit der Kurbelwelle verbunden und ermöglichen somit die Umsetzung der Hubbewegung der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung, mit deren Hilfe ein elektrischer Generator angetrieben werden kann. Dabei überfährt eine Gelenkverbindung zwischen der jeweiligen Pleuelstange und der Kurbelwelle eine Kreisbahn in einer vorgebbaren Bewegungsrichtung, eine Veränderung dieser Kreisbahn ist nicht vorgesehen.From the WO 2012/129007 A2 a wind energy converter for the conversion of wind energy into electrical energy is known in which respective ends associated with push rods associated with each other in pairs and wherein the push rods are attached to a crankshaft, which is connected to a generator. Furthermore, wing trailing edges of the wings are connected via control rods with linear motors to allow adjustment of an angle of attack for the respective wing against the oncoming wind. In each case adjacently arranged wings are attached to different push rods and connected to different linear motors, so that the adjacently arranged wings can be made in the presence of a wind flow against the wind flow so that they perform a counter-oscillating lifting movement, which causes a reversing linear movement of the push rods. The push rods are in turn connected via connecting rods with the crankshaft and thus enable the implementation of the lifting movement of the wings in a unidirectional rotational movement, with the aid of an electric generator can be driven. In this case, a joint connection between the respective connecting rod and the crankshaft travels over a circular path in a predeterminable direction of movement, a change of this circular path is not provided.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Strömungsmaschine bereitzustellen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to provide a turbomachine having an improved efficiency.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt für eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Schwenkeinrichtung für eine variable Einstellung eines Hubwegs ausgebildet ist, der wahlweise kleiner als der maximale Hubweg oder gleich dem maximalen Hubweg ist.This object is achieved according to a first aspect of the invention for a turbomachine of the aforementioned type with the features of claim 1. It is provided that the pivoting device is designed for a variable adjustment of a stroke, which is optionally smaller than the maximum stroke or equal to the maximum stroke.

Durch die Einstellung des Hubwegs für die Flügel kann eine vorteilhafte Anpassung der Hubbewegungen der Flügel an unterschiedliche Windgeschwindigkeiten erreicht werden. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsmaschine gesteigert werden. Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids, insbesondere Luft oder Wasser, ist davon auszugehen, dass eine maximale Geschwindigkeit der Flügel längs des Hubwegs geringer ist als bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Dementsprechend kann es bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten vorteilhaft sein, die Verschwenkung der Flügel um die Schwenkachse an einer anderen Stelle längs des Hubwegs einzuleiten, als dies bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Dementsprechend ergeben sich je nach Windgeschwindigkeit unterschiedliche Schwenkpunkte für die Verschwenkung der Flügel längs des Hubwegs. Darüber hinaus kann durch die freie Einstellbarkeit der Schwenkpunkte längs des Hubwegs auch eine Einstellung der Länge des Hubwegs vorgenommen werden, da mit der Verschwenkung der Flügel und die daraus resultierende Veränderung des Anstellwinkels der Flüge gegenüber der Fluidströmung jeweils die Umkehrung der Bewegungsrichtung für die Flügel längs des Hubwegs eingeleitet wird. Durch die variable, insbesondere freie Einstellung, des Hubwegs mit Hilfe der entsprechend ausgebildeten Schwenkeinrichtungen kann somit eine vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Anströmsituationen zwischen Fluidströmung und Strömungsmaschine gewählt werden. Bei dem Fluid kann es sich wahlweise um ein Gas, vorzugsweise Luft, oder um eine Flüssigkeit oder um Dampf, insbesondere Wasserdampf, handeln.By adjusting the stroke for the wings, an advantageous adaptation of the strokes of the wings to different wind speeds can be achieved. As a result, the efficiency of the turbomachine according to the invention over the turbomachine known from the prior art can be increased. At low flow velocities of the fluid, in particular air or water, it can be assumed that a maximum velocity of the vanes along the stroke is lower than at high flow velocities. Accordingly, at high flow velocities, it may be advantageous to initiate pivoting of the wings about the pivot axis at a different location along the stroke path than is advantageous at lower wind speeds. Accordingly arise depending on the wind speed different pivot points for the pivoting of the wings along the stroke. In addition, by the free adjustability of the pivot points along the stroke and an adjustment of the length of the stroke can be made because with the pivoting of the wings and the resulting change in the angle of attack of the flights against the fluid flow in each case the inversion of the direction of movement of the wings along the Stroke is initiated. Due to the variable, in particular free setting, the stroke with the help of appropriately trained pivoting devices can thus be selected an advantageous adaptation to different Anströmsituationen between fluid flow and turbomachine. The fluid may optionally be a gas, preferably air, or a liquid or steam, in particular water vapor.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Zweckmäßig ist es, wenn die Getriebeanordnung derart eingerichtet ist, dass sie die Bereitstellung der unidirektionalen Rotationsbewegung an eine Abtriebswelle unabhängig vom eingestellten Hubweg gewährleistet. Die Getriebeanordnung erfüllt die Aufgabe einer Umsetzung der linearen Hubbewegungen der Flügel in eine Rotationsbewegung, die zur Nutzung an einem elektrischen Generator oder an einer Pumpe, insbesondere einer Fluidpumpe, genutzt werden kann. Um eine Umsetzung der im strömenden Fluids enthaltenen Energie in Rotationsenergie für die Abtriebswelle mit einem hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn die Abtriebswelle und der nachgeschaltete Generator beziehungsweise die nachgeschaltete Pumpe stets in der gleichen Drehrichtung, also unidirektional, betrieben werden können. Dementsprechend ist die Getriebeeinrichtung durch geeignete technische Mittel derart ausgebildet, dass sie unabhängig vom eingestellten Hubweg für die Flügel stets die benötigte unidirektionale Rotationsbewegung bereitstellt.It is expedient if the gear arrangement is set up in such a way that it ensures the provision of the unidirectional rotational movement to an output shaft independently of the set stroke. The gear assembly fulfills the task of implementing the linear strokes of the wings in a rotational movement, which can be used for use on an electric generator or on a pump, in particular a fluid pump. In order to ensure a conversion of the energy contained in the flowing fluid into rotational energy for the output shaft with a high efficiency, it is advantageous if the output shaft and the downstream generator or the downstream pump can always be operated in the same direction, ie unidirectional. Accordingly, the transmission device is formed by suitable technical means such that it is independent of set stroke for the wing always provides the required unidirectional rotation.

