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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102008057212 A1
Publication typeApplication
Application numberDE200810057212
Publication date12 May 2010
Filing date6 Nov 2008
Priority date6 Nov 2008
Publication number0810057212, 200810057212, DE 102008057212 A1, DE 102008057212A1, DE 2008/10057212 A1, DE-A1-102008057212, DE0810057212, DE102008057212 A1, DE102008057212A1, DE2008/10057212A1, DE200810057212
InventorsFriedrich Grimm
ApplicantGrimm, Friedrich, Prof. Dipl.-Ing.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Rotor, particularly helicopter rotor or ship rotor for conversion of energy into rotary motion as flow converter for wind turbine or water turbine, comprises annular rotor blade, which has vane profile with vane projection in cross section
DE 102008057212 A1
Abstract
The rotor (3) comprises an annular rotor blade (1), which has a vane profile (2) with a vane projection (21) and a vane rear edge (22) in the cross section. The annular rotor blade is divided into an even number of annular segments (I,II) inclined against the radius of its rotor disk or arranged coaxially in sectional manner.
Claims(25)  translated from German
  1. Rotor ( Rotor ( 3 3 ) mit einer Rotationsachse (z) zur Umwandlung der in einer Strömung enthaltenen kinetischen Energie in eine Drehbewegung als Strömungskonverter ( ) With an axis of rotation (z) for converting the kinetic energy contained in a flow in a rotational motion as a flow converter ( 32 32 ) für eine Windturbine ( ) For a wind turbine ( 320 320 ) oder eine Wasserturbine ( ) Or a water turbine ( 321 321 ) und umgekehrt zur Umwandlung einer Drehbewegung in einen Auftrieb als Strömungsgenerator ( ) And vice versa for converting a rotary motion into a buoyancy as a flow generator ( 33 33 ), insbesondere als Hubschrauber- oder Schiffsrotor ( ), In particular as a helicopter or boat rotor ( 330 330 , . 331 331 ), welcher Rotor ( ), Which rotor ( 3 3 ) mindestens ein ringförmiges Rotorblatt ( ) At least one annular rotor blade ( 1 1 ) aufweist, das im Querschnitt ein Flügelprofil ( ), Which in cross-section an airfoil ( 2 2 ) mit einer Flügelnase ( ) With a leading edge ( 21 21 ) und einer Flügelhinterkante ( ) And a trailing edge ( 22 22 ) hat, dadurch gekennzeichnet , dass das ringförmige Rotorblatt ( ), Characterized in that the annular rotor blade ( 1 1 ) in eine geradzahlige Anzahl von gegenüber dem Radius seines Rotorkreises geneigt oder mindestens abschnittsweise koaxial angeordneten Ringsegmenten ( ) Relative to the radius of its rotor circuit inclined in an even number of or at least partially coaxially arranged ring segments ( I I , . II II ) unterteilt ist, wobei die Flügelnase ( Is divided), the wing leading edge ( 21 21 ) jeweils in Drehrichtung des Rotors ( ) In each case in the direction of rotation of the rotor ( 3 3 ) ausgerichtet ist und regelmäßig am Übergang ( ) Is aligned and regularly at the transition ( 17 17 ) von einem zum nächsten Ringsegment ( ) From one to the next ring segment ( I I , . II II ) von der Ringaußenseite zur Ringinnenseite wechselt, sodass an einem vorauslaufenden und an einem nachlaufenden Ringsegment ( ) Changes from the ring outside of the ring inner side, so that on a leading end and a trailing ring segment ( I I , . II II ) bei Anströmung (s) parallel oder senkrecht zur Rotationsachse (z) ein aero- oder hydrodynamisch bewirktes Kräftepaar mit den resultierenden Vektoren (x, y) entsteht, das ein Drehmoment an der Rotationsachse (z) bewirkt. ) Under exposure (s) to the rotation axis (z) is formed parallel or perpendicular one aero- or hydrodynamically, effected couple of forces with the resulting vectors (x, y), which produces a torque on the axis of rotation (z).
  2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorauslaufendes Ringsegment ( Rotor according to claim 1, characterized in that A distal ring segment ( I I ) einen Vektor (x), der auf der Ringaußenseite wirksam ist, und ein nachlaufendes Ringsegment ( ) A vector (x) which is effective on the outer ring surface, and a trailing ring segment ( II II ) einen Vektor (y), der auf der Ringinnenseite wirksam ist, liefert. ) A vector (y) which is effective on the ring inner side, supplies.
  3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei einander benachbarte Ringsegmente ( Rotor according to claim 1, characterized in that in each case two adjacent ring segments ( I I , . II II ) in einer Ebene liegen oder in zwei unterschiedlichen Ebenen ange ordnet sind. ) Lie in a plane or are arranged in two different planes attached.
  4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus zwei Ringsegmenten aufgebautes, ringförmiges Rotorblatt ( Rotor according to claim 1, characterized in that one of two ring segments built up, annular rotor blade ( 1 1 ) über ein Drehgelenk ( ) Via a rotary joint ( 300 300 ) am Rotorkopf ( ) On the rotor head ( 30 30 ) unmittelbar an die Rotationsachse (z) anschließt. ) Directly adjoins the rotation axis (z).
  5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiges Rotorblatt ( Rotor according to claim 1, characterized in that an annular blade ( 1 1 ) aus vier oder einer höheren geradzahligen Anzahl von Ringsegmenten ( ) Of four or a higher even number of ring segments ( I I , . II II ) konzentrisch um die Rotationsachse (z) angeordnet ist und über Speichen ( ) Is arranged concentrically around the rotation axis (z) and spokes ( 25 25 ) und eine Nabe ( ) And a hub ( 31 31 ) an die Rotationsachse (z) anschließt. ) Adjoining the axis of rotation (z).
  6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere bezüglich der Rotationsachse (z) radial oder konzentrisch angeordnete, ringförmige Rotorblätter ( Rotor according to claim 1, characterized in that two or more with respect to the axis of rotation (z) radially or concentrically arranged annular rotor blades ( 1 1 ) vorgesehen sind. ) Are provided.
  7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem vorauslaufenden Ringsegment ( Rotor according to claim 1, characterized in that between a leading-side annular segment ( I I ) und einem nachlaufenden Ringsegment ( ) And a trailing ring segment ( II II ) in Richtung der Rotationsachse (z) ein Versatz vorgesehen ist, sodass zwischen den beiden Ringsegmenten ( ) Is provided in the direction of the axis of rotation (z) is an offset, so that between the two ring segments ( I I , . II II ) eine Düsenverengung entsteht. ) A nozzle constriction is formed.
  8. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiges Rotorblatt ( Rotor according to claim 1, characterized in that an annular blade ( 1 1 ) polygonal ( ) Polygonal ( 13 13 ), elliptisch (14), schlaufenförmig, wellenförmig ( ), Elliptical (14), loop-shaped, wavy ( 15 15 ) oder sternförmig ( ) Or star-shaped ( 16 16 ) ausgebildet ist. ) Is formed.
