WO2003021105A1 - Flow engine - Google Patents

Abstract

The invention relates to a flow engine comprising a rotational axis (A) with at least two opposite wings (16, 18), every wing (16, 18) substantially extending along the surface of an imaginary rotational solid whose axis coincides with the rotational axis (A) and that is created by rotation of an arcuate, progressively bent curve. The summit of the curve is at a maximum distance from the rotational axis (A). Every wing (16, 18) extends in an S shape between its front and its rear end and has a continuously decreasing wing thickness (d) from its front longitudinal end up to close to the summit and a continuously increasing wing thickness (d) after the summit up to the rear end. The invention further relates to a method for producing a wing (16, 18), to a method for controlling the flow engine and to a wing bearing.

Description

Strömungskraftmaschine. Flow combustion engine.

Die Erfindung betrifft eine Strömungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fluid flow machine according to the preamble of claim 1.

Eine solche Strömungskraftmaschine ist bereits aus der DE 198 20 766 AI bekannt. Eine solche Strömungskraftmaschine zeichnet sich durch die ungewöhnliche Form ihrer Flügel aus. Die Flügel werden im Stand der Technik so beschrieben, daß sie sich auf einer gedachten Kugeloberfläche vom vorderen bis zum hinteren Ende des Flügels S-förmig erstrecken, wobei natürlich auch ein gespiegeltes "S" unter diese Definition fallen soll. Die "S"-Form ist dann optimal sichtbar, wenn der am weitesten von der Drehachse entfernte Punkt jedes Flügels (Scheitelpunkt) herangezogen wird, indem von diesem Scheitelpunkt aus senkrecht auf die Drehachse gesehen wird.Such a flow machine is already known from DE 198 20 766 AI. Such a flow machine is characterized by the unusual shape of its wings. The wings are described in the prior art so that they extend on an imaginary spherical surface from the front to the rear end of the wing in an S-shape, of course a mirrored "S" should also fall under this definition. The "S" shape is optimally visible when the point furthest away from the axis of rotation of each wing (apex) is used by looking perpendicularly to the axis of rotation from this apex.

Die Erfindung schafft eine Strömungskraftmaschine mit einem über die gesamte Flügellänge verbesserten Auftrieb und einem geringeren Strömungswiderstand.The invention provides a fluid flow machine with an improved lift over the entire wing length and a lower flow resistance.

Dies wird durch eine Strömungskraftmaschine nach Anspruch 1 erreicht. Jeder Flügel hat von seinem vorderen Längsende bis nahe zum Scheitelpunkt eine stetig abnehmende Flügeldicke und von nach dem Scheitelpunkt bis zum hinteren Längsende eine wieder stetig zunehmende Flügeldicke. Die Flügeldicke und das gesamte Tragflügelprofil ändern sich damit stetig über die Flügellängserstreckung. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil die Strömung an der Oberfläche des Flügels das Resultat aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit des sich um die Drehachse drehenden Flügels ist. Mit zunehmendem Abstand von der Drehachse erhält die Umfangsgeschwindigkeit eine größere Bedeutung. Der Flügel wird deshalb zur Erreichung eines optimalen Auftriebs von seinen Längsenden bis nahe des Scheitels immer dünner und langgestreckter, also optimiert für die höheren Strömungsgeschwindigkeiten, so daß sich eine verlustärmere Rotation erzielen läßt. Ferner ist zu beachten, daß im Bereich des Scheitelpunkts ein Übergangsbereich vorgesehen sein kann, bei dem die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale nicht vorhanden sein müssen. Hier kann es vielmehr sein, daß die Dicke in einem Übergangsbereich um den Scheitelpunkt etwa gleich ist.This is achieved by a fluid flow machine according to claim 1. Each wing has a steadily decreasing wing thickness from its front longitudinal end to close to the apex and from the apex to the rear longitudinal end a steadily increasing wing thickness. The wing thickness and the entire airfoil profile change constantly over the length of the wing. This has proven to be advantageous because the flow on the surface of the wing is the result of the flow speed and the peripheral speed of the wing rotating about the axis of rotation. With increasing distance from the axis of rotation, the peripheral speed becomes more important. The wing will therefore to achieve optimal buoyancy from its longitudinal ends to near the apex increasingly thin and elongated, so optimized for the higher flow speeds, so that a less lossy rotation can be achieved. It should also be noted that a transition area can be provided in the area of the apex, in which the features mentioned in the characterizing part of claim 1 need not be present. Rather, it may be that the thickness is approximately the same in a transition region around the apex.

Vorzugsweise ändert sich auch der Anstellwinkel des Profils über die Flügellängserstreckung zur Resultierenden der Strömung (Überlagerung der Windgeschwindigkeit in Betrag und Richtung mit der Umfangsgeschwindigkeit des angeströmten Profilabschnitts).The angle of attack of the profile preferably also changes over the longitudinal extension of the wing to the resultant of the flow (superimposition of the wind speed in magnitude and direction on the circumferential speed of the inflow profile section).

Jeder Flügel verläuft im übrigen zwischen seinem vorderen und hinteren Längsende S-förmig, und der Wendepunkt des „S" liegt im wesentlichen auf einem durch den rotierenden Scheitelpunkt gebildeten Äquatorkreis.Each wing is otherwise S-shaped between its front and rear longitudinal ends, and the turning point of the "S" lies essentially on an equatorial circle formed by the rotating apex.

Das Profil jedes Flügels ist in Drehachsenrichtung gesehen gemäß Anspruch 2 so in sich verdreht, daß auf einem hinteren Flügelabschnitt (hinteres Längsende des Flügels in Richtung zum Scheitelpunkt) die Vorderkante des Flügels näher an der gedachten Oberfläche und näher an der Drehachse liegt als die radial weiter von der Oberfläche und weiter von der Drehachse entfernt verlaufende Hinterkante. Am vorderen Flügelabschnitt (vom Scheitelpunkt bis zum vorderen Längsende) ist es umgekehrt. Die Hinterkante liegt näher an der gedachten Oberfläche und der Drehachse als die radial weiter von der Oberfläche und radial weiter von der Drehachse entfernt verlaufende Vorderkante. Die Ausbildung nach Anspruch 2 führt unabhängig von den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zu einem verbesserten Auftrieb. Die Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat sich aber als hervorragende Kombination erwiesen.The profile of each wing is rotated in the direction of the axis of rotation according to claim 2 so that on a rear wing section (rear longitudinal end of the wing towards the apex) the front edge of the wing is closer to the imaginary surface and closer to the axis of rotation than the radially further trailing edge from the surface and further from the axis of rotation. At the front wing section (from the apex to the front longitudinal end) it is reversed. The rear edge is closer to the imaginary surface and the axis of rotation than the front edge, which extends radially further from the surface and radially further away from the axis of rotation. The training according to claim 2 leads to an improved buoyancy regardless of the features in the characterizing part of claim 1. The connection with the features of claim 1 has proven to be an excellent combination.

Auch hier ist zu beachten, daß im Bereich des Scheitelpunkts ein Übergangsbereich vorgesehen sein kann, bei dem die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 genannten Merkmale nicht vorhanden sein müssen. Hier kann es vielmehr sein, daß Vorderkante und Hinterkante annähernd gleich nah und zusätzlich noch auf der Oberfläche liegen.It should also be noted here that a transition area can be provided in the area of the vertex, in which the in the characterizing part of the features mentioned claim 2 need not be present. Rather, it may be that the leading edge and the trailing edge are approximately equally close and additionally on the surface.

Vorzugsweise liegen dabei am vorderen Flügelabschnitt die Hinterkante und am hinteren Flügelabschnitt die Vorderkante auf der gedachten Oberfläche.Preferably, the trailing edge lies on the front wing section and the leading edge lies on the imaginary surface on the rear wing section.

Vorteilhafterweise ist der Verlauf der Flügeldicke über die Längserstreckung des Flügels im wesentlichen umgekehrt proportional zum Abstand der Vorderkante zur Drehachse.Advantageously, the course of the wing thickness over the longitudinal extent of the wing is essentially inversely proportional to the distance from the front edge to the axis of rotation.

Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, daß durch die bis nahe des Scheitelpunkts stetig abnehmende Flügeldicke die Wirbel an dem Flügel deutlich reduziert werden können.It has been found in tests that the vortices on the wing can be significantly reduced due to the continuously decreasing wing thickness up to near the apex.