Beim Stand der Technik ist ebenfalls eine Umsetzung der Linearbewegungen der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung vorgesehen. Allerdings ist beim Stand der Technik keine freie Einstellung des Hubwegs möglich, da auf Grund der Ausgestaltung der bekannten Getriebeanordnung als Kombination von Pleuelstangen und einer Kurbelwelle ein fest vorgegebener Hubweg für die Flügel vorliegt. Dementsprechend kann beim Stand der Technik weder eine freie Einstellung des Hubwegs noch eine freie Einstellung der Schwenkpunkte für die Flügel vorgenommen werden, da die Bereitstellung einer unidirektionale Rotationsbewegung der Kurbelwelle stets gewährleistet werden muss.In the prior art, an implementation of the linear movements of the wings is also provided in a unidirectional rotational movement. However, in the prior art, no free adjustment of the stroke is possible because there is a fixed predetermined stroke for the wing due to the configuration of the known transmission arrangement as a combination of connecting rods and a crankshaft. Accordingly, in the prior art neither a free adjustment of the stroke nor a free adjustment of the pivot points for the wings can be made, since the provision of a unidirectional rotational movement of the crankshaft must always be guaranteed.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Führungseinrichtung ein ringförmig umlaufendes Zugmittel zugeordnet ist, das zwei beabstandet zueinander an der Führungseinrichtung angeordnete Umlenkrollen umschlingt und mit dem die Flügel verbunden sind, um eine Zwangskopplung der Flügel zu gewährleisten. Bei dem ringförmig umlaufenden Zugmittel kann es sich beispielsweise um einen Keilriemen oder Zahnriemen handeln, der für eine Übertragung von Zugkräften zwischen den beiden Flügeln ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Flügel vorzugsweise an im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Zugmittelabschnitten angebracht, die sich jeweils zwischen den beiden beabstandet angeordneten Umlenkrollen erstrecken. Der Abstand zwischen den Umlenkrollen bestimmt den maximalen Hubweg für die Flügel, da keine Umlenkung der Flügel um die Umlenkrollen vorgesehen ist, insbesondere da eine Schrägstellung der Flügel zueinander längs des Hubwegs nicht gewünscht ist und da das Zugmittel zur Anbringung der Flügel mit Adaptern versehen ist, die eine Umlenkung dieses Bereichs des Zugmittels um die Umlenkrollen verhindern. Vorteilhaft ist es, wenn das Zugmittel als Zahnriemen ausgebildet ist und wenigstens eine der Umlenkrollen als Zahnrad ausgeführt ist, um eine schlupffreie Kraftübertragung zwischen dem Zugmittel und der jeweiligen Umlenkrolle zu bewirken.In a further development of the invention it is provided that the guide means is associated with an annular circulating traction means, which wraps around two guide rollers spaced from each other arranged on the guide means and with which the wings are connected to ensure a forced coupling of the wings. The annular circulating traction means may be, for example, a V-belt or toothed belt, which is designed for a transmission of tensile forces between the two wings. Preferably, the wings are preferably mounted on substantially parallel to each other aligned Zugmittelabschnitten, each extending between the two spaced-apart pulleys. The distance between the pulleys determines the maximum stroke for the wings, since no deflection of the wings is provided around the pulleys, especially since an inclination of the wings to each other along the stroke is not desired and since the traction means is provided for attaching the wings with adapters, prevent a deflection of this region of the traction means about the pulleys. It is advantageous if the traction means is designed as a toothed belt and at least one of the deflection rollers is designed as a gear in order to effect a slip-free power transmission between the traction means and the respective deflection roller.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Getriebeanordnung mit wenigstens einer der Umlenkrollen gekoppelt ist und dass zwischen der Umlenkrolle und einer Abtriebswelle der Getriebeanordnung ein drehrichtungsabhängig wirkender Freilauf angeordnet ist. Die Aufgabe des Freilaufs besteht darin, eine Gleichrichtung der oszillierenden Hubbewegung der Flügel in die gewünschte unidirektionale Rotationsbewegung an der Abtriebswelle der Getriebeanordnung zu gewährleisten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die als Zahnrad ausgeführte Umlenkrolle mit der Getriebeanordnung gekoppelt ist, um eine Ableitung der von den Flügeln auf das Zugmittel eingeleiteten Zugkräfte an die Abtriebswelle der Getriebeanordnung zu ermöglichen.In an advantageous development of the invention, it is provided that the gear arrangement is coupled to at least one of the deflection rollers and that between the deflection roller and an output shaft of the transmission arrangement a direction of rotation dependent freewheel is arranged. The object of the freewheel is to ensure a rectification of the oscillating stroke movement of the blades in the desired unidirectional rotational movement on the output shaft of the transmission assembly. It is particularly advantageous when the deflection roller designed as a gear wheel is coupled to the gear arrangement in order to enable a derivation of the tractive forces introduced by the blades on the traction means to the output shaft of the gear arrangement.

Beispielsweise kann der Freilauf eine Sperrklinkenanordnung umfassen, die in einer ersten Rotationsrichtung eine Drehmomentübertragung zwischen Umlenkrolle und Abtriebswelle ermöglicht und in einer zweiten Rotationsrichtung eine zumindest nahezu drehmomentfreie bzw. reibungsarme Relativbewegung zwischen Umlenkrolle und Abtriebswelle ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beiden Umlenkrollen jeweils ein drehrichtungsabhängig wirkender Freilauf zugeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die beiden Freiläufe der jeweiligen Umlenkrollen hinsichtlich ihrer Freilaufeigenschaften gegensinnig ausgeführt sind. Somit ist gewährleistet, dass in jeder Phase der oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel, der dadurch bewirkten linearen Reversierbewegung des Zugmittels und der daraus resultierenden Schwenkbewegungen der Umlenkrollen eine stets gleichsinnige Drehmomentübertragung auf die Abtriebswelle der Getriebeanordnung stattfindet. Somit kann ein nachgeschaltet angeordneter Generator beziehungsweise eine nachgeschaltet angeordnete Pumpe mit einer unidirektionalen Rotationsbewegung angetrieben werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die beiden Freiläufe jeweils koaxial zu den Umlenkrollen angeordnet sind und über Kopplungsmittel, bevorzugt über weitere Zugmittel, insbesondere mittels Zahnriemen, mit der gemeinsamen Abtriebswelle verbunden sind. Durch die Zuordnung der Freiläufe zu den Umlenkrollen können die bewegten Massen innerhalb der Getriebeanordnung geringgehalten werden.For example, the freewheel may comprise a pawl arrangement which allows a torque transmission between the deflection roller and the output shaft in a first direction of rotation and allows in a second direction of rotation at least virtually torque-free or low-friction relative movement between the deflection roller and output shaft. It is particularly advantageous if both deflection rollers are each assigned a freewheel which acts in a direction-dependent manner. It is provided that the two freewheels of the respective pulleys are executed in opposite directions with respect to their freewheeling properties. This ensures that in each phase of the oscillating counter-rotating lifting movement of the wing, the linear reversing movement of the traction mechanism caused thereby and the resulting pivoting movements of the deflection rollers, an always identical torque transmission to the output shaft of the gear arrangement takes place. Thus, a downstream arranged generator or a downstream arranged pump can be driven with a unidirectional rotational movement. Particularly preferably, it is provided that the two freewheels are each arranged coaxially to the deflection rollers and are connected via coupling means, preferably via further traction means, in particular by means of toothed belt, with the common output shaft. By assigning the freewheels to the pulleys, the moving masses can be kept low within the gear assembly.