  9. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiges Rotorblatt ( Rotor according to claim 1, characterized in that an annular blade ( 1 1 ) aus einer Polygonform ( ) Of a polygon shape ( 13 13 ), als gleichseitiges Dreieck ( ), As an equilateral triangle ( 130 130 ), als Quadrat ( ), As a square ( 131 131 ), oder als ein Vieleck ( ), Or as a polygon ( 132 132 ) mit einer beliebigen Anzahl von Ecken abgeleitet ist, und die Ringsegmente ( ) Is derived with an arbitrary number of corners, and the ring segments ( I I , . II II ) als gerade Ringsegmente, als konvexe Ringsegmente ( ) As a straight ring segments, as a convex ring segments ( 10 10 ), als konkave Ringsegmente ( ), As a concave ring segments ( 11 11 ) oder als geschwungene Ringsegmente ( ) Or curved ring segments ( 12 12 ) ausgebildet sind. ) Are formed.
  10. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringsegment ( Rotor according to claim 1, characterized in that a ring segment ( I I , . II II ) im Querschnitt ein asymmetrisches Flügelprofil ( ) In cross section, an asymmetrical wing profile ( 20 20 ) oder ein symmetrisches Flügelprofil ( ) Or a symmetrical airfoil ( 23 23 ) aufweist. ) Has.
  11. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente ( Rotor according to claim 1, characterized in that the ring segments ( I I , . II II ) gegenüber der Anströmung (s) einen Anstellwinkel aufweisen. ) Relative to the flow (s) have an angle of attack.
  12. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelprofile ( Rotor according to claim 1, characterized in that the sash profiles ( 2 2 ) an die unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten eines ringförmigen Rotorblatts ( ) To the different orbital speeds of an annular rotor blade ( 1 1 ) angepasst sind und sich nach außen verjüngen. Adapted) and taper outwards.
  13. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flügelprofil ( Rotor according to claim 1, characterized in that a wing profile ( 20 20 , . 23 23 ) innerhalb eines Ringsegments ( ) Within a ring segment ( I I , . II II ) mit seiner Flügelnase ( ) With its leading edge ( 21 21 ) und seiner Flügelhinterkante ( ) And its trailing edge ( 22 22 ) über die gesamte Länge des Ringsegments ( ) Over the entire length of the ring segment ( I I , . II II ) zur Ringaußen- bzw. zur Ringinnenseite ausgerichtet ist. ) Is aligned with the Ringaußen- or to the ring inner side.
  14. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge ( Rotor according to claim 1, characterized in that the transitions ( 17 17 ) einander benachbarter Ringsegmente ( ) Of adjacent ring segments ( I I , . II II ) aerodynamisch oder hydrodynamisch gestaltet sind. ) Are designed aerodynamic or hydrodynamic.
  15. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei bezüglich der Anströmung (s) mit einem Abstand hintereinander angeordnete Rotorblätter ( Rotor according to claim 1, characterized in that two with respect to the flow (s) at a distance one behind the other disposed rotor blades ( 1 1 ) mit einer Wellen- oder Sternform ( ) With a wave or star shape ( 15 15 , . 16 16 ) durch Flügelprofile untereinander verbunden sind und einen mehrgurtigen Druckring für die Flügelradkonstruktion einer großen Windturbine ( ) Are connected by airfoils with each other and a mehrgurtigen pressure ring for the impeller design of a large wind turbine ( 320 320 ) bilden. ) Make up.
  16. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speiche ( Rotor according to claim 1, characterized in that one spoke ( 25 25 ) als symmetrisches Speichenflügelprofil oder als asymmetrisches Speichenflügelprofil ( ) As a symmetrical airfoil spokes or asymmetrical spokes airfoil ( 250 250 ) ausgebildet ist. ) Is formed.
  17. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zugbeanspruchte Teil einer Speiche ( Rotor according to claim 1, characterized in that under tensile load the part of a spoke ( 25 25 ) aus einem Seil ( ) Of a rope ( 251 251 ) oder einem Flachprofil ( ) Or a flat profile ( 252 252 ) besteht und der aerodynamisch oder hydrodynamisch wirksame Teil der Speiche ( ), And the aerodynamically or hydrodynamically effective part of the spoke ( 25 25 ) aus einem Schalenkörper ( ) From a shell body ( 253 253 ) mit Flügelprofilierung besteht. ) Consists Cap profiling.
  18. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen ( Rotor according to claim 1, characterized in that the spokes ( 25 25 ) vorgespannt sind und mittels eines Federelements ( ) And are biased by a spring element ( 254 254 ) mit der Nabe ( ) With the hub ( 31 31 ) verbunden sind. ) Are connected.
  19. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Drehzahl eines radial angeordneten ringförmigen Rotorblatts ( Rotor according to claim 1, characterized in that for controlling the speed of a radially disposed annular rotor blade ( 1 1 ) ein Drehgelenk ( ) A hinge ( 370 370 ) am Rotorkopf ( ) On the rotor head ( 37 37 ) vorgesehen ist. ) Is provided.
  20. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Wind- oder Wasserturbine ( Rotor according to claim 1, characterized in that, for a wind or water turbine ( 320 320 , . 321 321 ) mit vertikaler Rotationsachse (z) mehrere ringförmige Rotorblätter ( ) With vertical rotation axis (z) a plurality of annular rotor blades ( 1 1 ) in einer gegensinnigen Rotation ( ) In an opposite rotation ( 36 36 ) in einem vertikalen Abstand zueinander an einem Turm ( ) At a vertical distance from one another on a tower ( 324 324 ) angeordnet sind. Are arranged).
  21. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hubschrauber- oder Schiffsrotor ( Rotor according to claim 1, characterized in that a ship or helicopter rotor ( 330 330 , . 331 331 ) zwei oder mehrere schlaufenförmige, über ein Drehgelenk verstellbar an einer Nabe ( ) Two or more loop-shaped, adjustable via a rotary joint to a hub ( 31 31 ) angeschlossene ringförmige Rotorblätter ( ) Connected annular rotor blades ( 1 1 ), deren Ringsegmente ( ), The ring segments ( I I , . II II ) in zwei Ebenen liegen, oder ein über Speichen ( ) Lie in two levels, or a via spokes ( 25 25 ) an einer Nabe ( ) To a hub ( 31 31 ) angeschlossenes ringförmiges Rotorblatt ( ) Connected annular rotor blade ( 1 1 ) aufweist. ) Has.
  22. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schiffsrotor ( Rotor according to claim 1, characterized in that a ship rotor ( 331 331 ) eine in Fahrtrichtung geneigte Rotationsachse (z), die mittels von Hydraulikzylinder ( ) In an inclined direction of travel the axis of rotation (z), which by means of hydraulic cylinders ( 334 334 ) und einem Kugelgelenk ( ) And a ball joint ( 335 335 ) im Bereich des Schiffsbodens in alle Richtungen verstellbar ist, besitzt. ) Is adjustable in all directions in the area of the ship's bottom, has.