Der Rotationskörper kann ein Ellipsoid, worunter auch die Kugel fällt, sein. Darüber hinaus ist auch eine Ausführungsform gut geeignet, bei der der Rotationskörper durch ein flexibles Seil gebildet ist, dessen Enden an der Drehachse befestigt sind und das um die Drehachse, wie ein Sprungseil, rotiert. Das Seil bildet bei dieser Ausführungsform die zuvor angesprochene um die Drehachse rotierende Kurve. Diese Ausführungsform berücksichtigt, daß sich der niemals ganz starr herstellbare Flügel bei hoher Drehzahl ähnlich wie ein Sprungseil aufgrund der Zentrifugalkraft verformt. Wenn diese Verformung von Haus aus bei der Formgebung des Flügels berücksichtigt ist, wird die Verformung im dynamischen Arbeitsprozeß nicht auftreten, und die Flügel werden geringeren Belastungen unterworfen.The body of revolution can be an ellipsoid, including the sphere. In addition, an embodiment is also suitable in which the rotating body is formed by a flexible cable, the ends of which are fastened to the axis of rotation and which rotates about the axis of rotation, like a jump cable. In this embodiment, the rope forms the previously mentioned curve rotating about the axis of rotation. This embodiment takes into account that the wing, which can never be produced in a rigid manner, deforms at high speed, similar to a jump rope, due to the centrifugal force. If this deformation is inherently taken into account when designing the wing, the deformation will not occur in the dynamic working process and the wings will be subjected to lower loads.

Die Profile der beiden Flügel sind in jeder Schnittebene senkrecht zur Drehachse gesehen punktsymmetrisch zueinander, bezogen auf den Schnittpunkt der Drehachse mit der Schnittebene.The profiles of the two wings are point-symmetrical to each other in each section plane perpendicular to the axis of rotation, based on the point of intersection of the axis of rotation with the section plane.

Der Verlauf der Kurve ist im übrigen von dem vorderen Ende der Kurve bis zum Scheitelpunkt achssymmetrisch zum Bereich vom Scheitelpunkt bis zum hinteren Ende der Kurve, wobei die Achse durch den Scheitelpunkt und senkrecht zur Drehachse verläuft.The course of the curve is, moreover, axisymmetric from the front end of the curve to the apex to the region from the apex to back of the curve, with the axis passing through the apex and perpendicular to the axis of rotation.

Auch das "S" sollte in der zuvor erwähnten Draufsicht vom Scheitelpunkt senkrecht auf die Drehachse punktsymmetrisch zum Scheitelpunkt sein. Damit ergibt sich in einer Blickrichtung parallel zur Drehachse durch die beiden Flügel die Form einer "8", wobei ein Flügel die obere Hälfte und ein Flügel die untereThe "S" in the above-mentioned plan view should also be point-symmetrical from the vertex perpendicular to the axis of rotation to the vertex. This results in the shape of an "8" in a viewing direction parallel to the axis of rotation through the two wings, one wing the upper half and one wing the lower

Hälfte der "8" bildet.Half of the "8" forms.

Eine andere Definition der Flügelform in Achsrichtung gesehen besteht darin, daß die Flügel eine Schleife beschreiben.Another definition of the wing shape seen in the axial direction is that the wings describe a loop.

Eine sichere Befestigung der Strömungskraftmaschine ergibt sich dadurch, daß eine bogenförmige Halterungsstange vorgesehen ist, die sich außen um den von den Flügeln durchlaufenen Raum herum von einem vorderem zu einem hinterem Drehwellenlager erstreckt und daß die Halterungsstange über Bügelschellen an einen Sockel geklemmt ist. Der Sockel soll in diesem Zusammenhang vorzugsweise eine V-förmige Anlagefläche, quer zur Drehachse gesehen, haben. Es hat sich herausgestellt, daß aufgrund der enormen Strömungsgeschwindigkeit, bei der die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine arbeiten kann, Schweißverbindungen als nicht optimal anzusehen sind. Durch die Klemmverbindung mittels der Bügelschellen, insbesondere mit der V-förmigen Anlagefläche wird eine dauerfeste Lagerung erreicht.A secure attachment of the fluid flow machine results from the fact that an arc-shaped mounting rod is provided which extends from the front to a rear rotary shaft bearing around the space through which the wings pass and that the mounting rod is clamped to a base via clamps. In this context, the base should preferably have a V-shaped contact surface, seen transversely to the axis of rotation. It has been found that, due to the enormous flow velocity at which the fluid-flow engine according to the invention can work, welded connections are not to be regarded as optimal. The clamp connection by means of the clamps, in particular with the V-shaped contact surface, ensures permanent storage.

Eine elektrische Bremse soll bei Überlastung die Drehwelle abbremsen.An electrical brake should brake the rotating shaft in the event of an overload.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Steuern der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine, wobei die Drehachse um eine vertikale Achse schwenkbar ist, um den Anstellwinkel der Drehachse zu Strömungsrichtung zu verändern. Die Steuerung erfolgt folgendermaßen: bis zum Erreichen einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit wird die Drehachse in Strömungsrichtung gestellt. Ab Überschreiten der vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit wird die Drehachse mit steigender Strömungsgeschwindigkeit stetig schräg zur Strömungsrichtung verstellt. Aufgrund der Form der Flügel, bei der sich das Profil über die Länge ständig ändert, und dadurch, daß die Flügeloberfläche auf der Oberfläche des Rotationskörpers liegt, wird die wirksame Tiefe des Flügels (von der Vorderkante bis zur Hinterkante), die von der Strömung überstrichen wird, größer. Die Strömung wird bei schräggestellter Drehachse nämlich nicht den kürzesten Abstand von der Vorderkante bis zur Hinterkante überstreichen, sondern schräg zur Flügellängserstreckung an der Flügeloberfläche entlangstreifen, so daß sich ein anderes wirksames Tragflügelprofil, ergibt, das dargestellt werden kann, wenn durch den Flügel längs der resultierenden Strömungsrichtung ein Schnitt gelegt wird. Aufgrund dieses Effekts und des erfindungsgemäßen Verfahrens, das diesen Effekt ausnutzt, kann die Strömungskraftmaschine über einen wesentlich größeren Strömungsgeschwindigkeitsbereich als bisherige Strömungskraftmaschinen betrieben werden. Auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten lassen sich doch sehr gute Wirkungsgrade erreichen.The invention also provides a method for controlling the fluid flow engine according to the invention, the axis of rotation being pivotable about a vertical axis in order to change the angle of attack of the axis of rotation in relation to the direction of flow. The control takes place as follows: until a predetermined flow velocity is reached, the axis of rotation is set in the direction of flow. When the specified flow velocity is exceeded, the axis of rotation is continuously adjusted at an increasing angle to the flow direction. Due to the shape of the wing, in which the profile constantly changes over the length, and the fact that the wing surface lies on the surface of the rotating body, the effective depth of the wing (from the front edge to the rear edge) is swept by the current becomes bigger. The flow will not sweep the shortest distance from the leading edge to the trailing edge when the axis of rotation is inclined, but will graze along the wing surface at an angle to the longitudinal extension of the wing, so that another effective airfoil profile results, which can be represented if the wing along the resulting A cut is made in the direction of flow. Because of this effect and the method according to the invention, which uses this effect, the fluid flow machine can be operated over a substantially larger flow velocity range than previous fluid flow machines. Very good efficiencies can be achieved even at high flow speeds.

Wird eine maximale Strömungsgeschwindigkeit überschritten, so kann dieIf a maximum flow rate is exceeded, the

Drehachse so schräg zur Strömungsrichtung gestellt werden, daß die Flügel stehenbleiben, da sich dann der Stall-Effekt (Saugeffekt) einstellt. Die Strömungskraftmaschine braucht deshalb nicht zwingend ein Bremse für zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten.The axis of rotation must be set at an angle to the direction of flow so that the blades stop because the stall effect (suction effect) then occurs. The fluid flow machine therefore does not necessarily need a brake for excessive flow velocities.

Eine sich vorzugsweise selbststeuernde Verstellmechanik zu Änderung desA preferably self-adjusting mechanism to change the

Anstellwinkels der Flügel sorgt für eine optimierte, sogar selbstoptimierende Leistungsausbeute. Die Verstellung kann per Hand oder, wie gesagt, selbsttätig ausgeführt sein.Angle of attack of the wing ensures an optimized, even self-optimizing performance. The adjustment can be carried out manually or, as mentioned, automatically.

Die Verstellmechanik weist z.B. eine Koppelung der Verstellbewegungen beider Flügel auf, wobei die Verstellmechanik an der vorderen und der hinteren Lagerstelle der Flügel angreift und eine Koppelung von Verstellbewegungen an der vorderen und der hinteren Lagerstelle vorsieht.The adjustment mechanism has e.g. a coupling of the adjustment movements of both wings, the adjustment mechanism acting on the front and rear bearing points of the wings and providing a coupling of adjustment movements on the front and rear bearing points.

