DE202014004718U1

DE202014004718U1 - Antriebselement zum Antrieb von Wärmespielen, Mobiles, Windspielen, erzgebirgischen Pyramiden und dergleichen

Info

Publication number: DE202014004718U1
Application number: DE201420004718
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2024-06-06

Abstract

Antriebselement zur Umwandlung von aufsteigender Wärmeenergie bzw. Luftströmung in kinetische Rotationsenergie zum Antrieb von Wärmespielen, Mobiles, Windspielen, erzgebirgischen Pyramiden und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass um eine Drehachse (10) oder einen Drehpunkt (15) ein zentrisch angeordneter Kern, die Nabe (5), mit flächig ausgeformten Flügeln oder Rotorblättern (6) verbunden ist, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (6) in mehreren Ebenen übereinander angeordnet und in einem Winkel (11) zur Drehachse (10) geneigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, welcher zentrisch auf einer Drehachse (10) bzw. Drehpunkt angeordnet ist, zum Betrieb von Wärmespielen, Mobiles, Windspielen, erzgebirgischen Pyramiden und ähnlichen Wärmekraftmaschinen, welche Wärmeenergie bzw. Strömungsenergie in kinetische Energie umwandeln können, wobei die erfindungsgemäße auf dem Prinzip aufsteigender Wärme- bzw. Luftströmung beruht. Um einen Kern, auch als Nabe zu bezeichnen (5), welcher auf der Drehachse (10) zentrisch angeordnet ist, sind Flügel bzw. Rotorblätter (6) axial um die Drehachse (10) so angeordnet, dass das Flügelrad bzw. Rotor (9) durch aufsteigende Wärme- oder Luftströmung (7) in Bewegung versetzt wird. Die Flügel bzw. Rotorblätter (6) sind schräg bzw. in einem Winkel (11) zur senkrecht verlaufenden Drehachse (10) angestellt. Dabei sind Flügel bzw. Rotorblätter (6) in mehreren Ebenen um die Drehachse (10) übereinander angeordnet.
Es handelt sich um eine ungekapselte Ausführung, nicht wie in Kraftmaschinen, welche nach dem Prinzip der Erhöhung des Strömungsdruckes, wie z. B. Turbinen, arbeiten.
Die Erfindung wird vorzugsweise aus Holz oder Holzwerkstoffen ausgeführt werden, ist jedoch auch in anderen Werkstoffen ausführbar.
Stand der Technik
Eingegangen wird in diesem Zusammenhang auf ungekapselte, nach dem Prinzip eines mit Wärme- bzw. Strömungskraft (7) arbeitenden Wärmespieles, Mobiles oder dergleichen sowie in einer Sonderform der Erzgebirgischen Weihnachtspyramide, welche das Prinzip von aufsteigender Wärmeströmung zur Umwandlung in eine Rotationsbewegung (8) nutzt. Die Drehachse (10) verläuft dabei vertikal. Ein waagerecht auf der senkrechten Drehachse (10) montiertes Flügelrad bzw. Rotor wandelt die aufsteigende Wärmeenergie (7) in kinetische Rotationsenergie um. Dabei werden z. T. fest mit der Welle (4) verbundene Scheiben (2) in eine Drehbewegung (8) versetzt. Insbesondere bei den als Erzgebirgische Weihnachtspyramiden bezeichneten Objekten sind die Gestell- und Rahmenkonstruktionen sowie die Drehscheiben mehr oder weniger dekorativ ausgeschmückt.
Es sind verschiedene Ausführungen bekannt, welche sich in Aufbau und Konstruktion oder auch Lagerung der drehbaren Teile unterscheiden. Als ein Beispiel sei eine Ausführung nach DE 298 09 735 U1 genannt.
Sonderformen, bei denen vom allgemein üblichen Bauprinzip abgewichen wird, sind aus der DE 10 2005 003 766 A1 , DE 10 2005 041 244 B3 sowie DE 000009202593 U1 ( G 92 02 593.5 ) bekannt. Dort werden die Drehscheiben durch 2 senkrecht auf der Welle bzw. Hohlwelle übereinander angeordnete Flügelräder in gegenläufige Drehbewegungen versetzt.
Eine reduzierte Variante wurde unter DE 20 2010 013 668 U1 gefunden.
Als eine hängende Version sei auf DE 10 2004 057 156 A1 verwiesen.
Eine Sonderform mit oben liegender Lagerung ist unter DE 2013 102 802 U1 dargestellt.
Unter DE 20 2013 003 223 U1 wurde eine weitere Sonderform gefunden, wobei die Drehachse bzw. Welle eine Neigung zur Senkrechten aufweist.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2013 000 534 U1 verweist auf die Konstruktion einer Flügelradnabe für eine Pyramide.