  23. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schiffsrotor ( Rotor according to claim 1, characterized in that a ship rotor ( 331 331 ) innerhalb einer in Fahrtrichtung und nach unten offenen Kammer in der hinteren Hälfte eines Schiffsrumpfs ( ) Within an open in the direction of travel and downward chamber in the rear half of a ship hull ( 340 340 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  24. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiffsrumpf ( Rotor according to claim 1, characterized in that the hull ( 340 340 ) einen quer zur Fahrtrichtung geneigten Schiffsboden und seitliche Leitflächen ( ) A transversely inclined to the direction of the ship bottom and side fins ( 341 341 ) aufweist. ) Has.
  25. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schiffsrotor ( Rotor according to claim 1, characterized in that a ship rotor ( 331 331 ) für einen Rumpf ( ) For a hull ( 340 340 ) eine hydrodynamische Gestaltung im Bereich des Bugs mit einer Trimmflosse ( ) A hydrodynamic design in the area of the bow with a trim tab ( 29 29 ) erfordert. ) Requires.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft Rotoren mit einer zur Anströmung parallel oder senkrecht angeordneten Rotationsachse zur Umwandlung der in einer Strömung enthaltenen kinetischen Energie in eine Drehbewegung als Strömungskonverter für eine Wind- oder Wasserturbine oder umgekehrt als Strömungsgenerator zur Umwandlung einer Drehbewegung in einen Auftrieb und Antrieb, insbesondere als Hubschrauber- oder Schiffsrotor. The invention relates to rotors having a parallel or arranged perpendicular to the flow axis of rotation for the conversion of the kinetic energy contained in a flow in a rotational motion as a flow converter for a wind or water turbine or vice versa as a flow generator for converting a rotary motion into a lift and drive, in particular as a helicopter - ship or rotor.
  • [0002] [0002]
    Bei den im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Rotoren handelt es sich ausnahmslos um Auftriebsläufer, bei denen eine hohe Anströmgeschwindigkeit am Rotorblatt aus der Überlagerung einer Wind- oder Wasserströmung mit der Umfangsgeschwindigkeit entsteht. When the rotors proposed in the context of the invention relate exclusively to lift rotors in which a high flow velocity at the rotor blade from the superposition of a wind or water flow arises with the peripheral speed. Bei diesen als Auftriebs- oder Schnellläufer bekannten Rotoren kann die Anströmgeschwindigkeit am Rotorblatt das bis zu Neunfache der Strömungsgeschwindigkeit betragen. In these known as buoyancy or high speed rotors, the flow velocity at the rotor blade which may be up to nine times the flow rate. Da die im Wind enthaltene Leistung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ansteigt, benötigen insbesondere Windturbinen einen Mechanismus zur Begrenzung der aufgenommenen Leistung und Belastung. Since the power contained in the wind increases with the cube of the wind speed, in particular wind turbines require a mechanism for limiting the power absorbed and stress. Stärkerer Wind verursacht eine Veränderung der Anströmrichtung, die aus der Kombination von Windgeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit herrührt. Stronger wind causes a change in the direction of flow, resulting from the combination of wind speed and peripheral speed. Deshalb kann auch bei einem starr mit dem Rotorkopf oder einer Nabe verbundenen Rotorblatt eine selbststeuernde Leistungsbegrenzung als passives „Stall-konzept” durch Strömungsabriss an der Saugseite der Rotorblätter realisiert werden. Therefore it can be implemented in a rigidly connected to the rotor head or a hub rotor blade a self-regulating capacity limitation as a passive "stable concept" by stalling on the suction side of the rotor blades. Von einem aktiven „Stall-Konzept” spricht man wenn zur Leistungsbegrenzung der Anstellwinkel eines Rotorblatts durch Verdrehung des Rotorblatts am Rotorkopf verändert wird. From active "stable" concept referred to when power limiting the angle of incidence of a rotor blade by turning the rotor blade is changed on the rotor head. Wird die Flügelnase eines Rotorblatts bei Sturm schließlich ganz in den Wind gedreht, steht das Rotorblatt in der sogenannten „Pitch-Stellung” still. If the leading edge of a rotor blade during a storm finally turned all the way into the wind, the rotor blade rests in the so-called "pitch" position. Bekannte Wind- und Wasserturbinen mit horizontaler Drehachse weisen radial zur Drehachse angeordnete Rotorblätter mit einem aero- oder hydrodynamisch wirksamen Flü gelprofilquerschnitt auf, bei dem die Flügelnase in Drehrichtung des Rotors und die Breitseite des Flügels quer zur Strömung ausgerichtet sind. Known wind and water turbines with horizontal axis have radially arranged to the rotation axis rotor blades with an aerobic or hydrodynamically effective Wing gelprofilquerschnitt on where the wing leading edge aligned in the direction of rotation of the rotor and the broad side of the blade perpendicular to the flow. Die Rotorblätter sind als Kragarme mit dem Rotorkopf einseitig verbunden. The rotor blades are connected as cantilevers with the rotor head on one side. Obwohl der Rotordurchmesser in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich vergrößert wurde, erreicht diese Bauart mit etwa 130 m Rotordurchmesser eine konstruktionsbedingte Obergrenze. Although the rotor diameter has been increased steadily in recent decades, have earned this type with about 130 m rotor diameter, a design-related upper limit. Bei dieser Größe sind die Rotorblätter extremen Belastungen unterworfen, neigen zu Schwingungen und rufen Schlaggeräusche beim Durchgang am Turm einer Windkraftanlage hervor. At this size, the rotor blades are subjected to extreme loads, prone to vibration and impact noises call upon passing the tower of a wind turbine produce.
  • [0003] [0003]
    Bekannte Hubschrauberrotoren weisen bezüglich der Rotationsachse radial angeordnete Rotorblätter auf, deren Anstellwinkel variierbar ist. Known helicopter rotors have with respect to the rotation axis radially arranged blades whose pitch is variable. Ein ringförmiges Rotorblatt mit einer bezüglich der Rotationsachse radialen oder konzentrischen Anordnung ist nicht bekannt. A ring-shaped rotor blade having a rotation axis with respect to the radial or concentric configuration is not known. Schiffe nutzen vorwiegend das Prinzip der Schraube als Antriebsmechanismus. Ships mostly use the principle of the screw as the driving mechanism. Ein Schiffsantrieb, der im Wasser eine antreibende Welle erzeugt, ist nicht bekannt. A ship's propulsion system, which generates a driving shaft in the water is not known.
  • [0004] [0004]
    Aus der Patentschrift The patent specification US 5,161,952 US 5,161,952 ist eine Windturbine bekannt bei der ein Rotorblatt aus zwei mit einem Abstand hintereinander angeordneten Flügelprofilen aufgebaut ist. a wind turbine is known in which a rotor blade is constructed of two at a distance one behind the other disposed airfoils. Bei dieser Rotorblattanordnung ist es ein Nachteil, dass das strömungsabgewandte Rotorblatt im Windschatten des strömungszugewandten Rotorblattes liegt, sodass beim Anlaufen des Rotors nur eine Blatthälfte, die im Wind enthaltene Energie aufnehmen kann. In this rotor blade assembly there is a disadvantage in that the flow facing away from the rotor blade is in the lee of the flow-facing rotor blade so that the starting of the rotor only one half of the sheet, can absorb the energy in the wind. Ein ringförmiges Rotorblatt geht aus dieser Druckschrift nicht hervor. An annular rotor blade is not clear from this document.