Die Flügelform ist, wie bereits erläutert, sehr kompliziert, weshalb auch die Herstellung des Flügels aufwendig ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, daß der Flügel einer erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine aus Glasoder Kohlefasergewebe oder -matten hergestellt wird. Der Flügel ist zwischen der Flügeloberseite und -Unterseite hohl und verrippt, wobei die Rippen ebenfalls aus einem Glas- oder Kohlefasergewebe oder -matte sind. Das Gewebe oder die Matte wird in getränktem Zustand (üblicherweise mit Harz getränkt) zwischen der Flügeloberseite und der Flügelunterseite positioniert. Zwischen dem Gewebe oder der Matte für die Rippen und der Flügeloberseite und/oder -Unterseite wird ein aufweitbarer, flexibler Schlauch positioniert, der anschließend so stark befüllt wird (vorzugsweise mit Luft), daß er sich dadurch aufweitet, bis das Gewebe oder die Matte für die Rippen gegen die Flügelober- und/oder -Unterseite gedrückt werden. In diesem Zustand wird der Flügel anschließend ausgehärtet. Damit kann erreicht werden, daß die Rippen sicher an der Flügelober- und -Unterseite, d.h. an der entsprechenden Glas- oder Kohlefaserwand anliegen und mit dieser eine Verbindung eingehen. Durch den Schlauch oder vorzugsweise mehrere Schläuche kann zum Aushärten auch Heißluft eingeblasen werden, was den Aushärtprozeß beschleunigt. Später könnte durch die Schläuche auch eine Heizung laufen, die eine Vereisung der Flügel verhindert. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist im übrigen nicht auf die speziell gekrümmten Flügel für die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine beschränkt, theoretisch könnten auch Flugzeugflügel, Rotorblätter ect. mittels der eingesetzten Schläuche einfach und sicher verrippt werden.As already explained, the wing shape is very complicated, which is why the manufacture of the wing is also complex. A method according to the invention provides before that the wing of a fluid flow machine according to the invention is made of glass or carbon fiber fabric or mats. The wing is hollow and ribbed between the top and bottom of the wing, the ribs also being made of a glass or carbon fiber fabric or mat. The fabric or mat is positioned between the top of the wing and the underside of the wing in the soaked state (usually soaked in resin). An expandable, flexible hose is positioned between the fabric or mat for the ribs and the wing top and / or underside, which is then filled so much (preferably with air) that it expands until the fabric or mat for the ribs are pressed against the top and / or bottom of the wing. The wing is then hardened in this state. It can thus be achieved that the ribs rest securely on the upper and lower sides of the wing, ie on the corresponding glass or carbon fiber wall, and establish a connection therewith. Hot air can also be blown in through the hose or preferably a plurality of hoses, which accelerates the hardening process. Later, the hoses could also run a heater that prevents the wings from icing up. The manufacturing method according to the invention is otherwise not limited to the specially curved blades for the fluid-flow engine according to the invention; theoretically, aircraft wings, rotor blades could also be used. can be easily and securely ribbed using the hoses used.

Der eingesetzte Schlauch besteht vorzugsweise ebenfalls aus getränkter Glasoder Kohlefaser. Die Fasern verlaufen schräg zur Längserstreckung des Schlauchs, damit dieser sich aufweiten kann. Der Schlauch kann nach dem Aufweiten ausgehärtet werden und einen Teil der Rippen bilden und diese verstärken.The hose used preferably also consists of impregnated glass or carbon fiber. The fibers run at an angle to the length of the tube so that it can expand. After expansion, the tube can be cured and form part of the ribs and reinforce them.

Bei sehr großen Flügeln können diese aus mehreren in Längsrichtung aneinandergrenzenden Abschnitten zusammengesetzt sein. Die Schläuche können dabei benachbarte Abschnitte miteinander verbinden, indem sie einerseits als Aufnahmebuchse für in sie eingeführte Verbindungsstifte wirken oder andererseits sich durch mehrere aneinandergrenzende Abschnitte erstrecken. Der Schlauch ist wie zuvor erläutert aus getränkter Glas- oder Kohlefaser und wird anschließend durch Zufuhr von Druckluft oder anderem geeigneten Fluid aufgeweitet, bis er an Rippen und/oder der Flügeloberseite und/oder der Flügelunterseite anliegt, bevor er anschließend ausgehärtet wird. Der die Abschnitte durchlaufende Schlauch bildet so eine Art Tragskelett.In the case of very large wings, these can be composed of a plurality of sections adjoining one another in the longitudinal direction. The hoses can connect adjacent sections to one another by acting on the one hand as a receptacle for connecting pins inserted into them or on the other hand, extend through several adjacent sections. As previously explained, the tube is made of impregnated glass or carbon fiber and is then expanded by supplying compressed air or other suitable fluid until it lies against the ribs and / or the wing top and / or the wing underside before it is subsequently cured. The tube passing through the sections thus forms a kind of supporting skeleton.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Flügellagerung, mit einem Flügel aus einem schlauchförmigen Fasermaterial, wobei ein Ring am lagerseitigen Ende des Schlauchs vom Schlauch dadurch umgeben ist, daß das Schlauchende um den Ring gestülpt und mit dem Schlauch nahe seines Endes durch Aushärten verbunden ist, und wobei ein Konus und ein Gegenstück, vorzugsweise einen Gegenkonus, vorgesehen sind, zwischen denen das Schlauchende und der mit ihm verbundene Abschnitt des Schlauchs geklemmt sind. Diese Idee ist nicht nur auf eine Flügellagerung beschränkt sondern auf jedwede Lagerung eines Teils aus Fasermaterials, da es hier immer das Problem des Übergangs zwischen dem Fasermaterial und dem angrenzenden Stahlteil gibt. Die erfindungsgemäße Idee sieht keine bisher übliche Durchgangsbohrung vor, die das Fasermaterial schwächt. Vielmehr wird über Einbettung eines Ringes zur Halterung und über einen vorzugsweise selbstsichernden Reib- und Formschluß das Fasermaterial großflächig gehalten.Finally, the invention also relates to a wing bearing, with a wing made of a tubular fiber material, a ring at the end of the hose on the bearing side being surrounded by the hose in that the hose end is put over the ring and connected to the hose near its end by curing, and wherein a cone and a counterpart, preferably a counter cone, are provided, between which the hose end and the section of the hose connected to it are clamped. This idea is not only limited to a wing bearing but to any storage of a part made of fiber material, since there is always the problem of the transition between the fiber material and the adjacent steel part. The idea according to the invention does not provide a conventional through-hole that weakens the fiber material. Rather, the fiber material is held over a large area by embedding a ring for holding and preferably self-locking friction and positive locking.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird:Further features and advantages of the invention result from the following description and from the following drawings, to which reference is made:

- Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht der Strömungskraftmaschine, als Windkraftmaschine ausgeführt, von schräg hinten,- Figure 1 is a perspective view of the turbo engine, designed as a wind turbine, obliquely from behind,

- Figur 2 ist eine Seitenansicht der Strömungskraftmaschine nach Figur 1 mit mehreren Schnitten (A-A bis E-E) durch den Flügel, die die Profiländerung über die Flügellängserstereckung zeigen, - Figur 3 ist eine Draufsicht auf einen Flügel in einer Richtung durch den Scheitelpunkt des Flügels und senkrecht zur Drehachse gesehen, wobei zusätzlich der fiktive Körper dargestellt ist,FIG. 2 is a side view of the fluid-flow engine according to FIG. 1 with several cuts (AA to EE) through the wing, which show the change in profile over the longitudinal extension of the wing, FIG. 3 is a top view of a wing viewed in one direction through the apex of the wing and perpendicular to the axis of rotation, the fictional body also being shown,

- Figur 4 ist ein Querschnitt durch das Tragflügelprofil der Flügel senkrecht zur Drehachse,- Figure 4 is a cross section through the wing profile of the wings perpendicular to the axis of rotation,

- Figur 5 ist eine Seitenansicht der Strömungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einem integrierten Verstellmechanismus zur Änderung des Anstellwinkels,FIG. 5 is a side view of the fluid flow engine according to a second embodiment with an integrated adjustment mechanism for changing the angle of attack,

- Figur 6 zeigt den Verstellmechanismus zur Änderung des Anstellwinkels und- Figure 6 shows the adjustment mechanism for changing the angle of attack and

- Figur 7 ist eine Schnittansicht durch ein Flügelende und seine Lagerung.- Figure 7 is a sectional view through a wing end and its storage.

In Figur 1 ist eine Strömungskraftmaschine, genauer gesagt eine Windkraftmaschine dargestellt. Die Strömungskraftmaschine hat eine Drehwelle 10 mit einer gedachten Drehachse A, wobei die Drehwelle 10 in einem vorderen Drehwellenlager 12 und einem hinteren Drehwellenlager 14 aufgenommen ist. Das vordere Drehwellenlager 12 und das hintere Drehwellenlager 14 bilden auch das vordere bzw. das hintere Achsende. Der Begriff "vorne" bezieht sich auf die optimale Anströmrichtung S, die parallel zur Drehachse A verläuft.FIG. 1 shows a fluid flow machine, more precisely a wind turbine. The fluid flow machine has a rotary shaft 10 with an imaginary axis of rotation A, the rotary shaft 10 being accommodated in a front rotary shaft bearing 12 and a rear rotary shaft bearing 14. The front rotary shaft bearing 12 and the rear rotary shaft bearing 14 also form the front and rear axle ends, respectively. The term "front" refers to the optimal flow direction S, which runs parallel to the axis of rotation A.