Vorteilhaft ist es, wenn die Führungseinrichtung eine Führungsschiene umfasst, an der für jeden Flügel jeweils ein Schlitten schiebebeweglich angeordnet ist. Die Schlitten dienen der Aufnahme und Übertragung von Reaktionskräften der Flügel, die sich auf Grund des strömenden Fluids ergeben, auf die Führungsschiene. Dabei handelt es sich beispielsweise um quer zur Hubbewegung und quer zur Schwenkachse der Flügel ausgerichtete Fluidwiderstandskräfte, die durch die Anströmung der Flügel mit dem strömenden Fluid hervorgerufen werden. Vorzugsweise umfasst die Führungsschiene eine oder mehrere Führungsbahnen, auf denen Führungsrollen der Führungsschlitten rollwiderstandsarm abrollen können.It is advantageous if the guide device comprises a guide rail, on each of which a slide is movably arranged for each wing. The carriages serve to receive and transmit reaction forces of the vanes resulting from the flowing fluid to the guide rail. These are, for example, transverse to the lifting movement and transverse to the pivot axis of the wing aligned fluid resistance forces, which are caused by the flow of the wings with the flowing fluid. Preferably, the guide rail comprises one or more guideways on which guide rollers of the guide carriage can roll with low rolling resistance.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am wenigstens einem Endpunkt des Hubwegs ein elastischer Energiespeicher für eine zeitweilige Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie der Flügel angeordnet ist. Mit Hilfe des Energiespeichers kann eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Strömungsmaschine erzielt werden. Mit Hilfe des Energiespeichers wird die kinetische Energie der Flügel während der Umkehr der Bewegungsrichtung der Flügel zunächst während einer Abbremsung der Flügel in dem Energiespeicher aufgenommen, anschließend wird eine Beschleunigung der Flügel in entgegengesetzter Richtung von der im Energiespeicher zwischengespeicherten Bewegungsenergie unterstützt. Bei dem Energiespeicher handelt es sich vorzugsweise um einen elastischen Energiespeicher, insbesondere in Form einer Wendelfeder aus einem elastischen Material wie Metall oder Kunststoff, einer Gasfeder oder einem elastischen Kunststoffblock. Vorzugsweise ist eine Kompressibilität des elastischen Energiespeichers derart ausgebildet, dass zumindest innerhalb eines gewissen Umkehrbereichs für den jeweiligen Flügel stets eine zumindest anteilige Zwischenspeicherung von Bewegungsenergie gewährleistet ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that an elastic energy store for a temporary intermediate storage of the kinetic energy of the wings is arranged at least one end point of the stroke. With the help of the energy storage, an improvement in the efficiency of the turbomachine can be achieved. With the help of energy storage, the kinetic Energy of the wing during the reversal of the direction of movement of the wing initially recorded during braking of the wings in the energy storage, then an acceleration of the wings is supported in the opposite direction of the cached energy storage in the energy storage. The energy store is preferably an elastic energy store, in particular in the form of a helical spring made of an elastic material such as metal or plastic, a gas spring or an elastic plastic block. Preferably, a compressibility of the elastic energy store is designed such that at least within a certain reversal area for the respective wing always an at least proportionate intermediate storage of kinetic energy is ensured.

Vorteilhaft ist es, wenn der Flügel zumindest einen freien Endbereich aufweist und abseits des ersten Endbereichs, insbesondere mit einem zweiten Endbereich, an der Führungseinrichtung angebracht ist. Während beim Stand der Technik eine Führung der Flügel aneinander entgegengesetzten Endbereichen vorgesehen ist, wird der Flügel bei der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine wahlweise an einem zweiten Endbereich oder in einem mittleren Bereich zwischen zwei Endbereichen geführt. Hierdurch werden fluiddynamische Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt, die mit den Strömungsverhältnissen an den Flügelenden zusammenhängen. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Flügel in der Flügelmitte an der Führungseinrichtung anzukoppeln, da hierdurch eine vorteilhafte Symmetrie der Strömungsmaschine bei gleichzeitiger freier Gestaltungsmöglichkeit für die Flügelenden gewährleistet werden kann.It is advantageous if the wing has at least one free end region and is mounted on the guide device away from the first end region, in particular with a second end region. While in the prior art a guidance of the wings is provided at mutually opposite end regions, in the turbomachine according to the invention the wing is guided either at a second end region or in a middle region between two end regions. As a result, fluid dynamic advantages over the prior art are achieved, which are related to the flow conditions at the wing tips. It has proven to be advantageous to couple the wings in the middle of the wing to the guide device, as this can be an advantageous symmetry of the turbomachine while free design options for the wing tips can be ensured.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwenkeinrichtung als elektrisch oder fluidisch betreibbarer Drehantrieb ausgebildet ist. Bei dem Drehantrieb kann es sich beispielsweise um einen Schrittmotor, einen Getriebemotor, einen fluidisch betreibbaren Drehkolbenantrieb oder einen Fluidzylinder handeln, mit deren Hilfe eine besonders kompakte Ausgestaltung der Schwenkeinrichtung ermöglicht wird. Dementsprechend können die Flügel und die damit verbundenen Schwenkeinrichtungen in fluiddynamischer Hinsicht besonders vorteilhaft ausgebildet werden.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the pivoting device is designed as an electrically or fluid operable rotary drive. The rotary drive can be, for example, a stepper motor, a gear motor, a fluid-operated rotary piston drive or a fluid cylinder, with the aid of which a particularly compact embodiment of the pivoting device is made possible. Accordingly, the wings and the associated pivoting devices can be made particularly advantageous in fluid dynamic terms.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Drehantrieb eine Steuerungseinrichtung zugeordnet ist, die für eine Ansteuerung der Schwenkeinrichtung in Abhängigkeit von einer Hubgeschwindigkeit der Flügel ausgebildet ist. Eine Ermittlung der Hubgeschwindigkeit der Flügel kann beispielsweise mit Hilfe eines Wegmesssystems oder mittels Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensoren an den Flügeln vorgenommen werden. Die Hubgeschwindigkeit der Flügel bestimmt den Umkehrpunkt für die Verschwenkung der Flügel, um damit den Hubweg und die Frequenz der oszillierenden, gegenläufigen Hubbewegung für die Flügel zur besonders effizienten Ausnutzung der Fluidströmung zu bestimmen. Vorteilhaft ist es, wenn in der Steuerungseinrichtung eine Wertetabelle oder ein Algorithmus hinterlegt ist, anhand dessen der Hubweg und die Schwenkpunkte für die Flügel in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit vorgegeben sind.In an advantageous development of the invention it is provided that the rotary drive is associated with a control device which is designed for controlling the pivoting device in response to a lifting speed of the wings. A determination of the lifting speed of the wings can be made for example by means of a displacement measuring system or by means of acceleration and / or speed sensors on the wings. The lifting speed of the wings determines the turning point for the pivoting of the wings, so as to determine the stroke and the frequency of the oscillating, counter-rotating stroke movement for the wings for particularly efficient use of the fluid flow. It is advantageous if a value table or an algorithm is stored in the control device, on the basis of which the stroke and the pivot points for the vanes are predetermined as a function of the lifting speed.

Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine gelöst. Dabei umfasst die Strömungsmaschine ein Flügelpaar zur Durchführung einer gegensinnigen Flügelbewegung und das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals von einer Steuerungseinrichtung an Drehantriebe, die jeweils zur Einstellung eines Anstellwinkels eines Flügels ausgebildet sind, um einen ersten Umkehrpunkt für eine Bewegung des jeweiligen Flügels längs eines Hubwegs zu bestimmen, Durchführung einer Veränderung der Anstellwinkel der Flügel mittels der Drehantriebe, um eine Richtungsumkehr für eine Hubbewegung der Flügel zu bewirken, Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals von der Steuerungseinrichtung an die Drehantriebe, um einen Anstellwinkel der Flügel zu beeinflussen und eine neuerliche Richtungsumkehr für eine Hubbewegung der Flügel zu bewirken, wobei die Änderung des Anstellwinkels frei einstellbar ist, um eine freie Einstellung des Hubwegs zu ermöglichen.The object of the invention is achieved according to a second aspect of the invention by a method for operating a turbomachine. In this case, the turbomachine comprises a pair of vanes for performing an opposing wing movement and the method comprises the steps of providing a first drive signal from a control device to rotary drives, which are each designed to set a pitch angle of a wing, to a first reversal point for movement of the respective wing longitudinally determining a stroke, performing a change in the angles of attack of the wings by means of the rotary drives to effect a reversal of direction for a lifting movement of the wings, providing a second drive signal from the control means to the rotary actuators to influence a pitch angle of the wings and a renewed reversal of direction to effect a lifting movement of the wings, wherein the change in the angle of attack is freely adjustable to allow a free adjustment of the stroke.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Hereby shows:

1 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmaschine im zusammengebautem Zustand und in einer ersten Flügelstellung, 1 a perspective view of a turbomachine in the assembled state and in a first wing position,

2 eine zweite perspektivische Darstellung der Strömungsmaschine gemäß 1 mit abgenommener Verkleidung in einer zweiten Flügelstellung, 2 a second perspective view of the turbomachine according to 1 with removed fairing in a second wing position,

