WO2012020041A1 - Vorrichtung zur umsetzung der energie eines strömenden mediums - Google Patents

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WO2012020041A1
WO2012020041A1 PCT/EP2011/063740 EP2011063740W WO2012020041A1 WO 2012020041 A1 WO2012020041 A1 WO 2012020041A1 EP 2011063740 W EP2011063740 W EP 2011063740W WO 2012020041 A1 WO2012020041 A1 WO 2012020041A1
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flow
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Hermann Riegerbauer
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Hermann Riegerbauer
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a device for converting the energy of a flowing medium into a rotational movement with a rotatably mounted base body wherein the axis of rotation of the base body extends approximately normal to the direction of flow and wherein the base body is provided with a blade arrangement.
  • DE 1 982 6475 A1 discloses a device for converting mechanical energy contained in wind into electrical energy with a device for converting the wind energy into a rotational movement and a dynamo device with a rotor and a stator for converting the rotational movement into electrical energy
  • Means comprises a plurality of wind catcher surfaces equidistant from a rotor driving perpendicular to the wind direction provided axis, wherein a part of the wind catcher surfaces in one direction with the wind is movable and another part of the wind catcher surfaces in a direction against the wind is movable and a device is provided which causes the effective wind resistance of those windscreen areas, which are moved in a direction against the wind, is reduced.
  • the axis of rotation corresponds approximately to the wind direction and the rotor blades can implement the energy of the flowing medium in a rotational movement by tilting.
  • wheels for converting the energy of moving water e.g. oversized, mid-level or undershot waterwheels to Pelton, Francis or Kaplan turbines known.
  • a disadvantage of many of the prior art devices is that they are designed only for a very narrow mass flow range. Outside this range, the efficiency of the energy conversion drops sharply. To counteract this negative effect, there are basically two options. One possibility is the regulation of the flowing medium through guide plates, guide flaps, locks or diffuser devices.
  • the other possibility is the change of the blade geometry and the orientation of the blade to the flow direction of the medium.
  • variable devices have the disadvantage that they are expensive to manufacture, expensive to maintain and thus often not profitable in practice.
  • the object of the invention is to provide a device for converting the energy of a flowing medium in a rotary motion, which has a high efficiency, this efficiency over a wide mass flow spectrum maintains and which is simple and inexpensive in construction, maintenance and operation.
  • At least one blade assembly is arranged on the base body, which comprises a plurality of along a curved center line slats and wherein the lamellae have a curvature, the vertices point in the direction of rotation.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 2 shows the same embodiment as Fig. 1 with drawn construction lines.
  • Fig. 3 shows an embodiment with partial masking and three blade arrangements.
  • Fig. 4 shows an embodiment with four blade assemblies.
  • Fig. 5 shows another embodiment with masking.
  • Fig. 1 shows a device for converting the energy of a flowing medium into a rotary motion, with a base body 1 which is rotatably mounted about the rotation axis 2.
  • the axis of rotation 2 extends in this view projecting and is approximately normal to the direction of flow 3 of the flowing medium 4.
  • An output shaft 24 is shown.
  • the flowing medium 4 such as wind or flowing water of a river
  • the flow can also be focused by baffles or similar devices. It may be the entire surface of the body and the device in total surrounded by the medium. In the case of a river power plant, however, the basic body may also be partially immersed, similar to a waterwheel.
  • the direction of the axis of rotation (2) can be arranged vertically or horizontally, but also occupy all intermediate positions.
  • Slats 5 are provided on the main body 1, which rise in a prismatic shape approximately parallel to the axis of rotation 2 from the main body 1 or are provided on this.
  • the lamellae 5 have a curvature, wherein the curvature has a vertex 6, which points in the direction of rotation 7 of the main body 1 in an advantageous manner.
  • the lamellae are arranged along an arcuate center line 8, which extends from an inner, ie Drehachs-close, bent position outwards.
  • the lamellae 5 arranged successively along the center line together form a blade arrangement 9 which has an inflow point 10, an end region 11, an inner contour 12 and an outer contour 13.
  • the inflow point corresponds to the point at which the relative velocity of the medium 4 to the main body 1 is equal or approximately zero under the influence of the medium flow and the rotation of the main body.