In diesem Zusammenhang sind auch Wärmespiele zu nennen, bei denen die Flügel spiralförmig um die Drehachse angeordnet sind, wobei die Flügel zusätzlich in einem Winkel angestellt bzw. ausgearbeitet sein können, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Auf weitere Varianten, welche zusätzlich oder ausschließlich, Antriebsaggregate, wie Elektromotoren oder dergleichen einsetzen, um den Antrieb zu verbessern oder zu gewährleisten soll nicht eingegangen werden.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen verbesserten Antrieb für die benannten Wärmespiele, Mobiles, Windspiele, erzgebirgischen Pyramiden und dergleichen zu entwickeln, wobei die aufsteigende Wärmeenergie in einem höherem Maße zur Umwandlung in Rotationsenergie genutzt werden soll. Dies soll jedoch ohne zusätzliche Umhausung oder Kapselung des Antriebes bzw. der Anlage erfolgen. Solche Prinzipien werden in Turbinen verschiedenster Bauweisen, mit z. T. mehrfach hintereinander angeordneten Schaufel- oder Laufrädern eingesetzt.
Das Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Darstellung der Funktionsweise unter Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebes ist in 1 dargestellt. Auf Grund der vielfältigen Möglichkeiten zur Ausbildung von Gestell- und Rahmenkonstruktionen wird auf deren Darstellung verzichtet. Die Darstellung beschränkt sich in symbolhafter Weise auf die Ausführung in Form einer Ständerpyramide, ähnlich unter DE 20 2007 002 517 U1 zu finden.
Bei dieser Arbeitsweise wird die zum Antrieb erforderliche Energie durch aufsteigende Wärme (7), z. B. aus Heizanlagen, Heizkörpern, Kerzen o. ä. Wärmequellen, durch das auf der Drehachse (10) befindliche Flügelrad (9), bestehend aus der Nabe (5) und den Flügeln bzw. Rotorblättern (6), vergleichbar mit einem Rotor einfacher Bauart, in kinetische Energie umgewandelt und versetzt die Welle (4) mit der verbundenen Drehscheibe (2) in eine Rotationsbewegung (8).
Mit der Erfindung wird erreicht, dass aufsteigende Wärmeenergie in einen höherem Maß genutzt und in Rotationsenergie umgewandelt werden kann. Die Bauform bleibt dabei sehr kompakt und materialsparend.
Um einen Kern, auch als Nabe zu bezeichnen (5), welcher auf der Drehachse (10) zentrisch angeordnet ist, sind Flügel bzw. Rotorblätter (6) axial um die Drehachse (10) bzw. -punkt so angeordnet, dass das Flügelrad bzw. Rotor (9) durch aufsteigende Wärme- oder Luftströmung (7) in Bewegung versetzt wird. Die Flügel bzw. Rotorblätter (6) sind schräg bzw. in einem Winkel (11) zur senkrecht verlaufen Drehachse (10) angestellt. Dabei sind Flügel bzw. Rotorblätter (6) in mehreren Ebenen um die Drehachse (10) übereinander angeordnet.
Aufsteigende Wärme (7) wird dabei besser genutzt, da diese mehrfach die in Ebenen angeordneten Flügel bzw. Rotorblätter (6) passieren muss.
Bei nur in einer Ebene angeordneten Flügeln bzw. Rotorblättern steigt die Wärmeenergie weiter nach oben, soweit dies Raumverhältnisse und Temperaturgefälle zulassen, und sind somit als Antriebsenergie für die Anlage nicht mehr nutzbar.
Der Kern bzw. Nabe (5) kann vorzugsweise in einer einfachen geometrischen Form ausgeführt werden, z. B. in Form einer Kugel, eines Zylinders oder Kegels. Dadurch wird eine kompakte, materialsparende Bauweise erreicht. Andere Formen sind möglich und u. U. aus dekorativen Gesichtspunkten gewünscht. Dieser Kern (5) bildet einen Knotenpunkt, mit welchem die Flügel bzw. Rotorblätter (6), axial sternförmig in mehreren Ebenen, verbunden sind. Bei entsprechenden Materialstärken können die Flügel bzw. Rotorblätter (6) direkt mit der Welle (4) verbunden sein. Die Flügel bzw. Rotorblätter (6) sind in der einfachsten Form flächig ausgebildet.