3 eine schematische Darstellung der Strömungsmaschine gemäß den 1 und 2 in einer Vorderansicht, 3 a schematic representation of the turbomachine according to the 1 and 2 in a front view,

4 eine Seitenansicht der Strömungsmaschine gemäß 3 und 4 a side view of the turbomachine according to 3 and

5 eine Rückansicht der Strömungsmaschine gemäß 3 5 a rear view of the turbomachine according to 3

Eine in den 1 bis 5 dargestellte Strömungsmaschine 1 weist eine Flügelanordnung 2 auf, die exemplarisch zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel 3, 4 umfasst. Die Flügel 3, 4 sind an einer Führungseinrichtung 5 linearbeweglich aufgenommen, wie sie in den 2 bis 5 näher dargestellt ist. Die Führungseinrichtung 5 ist an einem Maschinensockel 6 angebracht, der beispielsweise für eine Befestigung an einem nicht dargestellten Fundament oder Gebäude vorgesehen ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Führungseinrichtung 5 drehbar am Maschinensockel 6 um eine Drehachse 7 gelagert ist, die ein Ein- oder Ausschwenken der Flügelanordnung 2 in einen bzw. aus einem nicht dargestellten Fluidstrom ermöglicht.One in the 1 to 5 illustrated turbomachine 1 has a wing assembly 2 on, the example of two parallel aligned wings 3 . 4 includes. The wings 3 . 4 are on a leadership facility 5 taken linearly, as in the 2 to 5 is shown in more detail. The management device 5 is on a machine base 6 attached, which is provided for example for attachment to a foundation or building, not shown. By way of example, it is provided that the management facility 5 rotatable on the machine base 6 around a rotation axis 7 is stored, which is a pivoting in or out of the wing assembly 2 in or out of a fluid flow, not shown allows.

Exemplarisch umfassen die Flügel 3, 4 jeweils zwei Flügelteile 8, 9 und 10, 11, die jeweils an einem inneren Endbereich mit der Führungseinrichtung 5 verbunden sind und ansonsten freitragend ausgebildet sind. Dementsprechend weisen die aus den Flügelteilen 8, 9 und 10, 11 gebildeten Flügel 3, 4 jeweils außenliegende freie Endbereiche 12 auf. Die Führungseinrichtung 5 umfasst in den 2 bis 5 näher dargestellte Schwenkeinrichtungen 15, 16, die zur Verschwenkung der Flügel 3, 4 um Schwenkachsen 17, 18 ausgebildet sind. Exemplarisch sind die Flügel 3, 4 längs der jeweiligen Schwenkachsen 17, 18 mit einer konstanten Profilierung versehen und weisen somit in Querschnittsebenen, die normal zu den Schwenkachsen 17, 18 ausgerichtet sind, stets den gleichen Querschnitt auf.Exemplary include the wings 3 . 4 two wing parts each 8th . 9 and 10 . 11 , each at an inner end portion with the guide means 5 are connected and otherwise designed to be cantilevered. Accordingly, from the wing parts 8th . 9 and 10 . 11 formed wings 3 . 4 each outer free end portions 12 on. The management device 5 includes in the 2 to 5 pivoting devices shown in detail 15 . 16 for pivoting the wings 3 . 4 about swivel axes 17 . 18 are formed. Exemplary are the wings 3 . 4 along the respective pivot axes 17 . 18 provided with a constant profiling and thus have in cross-sectional planes that are normal to the pivot axes 17 . 18 aligned, always the same cross section.

Durch die Verschwenkung der Flügel 3, 4 um die jeweilige Schwenkachse 17, 18 ergibt sich bezogen auf eine nicht dargestellte Fluidströmung ein Anstellwinkel 20, 21 für jeden der Flügel 3, 4, wie er rein exemplarisch in der 1 bezogen auf eine Horizontalebene 19, in der das Fluid beispielhaft strömen könnte, angegeben ist. Vorzugsweise ist der jeweilige Anstellwinkel 20, 21 gegenüber der angenommenen Fluidrichtung in der Horizontalebene 19 derart gewählt, insbesondere spiegelsymmetrisch zur Horizontalebene, dass durch eine fluiddynamische Wechselwirkung zwischen dem jeweiligen Flügel 3, 4 und dem Fluid eine Reaktionskraft auf den jeweiligen Flügel 3, 4 einwirkt, die zu einer gegenläufigen Hubbewegung der beiden Flügel 3, 4 führt. Bei der Flügelstellung, wie sie in der 1 dargestellt ist, ergibt sich bei einer Fluidströmung in der Horizontalebene 19 entsprechend dem Strömungspfeil 22 eine Auftriebskraft für den oberen Flügel 3 sowie eine Abtriebskraft für den unteren Flügel 4. Dementsprechend führt der Flügel 3 eine Bewegung aus, die gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung nach oben gerichtet ist, während der Flügel 4 eine Bewegung ausführt, die gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist.By the pivoting of the wings 3 . 4 around the respective pivot axis 17 . 18 results in relation to a fluid flow, not shown, an angle of attack 20 . 21 for each of the wings 3 . 4 as he is purely exemplary in the 1 relative to a horizontal plane 19 in which the fluid could flow by way of example, is indicated. Preferably, the respective angle of attack 20 . 21 opposite to the assumed fluid direction in the horizontal plane 19 chosen such, in particular mirror-symmetrical to the horizontal plane, that by a fluid-dynamic interaction between the respective wing 3 . 4 and the fluid has a reaction force to the respective wing 3 . 4 acting, which leads to an opposing lifting movement of the two wings 3 . 4 leads. In the wing position, as in the 1 is shown results in a fluid flow in the horizontal plane 19 according to the flow arrow 22 a buoyancy force for the upper wing 3 and an output force for the lower wing 4 , Accordingly, the wing leads 3 a movement that, according to the representation of 1 directed upward in a vertical direction, while the wing 4 performs a movement that, according to the representation of the 1 directed in a vertical direction downwards.

Solange der jeweilige Anstellwinkel 20, 21 für den entsprechenden Flügel 3, 4 beibehalten wird, wirken die entsprechenden Auftriebskräfte beziehungsweise Abtriebskräfte. Da jedoch der Hubweg, der als maximaler Abstand der beiden Flügel 3, 4 durch die Führungseinrichtung 5 bestimmt wird, begrenzt ist, muss zu einem geeignetem Zeitpunkt eine Veränderung des jeweiligen Anstellwinkels 20, 21 vorgenommen werden, um aus der Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 eine Annäherungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 zu bewirken. In gleicher Weise muss zu einem geeignetem Zeitpunkt eine Veränderung des jeweiligen Anstellwinkels 20, 21 vorgenommen werden, um die Annäherungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 in ein Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 umzukehren. Durch zyklische Wiederholung der Veränderung des Anstellwinkels 20, 21 für die Flügel 3, 4 kann eine oszillierend gegenläufige Hubbewegung der Flügel entlang eines durch die Führungseinrichtung 5 bestimmten maximalen Hubwegs 23 bewirkt werden.As long as the respective angle of attack 20 . 21 for the corresponding wing 3 . 4 is maintained, the corresponding buoyancy forces or output forces act. However, since the stroke, the maximum distance between the two wings 3 . 4 through the leadership facility 5 is determined, limited, must be at a suitable time, a change in the respective angle of attack 20 . 21 be made to remove from the distance of the two wings 3 . 4 an approaching movement of the two wings 3 . 4 to effect. Similarly, at a suitable time, a change in the respective angle of attack must 20 . 21 be made to the approaching movement of the two wings 3 . 4 in a distance movement of the two wings 3 . 4 reverse. By cyclic repetition of the change in the angle of attack 20 . 21 for the wings 3 . 4 can be an oscillating counter-rotating lifting movement of the wings along a through the guide device 5 certain maximum stroke 23 be effected.