  • the flow separates into two flows, the inner flow of the inner contour 12 and the outer flow of the outer contour 13 follows.
  • the outer and the inner contour 12, 13 form a wing-shaped envelope, wherein the inner contour 12 is shorter than the outer contour 13.
  • the airfoil shape is only partially formed by the slats 5.
  • the contour is given by the medium itself, similar to a Rankine vertebra or Rankine body.
  • the slats 5 themselves are, as mentioned above, curved, wherein the thickness of the slats 5 decreases in this embodiment to the lateral ends.
  • the lamellae furthermore have a lamella width 14, wherein in the embodiment described this has its maximum width along a radial straight line starting from the axis of rotation 2.
  • Quadrant I the main body is divided into four quadrants: Quadrant I 15, Quadrant II 16, Quadrant III 17 and Quadrant IV 18.
  • the movement of the wheel takes place in that a force acts on the base body 1 at a certain distance from the rotation axis 2 and thus generates a torque.
  • forces are, for example, dynamic pressure forces, impulse forces due to deflection of a mass flow, Bernoullian compressive forces due to the flow around an asymmetric airfoil profile, but also media resistance forces, which can be varied depending on the medium resistance coefficient and the impacted surface, etc.
  • flow rate i. Speed and mass flow of the flow, geometric location on the body, rotational speed of the body, geometry of the lamellae or blade arrangements, the different types of forces come to bear different degrees.
  • the fins In quadrant I 15, the fins to a large extent with their inner concave side in the direction of flow direction 3 of the flowing medium 4.
  • the fins are, as noted above, arranged along the center line 8 on the base body 2.
  • flow channels 19 are formed between the slats. These each have an inlet 21 on the outer side and an outlet 20 on the inner side. If the blade assembly 9 and its fins 5 is flown, the flow in the flow channels 19 is diverted so that the momentum of the flow in the change the flow direction is transmitted to the base body 1.
  • the direction of the force caused by the diversion of the mass flow of the medium is approximately coincident with the direction of the tangent 22 in the region of the flow channel with respect to the axis of rotation 2.
  • the inlet angle of the flow related on the tangent 22 in approximately the exit angle of the flow from the flow channel 19 with respect to the tangent 22 corresponds.
  • inlet 21 and outlet 20 have been previously described, then note the following: As the wheel continues to rotate, there comes a point where the fins are flown in from the other side or the flow between two fins reverses. Thus, the entrance to the exit and the exit to the entrance can be.
  • the pulse can be converted by the diversion in different ways.
  • the momentum of the flow if the absolute flow velocity at the outlet 20 of the flow channel 19 corresponds to the rotational speed of the base body at this point, considered differently, the relative velocity between the flowing medium and the base body at least one point of the body is equal to zero.
  • the energy of the flow is already destroyed by the diversion in the flow channel 19 and the dynamic pressure occurring in the convex region of the fins and transferred to the base body 2 in the form of momentum and pressure forces.
  • the flow With a larger mass flow and higher speed, it may also happen that the flow is not completely decelerated by the diversion in the channel 19 and thus exits the outlet 20 and subsequently encounters the lamellae of the opposite blade arrangement. There, the flow can in turn enter the channel 19 and convert by a repeated deflection the remaining momentum into a torque about the rotation axis 2 of the base body 1.
  • the cross section of the outlet 20 and the cross section of the inlet 21 may have a different size, for example to achieve a nozzle effect.
  • the lamellae 5 of the blade arrangement 9 are in a position in which the flow of the medium 4 experiences a high resistance to the passage of the channels 19. This is because, due to the crescent-shaped design of the lamellae and the rotational position of the basic body, it is not the inlet openings of the flow channels that point in the direction of flow, but rather the lateral surfaces of the lamellae. Furthermore, by the rotation of the base body about the rotation axis 2, a media flow around the blade arrangement is formed, which also makes it more difficult for transverse flows to be able to flow through the blades. In this area, the end region 11 of the blade arrangement 9 acts like a sail or a flown surface.
  • the quadrant III 17 and VI 18 now has the vertex 6 of the blade assembly against the direction of flow 3 of the medium 4. Due to the egg-shaped formation of the lamellae, the flow in the region of this vertex divides into two flows, the one flow flows along the outer contour 13 along and the other flow along the inner contour 12 extends.