  • [0005] [0005]
    Die The EP 0 854 981 B1 EP 0854981 B1 zeigt ein Windrad mit horizontaler Drehachse und einem kreisringförmigen Druckring zur Aufnahme von aerodynamisch wirksamer Speichen mit einer Flügelprofilierung. shows a windmill on a horizontal axis and an annular pressure ring for receiving aerodynamically efficient spokes with a wing profile. Der Druckring ist hier als Läufer eines ringförmigen Generators ausgebildet und weist keine aerodynamische Profilierung auf. The pressure ring is formed here as an annular generator rotor and has no aerodynamic profiling.
  • [0006] [0006]
    Ein Ringflügelrotor ist aus der A ring-wing rotor is made of the DE 10 2005 059 679 A1 DE 10 2005 059 679 A1 bekannt. known. Dieser Ringflügelrotor hat eine Kreisringform und dient als Kreiselverdichter für ein Fluggerät. This ring wing rotor has an annular shape and serves as a centrifugal compressor for an aircraft. Ein periodischer Wechsel der Flügel ausrichtung innerhalb eines ringförmigen Rotorblatts geht aus dieser Druckschrift nicht hervor. A periodic change of wing orientation within an annular rotor blade is not clear from this document.
  • [0007] [0007]
    Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor mit einem ringförmigen Rotorblatt mit aero- oder hydrodynamisch wirksamer Flügelprofilierung anzugeben, der im Falle eines Strömungskonverters den Bau neuartiger Wind- und Wasserturbinen ermöglicht und der im Falle eines angetriebenen Strömungsgenerators einen Auftrieb bewirkt und als Hubschrauber- oder Schiffsrotor ein neuartiges Antriebskonzept offenbart. Starting from the prior art shown, the invention is the task of providing a rotor having an annular rotor blade with aerobic or hydrodynamically effective wing profile, the construction of new wind and water turbines allows, in the case of a flow converter and in the case of a driven flow generator a buoyancy effects and as a helicopter or boat rotor reveals a new drive concept.
  • [0008] [0008]
    Diese Aufgaben werden mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen eines Rotors gelöst. These objects are achieved with the features mentioned in claim 1 of a rotor.
  • Wind- und Wasserturbinen mit horizontaler Rotationsachse Wind and water turbines with horizontal axis of rotation
  • [0009] [0009]
    Ein ringförmiges Rotorblatt, das aus nur zwei Ringsegmenten aufgebaut ist, ermöglicht die Ausbildung eines neuartigen Rotorblatts für eine herkömmliche dreiflüglige Windturbine. An annular rotor blade, which is composed of only two ring segments, allows the formation of a novel rotor blade for a conventional three-bladed wind turbine. Das ringförmige Rotorblatt zeigt dabei die Gestalt einer flachen Ellipse, einer Schlaufe oder Schlinge, wobei ein vorauslaufendes und ein nachlaufendes Ringsegment jeweils mit einem Anstellwinkel zur Strömung ausgerichtet sind. The annular rotor blade shows the shape of a flat ellipse, a loop or sling, wherein a leading end and a trailing ring segment are each aligned with an angle of incidence to the flow. Dadurch ist sichergestellt dass beide Ringsegmente von der Anströmung erfasst werden. This ensures that both ring segments are covered by the flow. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen die Ringsegmente in zwei Ebenen anzuordnen, sodass ein Abstand zwischen dem vorauslaufenden und dem nachlaufenden Ringsegment entsteht. In a particularly advantageous embodiment of the invention there is provided the ring segments to be arranged in two levels, so that a distance between the leading and the trailing ring segment is created. Analog zu einem Segelboot mit Fock und Großsegel entsteht an der Saugseite der Rotorblätter eine Düsenwirkung zwischen dem vorauslaufenden und dem nachlaufenden Ringsegment, die die aerodynamische Wirkung eines ringförmigen Rotorblatts erhöht. Analogous to a sailboat with jib and main sail is produced at the suction side of the rotor blades, a nozzle effect between the leading and the trailing ring segment, which increases the aerodynamic effect of an annular rotor blade. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht in der Möglichkeit, Biegebeanspruchungen des Rotorblatts in einer Ringkonstruktion über die in Anströmrichtung vorhandene Bauhöhe an den Rotorkopf abzuleiten. Another advantage of this arrangement is the possibility of bending stresses of the rotor blade in a ring structure over the existing flow direction in height derive the rotor head. Diese Ringform ermöglicht auch eine Anpassung an die unterschiedlichen Umlaufgeschwindigkeiten eines ringförmigen Rotorblatts vom Rotorkopf bis zur Blattspitze durch unterschiedlich geschnittene Flügelprofile und durch eine Verjüngung der Flügelprofile. This ring shape also allows for adaptation to the different speeds of rotation of an annular rotor blade from the hub to the blade tip differently cut blade profiles and by tapering the airfoils.
  • [0010] [0010]
    Ringförmige Rotorblätter, die aus mehr als zwei Ringsegmenten bestehen, sind konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet. Annular rotor blades, which consist of more than two ring segments are arranged concentrically around the rotation axis. Für die Verbindung eines ringförmigen Rotorblatts mit der Nabe des Rotors sind in diesem Fall Speichen vorgesehen, die ihrerseits eine Flügelprofilierung aufweisen. For the connection of an annular rotor blade to the hub of the rotor spokes are provided in this case which in turn have a wing profile.
  • [0011] [0011]
    Für das Anlaufen eines Rotors ist es von Bedeutung, dass die einzelnen Ringsegmente mit einem Anstellwinkel zur Anströmung ausgerichtet sind. For the start of a rotor, it is important that the individual ring segments are aligned with an angle to the flow.
  • [0012] [0012]
    Für Windturbinen mit einem Durchmesser von 200 m und mehr wird eine Speichenradkonstruktion vorgeschlagen, bei der zwei sternförmige Rotorblätter in Richtung der Anströmung mit einem Abstand und mit einem Versatz zueinander angeordnet sind und durch Flügelprofile untereinander verbunden werden. For wind turbines with a diameter of 200 m or more spoke-one is proposed in the two star-shaped rotor blades are arranged in the direction of the incident flow at a distance and with an offset to one another and are connected by wing profiles with each other. Die verbindenden Flügelprofile sind mit der Flügelnase in Drehrichtung ausgerichtet und weisen mit ihrer Breitseite eine tangentiale Stellung zum Rotorkreis auf. The connecting wing profiles are aligned with the leading edge in the direction of rotation and have a tangential position relative to the rotor circuit with her broadside on. Zur Begrenzung der Umlaufgeschwindigkeit sind diese Profile drehbar an einem tragenden Rundhohlprofil gelagert, sodass sie quer zur Drehrichtung gestellt werden können. In order to limit the velocity of circulation, these profiles are rotatably mounted on a supporting circular hollow section, so they can be placed transversely to the direction of rotation. Durch Spannglieder in Umfangsrichtung kann ein Druckring als mehrgurtiger Fachwerkträger ausgebildet werden und dient als Widerlager für radial angeordnete Speichen, die das ringförmige Rotorblatt mit einer Nabe verbinden. By tensioning members in the circumferential direction, a pressure ring can be formed as mehrgurtiger truss and serving as an abutment for radially arranged spokes that connect the annular rotor blade to a hub.