Erfindungsgemäß sind die Schwenkeinrichtungen 15, 16 sowie eine in den 3 bis 5 näher dargestellte Getriebeeinrichtung 24 für eine freie Einstellung des Hubwegs für die Flügel 3, 4 eingerichtet. Dabei ist die Getriebeeinrichtung 24 für eine Bereitstellung einer unidirektionalen Rotationsbewegung einer Abtriebswelle 45 ausgebildet. Durch die zyklisch wiederkehrende Veränderung der beiden Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 kann in Zusammenarbeit mit der Führungseinrichtung 5 und der Getriebeeinrichtung 24 ein nicht näher dargestellter Generator beziehungsweise eine nicht näher dargestellte Pumpe an der Abtriebswelle 45 angeschlossen werden, um aus dem Fluidstrom ausgekoppelte Bewegungsenergie in elektrische Energie oder fluidische Bewegungsenergie umzusetzen.According to the invention, the pivoting devices 15 . 16 and one in the 3 to 5 Transmission device shown in detail 24 for a free adjustment of the stroke for the wings 3 . 4 set up. In this case, the transmission device 24 for providing a unidirectional rotational movement of an output shaft 45 educated. Due to the cyclically recurring change in the two angles of attack 20 . 21 for the wings 3 . 4 can in collaboration with the leadership institution 5 and the transmission device 24 a generator not shown in detail or a pump not shown on the output shaft 45 be connected to convert out of the fluid flow coupled kinetic energy into electrical energy or fluidic kinetic energy.

Auf Grund der freien Einstellbarkeit des Hubwegs für die Flügel 3, 4 ist eine vorteilhafte Anpassung der Strömungsmaschine 1 an unterschiedliche Fluidströmungsrichtungen und Fluidströmungsgeschwindigkeiten möglich, wodurch ein vorteilhafter Wirkungsgrad für die Auskopplung von fluidischer Energie aus dem Fluidstrom ermöglicht wird. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, dass die Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 je nach Bewegungsrichtung der Hubbewegung betragsmäßig unterschiedlich für die beiden Flügel 3, 4 eingestellt wird, um beispielsweise Gewichtskrafteinflüsse zumindest teilweise zu kompensieren und somit eine symmetrische Belastung der Führungseinrichtung 5 und der Getriebeeinrichtung 24 zu erzielen.Due to the free adjustability of the stroke for the wings 3 . 4 is an advantageous adaptation of the turbomachine 1 in different fluid flow directions and fluid flow velocities, thereby allowing an advantageous efficiency for the extraction of fluidic energy from the fluid flow. In addition, it can be provided that the angle of attack 20 . 21 for the wings 3 . 4 depending on the direction of movement of the lifting movement amount different for the two wings 3 . 4 is set, for example, to compensate for weight forces at least partially and thus a symmetrical load on the guide device 5 and the transmission device 24 to achieve.

Wie schematisch aus den 2 bis 5 entnommen werden kann, ist jeder der Flügel 3, 4 zentral an einem Schlitten 28, 29 aufgenommen, der seinerseits linearbeweglich an einer Führungsschiene 30 angeordnet ist. Die Schlitten 28, 29 tragen jeweils die Schwenkeinrichtungen 15, 16, bei denen es exemplarisch um elektrisch betreibbare Servomotoren mit Getriebeeinrichtung handelt, die eine Verschwenkung der jeweiligen Flügel 3, 4 in einem Schwenkbereich von plus/minus 60 Grad ermöglichen. Um eine einfache mechanische Synchronisierung der gegenläufigen Hubbewegung der beiden Flügel 3, 4 zu gewährleisten, sind die Schlitten 28, 29 jeweils an einem umlaufenden Zugmittel 31, beispielsweise einem Zahnriemen, festgelegt. Das Zugmittel 31 wird an voneinander beabstandeten, lediglich in den 3 bis 5 näher dargestellten Umlenkrollen 32, 33 umgelenkt, deren Rotationsachsen 34, 35 auch in der 2 dargestellt sind.As schematically from the 2 to 5 can be taken, each is the wing 3 . 4 central to a sledge 28 . 29 taken, in turn, linearly movable on a guide rail 30 is arranged. The sledges 28 . 29 each carry the pivoting devices 15 . 16 in which it is exemplified by electrically operable servomotors with gear device, which pivoting of the respective wing 3 . 4 in a swivel range of plus / minus 60 degrees enable. To a simple mechanical synchronization of the opposite reciprocating motion of the two wings 3 . 4 to ensure the sledges are 28 . 29 each on a rotating traction means 31 , For example, a toothed belt, set. The traction device 31 is spaced apart, only in the 3 to 5 shown pulleys 32 . 33 deflected, whose axes of rotation 34 . 35 also in the 2 are shown.

Für die Gegenläufigkeit der Bewegungen der Flügel 3, 4 ist der Schlitten 28 an einem ersten geradlinigen Abschnitt 35 des Zugmittels 31 angebracht, während der Schlitten 29 des zweiten Flügels 4 an einem zweiten geradlinigen Abschnitt 36 des Zugmittels 31 angebracht ist. Exemplarisch wird der maximale Hubweg 23 durch zwei an entgegengesetzten Enden der Führungsschiene 30 angebrachte Energiespeicher 37, 38 begrenzt, die beispielhaft als Wendelfedern aus Stahldraht ausgebildet sind. Bei einer Annäherung der jeweiligen Schlitten 28, 29 an die entsprechenden Energiespeicher 37, 38 wird die jeweilige Wendelfeder komprimiert und ermöglicht dadurch eine Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des jeweiligen Flügels 3, 4, bis auf Grund der Veränderung des jeweiligen Anstellwinkels 20, 21 aus der Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 eine Annäherungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 wird. Hierbei geben die jeweiligen Energiespeicher 37, 38 die gespeicherte Energie wieder an die jeweiligen Flügel 3, 4 ab, sodass diese besonders effizient in die Gegenrichtung der bisherigen Bewegung umgesteuert werden können.For the opposition of the movements of the wings 3 . 4 is the sled 28 at a first rectilinear section 35 of the traction device 31 attached while the sled 29 of the second wing 4 at a second rectilinear section 36 of the traction device 31 is appropriate. Exemplary is the maximum stroke 23 by two at opposite ends of the guide rail 30 attached energy storage 37 . 38 limited, which are exemplified as coil springs made of steel wire. At an approach of the respective carriages 28 . 29 to the appropriate energy storage 37 . 38 the respective helical spring is compressed and thereby enables an intermediate storage of the kinetic energy of the respective wing 3 . 4 , except for the change in the respective angle of attack 20 . 21 from the distance movement of the two wings 3 . 4 an approaching movement of the two wings 3 . 4 becomes. Here are the respective energy storage 37 . 38 the stored energy back to the respective wings 3 . 4 so that they can be reversed particularly efficiently in the opposite direction of the previous movement.