  • the length of the outer contour is greater than the length of the inner contour, whereby on the outside of the blade assembly, a negative pressure and on the inside of the blade assembly creates an overpressure. Because the contour of the blade arrangement is bent or spirally outwards, these pressure forces (buoyancy forces) can also be converted into a torque about the axis of rotation 2.
  • the wing profile results partly from the shape of the individual slats, but partly also from medium flows.
  • the airfoil profile is similar to a Rankine vortex or a Rankine body.
  • the direction of movement of the blade assembly is directed against the direction of flow of the medium 4. Since, however, the fins from the front, ie the direction of the vertex, have a lower coefficient of resistance than in quadrant I, where they are flowed from behind, this force affects the efficiency only slightly.
  • FIG. 3 shows a base body 1 mounted about an axis of rotation 2, wherein the left side and thus rotating against the direction of flow 3 is covered with a masking 22.
  • three blade assemblies are provided. These blade arrangements also each consist of lamellae 8, which are arranged along a, spirally outwardly extending contour.
  • Fig. 4 also shows schematically a plan view of a base body 1, which is rotatably arranged about a rotation axis 2, wherein from the main body prism-shaped, approximately parallel to the rotation axis 2 lamellae 5, which along a contour 8 extending a blade assembly 9 result.
  • four such blade assemblies 9 are arranged.
  • the masking 22 is provided as a flow-guiding inlet mask, which directs the flowing medium 4 without disturbing turbulence on the quadrants 1 and II.
  • Abströmlamellen 25 are arranged in the outflow region of the device, which are arranged stationary with the masking 22, so do not rotate with the main body.
  • the bearing of the rotatable base body and, if appropriate, the attachment of the masking and the discharge nozzles can be provided on a platform arranged in the flow of the medium.
  • An advantageous arrangement for a waterwheel can also be the arrangement on a pontoon that floats in the water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung der Energie eines strömenden Mediums in eine Drehbewegung mit einem drehbar gelagerten Grundkörper, wobei die Drehachse des Grundkörpers etwa so normal zur Anströmrichtung verläuft, wobei am Grundkörper mindestens eine Schaufelanordnung angeordnet ist.

Description

VORRICHTUNG ZUR UMSETZUNG DER ENERGIE EINES STRÖMENDEN MEDIUMS
1
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung der Energie eines strömenden Mediums in eine Drehbewegung mit einem drehbar gelagerten Grundkörper wobei die Drehachse des Grundkörpers etwa normal zur Anströmrichtung verläuft und wobei am Grundkörper eine Schaufelanordnung vorgesehen ist.
Vorrichtungen zur Umsetzung von Energie eines strömenden Mediums in eine Drehbewegung wie beispielsweise Windräder, Wasserräder und dergleichen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen in die Patentliteratur eingegangen.
Die DE 1 982 6475 A1 beispielsweise zeigt eine Vorrichtung zur Umwandlung von in Wind enthaltender mechanischer Energie in elektrischer Energie mit einer Einrichtung zum Wandeln der Windenergie in eine Rotationsbewegung und einer Dynamoeinrichtung mit einem Rotor und einem Stator zum Wandeln der Rotationsbewegung in elektrischer Energie, wobei die Einrichtung eine Mehrzahl von Windfangflächen enthält, die äquidistant von einem den Rotor treibenden senkrecht zur Windrichtung vorgesehenen Achse angeordnet sind, wobei ein Teil der Windfangflächen in eine Richtung mit dem Wind bewegbar ist und ein anderer Teil der Windfangflächen in eine Richtung gegen den Wind bewegbar ist und eine Einrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, dass der effektive Windwiderstand derjenigen Windfangflächen, die in eine Richtung gegen den Wind bewegt sind, reduziert ist.
Ferner sind seit geraumer Zeit Windräder bekannt, deren Drehachse in etwa der Windrichtung entspricht und deren Rotorblätter durch Schrägstellung die Energie des strömenden Mediums in eine Drehbewegung umsetzen können.
Des weiteren sind Räder zur Umsetzung der Energie von bewegtem Wasser wie z.B. oberschlächtige, mittelschlächtige oder unterschlächtige Wasserräder bis hin zu Pelton-, Francis- oder Kaplanturbinen bekannt.