Die Strömungskraftmaschine hat zwei bezüglich der Achse A entgegengesetzte Flügel 16, 18, welche gegengleich ausgebildet sind. Das bedeutet, daß in allen Schnittebenen senkrecht zur Drehachse A die Tragflügelprofile der Flügel punktsymmetrisch zum Schnittpunkt der Drehachse A mit der Schnittebene zueinander sind. Beide Flügel 16, 18 haben ein Tragflügelprofil, wie es in verschiedenen Schnittebenen exemplarisch in den Figuren 2 und 4 dargestellt ist, mit einer Vorderkante VK und einer Hinterkante HK, wobei die Vorderkanten VK beider Flügel 16, 18 in Drehrichtung weisen.The fluid flow machine has two vanes 16, 18 which are opposite to each other with respect to the axis A and which are of opposite construction. This means that in all sectional planes perpendicular to the axis of rotation A, the wing profiles of the wings are point-symmetrical to the point of intersection of the axis of rotation A with the sectional plane. Both wings 16, 18 have an airfoil profile, as is exemplarily shown in different sectional planes in FIGS. 2 and 4, with a front edge VK and a rear edge HK, the front edges VK of both wings 16, 18 pointing in the direction of rotation.

Jeder Flügel 16, 18 verläuft im wesentlichen längs der Oberfläche eines gedachten Rotationskörpers, dessen Achse mit der Drehachse A zusarnmenfällt und der durch Rotation einer bogenförmigen, stetig gekrümmten Kurve, z.B. der Kurve K, entsteht. Die Kurve ist im vorliegenden Fall ein Halbkreis, so daß durchEach wing 16, 18 extends essentially along the surface of an imaginary rotating body, the axis of which coincides with the axis of rotation A and which is caused by the rotation of an arcuate, continuously curved curve, for example the Curve K arises. In the present case, the curve is a semicircle, so that through

Rotation eine Kugel entsteht, also eine spezielle Ausführung eines Ellipsoids. InRotation creates a sphere, i.e. a special version of an ellipsoid. In

Figur 3 ist die Kurve K ein äußerer Halbkreis, mit einem Kurvenanfang KA als Schnitt mit der Drehachse A und mit einem Kurvenende KE als zweiten Schnitt mit der Drehachse A.Figure 3 is the curve K an outer semicircle, with a curve beginning KA as a section with the axis of rotation A and with a curve end KE as a second section with the axis of rotation A.

Die Kurve hat einen Punkt B, der den maximalen Abstand von der Drehachse A hat. Durch Rotation des Punktes B um die Drehachse A ergibt sich ein Äquatorkreis C. Jeder Flügel 16, 18 erstreckt sich vom vorderen Längsende (Flügelanfang) 20 bis zum hinteren Längsende (Flügelende) 22 S-förmig über die Oberfläche des Rotationskörpers. Der Wendepunkt der S-Form liegt dabei auf dem Äquatorkreis C und bildet den Scheitelpunkt SP des Flügels, also den Punkt, der am weitesten von der Drehachse A entfernt liegt. In Figur 3 ist der Scheitelpunkt SP der Mittelpunkt der rotierenden Kurve K. Die in Figur 3 gezeigte Ansicht ist damit eine Draufsicht in Richtung durch den Scheitelpunkt SP und rechtwinkelig zur Drehachse A.The curve has a point B that has the maximum distance from the axis of rotation A. Rotation of point B about the axis of rotation A results in an equatorial circle C. Each wing 16, 18 extends from the front longitudinal end (wing start) 20 to the rear longitudinal end (wing end) 22 in an S-shape over the surface of the rotating body. The point of inflection of the S-shape lies on the equatorial circle C and forms the apex SP of the wing, that is, the point which is furthest away from the axis of rotation A. In FIG. 3, the vertex SP is the center of the rotating curve K. The view shown in FIG. 3 is therefore a plan view in the direction through the vertex SP and at right angles to the axis of rotation A.

Die S-Form zeichnet sich bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform dadurch aus, daß ein Abschnitt 34 des Flügels 16, 18 vor und nach dem Scheitelpunkt SP in der in Figur 3 gezeigten Ansicht linear verläuft (Übergangsbereich), bevor der Flügel 16, 18 wieder in die gekrümmten Bereiche übergeht. In Drehachsenrichtung gesehen liegen die Längsenden jedes Flügels 16, 18 um 90° versetzt zueinander.The S shape is distinguished in the embodiment shown in FIG. 3 in that a section 34 of the wing 16, 18 before and after the apex SP in the view shown in FIG. 3 is linear (transition region) before the wing 16, 18 goes back into the curved areas. When viewed in the direction of the axis of rotation, the longitudinal ends of each wing 16, 18 are offset from one another by 90 °.

Das Tragflügelprofil jedes Flügels 16, 18 ist in Drehachsenrichtung gesehen in sich verdreht, so daß beispielsweise die Vorderkante VK nicht auf der gesamten Länge exakt auf der Oberfläche des Rotationskörpers liegt. Im vorderen Flügelabschnitt 36, also dem gekrümmten Bereich vom Flügelanfang 20 bis zum Beginn des linearen Abschnitts 34, optional sogar noch bis in den linearen Abschnitt 34 hinein, liegt die Hinterkante HK näher an der oder sogar auf der Oberfläche des Rotationskörpers verglichen mit der Vorderkante VK, die weiter von der Drehachse A entfernt ist, jeweils gesehen in einer Schnittebene senkrecht zur Drehachse A. Dies ist auch in den Schnitten A-A und B-B in Figur 2 zu sehen, in denen auch die Oberfläche des Rotationskörpers, definiert durch die Kurve K eingezeichnet ist.The wing profile of each wing 16, 18 is rotated in itself in the direction of the axis of rotation, so that, for example, the leading edge VK does not lie exactly on the surface of the rotating body over the entire length. In the front wing section 36, that is to say the curved area from the beginning of the wing 20 to the beginning of the linear section 34, optionally even as far as into the linear section 34, the rear edge HK lies closer to or even on the surface of the rotating body compared to the front edge VK , which is further away from the axis of rotation A, seen in each case in a sectional plane perpendicular to the axis of rotation A. This can also be seen in the sections AA and BB in FIG. 2, in which the surface of the rotating body, defined by curve K, is also drawn.

Im Verlauf vom Flügelanfang 20 Richtung Flügelende 22 wird dann dieIn the course of the wing beginning 20 towards the wing end 22, the

Vorderkante VK immer näher zur Oberfläche des Rotationskörpers wandern, so daß sich ein stetig anderer Anstellwinkel des Flügelprofils zur Oberfläche des gedachten Rotationskörpers ergibt. Diese Anpassung ist eine Funktion des zunehmenden Abstands des Flügels von der Drehachse A.The leading edge VK moves ever closer to the surface of the rotating body, so that there is a constantly different angle of attack of the wing profile to the surface of the imaginary rotating body. This adaptation is a function of the increasing distance of the wing from the axis of rotation A.

Am hinteren Flügelabschnitt 38 ist es genau umgekehrt, hier liegt die Vorderkante VK näher zur oder sogar auf der Oberfläche des gedachten Rotationskörpers als die Hinterkante HK (siehe auch Schnitte D-D und E-E in Figur 2).At the rear wing section 38 it is exactly the opposite, here the front edge VK is closer to or even on the surface of the imaginary rotating body than the rear edge HK (see also cuts D-D and E-E in FIG. 2).

Diese Ausbildung hat sich als besonders strömungsgünstig erwiesen.This training has proven to be particularly aerodynamic.

Ebenfalls als sehr günstig hat es sich erwiesen, daß sich, wie in den Schnitten A-A bis E-E in Figur 2 gut zu erkennen ist, die Dicke d des Flügelprofils über die Längserstreckung, d.h. in Achsrichtung, stetig mit dem Abstand des Flügels 16, 18 zur Drehachse A ändert. Die maximale Dicke d ist in den Figuren 2 und 4 dargestellt. Mit L ist die sogenannte Skelettlinie, also der geometrische Ort der Mittelpunkte aller dem Profil einbeschriebenen Kreise dargestellt. Die Dicke d ist der Durchmesser des größten einbeschriebenen Kreises.It has also proven to be very favorable that, as can be clearly seen in the sections A-A to E-E in FIG. 2, the thickness d of the wing profile over the longitudinal extent, i.e. in the axial direction, changes continuously with the distance of the wing 16, 18 to the axis of rotation A. The maximum thickness d is shown in Figures 2 and 4. L is the so-called skeleton line, i.e. the geometric location of the center points of all the circles inscribed in the profile. The thickness d is the diameter of the largest inscribed circle.