Um aus der oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der beiden Flügel 3, 4 und der damit zwangsläufig verknüpften Reversierbewegung des Zugmittels 31 eine unidirektionale Rotationsbewegung abzuleiten, sind den Umlenkrollen 32, 33 jeweils Freiläufe 39, 40 zugeordnet. Diese Freiläufe 39, 40 ermöglichen jeweils eine Drehmomentübertragung in einer ersten Drehrichtung der zugeordneten Umlenkrolle 32, 33 sowie eine relative, reibungsarme und zumindest nahezu drehmomentfreie Verdrehung gegenüber der zugeordneten Umlenkrolle 32, 33 in einer zweiten Drehrichtung. Wie aus der Darstellung der 4 entnommen werden kann, sind die beiden Freiläufe 39, 40 über Zahnriemen 41, 42 mit Riemenscheiben 43, 44 gekoppelt. Dabei ist die Riemenscheibe 43 drehfest auf einer Abtriebswelle 45 angebracht, während die Riemenscheibe 44 drehfest auf einer Zwischenwelle 25 angeordnet ist. Die Zwischenwelle 25 ist für eine Drehrichtungsumkehr mit einem Stirnrad 55 versehen, das in ein korrespondierendes Stirnrad auf der Abtriebswelle eingreift. Dabei bilden die Freiläufe 39, 40 zusammen mit den Zahnriemen 41, 42, den Riemenscheiben 43, 44, den Stirnrädern 55, der Zwischenwelle 25 und der Abtriebswelle 45 die Getriebeeinrichtung 24.To get out of the oscillating counter-rotating lifting movement of the two wings 3 . 4 and the necessarily associated Reversierbewegung the traction device 31 derive a unidirectional rotation, are the pulleys 32 . 33 each freewheel 39 . 40 assigned. These freewheels 39 . 40 each allow a torque transmission in a first direction of rotation of the associated pulley 32 . 33 and a relative, low-friction and at least almost torque-free rotation relative to the associated deflection roller 32 . 33 in a second direction of rotation. As from the representation of 4 can be taken, are the two freewheels 39 . 40 over timing belt 41 . 42 with pulleys 43 . 44 coupled. Here is the pulley 43 rotatably on an output shaft 45 attached while the pulley 44 rotatably on an intermediate shaft 25 is arranged. The intermediate shaft 25 is for reversing the direction of rotation with a spur gear 55 provided, which engages in a corresponding spur gear on the output shaft. Here are the freewheels 39 . 40 together with the timing belt 41 . 42 , the pulleys 43 . 44 , the spur wheels 55 , the intermediate wave 25 and the output shaft 45 the transmission device 24 ,

Durch die gegensinnige Ausgestaltung der Freilaufrichtungen der Freiläufe 39, 40 erfolgt beispielsweise bei einer Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 eine Drehmomentübertragung von der oberen Umlenkrolle 32 und den zugeordneten Freilauf 39 über den Zahnriemen 41, die Zwischenwelle 25 und die Stirnräder 55 auf die Abtriebswelle 45, während die untere Umlenkrolle 33 bei dieser Bewegung durch den Freilauf 40 frei drehbeweglich gegenüber der Abtriebswelle 45 gelagert ist. Demgegenüber erfolgt bei einer Annäherungsbewegung der Flügel 3, 4 eine Drehmomentübertragung von der Umlenkrolle 33 auf den zugeordneten Freilauf 40 und den Zahnriemen 42 an die Antriebswelle 45, während die obere Umlenkrolle 32 bei dieser Bewegung durch den Freilauf 39 frei drehbeweglich gegenüber der Abtriebswelle 45 gelagert ist. Dementsprechend wird an der Abtriebswelle 45 stets eine exemplarisch in der 5 im Urzeigersinn eingezeichnete unidirektionale Rotationsbewegung abgegeben. Durch die Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung 24 mit den Freiläufen 39, 40 ist kein Mindesthubweg für die Getriebeeinrichtung 24 zu Grunde zulegen, um die gewünschte unidirektionale Rotationsbewegung an der Abtriebswelle 45 bereitstellen zu können, vielmehr kann auch bei minimalem Hubweg der beiden Flügel 3, 4 die unidirektionale Rotationsbewegung an der Abtriebswelle 45 bereitgestellt werden.By opposing design of the freewheeling directions of the freewheels 39 . 40 takes place, for example, in a removal movement of the two wings 3 . 4 a torque transmission from the upper pulley 32 and the associated freewheel 39 over the timing belt 41 , the intermediate shaft 25 and the spur wheels 55 on the output shaft 45 while the lower pulley 33 in this movement by the freewheel 40 freely rotatable relative to the output shaft 45 is stored. In contrast, occurs at a rapprochement movement of the wing 3 . 4 a torque transmission from the pulley 33 on the assigned freewheel 40 and the timing belt 42 to the drive shaft 45 while the upper pulley 32 in this movement by the freewheel 39 freely rotatable relative to the output shaft 45 is stored. Accordingly, at the output shaft 45 always an exemplary in the 5 delivered in a clockwise direction drawn unidirectional rotation. Due to the design of the transmission device 24 with the freewheels 39 . 40 is not a Mindesthubweg for the transmission device 24 underlying the desired unidirectional rotational movement on the output shaft 45 can provide, but can also with minimum stroke of the two wings 3 . 4 the unidirectional rotational movement on the output shaft 45 to be provided.

Für die nachstehende Beschreibung einer vorteilhaften Betriebsweise für die Strömungsmaschine 1 werden folgende Annahmen getroffen: die in den 3 bis 5 dargestellte Beabstandung der Flügel 3, 4, bei der bereits ein Kontakt der Schlitten 28, 29 mit den als Wendelfedern ausgeführten Energiespeichern 37, 38 vorliegt, entspricht zumindest nahezu dem maximalen Hubweg 23. Ein minimaler Abstand zwischen den Flügeln 3 und 4 wird exemplarisch durch einen an der Führungsschiene 30 angeordneten zentralen Energiespeicher 46 bestimmt, der auf einander entgegengesetzten Seiten ebenfalls mit Wendelfedern ausgerüstet ist. Der durch den zentralen Energiespeicher 46 festgelegte minimale Abstand der Flügel 3, 4 ist so bemessen, dass die Flügel bei minimalem Abstand noch einen ausreichenden Anstellwinkel für die Entfernungsbewegung zueinander einnehmen können.For the following description of an advantageous mode of operation for the turbomachine 1 The following assumptions are made: those in the 3 to 5 illustrated spacing of the wings 3 . 4 in which already a contact of the sled 28 . 29 with the energy springs designed as coil springs 37 . 38 is present, at least almost equal to the maximum stroke 23 , A minimal distance between the wings 3 and 4 is exemplified by one on the guide rail 30 arranged central energy storage 46 determined, which is also equipped on opposite sides with coil springs. The through the central energy storage 46 fixed minimum distance of the wings 3 . 4 is dimensioned so that the wings with minimum distance can still take a sufficient angle of attack for the distance movement to each other.