Nachteilig an vielen dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen ist, dass sie nur für einen sehr engen Massenstrombereich ausgelegt sind. Abseits dieses Bereichs fällt der Wirkungsgrad der Energieumsetzung stark ab. Um diesem negativen Effekt entgegenzuwirken gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten. Die eine Möglichkeit ist die Regulierung des strömenden Mediums durch Leitbleche, Leitklappen, Schleusen oder Diffusorvorrichtungen.
Die andere Möglichkeit ist die Veränderung der Schaufelgeometrie und der Ausrichtung der Schaufein zur Strömrichtung des Mediums.
Derartige variable Einrichtungen bringen den Nachteil mit sich, dass sie in der Herstellung teuer, in der Wartung aufwendig und somit in der Praxis oft nicht rentabel sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Umsetzung der Energie eines strömenden Mediums in eine Drehbewegung zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist, diesen Wirkungsgrad über ein breites Massenstromspektrum beibehält und die dabei einfach und günstig in Konstruktion, Wartung und Betrieb ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass am Grundkörper mindestens eine Schaufelanordnung angeordnet ist, die eine Mehrzahl von entlang einer gebogen verlaufenden Mittellinie Lamellen umfasst und wobei die Lamellen eine Krümmung aufweisen, deren Scheitelpunkte in Drehrichtung weisen. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. in weiterer Folge wird die Erfindung anhand einiger schematischer Ausführungsbeispiele weiter beschrieben:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt dieselbe Ausführung wie Fig. 1 mit eingezeichneten Konstruktionslinien. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit teilweiser Maskierung und drei Schaufelanordnungen.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform mit vier Schaufelanordnungen.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung mit Maskierung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Umsetzung der Energie eines strömenden Mediums in eine Drehbewegung, mit einem Grundkörper 1 , der um die Rotationsachse 2 drehbar gelagert ist. In den Figuren sind die Abnahme der Drehbewegung und die Umwandlung der Drehenergie in nutzbare Energie wie beispielsweise Elektrizität nicht dargestellt. Die Drehachse 2 verläuft in dieser Ansicht projizierend und steht etwa normal zur Anströmrichtung 3 des strömenden Mediums 4. Eine Abtriebswelle 24 ist eingezeichnet.
Das strömende Medium 4, etwa Wind oder auch fließendes Wasser eines Flusses, ist in dieser Ausführung als Parallelströmung angenommen. Die Strömung kann aber auch durch Leitbleche oder ähnliche Einrichtungen fokussiert werden. Es kann die gesamte Oberfläche des Grundkörpers und die Vorrichtung insgesamt von dem Medium umgeben sein. Im Falle eines Flusskraftwerks kann der Grundkörper aber, ähnlich einem Wasserrad, auch nur teilweise eingetaucht sein. Die Richtung der Drehachse (2) kann senkrecht oder auch waagrecht angeordnet sein, aber auch alle Zwischenpositionen einnehmen.
Am Grundkörper 1 sind Lamellen 5 vorgesehen, die sich prismenförmig etwa parallel zur Drehachse 2 aus dem Grundkörper 1 erheben bzw. an diesem vorgesehen sind. Die Lamellen 5 weisen eine Krümmung auf, wobei die Krümmung einen Scheitelpunkt 6 hat, der in vorteilhafter Weise in Drehrichtung 7 des Grundkörpers 1 weist. Die Lamellen sind entlang einer bogenförmig verlaufenden Mittellinie 8 angeordnet, welche sich von einer inneren, also Drehachs-nahen, Position gebogen nach außen erstreckt. Die entlang der Mittellinie aufeinander folgend angeordneten Lamellen 5 bilden zusammen eine Schaufelanordnung 9, welche einen Anströmpunkt 10, einen Endbereich 11, eine innenkontur 12 und eine Außenkontur 13 aufweist. Der Anströmpunkt entspricht dem Punkt, an dem die relative Geschwindigkeit des Mediums 4 zum Grundkörper 1 unter Einfluss der Mediumsströmung und der Rotation des Grundkörpers gleich oder annähernd Null ist An diesem Punkt trennt sich die Strömung in zwei Strömungen, wobei die innere Strömung der inneren Kontur 12 und die äußere Strömung der äußeren Kontur 13 folgt. Vorteilhafter Weise bilden die äußere und die innere Kontur 12, 13 eine tragflächenförmige Umhüllende, wobei die Innenkontur 12 kürzer ist als die Außenkontur 13. Begünstigt durch diese geometrische Konfiguration entsteht bei Rotation der Schaufelanordnung um die Drehachse 2 entlang der Außenkontur ein Unterdruck und entlang der Innenkontur ein Überdruck. Anzumerken ist, dass die Tragflächenform nur teilweise durch die Lamellen 5 gebildet ist. Zwischen den Lamellen 5 ist die Kontur durch das Medium selbst, ähnlich eines Rankine Wirbels bzw. Rankine Körpers gegeben. Die Lamellen 5 selbst sind, wie weiter oben erwähnt, gekrümmt ausgeführt, wobei die Dicke der Lamellen 5 in dieser Ausführungsform zu den seitlichen Enden abnimmt. Die Lamellen weisen weiters eine Lamellenbreite 14 auf, wobei diese in der beschriebenen Ausführungsform entlang einer radialen Gerade ausgehend von der Drehachse 2 ihre maximale Breite aufweist.