  • Wind- und Wasserturbinen mit vertikaler Rotationsache Wind and hydro turbines with vertical rotation thing
  • [0013] [0013]
    Bei diesen Rotoren sind die einzelnen Segmente eines ringförmigen Rotorblatts in periodischem Wechsel mit der Flügelnase oder mit der Flügelhinterkante zur Anströmung ausgerichtet. These rotors each segment of an annular rotor blade in periodic alternation with the wing leading edge or the trailing edge are aligned with the flow. Beim Anlaufen einer Wind- oder Wasserturbine ist dabei von Bedeutung, dass sich die Widerstandszahlen (c w -Werte) eines von der Nase her angeströmten Flügelprofils und eines von der Flügelhinterkante angeströmten Flügelprofils etwa um den Faktor „2” unterscheiden, sodass der Rotor von der Strömung zunächst angeschoben wird. When starting a wind or water turbine is of importance that the resistance factors (c w values) distinguish a being poured from his nose her wing profile and a being streamed from the trailing edge of the airfoil about a factor of "2", so that the rotor of the flow is first inserted. Bei einer entsprechenden Drehzahl des Rotors werden sowohl das vorauslaufende Blattsegment als auch das nachlaufende Blattsegment von der Flügelnase her angeströmt, wobei sich der Luftwiderstand des Rotors verringert und die Drehzahl erhöht. With an appropriate speed of the rotor, both the leading end leaf segment and the trailing blade segment are flowing from the wing leading edge directions, the air resistance of the rotor decreases and increases the speed. Ein erfindungsgemäßes ringförmiges Rotorblatt bewirkt außerdem eine Verstetigung der Rotation und ist unempfindlich gegenüber wechselhaften Winden, bei denen Windrichtung und Windstärke unstetig sind. An inventive annular rotor blade also causes a stabilization of rotation, and is insensitive to changing winds, where wind direction and wind speed are discontinuous. Flügelklappen dienen gegebenenfalls der Drehzahlbegrenzung eines horizontal rotierenden Rotors. Flaps are used where appropriate, the speed limit on a horizontally rotating rotor.
  • [0014] [0014]
    Besonders vorteilhaft erscheint die Möglichkeit, mehrere horizontal drehende Rotoren an einem vertikalen Mast oder Turmschaft anzuordnen. Particularly advantageous is the possibility of arranging a plurality of horizontally rotating rotors on a vertical mast or tower shaft appears. Eine derartige Windturbine kann mehrere hundert Meter hoch sein und besteht z. B. aus einer am Untergrund eingespannten Stahlbetonröhre als Widerlager für die mittels einer ringförmigen Nabe und Wälzlagern angeschlossenen Rotoren mit einem Durchmesser von 40–80 m. Such a wind turbine can be several hundred meters high and consists z. B. from a clamped at the underground reinforced concrete tube as an abutment for the connected means of an annular hub bearings and rotors with a diameter of 40-80 m. Ein Transmissionsrad überträgt die Energie von der Nabe des Rotors auf eine im Turmschaft liegende, vertikale Generatorwelle. The transmission wheel transfers the power from the hub of the rotor on a shaft lying in the tower, vertical generator shaft. Neben einem Wartungsaufzug für den internen Betrieb kann auch ein Besucheraufzug vorgesehen werden, sodass ein entsprechendes Turmbauwerk zusätzlich z. B. als Aussichtsturm genutzt werden kann. In addition to a service elevator for the internal operation of a visitor elevator can be provided so that a corresponding tower building is additionally z. B. can be used as a lookout. Besonders vorteilhaft erscheint es, den vertikal übereinander angeordneten Rotoren eine gegensinnige Drehbewegung zuzuordnen, sodass die von den Rotoren erzeugte Luftbewegung sich zu einem Wirbel verdichtet. Especially advantageous to assign the vertically superposed rotors in opposite directions of rotation movement so that the air movement generated by the rotors condenses into a fluid appears. Gelingt dies, erhöht sich die Drehzahl der Rotoren erheblich. If this is successful, the rotor speed increases significantly.
  • [0015] [0015]
    Mit asymmetrischen Flügelprofilen für das ringförmige Rotorblatt und für die Speichen erzeugt ein horizontales Windrad einen Auftrieb, der seiner Gewichtskraft entgegenwirkt und deshalb die Lager entlastet. With asymmetric wing profiles for the annular blade and the spokes for a horizontal wind turbine produces a buoyancy which counteracts its weight and, therefore, relieves the bearing.
  • [0016] [0016]
    Wasserturbinen kombinieren den Vorteil eines großen Rotordurchmessers mit einer flachen Bauweise, sodass sie für den Einsatz in Fließgewässern oder an Küsten zur Ausnutzung der Gezeitenströmung besonders geeignet erscheinen. Water turbines combine the advantage of a large rotor diameter with a flat design, so they appear to be particularly suitable for use in rivers or coasts to utilize the tidal current. Insbesondere bei einer von der Ge zeitenströmung angetriebenen Turbine erweist sich die Richtungslosigkeit dieser Rotoren als großer Vorteil. Especially in a time-flow driven by the turbine Ge, the disorientation of these rotors is proving a great advantage.
  • Konstruktion Construction
  • [0017] [0017]
    Bei erfindungsgemäßen Windturbinen mit horizontaler oder mit vertikaler Rotationsachse besteht das ringförmige Rotorblatt aus glasfaserverstärktem Kunststoff und weist im Querschnitt ein Hohlkammerprofil mit verstärkenden Querrippen auf, an denen die Speichen angeschlagen sind. For wind turbines with horizontal or vertical axis of rotation according to the invention, the annular rotor blade is made of fiberglass reinforced plastic and has a cross-section of a hollow chamber profile with reinforcing ribs cross, on which the spokes are struck. Die Speichen haben einen tragenden Kern aus einem Seil oder einem Flachprofil mit einem umgebenden Schalenkörper, der als Flügelprofil die aerodynamische Formgebung der Speiche herstellt. The spokes have a supporting core of a rope or a flat profile with a surrounding shell body produces as the airfoil aerodynamic shape of the spoke. Dieser Schalenkörper besteht z. B. aus einem Aluminium-Strangpressprofil, das mittels Klemmstücken auf das Seil oder das Flachprofil geklemmt wird. This shell body consists for. Example, an aluminum extruded profile, which is clamped by means of clamping pieces on the rope or the flat profile. Strangpressprofile aus Kunststoff eignen sich ebenfalls zur Herstellung eines aerodynamisch profilierten Schalenkörpers und können z. B. mit einem tragenden Kern aus einem Kohlefaserverbundstab verklebt werden. Extruded plastic profiles are also suitable for producing an aerodynamically profiled shell body and can include, for example, are glued to a supporting core made of a carbon fiber rod. Federelemente, die vorzugsweise an der Nabe angeschlagen werden, halten die Vorspannkraft der Speichen bei unterschiedlichen Temperatur- und Betriebsbedingungen konstant und tragen damit zur Formstabilität des Rotors bei. Spring elements, which are preferably hinged to the hub, keep the biasing force of the spokes constant at different temperatures and operating conditions, thus contributing to the dimensional stability of the rotor.