Ausgehend von der in den 3 bis 5 dargestellten Situationen, bei der sich die Flügel 3, 4 in maximalem Abstand zueinander befinden und die Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 zu null gewählt sind, sodass die beiden Flügel 3, 4 unter der Voraussetzung einer horizontalen Fluidströmung keine Auftriebs- oder Abtriebskräfte entwickeln, findet rein exemplarisch zunächst eine Schwenkbewegung der Flügel 3, 4 um die Schwenkachsen 17, 18 dergestalt statt, dass Flügelvorderkanten 47, 48 aufeinander zubewegt werden, während Flügelhinterkanten 49, 50 voneinander wegbewegt werden. Dementsprechend ergibt sich eine spiegelbildliche Ausrichtung der beiden Flügel 3, 4 und es treten durch die Wechselwirkung der Flügel 3, 4 mit der exemplarisch in horizontaler Richtung auf die Flügelvorderkanten 47, 48 auftreffenden Fluidströmung Reaktionskräfte auf, die zu einer Annäherungsbewegung der Flügel 3, 4 führen. Bei dieser Annäherungsbewegung findet eine Krafteinleitung auf das Zugmittel 31 statt, das die Umlenkrollen 32 und 33 umschlingt. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Freiläufe 39, 40 wird über einen der Zahnriemen 41, 42 das an den Umlenkrollen 32, 33 anliegende Drehmoment auf die Abtriebswelle 45 übertragen. Bei Unterschreitung eines vorgebbaren Mindestabstands zwischen den beiden Flügeln 3, 4 wird durch geeignete Ansteuerung der Schwenkeinrichtung 15, 16 eine Umsteuerung der beiden Flügel 3, 4 vorgenommen. Diese Schwenkbewegung der Flügel 3, 4 findet vorzugsweis vor Erreichen des minimalen Abstands zwischen den beiden Flügeln 3, 4 statt. Exemplarisch haben die Flügel 3, 4 bei Auftreffen der beiden Schlitten 28, 29 auf den zentralen Energiespeicher 46 bereits ihre neue Ausrichtung gegenüber der Fluidströmung eingenommen und es wird eine der bisherigen Linearbewegung entgegengesetzte, neue Linearbewegung der beiden Flügel im Sinne einer Entfernungsbewegung eingeleitet.Starting from the in the 3 to 5 illustrated situations in which the wings 3 . 4 are at a maximum distance from each other and the angles of attack 20 . 21 for the wings 3 . 4 are chosen to zero, so the two wings 3 . 4 on the assumption of a horizontal fluid flow develop no buoyancy or downforce, is purely exemplary initially a pivotal movement of the wings 3 . 4 around the swivel axes 17 . 18 take place in such a way that wing leading edges 47 . 48 towards each other while wing trailing edges 49 . 50 be moved away from each other. Accordingly results in a mirror image orientation of the two wings 3 . 4 and it occurs through the interaction of the wings 3 . 4 with the example in the horizontal direction on the wing leading edges 47 . 48 impinging fluid flow reaction forces, leading to an approaching movement of the wings 3 . 4 to lead. In this approach movement is a force on the traction means 31 instead, the pulleys 32 and 33 wraps. Depending on the design of the freewheels 39 . 40 is about one of the timing belt 41 . 42 that at the pulleys 32 . 33 applied torque on the output shaft 45 transfer. When falling below a predetermined minimum distance between the two wings 3 . 4 is by suitable control of the pivoting device 15 . 16 a reversal of the two wings 3 . 4 performed. This pivotal movement of the wings 3 . 4 preferably takes place before reaching the minimum distance between the two wings 3 . 4 instead of. Exemplary have the wings 3 . 4 upon impact of the two carriages 28 . 29 on the central energy storage 46 already adopted their new orientation with respect to the fluid flow and it is introduced a new linear motion of the two wings opposite to the previous linear motion in the sense of a removal movement.

Bei dieser nachfolgenden Entfernungsbewegung wird durch die Auftriebs- beziehungsweise Abtriebskräfte der Flügel 3, 4, die auf das Zugmittel 31 eingeleitet werden, ein Drehmoment über die Umlenkrollen 32, 33 auf die Freiläufe 39, 40 übertragen und wechselseitig von einem der beiden Freiläufe, der sich bei der entsprechenden Bewegung in seiner Sperrrichtung befindet über den jeweiligen Zahnriemen 41, 42, im Falle des Zahnriemens 41 unter Zwischenschaltung der Zwischenwelle 25 und der Stirnräder 55, auf die Abtriebswelle 45 übertragen.In this subsequent distance movement is due to the buoyancy or output forces of the wing 3 . 4 on the traction device 31 be initiated, a torque on the pulleys 32 . 33 on the freewheels 39 . 40 transmitted and mutually by one of the two freewheels, which is located in the corresponding movement in its reverse direction over the respective timing belt 41 . 42 , in the case of the toothed belt 41 with interposition of the intermediate shaft 25 and the spur gears 55 , on the output shaft 45 transfer.

Vor Erreichen des maximalen Hubwegs wird in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit der Flügel 3, 4, die im unmittelbarem Zusammenhang mit dem gewählten Anstellwinkel und der Geschwindigkeit der Fluidströmung steht, eine neuerliche Schwenkbewegung über die Schwenkeinrichtungen 15, 16 auf die Flügel 3, 4 eingeleitet, damit die Flügel 3, 4 bei Erreichen der jeweiligen Energiespeicher 37, 38 bereits den jeweils neuen Anstellwinkel gegenüber der Fluidströmung einnehmen bzw. eingenommen haben und aus der gegensinnigen Entfernungsbewegung wieder in eine gegensinnige Annäherungsbewegung übergehen.Before reaching the maximum stroke, depending on the lifting speed of the wing 3 . 4 , which is directly related to the selected angle of attack and the velocity of the fluid flow, a renewed pivotal movement about the pivoting devices 15 . 16 on the wings 3 . 4 initiated the wings 3 . 4 upon reaching the respective energy storage 37 . 38 already occupy or have taken the new angle of attack relative to the fluid flow and move from the opposing distance movement again in an opposite approach movement.

Durch die Verwendung der Schwenkeinrichtungen 15, 16 kann neben einer freien Einstellung des Hubwegs für die Flügel 3, 4 auch eine unterschiedliche Einstellung der Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 vorgesehen werden, beispielsweise um eine möglichst symmetrische Belastung des Zugmittels 31 während der Annäherungs- und Entfernungsbewegung des Flügel 3, 4 zu gewährleisten. Hierzu kann beispielsweise jeweils der Anstellwinkel des Flügels 3, 4, der eine Bewegung in vertikaler Richtung abwärts durchführt, geringer gewählt werden als der Anstellwinkel des Flügels 3, 4, der eine Aufwärtsbewegung in vertikaler Richtung durchführt, um eine zumindest teilweise Kompensation der Gewichtskraft des jeweiligen Flügels 3, 4 zu ermöglichen.By using the pivoting devices 15 . 16 In addition to a free adjustment of the stroke for the wings 3 . 4 also a different setting of the angle of attack 20 . 21 for the wings 3 . 4 be provided, for example, a possible symmetrical loading of the traction device 31 during the approach and removal movement of the wing 3 . 4 to ensure. For this purpose, for example, in each case the angle of attack of the wing 3 . 4 , which performs a downward movement in the vertical direction, be chosen lower than the angle of attack of the wing 3 . 4 which makes an upward movement in the vertical direction to at least partially compensate for the weight of the respective wing 3 . 4 to enable.

Exemplarisch sind für die Einstellung der Anstellwinkel 20, 21 der Flügel 3, 4 die Schwenkeinrichtung 15, 16 über Steuerleitungen 51, 52 mit einer Steuerungseinrichtung 53 verbunden, bei der es sich beispielhaft um einen Microcontroller handeln kann, der mit einer geeigneten Endstufe zur Bereitstellung von elektrischen Strömen an die Schwenkeinrichtungen 15, 16 versehen ist. Ferner ist der Steuerungseinrichtung 53 ein Wegmesssystem 54 zugeordnet, das eine Ermittlung der Position wenigstens eines der Flügel 3, 4 längs der Führungsschiene 30 ermöglicht, um daraus durch zeitliche Ableitung auch die Hubgeschwindigkeit für die Flügel 3, 4 zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Hubgeschwindigkeit die Positionen für die Verschwenkung der Flügel 3, 4 längs des Hubwegs 23 vorgeben zu können.Exemplary are the setting of the angle of attack 20 . 21 the wing 3 . 4 the pivoting device 15 . 16 via control lines 51 . 52 with a control device 53 connected, which may be an example of a microcontroller, with a suitable output stage for providing electrical currents to the pivoting devices 15 . 16 is provided. Furthermore, the control device 53 a distance measuring system 54 associated with a determination of the position of at least one of the wings 3 . 4 along the guide rail 30 In order to derive from it by time derivation and the lifting speed for the wings 3 . 4 to determine and depending on the determined lifting speed, the positions for the pivoting of the wings 3 . 4 along the stroke 23 to pretend.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2012/129007 A2 [0002] WO 2012/129007 A2 [0002]