Da mit zunehmendem Abstand des Flügels zur Drehachse A dieAs the distance between the wing and the axis of rotation A increases

Umfangsgeschwindigkeit auf der Flügeloberfläche bei rotierenden Flügeln 16, 18 wächst, wurde angedacht, diese Steigerung der resultierenden Strömungsgeschwindigkeit in das Flügelprofil einfließen zu lassen. Das Flügelprofil wird mit zunehmendem Abstand von der Drehachse A immer dünner, d.h. die Dicke d und die Tiefe t des Flügels nehmen vom vorderen Ende 20 bis nahe zum Flügelabsclmit 34 oder sogar bis zum Scheitelpunkt SP ab und anschließend, zum Flügelende 22, wieder zu. Die Dicke d verläuft stetig und vorzugsweise umgekehrt proportional zum Abstand der Vorderkante VK zur Drehachse A. Der sogenannte Strack (Breiten zu Dickenverhältnis über die Flügellänge) bleibt dabei vorzugsweise gleich.Circumferential speed on the wing surface increases with rotating blades 16, 18, it was considered to allow this increase in the resulting flow velocity to flow into the wing profile. The wing profile becomes increasingly thinner with increasing distance from the axis of rotation A, ie the thickness d and the depth t of the wing decrease from the front end 20 to close to the wing end 34 or even to the apex SP and then to the wing end 22 again. The thickness d is continuous and preferably inversely proportional to the distance between the front edge VK and the axis of rotation A. The so-called strack (width to thickness ratio over the wing length) preferably remains the same.

Am Ende der Drehwelle 10 ist ein Gehäuse 40 vorgesehen, in dem ein Generator 42 untergebracht ist. Der Generator 42 kann als elektrische Bremse bei Überlast wirken, oder zusätzlich kann auch eine separate elektrische Bremse vorgesehen sein, die bei Überlast die Drehwelle 10 abbremst.At the end of the rotary shaft 10, a housing 40 is provided, in which a generator 42 is accommodated. The generator 42 can act as an electrical brake in the event of an overload, or in addition a separate electrical brake can also be provided which brakes the rotary shaft 10 in the event of an overload.

Eine bogenförmige Halterungsstange 50 verbindet das vordere und das hintere Drehwellenlager und erstreckt sich außen um den von den Flügeln durchlaufenen Raum. Die Halterungsstange 50 ist über zwei Bügelschellen 52 auf einen Sockel 54 geklemmt, der, senkrecht zur Drehachse A gesehen, eine V-förmige, der Krümmung der Halterungsstange 50 angepaßte Auflagefläche 56 hat. Als zusätzliche Sicherung kann zusätzlich ein den Sockel 52 und die Halterungsstange 50 durchdringender Bolzen vorgesehen sein (nicht gezeigt).An arcuate support rod 50 connects the front and rear rotary shaft bearings and extends outside around the space through which the wings pass. The mounting rod 50 is clamped on a base 54 via two clamps 52, which, seen perpendicular to the axis of rotation A, has a V-shaped bearing surface 56 which is adapted to the curvature of the mounting rod 50. A bolt (not shown) which penetrates the base 52 and the holding rod 50 can additionally be provided as an additional safeguard.

Der Sockel 54 ist mit einer vertikalen Drehachse 60 verbunden. In einem Gehäuse 62 ist ein Drehantrieb vorgesehen, so daß die Stömungskraftmaschine um die vertikale Drehachse 60 in die und aus der Strömung S geschwenkt werden kann.The base 54 is connected to a vertical axis of rotation 60. A rotary drive is provided in a housing 62 so that the flow machine can be pivoted about the vertical axis of rotation 60 into and out of the flow S.

Die Strömungskraftmaschine wird dabei so gesteuert, daß bis zum Erreichen einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit die Drehachse A parallel zur Strö- mungsrichtung S, d.h. in Strömungsrichtung ausgerichtet bleibt.The flow engine is controlled in such a way that the rotational axis A parallel to the flow direction S, i.e. remains aligned in the direction of flow.

Ab Überschreiten einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit, die in einem Speicher einer Steuerung abgelegt ist, wird die Drehachse A mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit stetig schräg zur Strömungsrichtung S verstellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Strömungskraftmaschinen arbeitet die erfindungsgemäße Strömungskraftmaschine auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Durch Schrägstellung der Drehachse A wird die von der Strömung an der Flügeloberfläche umstrichene Länge verändert, so daß sich ein anderes effektives Tragflügelprofil ergibt. Bei einer maximalen, vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit, ab der dieWhen a predetermined flow rate, which is stored in a controller's memory, is exceeded, the axis of rotation A is continuously adjusted obliquely to the flow direction S with increasing flow rate. In contrast to conventional flow power machines, the flow power machine according to the invention also works at very high flow speeds. By tilting the axis of rotation A, the length covered by the flow on the wing surface is changed, so that a different effective wing profile results. At a maximum, predetermined flow rate, from which the

Belastung für die Strömungskraftmaschine zu hoch wird, wird die Drehachse A so schräg zur Strömungsrichtung S gestellt, daß die Flügel 16, 18 von selbst aufgrund des Saugeffekts stehenbleiben. Die alternativ vorgesehene Bremse muß hier gegebenenfalls gar nicht eingreifen.If the load for the turbo engine becomes too high, the axis of rotation A is placed so obliquely to the flow direction S that the wings 16, 18 stop by themselves due to the suction effect. The alternative brake provided may not have to intervene here.

Die Flügel 16, 18 werden durch ein besonderes Verfahren hergestellt. Jeder Flügel besteht vollständig aus Glas- oder Kohlefasergewebe oder entsprechenden Matten. Die Flügeloberseite 70 und die Flügelunterseite 72 (genauer gesagt die entsprechenden Wandungen) sind miteinander verrippt. Hierzu ist ein wellenförmig zwischen Flügeloberseite 70 und Flügelunterseite 72 verlaufendes Glas- oder Kohlefasergewebe oder eine -matte 74 vorgesehen, die sich abwechselnd mit der Flügeloberseite 70 und der Flügelunterseite 72 in Abschnitten 76 verbindet.The wings 16, 18 are produced by a special process. Each wing is made entirely of glass or carbon fiber or equivalent mats. The wing top 70 and the wing bottom 72 (more precisely the corresponding walls) are ribbed together. For this purpose, a wavy glass or carbon fiber fabric or mat 74 is provided between the upper wing 70 and the lower wing 72, which alternately connects to the upper wing 70 and the lower wing 72 in sections 76.

Die Herstellung kann dabei im sogenannten Prepreg- Verfahren erfolgen, zum Beispiel indem zuerst die Flügeloberseite 70 und die Flügelunterseite 72 hergestellt werden und anschließend zwischen beiden das Gewebe oder die MatteThe production can take place in the so-called prepreg process, for example by first producing the upper side 70 of the wing and the lower side 72 of the wing and then the fabric or mat between the two

74, die flüssigkeits-, vorzugsweise harzgetränkt und flexibel ist, eingebracht wird.74, which is liquid, preferably resin-impregnated and flexible, is introduced.

Alternativ können auch Flügeloberseite 70, Flügelunterseite 72 und das Gewebe oder die Matte 74 für die Rippen getränkt und flexibel in eine Form gebracht werden, in der sie später ausgehärtet werden. Damit das Gewebe oder die MatteAlternatively, wing top 70, wing underside 72 and the fabric or mat 74 for the ribs can also be impregnated and flexibly brought into a form in which they are later hardened. So that the fabric or mat

74 eine Verbindung mit der Flügeloberseite 70 und der Flügelunterseite 72 eingeht, wird in zumindest einigen der Hohlräume 78 ein aufweitbarer, flexibler74 enters into a connection with the upper side 70 of the wing and the lower side 72 of the wing, at least some of the cavities 78 become an expandable, more flexible one

Schlauch positioniert, der in Figur 4 noch nicht aufgeweitet dargestellt ist. DieserPositioned hose, which is not shown expanded in Figure 4. This

Schlauch ist vorzugsweise ebenfalls aus Glas- oder Kohlefasergewebe, wobei die Fasern schräg zur Längserstreckung des Schlauchs verlaufen. Der Schlauch trägt das Bezugszeichen 80.Hose is preferably also made of glass or carbon fiber fabric, the fibers running obliquely to the longitudinal extension of the hose. The hose bears the reference symbol 80.