  • Hubschrauber- und Schiffsrotoren Helicopter and ship rotors
  • [0018] [0018]
    Bei einem Hubschrauberrotor ist die Düsenwirkung zwischen einem vorauslaufenden und einem nachlaufenden Ringsegment, insbesondere bei einem ellipsen- oder schlaufenförmigen Rotorblatt mit im Wesentlichen radialer Stellung zur Rotationsachse, ein Vorteil, der den Auftrieb erhöht und deshalb eine Reduktion des Rotordurchmessers ermöglicht. In a helicopter rotor, the nozzle effect between a leading end and a trailing ring segment, in particular with a elliptical or loop-shaped rotor blade having a substantially radial position relative to the axis of rotation, an advantage which increases the lift and therefore allows a reduction of the rotor diameter. Ein Rotor mit vergleichsweise kleinerem Durchmesser verbessert die Manövrierbarkeit und allgemein die Flugleistung eines Hubschraubers. A rotor with comparatively smaller diameter improves the maneuverability and generally the flight performance of the helicopter.
  • [0019] [0019]
    Bei einem Schiffsantrieb kann ein erfindungsgemäßer, horizontal am Heck rotierender Rotor die Antriebskraft optimal an das Wasser abgeben und erzeugt dabei eine Welle, die auf einem als schiefe Ebene ausgebildeten Schiffsboden einwirkt und ein Schiff dadurch auf neuartige Weise antreibt. In a marine propulsion, an inventive, horizontal rotating rotor on the rear leave the driving force optimally to the water, creating a wave that acts on an inclined plane designed as a ship's bottom, thereby driving a ship in a novel way. Seitliche Leitflossen am Heck des Schiffes kanalisieren dabei die Welle und bewirken einen resultierenden Schub in Fahrtrichtung. Lateral tail fins at the rear of the ship channel while the shaft and create a resultant thrust in the direction of travel. Unter den zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten eines entsprechenden Schiffsrotors erweist sich auch hier die Düsenwirkung zwischen zwei Rotorblattsegmenten, die als vorauslaufendes und als nachlaufendes Segment jeweils mit einem Versatz zueinander angeordnet sind, als eine Maßnahme Mit einem verstellbaren Anstellwinkel kann die Antriebsleistung optimal an den jeweiligen Fahrtmodus angepasst werden. Among the numerous design options of a corresponding Schiff rotor, also proves the nozzle effect between two rotor blade segments, arranged as a pre-running and as a trailing segment each with an offset to each other, as a measure with an adjustable angle of attack, the drive power can be optimally adapted to the respective driving mode.
  • [0020] [0020]
    Da der Rotor über ein Kugelgelenk im Schiffsboden in alle Richtungen verschwenkbar ist, kommt ein derartiger Schiffsantrieb ohne zusätzliche Ruderanlage aus und zeichnet sich durch optimale Manövriereigenschaften aus. Since the rotor via a ball joint in the ship's bottom is pivotable in all directions, such a ship drive does not require additional rudder system and is characterized by optimum maneuverability. Durch die Auflösung des Nachlaufwiderstands im Totwasserbereich wird der längenbezogene Formwiderstand eines Schiffes aufgelöst, sodass höhere Fahrtgeschwindigkeiten bei gegebener Antriebsleistung möglich erscheinen. By resolution of the tracking resistance per unit length of the eddy water in the form of resistance of a ship is dissolved, so that higher travel speeds seem possible for a given input power.
  • [0021] [0021]
    Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Gestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen hervor. Further advantageous details and design possibilities of the invention will become apparent from the drawings. Zugunsten einer besseren Lesbarkeit wurde in den Zeichnungen auf die maßstäbliche Darstellung der Verhältnisse der einzelnen Bauteile zueinander verzichtet. For better readability been omitted from the drawings to scale showing the ratios of the individual components to each other.
  • [0022] [0022]
    Es zeigen: In the drawings:
  • [0023] [0023]
    1 1 eine Windturbine mit drei ringförmigen Rotorblättern und horizontaler Rotationsachse in der perspektivischen Übersicht a wind turbine having three rotor blades and annular horizontal axis of rotation in the perspective Overview
  • [0024] [0024]
    2 2 ein ringförmiges Rotorblatt der Windturbine nach an annular rotor blade of the wind turbine according to 1 1 in der perspektivischen Schnittdarstellung in the perspective sectional view
  • [0025] [0025]
    3 3 eine Windturbine mit einem aus sechs Ringsegmenten aufgebauten Rotorblatt in der perspektivischen Übersicht a wind turbine with a rotor constructed from six ring segments sheet in the perspective Overview
  • [0026] [0026]
    4 4 eine Windturbine mit einem ringförmigen Rotorblatt und horizontaler Rotationsachse in der schematischen Ansicht a wind turbine with an annular rotor blade and a horizontal axis of rotation in the schematic view
  • [0027] [0027]
    5 5 ein Ringsegment der Windturbine nach a ring segment of the wind turbine according to 4 4 im schematischen Querschnitt (aa, bb) in schematic cross-section (aa, bb)
  • [0028] [0028]
    6 6 eine große Windturbine mit horizontaler Drehachse als Speichenradkonstruktion in der perspektivischen Darstellung a large wind turbine on a horizontal axis as a spoke-wheel in the perspective view
  • [0029] [0029]
    7 7 ein dreieckförmiges Rotorblatt mit gerundeten Ecken und konvexen Seiten in schematischer, perspektivischer Darstellung a triangular blade with rounded corners and convex sides in a schematic, perspective view
  • [0030] [0030]
    8 8 ein in Drehrichtung vorauslaufendes, asymmetrisches Flügelprofil nach a rotationally leading, asymmetrical airfoil of 7 7 im Querschnitt (cc) in cross-section (cc)
  • [0031] [0031]
    9 9 ein in Drehrichtung nachlaufendes, asymmetrisches Flügelprofil nach a rotationally trailing, asymmetrical airfoil of 7 7 im Querschnitt (dd) in cross section (dd)
  • [0032] [0032]
    10 10 ein aus acht Segmenten zusammengesetztes quadratisches Rotorblatt mit gerundeten Ecken und konvexen Seiten in perspektivischer Darstellung a system composed of eight segments square rotor blade with rounded corners and convex sides in a perspective view
  • [0033] [0033]
    11 11 ein in Drehrichtung vorauslaufendes Ringsegment mit einem asymmetrischen Flügelprofil nach a forward-running direction of rotation in a ring segment having an asymmetric airfoil of 10 10 im Querschnitt (ee) in cross section (ee)
  • [0034] [0034]
    12 12 ein in Drehrichtung nachlaufendes Ringsegment mit einem asymmetrischen Flügelprofil nach a trailing in the direction of rotation ring segment with an asymmetric airfoil of 10 10 im Querschnitt (ff) in cross section (ff)
  • [0035] [0035]
    13 13 einen Rotor mit horizontaler Rotationsachse und einem ringförmigen Rotorblatt, dessen acht Segmente in zwei unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind in perspektivischer Schemadarstellung a rotor with a horizontal axis of rotation and an annular rotor blade whose eight segments are arranged in two different planes, in a perspective schematic representation of