Die Nabe (5) und die Flügel bzw. Rotorblätter (6) können mittels Rundstab verbunden werden, was sich insbesondere bei einer Ausfertigung in Holz und Holzwerkstoffen bewährt. Die Nabe kann entsprechend angebohrt werden, Durch den kreisförmigen Querschnitt des Rundstabes kann der Anstellwinkel bei der Montage festgelegt werden bzw. bei Ausführung in einer beweglichen Verbindung drehbar eingesetzt sein. Eine solche, lösbare bzw. veränderbare Verbindung ließe sich durch keilförmige Verbindungs- bzw. Klemmteile, welche auch geschlitzt sein können, oder auch durch den Einsatz von Kunststoffen, wie Gummi realisieren. Der oben genannte Rundstab kann auch durch einen an den Flügel angesetzten Zapfen ersetzt werden bzw. das entsprechende Passstück am Flügel bzw. Rotorblatt angearbeitet sein. Eine weitere Verbindungsmöglichkeit besteht im Schlitzen des Nabenkörpers, wobei die flächigen Flügel bzw. Rotorblätter in die eingebrachten Schlitze gesteckt und gegebenenfalls verklebt wird (s. a. DE 20 2013 000 534 U1 ; Stand der Technik).
Durch die kompakte Bauweise wird die Anordnung der Flügel bzw. Rotorblätter (6) nah an der Drehachse (10) möglich, wodurch sich ein günstiger Massenschwerpunkt ergibt, was zu verbesserten Laufeigenschaften führt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Schutzanspruch 9 und 10 dargestellt. Eine Optimierung der Anlage kann erreicht werden, wenn Flügel bzw. Rotorblätter (6) zusätzlich zur Schrägstellung (11) so gewölbt (13) bzw. in einen Winkel angestellt sind (14), dass die jeweils darüber angeordneten Flügel bzw. Rotorblätter effektiver angeströmt werden. Die aufströmende Wärme (7) kann dadurch zur mittigen Drehachse (10) geleitet werden und verbessert den Wirkungsgrad erheblich bei einer Beibehaltung eines günstigen Massenschwerpunktes. Die Herstellung solcher gekrümmten Teile ist relativ einfach und kann mit unterschiedlichen Werkstoffen, wie Holz und Holzwerkstoffen, Kunststoffen, Metallblechen u. a. erfolgen.
Die Beeinflussung der Wirkungsweise der Anlage hinsichtlich Drehgeschwindigkeit ist zum einen mit der Einflussnahme auf die nutzbare Wärmeenergie bzw. -menge (z. B. durch eine veränderte Anzahl oder Größe der Kerzen sowie Steuerung der Heizung) realisierbar. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung von Drehrichtung und -geschwindigkeit besteht in der Veränderung des Anstellwinkels (11) einzelner oder aller Flügel bzw. Rotorblätter.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung 1 erläutert. Die Darstellung der Flügel bzw. Rotorblätter beschränkt sich auf kreisrunde bzw. ovalförmige Scheiben. Es sind jedoch andere flächenhafte Ausführungen möglich.
Unter 12 wird ein erfindungsgemäßes Flügelrad bzw. der Rotor als Wärmespiel in hängender Variante abgebildet. Der Dreh- bzw. Lagerpunkt kann durch Verlängerung mit zylindrischen Teilen oder Stäben auch anderweitig entlang der Drehachse angeordnet sein. Der in 12 bezeichnete Punkt gilt beispielhaft.
Es zeigen:
1 Anwendungsbeispiel der Erfindung in einer Ständerpyramide
2 Einzelteil der Nabe der unter 1 dargestellten Ständerpyramide in isometrischer Darstellung
3 Einzelteil der Nabe der unter 1 dargestellten Ständerpyramide mit exemplarisch angedeuteten Flügeln bzw. Rotorblättern
4 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit gewölbten Flügeln bzw. Rotorblättern in Vorderansicht
5 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit gewölbten Flügeln bzw. Rotorblättern in Draufsicht
6 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit gewölbten Flügeln bzw. Rotorblättern in isometrischer Ansicht
7 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit zusätzlich in einem Neigungswinkel angestellten Flügeln bzw. Rotorblättern in Vorderansicht
8 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit zusätzlich in einem Neigungswinkel angestellten Flügeln bzw. Rotorblättern in Draufsicht
9 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit zusätzlich in einem Neigungswinkel angestellten Flügeln bzw. Rotorblättern in isometrischer Ansicht
10 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit symmetrisch angesetzten Flügeln bzw. Rotorblättern in Draufsicht
11 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors mit asymmetrisch angesetzten Flügeln bzw. Rotorblättern in Draufsicht
12 Beispiel eines erfindungsgemäßen Flügelrades bzw. Rotors in hängender Variante in isometrischer Ansicht
Bezugszeichenliste