Anhand der Fig. 2 werden in weiterer Folge die detaillierten Vorgänge zur Umsetzung der Strömungsenergie des Mediums 4 in eine Drehbewegung des Grundkörpers 1 um die Drehachse 2 beschrieben:
Zu diesem Zweck wird der Grundkörper in vier Quadranten: Quadrant I 15, Quadrant II 16, Quadrant III 17 und Quadrant IV 18 unterteilt.
Grundsätzlich erfolgt die Bewegung des Rades dadurch, dass eine Kraft in einem gewissen Abstand zur Drehachse 2 an den Grundkörper 1 angreift und damit ein Drehmoment erzeugt. Diese Kräfte sind beispielsweise Staudruckkräfte, Impulskräfte durch Umlenkung eines Massenstroms, bernoullische Druckkräfte durch die Umströmung eines asymmetrischen Tragflächenprofils aber auch Mediumswiderstandskräfte, die je nach Mediumswiderstandsbeiwert und angeströmter Fläche variierbar sind, etc.
Je nach Strömungsrichtung, Strömungsstärke, d.h. Geschwindigkeit und Massenstrom der Strömung, geometrischem Ort am Grundkörper, Drehgeschwindigkeit des Grundkörpers, Geometrie der Lamellen oder Schaufelanordnungen, kommen die unterschiedlichen Arten der Kräfte unterschiedlich stark zu tragen.
In Quadrant I 15 weisen die Lamellen zu einem großen Teil mit ihrer inneren konkaven Seite Richtung Anströmrichtung 3 des strömenden Mediums 4. Die Lamellen sind, wie weiter oben angemerkt, entlang der Mittellinie 8 am Grundkörper 2 angeordnet. Durch die Aneinanderreihung der Lamellen sind zwischen den Lamellen Strömungskanäle 19 gebildet. Diese weisen jeweils einen Eintritt 21 an der äußeren Seite und einen Austritt 20 an der inneren Seite auf. Ist die Schaufelanordnung 9 und ihre Lamellen 5 angeströmt, so wird die Strömung in den Strömungskanälen 19 umgeleitet, sodass der Impuls der Strömung bei der Änderung der Strömungsrichtung auf den Grundkörper 1 übertragen wird. In vorteilhafter Weise ist die Richtung der Kraft, die durch die Umleitung des Massenstroms des Mediums hervorgerufen wird, in etwa übereinstimmend mit der Richtung der Tangente 22 im Bereich des Strömungskanals bezogen auf die Drehachse 2. Man kann demnach sagen, dass der Eintrittswinkei der Strömung bezogen auf die Tangente 22 in etwa dem Austrittswinkel der Strömung aus dem Strömungskanal 19 bezogen auf die Tangente 22 entspricht. Es kann sich aber auch als vorteilhaft erweisen, den Austrittswinkel derartig zu wählen, dass ein Teil des Massenstroms in die Mitte des Grundkörpers geleitet wird, um bei genügend Restimpuis auf die gegenüberliegende Seite des Grundkörpers 1 und somit auf eine weitere Schaufelanordnung und deren Lamellen zu treffen. Wenn zuvor Eintritt 21 und Austritt 20 beschrieben sind, dann ist folgendes zu beachten: Wenn sich das Rad weiterdreht, kommt ein Punkt, an dem die Lamellen von der anderen Seite angeströmt werden bzw. sich die Strömung zwischen zwei Lamellen umkehrt. Somit kann der Eintritt zum Austritt und der Austritt zum Eintritt werden.