  • [0036] [0036]
    14 14 ein ringförmiges Rotorblatt als Ellipse mit vertikaler Rotationsachse in der schematischen Aufsicht an annular rotor blade as an ellipse with a vertical axis of rotation in the schematic top
  • [0037] [0037]
    15 15 ein ringförmiges, aus sechs Segmenten aufgebautes Rotorblatt als Stern mit vertikaler Rotationsachse in der schematischen Aufsicht a ring, formed by six segments rotor blade as a star with a vertical axis of rotation in the schematic top
  • [0038] [0038]
    16 16 eine erfindungsgemäße Windturbine mit vertikaler Rotationsachse und einem aus sechs Segmenten aufgebauten dreieckförmigen Rotorblatt in der perspektivischen Übersicht A wind turbine according to the invention with a vertical axis of rotation and a built up of six segments triangular rotor blade in the perspective Overview
  • [0039] [0039]
    17 17 eine Speiche mit Flügelprofilierung im schematischen Querschnitt a spoke with wing profile in schematic cross-section
  • [0040] [0040]
    18 18 eine Speiche mit Flügelprofilierung im schematischen Querschnitt a spoke with wing profile in schematic cross-section
  • [0041] [0041]
    19 19 den Ausschnitt einer Windturbine mit vertikaler Rotationsachse und vier übereinander angeordneten, ringförmigen Rotorblättern in der perspektivischen Übersicht arranged a section of a wind turbine with vertical axis of rotation and four stacked annular rotor blades in the perspective Overview
  • [0042] [0042]
    20 20 eine Windturbine mit horizontaler Rotationsachse und zwei viereckigen, vertikal rotierenden Rotorblättern in der perspektivischen Übersicht a wind turbine with a horizontal axis of rotation and two square, vertical rotating rotor blades in the perspective Overview
  • [0043] [0043]
    21 21 einen Schiffsrotor in der perspektivischen Übersicht a rotor ship in the perspective Overview
  • [0044] [0044]
    22 22 eine Speiche des Rotors nach a spoke of the rotor 21 21 im schematischen Querschnitt (gg) in schematic cross-section (gg)
  • [0045] [0045]
    23 23 den Schiffsrotor nach the rotor ship after 21 21 mit Antriebsaggregat und Steuerungseinheit im eingebauten Zustand in der schematischen Schnittisometrie with drive unit and control unit when installed in the schematic Schnittisometrie
  • [0046] [0046]
    24 24 die Antriebseinheit nach The drive unit according to 23 23 in einem Schiffsrumpf im schematischen Längsschnitt in a ship's hull in a schematic longitudinal section
  • [0047] [0047]
    1 1 zeigt eine Windturbine shows a wind turbine 320 320 mit horizontaler Rotationsachse z. Drei ringförmige Rotorblätter z with a horizontal axis of rotation. Three annular rotor blades 1 1 sind jeweils in zwei Ringsegmente are in two ring segments I I , . II II unterteilt und sind als flache Ellipsen divided and are as flat ellipses 14 14 ausgebildet. formed. An jedem der drei ringförmigen Rotorblätter At each of the three annular rotor blades 1 1 ist ein vorauslaufendes und ein nachlaufendes Ringsegment is a leading end and a trailing ring segment I I , . II II vorgesehen. provided. Jedes ringförmige Rotorblatt ist über ein Drehgelenk Each annular rotor blade is connected via a swivel joint 300 300 mit dem Rotorkopf with the rotor head 30 30 verbunden und treibt einen Generator and drives a generator 322 322 an. to. Ein Drehgelenk A swivel joint 325 325 zwischen Turm between the tower 324 324 und Rotor and rotor 3 3 ermöglicht die Ausrichtung der Windturbine allows orientation of the wind turbine 320 320 zur Anströmung s. Im Betriebszustand, bei Anströmung s zeigen die Flügelnasen to flow s. In the operating state in flow s show the wing tabs 21 21 jeweils in Drehrichtung, während die Flügelhinterkanten each in the direction of rotation, while the trailing edge 22 22 über einen Anstellwinkel in den Wind gestellt sind. are provided through an angle of attack to the wind. Die aerodynamische Ausrichtung der Flügelprofile The aerodynamic orientation of the wing profiles 2 2 geht aus comes from 2 2 hervor. out.
  • [0048] [0048]
    2 2 zeigt ein ringförmiges Rotorblatt shows an annular rotor blade 1 1 nach after 1 1 . , Im Querschnitt ist die Anordnung der Ringsegmente In cross-section the arrangement of the ring segments I I , . II II mit einem Versatz in Richtung der Rotationsachse z erkennbar. recognizable with an offset in the direction of the rotation axis z. Gegenüber der Anströmung s weisen die asymmetrischen Flügelprofile Opposite the flow s, the asymmetrical airfoils 20 20 der Ringsegmente said ring segments I I , . II II einen Anstellwinkel an angle of attack 24 24 auf, der ein Anlaufen des Rotors on, the starting of the rotor 3 3 schon bei geringen Windgeschwindigkeiten ermöglicht. allows even at low wind speeds. Die asymmetrischen Flügelprofile The asymmetrical airfoils 20 20 erzeugen bereits bei geringer Umlaufgeschwindigkeit resultierende, aerodynamisch erzeugte Kräfte x, y, die ein Drehmoment an der Rotationsachse z bewirken. produce even at low rotational speed resulting aerodynamic forces generated x, y, cause a torque to the rotation axis z. Am oberen Ende des ringförmigen Rotorblatts At the upper end of the annular rotor blade 1 1 wechselt die Flügelnase changes the wing leading edge 21 21 mit einem Übergang with a transition 17 17 von der Ringaußenseite auf die Ringinnenseite. of the ring outside the ring inside. Am unteren Ende ist das ringförmige Rotorblatt At the bottom of the annular rotor blade 1 1 über ein Drehgelenk via a swivel joint 300 300 mit dem Rotorkopf with the rotor head 30 30 verbunden, sodass der Anstellwinkel variiert werden kann (stall) – und das ringförmige Rotorblatt connected so that the angle can be varied (stall) - and the annular rotor blade 1 1 aus dem Wind gedreht werden kann (pitch). can be rotated out of the wind (pitch). Die Ausbildung eines vorauslaufenden Ringsegments The formation of a leading end ring segment I I und eines nachlaufenden Ringsegments and a trailing ring segment II II , die mit einem Versatz zueinander angeordnet sind, erhöht den aerodynamischen Wirkungsgrad über eine Düsenwirkung zwischen den Ringsegmenten Which are arranged with an offset to one another, increases the aerodynamic efficiency of a nozzle effect between the ring segments I I , . II II . , Die gestaffelte Anordnung der Ringsegmente The staggered arrangement of the ring segments I I , . II II ermöglicht außerdem die Ableitung der Biegekräfte in einem Ring, der gegenüber der Beanspruchungsrichtung eine Bauhöhe aufweist. also allows for the derivation of the bending forces in a ring having a height with respect to the stress direction. Diese Bauhöhe und die Anordnung der Ringsegmente The height and the arrangement of the ring segments I I , . II II bestimmen die Gestaltung des Adapters an der Blattwurzel. determine the design of the adapter to the blade root. Das ringförmige Rotorblatt The annular rotor blade 1 1 ist aus Hohlkammerprofilen is made of hollow sections 201 201 aus glasfaserverstärktem Kunststoff aufgebaut. constructed from fiberglass reinforced plastic.