Der Schlauch 80 ist vorzugsweise vor dem Einsetzen ebenfalls flüssigkeitsgetränkt. Anschließend wird er mit Druckluft befüllt und aufgeblasen, so daß er sich aufweitet und den Hohlraum 78 voll ausfüllt, bis er einerseits an der Flügeloberseite 70 und andererseits an dem Gewebe oder der Matte 74 für die Bildung der Rippen vollflächig anliegt. Damit drückt der Schlauch 80 das Gewebe oder die Matte 74 im Bereich 81 gegen die Flügelunterseite 72, so daß hier eine gute Verbindung entsteht.The hose 80 is preferably also soaked in liquid before insertion. Then it is filled with compressed air and inflated so that it widens and fills the cavity 78 until it is on the one hand on the upper side of the wing 70 and on the other hand on the fabric or mat 74 for the Formation of the ribs is in full contact. The hose 80 thus presses the fabric or mat 74 in the area 81 against the underside 72 of the wing, so that a good connection is created here.

Optional kann anschließend heiße Luft durch den Schlauch 80 geblasen werden, um den Aushärtvorgang zu beschleunigen. Der Schlauch 80 geht, wie das Gewebe oder die Matte 74 für die Rippen eine einstückige Verbindung mit dem an sie angrenzenden Glas- oder Kohlefasergewebe oder den -matten ein, so daß der Schlauch 80 in dem Flügel 16, 18 verbleiben kann und die Rippen oder die Flügeloberseite oder Flügelunterseite 60 bzw. 62 mit bildet oder verstärkt. Alternativ könnten die Rippen nur durch mehrere Schläuche 80 gebildet werden.Optionally, hot air can then be blown through hose 80 to accelerate the curing process. The tubing 80, like the fabric or mat 74 for the fins, is integral with the adjacent glass or carbon fiber fabric or mats so that the tubing 80 can remain in the wing 16, 18 and the fins or the top or bottom of the wing 60 or 62 forms or strengthens. Alternatively, the ribs could only be formed by a plurality of tubes 80.

Der Flügel kann auch aus mehreren wie gerade beschrieben hergestellten Segmenten zusammengesetzt werden, wobei Verbindungsstifte 130 in die Hohlräume 78 oder den Schlauch 80 eingetrieben werden. Figur 4 würde diesbezüglich eine Seitenansicht eines einseitig offenen Segmentes darstellen.The wing can also be assembled from several segments as just described, connecting pins 130 being driven into the cavities 78 or the hose 80. In this regard, FIG. 4 would represent a side view of a segment that is open on one side.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine hochfeste und verschleißfreieFinally, the invention also relates to a high-strength and wear-free

Flügellagerung (siehe Figur 7). Der Flügel 16 hat den bereits erwähnten Schlauch 80 aus einem Fasermaterial, dessen Fasern F in etwa 45° zur Längserstreckung LE verlaufen. Ein Ring 82 aus Kunststoff oder Metall wird über das lagerseitige Ende 84 des Schlauchs 80, wenn dieser noch flüssigkeitsgetränkt ist, geschoben. Das Schlauchende 84 wird nach außen um den Ring 82 gestülpt und mit dem Schlauch 80 nahe seines Endes, im Überlappungsbereich, durch Aushärten verbunden, so daß der Ring 82 vom Schlauch 80 komplett umgeben ist. In das Innere des Schlauchs 80 ist vor dessen Aushärten ein Konus 86 mit einem Absatz 88 eingeschoben, auf dem der Ring 82 sitzt. Der Konus 86 (aus Kunststoff oder Metall) erweitert sich nach außen und sorgt bei Zug auf den Flügel 16, 18 in Längsrichtung LE für einen Selbstverstärkungseffekt, denn auf der Außenseite des Schlauchendes 84 im Überlappungsbereich ist ein Gegenstück in Form eines Gegenkonus 90 vorgesehen. Der Schlauch 80 ist im Überlappungsbereich zwischen Konus 86 und Gegenkonus 90 geklemmt. Der Gegenkonus 90 kann ein Metallrohr sein oder durch einen Abschnitt der die Flügelober- oder -Unterseite 70 bzw. 72 bildenden Matte 74 sein. Diese Idee sieht keine bisher übliche Durchgangsbohrung vor, die das Fasermaterial schwächt. Vielmehr wird über Einbettung eines Ringes 82 zur Halterung und über einen vorzugsweise selbstsichernden Reib- und Formschluß das Fasermaterial großflächig gehalten.Wing storage (see Figure 7). The wing 16 has the above-mentioned tube 80 made of a fiber material, the fibers F of which extend at approximately 45 ° to the longitudinal extent LE. A ring 82 made of plastic or metal is pushed over the bearing-side end 84 of the hose 80, if the latter is still soaked in liquid. The hose end 84 is turned outwards around the ring 82 and connected to the hose 80 near its end, in the overlap region, by curing, so that the ring 82 is completely surrounded by the hose 80. A cone 86 with a shoulder 88, on which the ring 82 sits, is inserted into the interior of the hose 80 before it hardens. The cone 86 (made of plastic or metal) widens outwards and provides a self-reinforcing effect when the wings 16, 18 are pulled in the longitudinal direction LE, because a counterpart in the form of a counter cone 90 is provided on the outside of the hose end 84 in the overlap area. The hose 80 is clamped in the overlap area between cone 86 and counter-cone 90. The counter cone 90 can be a metal tube or through a section of the wing top or bottom 70 or 72 forming mat 74. This idea does not provide for a conventional through-hole that weakens the fiber material. Rather, the fiber material is held over a large area by embedding a ring 82 for holding purposes and a preferably self-locking friction and form fit.

Im Konus ist eine metallene Hülse 92 mit einem Flansch befestigt, die in einem Lagerbock 94 festgeschraubt ist, in dem im übrigen auch der andere, nicht gezeigte Flügel 18 gelagert ist. Im gezeigten Beispiel ist der Lagerbock 94 die Lagerung der hinteren Flügelenden (Längsenden 22) und sitzt nahe am hinteren Drehwellenlager 14.In the cone, a metal sleeve 92 is fastened with a flange, which is screwed into a bearing block 94, in which the other wing 18, not shown, is also mounted. In the example shown, the bearing block 94 is the bearing of the rear wing ends (longitudinal ends 22) and is located close to the rear rotary shaft bearing 14.

Der Lagerbock 94 kann Teil einer sich vorzugsweise selbststeuerndenThe bearing block 94 can be part of a preferably self-controlling

Verstellmechanik zu Änderung des Anstellwinkels α (Fig. 5) zur Strömung S sein. Mittels der Verstellmechanik werden die Flügel gemäß der bevorzugten Ausführungsform anders relativ zum Rotationskörper gestellt, um den Anstellwinkel und Einstellwinkel zu ändern. Die Verstellmechanik greift bei jedem Flügel 16, 18 an seiner vorderen und der hinteren Lagerstelle (vorliegend das vordere und hintere Längsende 20, 22 jedes Flügels 16, 18) an.Adjustment mechanism to change the angle of attack α (FIG. 5) to the flow S. According to the preferred embodiment, the blades are set differently relative to the rotating body by means of the adjustment mechanism in order to change the angle of attack and angle of attack. The adjustment mechanism acts on each wing 16, 18 at its front and rear bearing points (in the present case the front and rear longitudinal ends 20, 22 of each wing 16, 18).

Die Verstellung kann per Hand oder motorisch erfolgen. Hierzu ist anstelle derThe adjustment can be done by hand or by motor. Instead of the

Schraube 96 ein Kegelrad 98 vorgesehen (Fig. 6), das über einen schwenkbarenScrew 96 provided a bevel gear 98 (Fig. 6) which is pivotable

Verstellhebel 110 schwenkbar mit der Hülse 92 verbunden und eine Drehung derselben und damit des in Fig. 7 gezeigten Flügelendes (Längsende 22) und damit eine Anstellwinkeländerung hervorrufen kann.Adjusting lever 110 is pivotally connected to sleeve 92 and can cause rotation thereof and thus the wing end (longitudinal end 22) shown in FIG. 7 and thus a change in the angle of attack.