Bei variierendem Massenstrom des Mediums kann der Impuls durch die Umleitung auf unterschiedliche Art und Weisen umgewandelt werden. Als vollständig umgewandelt gilt der Impuls der Strömung, wenn die absolute Strömungsgeschwindigkeit am Austritt 20 des Strömungskanals 19 der Rotationsgeschwindigkeit des Grundkörpers an dieser Stelle entspricht, der anders betrachtet die Relativgeschwindigkeit zwischen dem strömenden Medium und dem Grundkörper an zumindest einer Stelle des Grundkörpers gleich null ist. Bei kleinem Massenstrom bzw. geringer Geschwindigkeit kann es sein, dass die Energie der Strömung schon durch die Umleitung im Strömungskanal 19 und den, im konvexen Bereich der Lamellen auftretenden, Staudruck vernichtet und in Form von Impuls- und Druckkräften auf den Grundkörper 2 übertragen ist. Bei größerem Massenstrom und höherer Geschwindigkeit kann es auch dazu kommen, dass die Strömung durch die Umleitung im Kanal 19 noch nicht vollständig abgebremst wird und somit aus dem Austritt 20 austritt und in weiterer Folge auf die Lamellen der gegenüberliegenden Schaufelanordnung trifft. Dort kann die Strömung wiederum in den Kanal 19 eintreten und durch eine abermalige Umlenkung den restlichen Impuls in ein Drehmoment um die Drehachse 2 des Grundkörpers 1 umwandeln. Zu diesem Zweck kann es von Vorteil sein, den Austrittswinkel des Austritts 20 derart zu wählen, dass dieser bezogen auf die Richtung der Tangente 22 größer ist und somit steiler Richtung Drehachse 2 austritt. Ferner kann der Querschnitt des Austritts 20 und der Querschnitt des Eintritts 21 eine unterschiedliche Größe aufweisen, um z.B. einen Düseneffekt zu erreichen.
Ein weiterer Effekt, der sich durch die spezielle Anordnung der Lamellen und der Schaufeianordnungen ergibt, ist, dass im Bereich der Drehachse 2 die Geschwindigkeit des strömenden Mediums 4 sehr gering ist, da dieser Bereich in nahezu allen Drehlagen von den Schaufeianordnungen abgedeckt ist. Der äußere Bereich der Schaufelanordnungen, insbesondere die Außenkontur ist durch die Drehung des Grundkörpers aber nahezu zu jedem Zeitpunkt zumindest mit der Geschwindigkeit der Rotation angeströmt. Allein durch diesen Geschwindigkeitsunterschied ergeben sich Auftriebskräfte, die durch die Schräge bzw. bogen- oder spiralförmig nach außen verlaufende Konfiguration der Schaufelanordnungen, in ein Drehmoment umgewandelt ist.
Im Quadranten II befinden sich die Lamellen 5 der Schaufelanordnung 9 in einer Stellung, in der die Strömung des Mediums 4 einen hohen Widerstand gegen das Durchströmen der Kanäle 19 erfährt. Dies aus dem Grund, da durch die sichelförmige Ausbildung der Lamellen und die Drehstellung des Grundkörpers nun nicht die Eintrittsöffnungen der Strömungskanäle Richtung Strömung weisen, sondern die seitlichen Flächen der Lamellen. Ferner ist durch die Drehung des Grundkörpers um die Drehachse 2 eine Medienströmung um die Schaufelanordnung ausgebildet, die es ebenfalls erschwert, dass Querströmungen durch die Lamellen hindurchströmen können. In diesem Bereich wirkt der Endbereich 11 der Schaufeianordnung 9 ähnlich einem Segel oder einer angeströmten Fläche. Die Strömung trifft auf diese als nahezu luftdicht anzusehende Fläche, wodurch ein Staudruck entsteht, der kombiniert mit der angeströmten Fläche eine Kraft erzeugt, welche wiederum durch ihren Normalabstand zur Drehachse 2 des Grundkörpers 1 ein Drehmoment hervorruft.