1: Bodenplatte
2: Drehscheibe
3: Wärmequelle
4: Welle
5: Nabe
6: Flügel bzw. Rotorblatt
7: aufsteigende Wärmeströmung
8: bei diesem Aufbau resultierende Drehrichtung
9: Flügelrad/Rotor (bestehend aus Nabe und Flügel bzw. Rotorblatt)
10: Drehachse
11: Anstellwinkel der Flügel bzw. Rotorblätter
12: Neigungswinkel der Flügel bzw. Rotorblätter
13: gewölbter Flügel bzw. Rotorblatt
14: mit zusätzlichem Neigungswinkel angestellter Flügel bzw. Rotorblatt
15: Drehpunkt
16: Aufhängung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 29809735 U1 [0005]
DE 102005003766 A1 [0006]
DE 102005041244 B3 [0006]
DE 000009202593 U1 [0006]
DE 9202593 [0006]
DE 202010013668 [0007]
DE 102004057156 A1 [0008]
DE 2013102802 U1 [0009]
DE 202013003223 U1 [0010]
DE 202013000534 U1 [0011, 0023]
DE 202007002517 U1 [0016]

Claims

Antriebselement zur Umwandlung von aufsteigender Wärmeenergie bzw. Luftströmung in kinetische Rotationsenergie zum Antrieb von Wärmespielen, Mobiles, Windspielen, erzgebirgischen Pyramiden und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass um eine Drehachse (10) oder einen Drehpunkt (15) ein zentrisch angeordneter Kern, die Nabe (5), mit flächig ausgeformten Flügeln oder Rotorblättern (6) verbunden ist, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (6) in mehreren Ebenen übereinander angeordnet und in einem Winkel (11) zur Drehachse (10) geneigt sind.
Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (6) symmetrisch (sternförmig) um die Drehachse (10) bzw. Drehpunkt (15) angeordnet sind.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (6) asymmetrisch um die Drehachse (10) bzw. Drehpunkt (15) angeordnet sind.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (6) in mehreren Ebenen übereinander angeordnet und in unterschiedlichen Winkeln (11) zur Drehachse (10) geneigt sind.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig ausgeführten Flügel bzw. Rotorblätter (6) geometrische Grundformen aufweisen.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die flächig ausgeführten Flügel bzw. Rotorblätter (6) differenzierte Formen aufweisen, wie z. B. Ornamente, stilisierte Pflanzenteile o. ä..
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig ausgeführten Flügel bzw. Rotorblätter (6) in ihrer Form entsprechend so ausgebildet sind, dass Bereiche innerhalb den Flügelrades bzw. Rotorblattes (9) ein ungehindertes Durchströmen weitestgehend ausgeschlossen ist, um einen relativ hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (6) drehbar (11) am Kern bzw. Nabe (5) oder der Welle (4) angebracht sind, um den Anstellwinkel zu verändern und eine Regulierung der Drehgeschwindigkeit und Änderung der Drehrichtung zu ermöglichen.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel bzw. Rotorblätter (13) eine Krümmung aufweisen, welche eine Lenkung der Strömung hin zur Drehachse (10) bzw. zum Drehpunkt (15) ermöglichen und somit eine verbesserte Nutzung der Energie erzielt wird.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig ausgeführten Flügel bzw. Rotorblätter (14) zusätzlich zum Anstellwinkel (11) nach Anspruch 1 in einem Winkel (14) angeordnet sind, welche eine Lenkung der Strömung hin zur Drehachse (10) bzw. zum Drehpunkt (15) ermöglichen und somit eine verbesserte Nutzung der Energie erzielt wird.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel oder Rotorblätter (6) in Ihrer Form durchbrochen sind.
Antriebselement nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (Nabe (5) mit Flügeln bzw. Rotorblättern; 6) axial drehbar, ohne Welle, an einem Punkt (z. B. durch Drehlager, auch als Venetel bezeichnet, gelagert wird (15). In einer einfachen Form wäre auch ein Faden möglich, welcher sich eine gewisse Zeit bis zum Erreichen eines zu hohen Widerstandes verdrehen würde, um anschließend in umgekehrter Richtung zurück zu drehen.