Das Kegelrad 98 ist Teil eines Differentialgetriebes, das auch noch ein Kegelrad 98' und einen Verstellhebel 110 für den anderen Flügel und ein Antriebskegelrad 100 umfaßt, so daß die Verstellbewegungen zwischen den benachbarten Flügelenden (Längsenden 22) synchronisiert sind. Das Antriebskegelrad 100 ist mit einer von Hand oder motorisch verstellbaren Antriebswelle 102 gekoppelt. Über eine Koppelungswelle 104 steht das Antriebskegelrad 100 mit einem Antriebskegelrad eines entsprechenden Differentials in einem entsprechend dem Lagerbock 94 ausgebildeten Lagerbock 106 zur Aufnahme der vorderen Flügelenden (Längsenden 20) in permanenter Verbindung, so daß nicht nur eine Koppelung der Verstellbewegungen beider Flügel 16, 18 an einem Ende, sondern auch eine Koppelung von Verstellbewegungen an den vorderen und den hinteren Flügelenden erreicht wird. Wie in Figur 6 dargestellt sind die Lagerböcke 94, 106 aber so angeordnet, daß die Drehachsen DK1, DK2 der einem Flügel 16, 18 zugeordneten Kegelräder 90° zueinander stehen. Die vorderen Kegelräder stehen im übrigen ebenfalls über kurze schwenkbare Verstellhebel 110' schwenkbar mit den vorderen Flügelenden 20 in Verbindung, die über je eine Schwenkachse DF1 und DF2 mit den Flügelenden gekoppelt sind. Die zugeordneten Verstellhebel 110, 110' jedes Flügels stehen ebenfalls 90° zueinander. In den Figuren 5 und 6 sind die Verstellbewegungen mit Pfeilen dargestellt. Über den Verstellmechanismus lassen sich nicht nur die Anstellwinkel , sondern auch die Kurve K, also die Flügelkrümmung und damit der Einstellwinkel verstellen. So ist es beispielsweise möglich, den vorderen Hälften der in Seitenansicht umgelegten „8", also den vorderen Flügelabschnitten 36, einen größeren Abstand r von der Drehwelle 10 zu geben als den hinteren Hälften, d.h. den hinteren Flügelabschnitten 38.The bevel gear 98 is part of a differential gear, which also includes a bevel gear 98 'and an adjusting lever 110 for the other wing and a drive bevel gear 100, so that the adjustment movements between the adjacent wing ends (longitudinal ends 22) are synchronized. The drive bevel gear 100 is coupled to a manually or motor-adjustable drive shaft 102. Via a coupling shaft 104, the drive bevel gear 100 is connected to a drive bevel gear of a corresponding differential in a bearing pedestal designed in accordance with the pedestal 94 106 for receiving the front wing ends (longitudinal ends 20) in permanent connection, so that not only a coupling of the adjusting movements of the two wings 16, 18 is achieved at one end, but also a coupling of adjusting movements at the front and rear wing ends. As shown in Figure 6, the bearing blocks 94, 106 are arranged so that the axes of rotation DK1, DK2 of the bevel gears 16, 18 associated 90 ° to each other. The front bevel gears are also pivotally connected to the front wing ends 20 via short pivotable adjusting levers 110 ', which are coupled to the wing ends via a pivot axis DF1 and DF2. The assigned adjustment levers 110, 110 'of each wing are also at 90 ° to each other. In Figures 5 and 6, the adjustment movements are shown with arrows. Not only the angle of attack can be adjusted via the adjustment mechanism, but also the curve K, i.e. the wing curvature and thus the angle of attack. For example, it is possible to give the front halves of the "8" folded over in side view, ie the front wing sections 36, a greater distance r from the rotary shaft 10 than the rear halves, ie the rear wing sections 38.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Flügel an den vorderen und hinteren Längsenden 22, 24 mittels der Verstellhebel 110, 110' zum Rotationskörper verstellt werden. Wird zum Beispiel der vordere Verstellhebel 110' um die Achse DK2 nach vorne geschwenkt, dann wird synchronisiert hierzu der Verstellhebel 110 nach vorne geschwenkt, so daß sich eine überlagerte Schwenkbewegung um zwei Achsen ergibt, ohne daß damit eine elastische Verformung der Flügel 16, 18 verbunden wäre. This is achieved in that the wings at the front and rear longitudinal ends 22, 24 are adjusted to the rotating body by means of the adjusting lever 110, 110 '. If, for example, the front adjusting lever 110 'is pivoted forward about the axis DK2, then the adjusting lever 110 is synchronized for this purpose pivoted forward, so that there is a superimposed pivoting movement about two axes, without an elastic deformation of the wings 16, 18 being associated therewith would.

Claims

Patentansprüche claims

1. Strömungskraftmaschine mit einer Drehachse (A), die ein vorderes und ein hinteres Achsenende hat, und wenigstens zwei entgegengesetzten Flügeln (16, 18) mit einem Tragflügelprofil mit einer Vorder- und einer Hinterkante (VK, HK),1. fluid-flow engine with an axis of rotation (A), which has a front and a rear axis end, and at least two opposite wings (16, 18) with an airfoil profile with a front and a rear edge (VK, HK),

wobei jeder Flügel (16, 18) im wesentlichen längs der Oberfläche eines gedachten Rotationskörpers verläuft, dessen Achse mit der Drehachse (A) zusammenfällt und der durch Rotation einer bogenförmigen, stetig gekrümmten Kurve (K) entsteht,wherein each wing (16, 18) runs essentially along the surface of an imaginary body of revolution, the axis of which coincides with the axis of rotation (A) and which arises from the rotation of an arcuate, continuously curved curve (K),

die einen dem vorderen Achsenende nahen Kurvenanfang und ein dem hinteren Achsenende nahes Kurvenende hat,which has a curve start close to the front axis end and a curve end close to the rear axis end,

wobei die Kurve (K) zwischen Kurvenanfang und Kurvenende bogenförmig radial nach außen gekrümmt ist,the curve (K) between the beginning and end of the curve being curved radially outwards,

wobei der Scheitelpunkt (SP) der Kurve (K) den maximalen Abstand von der Drehachse (A) hat und wobei jeder Flügel (16, 18) zwischen seinem vorderen und hinteren Längsende (20,22) S-förmig verläuft,wherein the vertex (SP) of the curve (K) has the maximum distance from the axis of rotation (A) and each wing (16, 18) runs in an S-shape between its front and rear longitudinal ends (20, 22),

dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that

jeder Flügel (16, 18) von seinem vorderen Längsende (20) bis nahe zum Scheitelpunkt (SP) eine sich stetig abnehmende Flügeldicke (d) und nach dem Scheitelpunkt (SP) bis zum hinteren Längsende (22) eine wieder stetig zunehmende Flügeldicke (d) hat.each wing (16, 18) from its front longitudinal end (20) to close to the apex (SP) a continuously decreasing wing thickness (d) and after the apex (SP) to the rear longitudinal end (22) a continuously increasing wing thickness (d ) Has.

2. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflügelprofil jedes Flügels (16, 18) in Drehachsenrichtung gesehen so in sich verdreht ist,2. Fluid power machine according to claim 1, characterized in that the aerofoil profile of each wing (16, 18) is rotated as seen in the direction of the axis of rotation,

daß auf einem hinteren Flügelabschnitt die Vorderkante (VK) näher an der gedachten Oberfläche des Rotationskörpers und näher an der Drehachse (A) liegt als die radial weiter von der Oberfläche und von der Drehachse (A) entfernt verlaufende Hinterkante (HK) undthat on a rear wing section the front edge (VK) is closer to the imaginary surface of the rotating body and closer to the axis of rotation (A) than the trailing edge (HK) extending radially further from the surface and from the axis of rotation (A) and

daß auf einem vorderen Flügelabschnitt die Hinterkante (HK) näher an der gedachten Oberfläche und näher an der Drehachse (A) liegt als die radial weiter von der Oberfläche des Rotationskörpers und weiter von der Drehachse (A) entfernt verlaufende Vorderkante (VK).that on a front wing section, the rear edge (HK) is closer to the imaginary surface and closer to the axis of rotation (A) than the front edge (VK), which extends radially further from the surface of the rotating body and further from the axis of rotation (A).

3. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Flügeldicke (d) über die Längserstreckung (LE) des Flügels (16, 18) kontinuierlich abnimmt, vorzugsweise im wesentlichen umgekehrt proportional zum Abstand der Vorderkante (VK) zur Drehachse (A) ist.3. Fluid power machine according to claim 1 or 2, characterized in that the course of the wing thickness (d) over the longitudinal extent (LE) of the wing (16, 18) decreases continuously, preferably substantially inversely proportional to the distance of the front edge (VK) to the axis of rotation (A) is.

4. Strömungskraftmaschine nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Flügeltiefe (t) zur Flügeldicke (d) über die Längserstreckung des Flügels (16, 18) gleich bleibt.4. Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the wing depth (t) to the wing thickness (d) remains the same over the longitudinal extent of the wing (16, 18).

5. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper ein Ellipsoid ist.5. Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating body is an ellipsoid.

6. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper eine Kugel ist.6. Fluid power machine according to claim 5, characterized in that the rotating body is a ball.

7. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper durch ein gedachtes flexibles Seil gebildet ist, dessen Enden an der Drehachse (A) befestigt sind und das um die Drehachse (A) rotiert, wobei das Seil die Kurve (K) bildet.7. Fluid power machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotary body is formed by an imaginary flexible cable, the ends of which are attached to the axis of rotation (A) and which rotates about the axis of rotation (A), the cable turning the curve (K) forms.

8. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Flügel (16, 18) in jeder Schnittebene senkrecht zur Drehachse (A) punktsymmetrisch zueinander, bezogen auf den Schnittpunkt der Drehachse (A) mit der Schnittebene, sind.8. Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that the profiles of the wings (16, 18) in each section plane perpendicular to the axis of rotation (A) are point-symmetrical to one another, based on the intersection of the axis of rotation (A) with the section plane.

9. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bogenförmige Halterungsstange (50), die sich außen um den von den Flügeln (16, 18) durchlaufenen Raum von einem vorderen zu einem hinteren Drehwellenlager (12, 14) erstreckt, wobei die Halterungsstange (50) über Bügelschellen (52) an einem Sockel (54) geklemmt ist.9. Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized by an arcuate support rod (50), which is outside extends around the space through which the wings (16, 18) pass from a front to a rear rotary shaft bearing (12, 14), the mounting rod (50) being clamped to a base (54) by means of clamps (52).

10. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Bremse vorgesehen ist, die bei10. Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that an electric brake is provided, which at

Überlast die Drehwelle abbremst.Overload brakes the rotating shaft.

11. Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich vorzugsweise selbststeuernde Verstellmechanik zu Änderung des Anstellwinkels ( ) der Flügel (16, 18) vorgesehen ist.11. Fluid power machine according to one of the preceding claims, characterized in that a preferably self-regulating adjusting mechanism for changing the angle of attack () of the wings (16, 18) is provided.

12. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmechanik eine Koppelung der Verstellbewegungen beider Flügel (16, 18) aufweist.12. Fluid power machine according to claim 11, characterized in that the adjusting mechanism has a coupling of the adjusting movements of the two wings (16, 18).

13. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmechanik an der vorderen und der hinteren13. Fluid power machine according to claim 11 or 12, characterized in that the adjusting mechanism on the front and the rear

Lagerstelle wenigstens eines Flügels (16, 18) angreift und eine Koppelung von Verstellbewegungen an der vorderen und der hinteren Lagerstelle vorsieht.Bearing point of at least one wing (16, 18) attacks and provides a coupling of adjustment movements at the front and rear bearing point.

14. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmechanik am vorderen und hinteren Längsende (20, 22) jeweils einen schwenkbaren Verstellhebel (110, 110') umfaßt, an dem das zugeordnete Längsende (20, 22) befestigt ist und deren Schwenkachsen 90° zueinander stehen und wobei die Längsenden (20, 22) eines Flügels (16, 18), in Drehachsrichtung gesehen, 90° versetzt zueinander angeordnet sind.14. Fluid power machine according to one of claims 11 to 13, characterized in that the adjusting mechanism at the front and rear longitudinal ends (20, 22) each comprises a pivotable adjusting lever (110, 110 ') to which the associated longitudinal end (20, 22) is attached and the pivot axes of which are 90 ° to one another and the longitudinal ends (20, 22) of a wing (16, 18), viewed in the direction of the axis of rotation, are arranged offset by 90 ° to one another.

15. Verfahren zum Steuern der Strömungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehachse (A) um eine vertikale Achse15. The method for controlling the fluid flow engine according to one of the preceding claims, wherein the axis of rotation (A) about a vertical axis

(60) schwenkbar ist, um den Anstellwinkel der Drehachse (A) zur Strömungsrichtung (S) zu verändern, wobei bis zum Erreichen einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit die Drehachse (A) in Strömungsrichtung und ab Überschreiten der vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit die Drehachse (A) stetig schräg zur Strömungsrichtung (S) verstellt wird.(60) can be pivoted in order to change the angle of attack of the axis of rotation (A) to the direction of flow (S), wherein the rotational axis (A) is adjusted in the flow direction until a predetermined flow velocity is reached and the rotational axis (A) is continuously inclined to the flow direction (S) when the predetermined flow velocity is exceeded.

16. Verfahren zum Herstellen eine Flügels (16, 18) für eine16. A method of manufacturing a wing (16, 18) for a

Strömungskraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daßFluid power machine, in particular according to one of claims 1 to 14, characterized in that

die Flügel (16, 18) aus Glas- oder Kohlefasergewebe oder -matten (74) hergestellt werden, wobei jeder Flügel (16, 18) zwischen der Flügeloberseite (70) und - Unterseite (72) hohl und verrippt ist,the wings (16, 18) are made from glass or carbon fiber fabric or mats (74), each wing (16, 18) being hollow and ribbed between the upper side (70) and lower side (72) of the wing,

wobei die Rippen ebenfalls aus einem Glas- oder Kohlefasergewebe oder -matte (74) sind,the ribs also being made of a glass or carbon fiber fabric or mat (74),

wobei das Gewebe oder die Matte (74) für die Rippen flüssigkeitsgetränkt und zwischen Flügeloberseite (70) und -Unterseite (72) positioniert wird und zwischen dem Gewebe oder der Matte (74) für die Rippen und der Flügeloberseite (70) und/oder -Unterseite (72) ein aufweitbarer, flexibler Schlauch (80) positioniert wird,wherein the fabric or mat (74) for the ribs is soaked in liquid and is positioned between the wing top (70) and underside (72) and between the fabric or mat (74) for the ribs and the wing top (70) and / or - An expandable, flexible hose (80) is positioned on the underside (72),

wobei der Schlauch (80) anschließend so stark befüllt und aufgeweitet wird, daß das Gewebe oder die Matte (74) für die Rippen abschnittsweise gegen die Flügeloberseite (70) und/oder -Unterseite (72) gedrückt wird undwherein the tube (80) is then filled and expanded so much that the fabric or mat (74) for the ribs is pressed in sections against the upper side of the wing (70) and / or underside (72) and

wobei der Flügel (16, 18) anschließend ausgehärtet wird.the wing (16, 18) is then cured.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte17. The method according to claim 16, characterized in that the used

Schlauch (80) aus getränkter Glasfaser oder Kohlefaser besteht und die FasernHose (80) consists of impregnated glass fiber or carbon fiber and the fibers

(F) schräg zur Längserstreckung des Schlauches (80) verlaufen, wobei der Schlauch (80) ebenfalls ausgehärtet wird und zumindest einen Abschnitt einer(F) run obliquely to the longitudinal extent of the hose (80), the hose (80) also being cured and at least a section of one

Rippe bildet. Rib forms.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (16, 18) aus mehreren in Drehachsenrichtung aneinandergrenzenden, separate Teile bildenden Abschnitten zusammengesetzt ist.18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that the wing (16, 18) is composed of a plurality of mutually adjacent sections forming separate parts.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche benachbarter Abschnitte eine Aufnahmebuchse für in sie eingeführte Verbindungsstifte bilden, die aneinander angrenzende Abschnitte des Flügels (16, 18) miteinander verbinden.19. The method according to claims 17 and 18, characterized in that the hoses of adjacent sections form a receiving bushing for connecting pins inserted into them, which connect adjacent sections of the wing (16, 18) to one another.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herstellen der Abschnitte ein flexibler, aufweitbarer, flüssigkeitsgetränkter Schlauch (80) aus Glasfaser oder Kohlefaser durch das Innere der Abschnitte geführt und anschließend aufgeweitet wird, bis er an den Rippen und/oder der Flügeloberseite (70) und/oder -Unterseite (72) anliegt, und daß der Schlauch (80) anschließend ausgehärtet wird.20. The method according to claim 18, characterized in that after the manufacture of the sections, a flexible, expandable, liquid-impregnated tube (80) made of glass fiber or carbon fiber is guided through the interior of the sections and then expanded until it on the ribs and / or the Wing top (70) and / or underside (72) abuts, and that the hose (80) is then cured.

21. Flügellagerang, mit einem Flügel (16, 18), der zumindest abschnittsweise aus einem schlauchförmigen Fasermaterial besteht, wobei ein Ring (82) am lagerseitigen Ende des Schlauchs (80) vom Schlauch (80) dadurch umgeben ist, daß das Schlauchende (84) um den Ring (82) gestülpt und mit dem Schlauch (80) nahe seines Endes durch Aushärten verbunden ist, und wobei ein Konus (86) und ein Gegenstück, vorzugsweise einen Gegenkonus (90), vorgesehen sind, zwischen denen das Schlauchende (84) und der mit ihm verbundene Abschnitt des Schlauchs (80) geklemmt sind.21. Wing bearing ring, with a wing (16, 18) which consists at least in sections of a tubular fiber material, a ring (82) at the bearing end of the tube (80) being surrounded by the tube (80) in that the tube end (84 ) placed around the ring (82) and connected to the hose (80) near its end by curing, and wherein a cone (86) and a counterpart, preferably a counter cone (90), are provided, between which the hose end (84 ) and the section of the hose (80) connected to it are clamped.

22. Flügellagerung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (86) oder das Gegenstück einen Absatz (88) hat, auf dem der Ring (82) sitzt. 22. Wing bearing according to claim 21, characterized in that the cone (86) or the counterpart has a shoulder (88) on which the ring (82) sits.