Im Quadranten III 17 und VI 18 weist nun der Scheitelpunkt 6 der Schaufelanordnung gegen die Anströmrichtung 3 des Mediums 4. Durch die sicheiförmige Ausbildung der Lamellen teilt sich die Strömung im Bereich dieses Scheitelpunktes in zwei Strömungen, wobei die eine Strömung an der Außenkontur 13 entlang strömt und die andere Strömung entlang der Innenkontur 12 verläuft. In vorteilhafter Weise, durch Ausbildung als tragflächenförmiges Gebilde, ist die Länge der Außenkontur größer als die Länge der Innenkontur, wodurch an der Außenseite der Schaufelanordnung ein Unterdruck und an der Innenseite der Schaufelanordnung ein Überdruck entsteht. Dadurch, dass sich die Kontur der Schaufelanordnung gebogen oder spiralförmig nach außen erstreckt, können auch diese Druckkräfte (Auftriebskräfte) in ein Drehmoment um die Drehachse 2 umgewandelt werden. Dabei ist anzumerken, dass sich das Tragflächenprofil teilweise aus der Form der einzelnen Lamellen, teilweise aber auch aus Mediumsströmungen ergibt. So ist, wie weiter oben angemerkt, im Bereich der Strömungskanäle das Tragflächenprofil ähnlich eines Rankine Wirbels oder eines Rankine Körpers ausgebildet. In den Quadranten Ml 17 und VI 18 ist die Richtung der Bewegung der Schaufelanordnung gegen die Anströmrichtung des Mediums 4 gerichtet. Da aber die Lamellen von vorne, also Richtung Scheitelpunkt angeströmt einen geringeren Widerstandsbeiwert aufweisen als in Quadrant I wo sie von hinten angeströmt werden, beeinträchtigt diese Kraft den Wirkungsgrad nur geringfügig.
Um auch diesen Widerstand zu minimieren kann, wie in Fig. 3 und 5 dargestellt, eine Abdeckung der Quadranten III und IV vorgenommen werden. Fig. 3 zeigt einen um eine Drehachse 2 gelagerten Grundkörper 1 , wobei die linke und somit gegen die Anströmrichtung 3 drehende Seite mit einer Maskierung 22 abgedeckt ist. Ferner sind anders als bei den Konfigurationen der Figuren 1 und 2 drei Schaufelanordnungen vorgesehen. Auch diese Schaufelanordnungen bestehen jeweils aus Lamellen 8, welche entlang einer, spiralförmig nach außen verlaufenden Kontur angeordnet sind.
Fig. 4 zeigt ebenfalls schematisch eine Aufsicht auf einen Grundkörper 1 , welcher drehbar um eine Drehachse 2 angeordnet ist, wobei sich von dem Grundkörper prismenförmig, in etwa parallel zur Drehachse 2 Lamellen 5 erheben, die entlang einer Kontur 8 verlaufend eine Schaufelanordnung 9 ergeben. In dieser Ausführungsform sind vier derartige Schaufelanordnungen 9 angeordnet. Durch die Vorsehung mehrerer Schaufelanordnungen treten weitere Strömungseffekte auf: Abgesehen von den oben beschriebenen Druck, Impuls und bernoullischen Kräften treten in diesem Fall auch Rückstoßkräfte auf. Betrachtet man einen ausgewählten Stromfaden 23, so tritt dieser zwischen zwei Schaufelanordnungen ein, verläuft in weiterer Folge durch einen Strömungskanal 19 und tritt an der Außenseite des Strömungskanals wieder aus. Durch gezielte Wahl der Eintritts- und Austrittsquerschnitte der Strömungskanäle kann dieser Düseneffekt weiter optimiert werden, um zusätzliches Drehmoment zu erzeugen.