Claims

Strömungsmaschine mit einer Flügelanordnung (2), die zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel (3, 4) umfasst, mit einer Führungseinrichtung (5), die für eine linearbewegliche Führung der Flügel (3, 4) bei einer oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel (3, 4) entlang eines jeweiligen Hubwegs ausgebildet ist und die einen maximalen Hubweg (23) der Flügel (3, 4) bestimmt, mit Schwenkeinrichtungen (15, 16), die jeweils zur Verschwenkung der Flügel (3, 4) um eine quer zum Hubweg (23) ausgerichtete Schwenkachse (17, 18) an einander entgegengesetzten Endbereichen des Hubwegs (23) ausgebildet ist, sowie mit einer Getriebeanordnung (24), die für eine Umsetzung der Hubbewegungen der Flügel (3, 4) in eine unidirektionale Rotationsbewegung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung (15, 16) für eine variable Einstellung eines Hubwegs ausgebildet ist, der wahlweise kleiner als der maximale Hubweg oder gleich dem maximalen Hubweg ist.Turbomachine with a wing arrangement ( 2 ), the two parallel aligned wings ( 3 . 4 ), with a guide device ( 5 ), which are responsible for a linear movement of the wings ( 3 . 4 ) with an oscillating counter-rotating lifting movement of the wings ( 3 . 4 ) is formed along a respective stroke and the maximum stroke ( 23 ) the wing ( 3 . 4 ), with pivoting devices ( 15 . 16 ), each for pivoting the wings ( 3 . 4 ) around a transverse to the stroke ( 23 ) aligned pivot axis ( 17 . 18 ) at opposite end portions of the stroke ( 23 ), and with a gear arrangement ( 24 ) necessary for an implementation of the lifting movements of the wings ( 3 . 4 ) is formed in a unidirectional rotational movement, characterized in that the pivoting device ( 15 . 16 ) is designed for a variable adjustment of a stroke, which is optionally smaller than the maximum stroke or equal to the maximum stroke.

Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (24) derart eingerichtet ist, dass sie die Bereitstellung der unidirektionalen Rotationsbewegung an eine Abtriebswelle (45) unabhängig vom eingestellten Hubweg (23) gewährleistet.Turbomachine according to claim 1, characterized in that the gear arrangement ( 24 ) is adapted to provide the unidirectional rotational movement to an output shaft (16). 45 ) regardless of the set stroke ( 23 ) guaranteed.

Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungseinrichtung (5) ein ringförmig umlaufendes Zugmittel (31) zugeordnet ist, das zwei beabstandet zueinander an der Führungseinrichtung (5) angeordnete Umlenkrollen (32, 33) umschlingt und mit dem die Flügel (3, 4) verbunden sind, um eine Zwangskopplung der Flügel (3, 4) zu gewährleisten.Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the guide device ( 5 ) an annular circulating traction means ( 31 ) which is two spaced apart on the guide means ( 5 ) arranged pulleys ( 32 . 33 ) and with which the wings ( 3 . 4 ) are connected to a forced coupling of the wings ( 3 . 4 ) to ensure.

Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (24) mit wenigstens einer der Umlenkrollen (32, 33) gekoppelt ist und dass zwischen der Umlenkrolle (32, 33) und einer Abtriebswelle (45) der Getriebeanordnung (24) ein drehrichtungsabhängig wirkender Freilauf (39, 40) angeordnet ist.Turbomachine according to claim 3, characterized in that the gear arrangement ( 24 ) with at least one of the deflection rollers ( 32 . 33 ) and that between the deflection roller ( 32 . 33 ) and an output shaft ( 45 ) of the gear arrangement ( 24 ) a direction of rotation dependent freewheel ( 39 . 40 ) is arranged.

Strömungsmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (5) eine Führungsschiene (30) umfasst, an der für jeden Flügel (3, 4) jeweils ein Schlitten (28, 29) schiebebeweglich angeordnet ist.Turbomachine according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the guide device ( 5 ) a guide rail ( 30 ) at which for each wing ( 3 . 4 ) one carriage each ( 28 . 29 ) is movably arranged.

Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Endpunkt des Hubwegs ein elastischer Energiespeicher (37, 38, 46) für eine zeitweilige Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie der Flügel (3, 4) angeordnet ist.Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that at least one end point of the stroke, an elastic energy storage ( 37 . 38 . 46 ) for a temporary intermediate storage of the kinetic energy of the wings ( 3 . 4 ) is arranged.

Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (3, 4) zumindest einen ersten freien Endbereich (12) aufweist und abseits des ersten Endbereichs (12), insbesondere mit einem zweiten Endbereich, an der Führungseinrichtung (5) angebracht ist.Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the wing ( 3 . 4 ) at least a first free end region ( 12 ) and away from the first end region ( 12 ), in particular with a second end region, on the guide device ( 5 ) is attached.

Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung (15, 16) als elektrisch oder fluidisch betreibbarer Drehantrieb ausgebildet ist.Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the pivoting device ( 15 . 16 ) is designed as an electrically or fluidly operable rotary drive.

Strömungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehantrieb (15, 16) eine Steuerungseinrichtung (53) zugeordnet ist, die für eine Ansteuerung der Schwenkeinrichtung (15, 16) in Abhängigkeit von einer Hubgeschwindigkeit der Flügel (3, 4) ausgebildet ist.Turbomachine according to claim 8, characterized in that the rotary drive ( 15 . 16 ) a control device ( 53 ) assigned to a control of the pivoting device ( 15 . 16 ) depending on a lifting speed of the wings ( 3 . 4 ) is trained.

Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine (1), die ein Flügelpaar (3, 4) zur Durchführung einer gegensinnigen Flügelbewegung umfasst, mit den Schritten: Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals von einer Steuerungseinrichtung (53) an Schwenkeinrichtungen (15, 16), die jeweils zur Einstellung eines Anstellwinkels (20, 21) eines Flügels (3, 4) ausgebildet sind, um einen ersten Umkehrpunkt für eine Bewegung des jeweiligen Flügels (3, 4) längs eines Hubwegs (23) zu bestimmen, Durchführung einer Veränderung der Anstellwinkel (20, 21) der Flügel (3, 4) mittels der Schwenkeinrichtungen (15, 16), um eine Richtungsumkehr für eine Hubbewegung der Flügel (3, 4) zu bewirken, Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals von der Steuerungseinrichtung (53) an Schwenkeinrichtungen (15, 16), um einen Anstellwinkel (20, 21) der Flügel (3, 4) zu beeinflussen und eine neuerliche Richtungsumkehr für eine Hubbewegung der Flügel (3, 4) zu bewirken, wobei die Änderung des Anstellwinkels (20, 21) frei einstellbar ist, um eine freie Einstellung des Hubwegs (23) zu ermöglichen.Method for operating a turbomachine ( 1 ), which a pair of wings ( 3 . 4 ) for performing an opposing wing movement, comprising the steps of: providing a first drive signal from a control device ( 53 ) on pivoting devices ( 15 . 16 ), each for setting an angle of attack ( 20 . 21 ) of a grand piano ( 3 . 4 ) are formed to a first reversal point for a movement of the respective wing ( 3 . 4 ) along a stroke ( 23 ), performing a change in the angle of attack ( 20 . 21 ) the wing ( 3 . 4 ) by means of the pivoting devices ( 15 . 16 ) to reverse the direction for a lifting movement of the wings ( 3 . 4 ), providing a second drive signal from the controller ( 53 ) on pivoting devices ( 15 . 16 ) to a Anstellwinkel ( 20 . 21 ) the wing ( 3 . 4 ) and a renewed reversal of direction for a lifting movement of the wings ( 3 . 4 ), whereby the change of the angle of attack ( 20 . 21 ) is freely adjustable to allow a free adjustment of the stroke ( 23 ).