In Fig. 5 ist die Maskierung 22 als strömungsleitende Einlaufmaske vorgesehen, die das strömende Medium 4 ohne störende Verwirbelung auf die Quadranten 1 und II leitet. Im Abströmbereich der Vorrichtung sind Abströmlamellen 25 angeordnet, die mit der Maskierung 22 ortsfest angeordnet sind, sich also nicht mit dem Grundkörper mitdrehen. Beispielsweise kann die Lagerung des drehbaren Grundkörpers und gegebenenfalls die Befestigung der Maskierung und der Abströmiamellen auf einer im Strom des Mediums angeordneten Plattform gegeben sein. Eine vorteilhafte Anordnung für ein Wasserrad kann auch die Anordnung auf einem Ponton sein, der im Wasser schwimmt. Für die Ausbildung als Windrad kann es vorteilhaft sein, die Vorrichtung um eine Achse drehbar oder schwenkbar zu lagern, um die Windrichtung zu berücksichtigen. Die Drehbarkeit der Maskierung und eventuell der Abströmiamellen kann für die Wirkung ausreichend sein.
g
Bzgz 50520
1 Grundkörper
2 Drehachse
3 Anströmrichtung
4 Medium
5 Lamellen
6 Scheitelpunkt
7 Drehrichtung
8 Mittellinie
9 Schaufelanordnungen
10 Ausströmpunkt
11 Endbereich
12 innenkontur
13 Außenkontur
14 Lamellenbreite
15 Quadrant 1
16 Quadrant 2
17 Quadrant 3
18 Quadrant 4
19 Strömungskanäle
20 Austritt des Strömungskanals
21 Eintritt des Strömungskanals
22 Maskierung
23 Stromfaden
24 Abtriebswelle
25 Abströmlamellen

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Umsetzung der Energie eines strömenden Mediums (4) in eine Drehbewegung mit einem drehbar gelagerten Grundkörper (1), wobei die Drehachse (2) des Grundkörpers (1) etwa normal zur Anströmrichtung (3) verläuft, und am Grundkörper (1) mindestens eine Schaufelanordnung (9) angeordnet ist, die eine Mehrzahl von Lamellen (5) umfasst, wobei die Lamellen (5) eine Krümmung aufweisen, deren Scheitelpunkte (6) in Drehrichtung (7) weisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen entlang einer gebogen verlaufenden Mittellinie angeordnet sind, die jede Lamelle mittig schneidet, und dass die Lamellen (5) ihre maximale Lamellenbreite (14) in etwa in radialer Richtung, bezogen auf die Drehachse (2) des Grundkörpers (1), aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die entlang der Mittellinie (8) angeordneten Lamellen (5) eine Schaufelanordnung bilden, die mindestens einen Anströmpunkt (10), eine Innenkontur (12), eine Außenkontur (13) und einen Endbereich (11 ) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Form der Schaufelanordnung (9), welche durch die Außenkontur (13) und die Innenkontur (12) als Umhüllende der Lamellen (5) gebildet ist und zumindest teilweise vom Medium (4) umströmt ist, tragflügelförmig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Außenkontur (13) größer als die Länge der Innenkontur (12) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Schaufelanordnungen (9) am Grundkörper (1) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Lamellen (5) zu den seitlichen Enden abnimmt.
7. Vornchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenbreite (14) der einzelnen Schaufelanordnungen vom Anströmpunkt (10) Richtung Endbereich (11) abnimmt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (5) und die Schaufeianordnungen (9) eine, den Umlenkungsimpuls des strömenden Mediums (4) in ein Drehmoment um die Drehachse (2) des Grundkörpers (1) umwandelnde Form aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (5) und die Schaufelanordnungen (9) eine im Bereich der Außenkontur (13) einen Unterdruck erzeugende Form aufweisen.
10. Vornchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (5) und Schaufelanordnungen (9) eine, bernouliische Druckkräfte, Staudruckkräfte, Impulskräfte und/oder Rückstoßkräfte in ein Drehmoment um die Drehachse (2) des Grundkörpers (1) umwandelnde Form aufweisen. 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Medium (4) Luft ist.
12. Vornchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Medium (4) Wasser ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper in der Drehachse eine Abtriebswelle (24) aufweist, die direkt oder über ein Getriebe mit einem Elektrogenerator verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Umfanges des drehbar gelagerten Grundkörpers über einen Abschnitt des Umfanges eine den Strom des Mediums leitende und oder abschirmende Maskierung (22) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Abströmbereich der Vorrichtung Abströmlamellen (25) angeordnet sind. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auf einer im Strom des Mediums (4) angeordneten Plattform, gegebenenfalls dreh- oder schwenkbar, angeordnet ist.
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