  • [0049] [0049]
    3 3 zeigt eine Windturbine shows a wind turbine 320 320 mit einer horizontalen Rotationsachse z und einem ringförmigen Rotorblatt with a horizontal axis of rotation z and an annular rotor blade 1 1 , das aus insgesamt sechs Ringsegmenten Consisting of six ring segments I I , . II II aufgebaut ist. is constructed. Die als geschwungene Ringsegmente The curved as ring segments 12 12 ausgebildeten Segmente educated segments I I , . II II zeigen eine abschnittsweise, radiale Anordnung. show a partially radial arrangement. Zwischen den geschwungenen Ringsegmenten Between the curved ring segments 12 12 sind Übergänge are transitions 17 17 vorgesehen, an denen die Flügelnase provided at which the wing leading edge 21 21 periodisch von der Ringaußenseite zur Ringinnenseite wechselt. changes periodically from the ring outside the ring inside. Die Flügelnasen The wing tabs 21 21 der Ringsegmente said ring segments I I , . II II sind dabei jeweils in Drehrichtung ausgerichtet, während die Flügelhinterkanten are respectively aligned in the direction of rotation, while the trailing edge 22 22 mit einem Anstellwinkel gegenüber der Anströmung s geneigt sind. with an angle of incidence with respect to the flow s are inclined. Vergleichsweise kurze Speichen Comparatively short spokes 25 25 verbinden das ringförmige Rotorblatt connect the annular rotor blade 1 1 mit dem Rotorkopf with the rotor head 30 30 . , Der Rotorkopf The rotor head 30 30 und der Generator and the generator 23 23 besitzen eine eiförmige aerodynamische Bekleidung aus Spinner und Generatorgehäuse. have an egg-shaped aerodynamic clothing from spinners and generator housing. Über ein Drehgelenk Via a swivel joint 325 325 ist der Rotor the rotor 3 3 mit dem Turm with the tower 324 324 verbunden und richtet sich selbsttätig zur Anströmung s aus. connected and sets itself to flow from s.
  • [0050] [0050]
    4 4 zeigt eine große Windturbine shows a large wind turbine 320 320 , deren ringförmiges Rotorblatt Whose annular rotor blade 1 1 eine Wellenform a waveform 15 15 aufweist und aus geschwungenen Ringsegmenten and is composed of curved ring segments 12 12 aufgebaut ist. is constructed. Die Ringsegmente The ring segments I I , . II II zeigen im Querschnitt aa bzw. bb nach show cross sections aa and bb after 5 5 ein asymmetrisches Flügelprofil an asymmetric airfoil 20 20 . , Die Ausrichtung der Flügelprofile The orientation of the wing profiles 20 20 wechselt an den Übergängen changes in the transitions 17 17 periodisch von der Ringaußenseite zur Ringinnenseite, wobei die Flügelnase periodically by the ring outside the ring inner side, the wing leading edge 21 21 stets in Drehrichtung des Rotors always in the direction of rotation of the rotor 3 3 ausgerichtet ist. is aligned. Die Flügelprofile The airfoils 20 20 weisen gegenüber der Anströmung s einen Anstellwinkel have against the flow s an angle of attack 24 24 auf, wobei die Flügelhinterkante on, where the trailing edge 22 22 leicht in den Wind gedreht ist. is easily turned into the wind. Mit einer gegenüber dem Radius des Rotorkreises geneigten Anordnung liefert jedes geschwungene Ringsegment With respect to the radius of the rotor circuit inclined arrangement provides each curved ring segment 12 12 bei Anströmung s parallel zur Rotationsachse z eine resultierende Antriebskraft, die als Vektor x auf der Ringaußenseite und als Vektor y auf der Ringinnenseite wirksam wird. s in flow parallel to the rotation axis Z is a resultant driving force, the X on the ring exterior and as a vector y on the ring inner side becomes effective as a vector. V-förmig gespreizte Speichen V-shaped splayed spokes 25 25 verbinden das Rotorblatt connect the rotor blade 1 1 mit der Nabe with the hub 31 31 . , Eine Tragkonstruktion aus A-förmigen Böcken ermöglicht über ein Drehgelenk A supporting structure made of A-shaped trestles enables via a swivel joint 325 325 am Fußpunkt at the base 326 326 die Ausrichtung der Windturbine the orientation of the wind turbine 320 320 zur Anströmung s. Zur Begrenzung der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors to flow s. To limit the rotational speed of the rotor 3 3 können nicht näher dargestellte Flügelklappen in den Ringsegmenten can not illustrated wing flaps in the ring segments I I , . II II genutzt werden. be used.
  • [0051] [0051]
    5 5 zeigt das Flügelprofil shows the airfoil 2 2 , aus dem die geschwungenen Ringsegmente From which the curved ring segments 12 12 nach after 4 4 aufgebaut sind, im Querschnitt aa und bb. are constructed in cross-section aa and bb.
  • [0052] [0052]
    6 6 zeigt eine Windturbine shows a wind turbine 320 320 mit zwei ringförmigen Rotorblättern with two annular rotor blades 1 1 , deren aerodynamischer Entwurf mit einer Wellenform Whose aerodynamic design with a waveform 15 15 der ringförmigen Rotorblätter the annular rotor blades 1 1 im Wesentlichen dem in den in essentially the same terms 4 4 , . 5 5 beschriebenen Beispiel entspricht. corresponds to the example described. Dabei bilden jeweils zwei ringförmige Rotorblätter Thereby forming two annular rotor blades 1 1 in einer Wellenform in a waveform 15 15 zwei in Drehrichtung des Rotors two in the direction of rotation of the rotor 3 3 gegeneinander versetzt angeordnete Druckringe, die über zusätzliche Flügelprofile jeweils an der Ringaußenseite und der Ringinnenseite untereinander verbunden sind und einen räumlichen Druckring bilden. offset from each other arranged pressure rings, which are connected via an additional wing profiles respectively on the outer ring surface and the ring inner side with each other and form a spatial compression ring. Radiale Speichen Radial spokes 25 25 mit einer Flügelprofilierung with a wing profile 250 250 verbinden diesen Druckring mit einer Nabe connect this pressure ring with a hub 31 31 , die den Generator That the generator 322 322 aufnimmt. receives. Die Speichen The spokes 25 25 sind über Federelemente are spring elements 254 254 in Form von Tellerfedern vorgespannt und stellen die Formstabilität der seilverspannten Radkonstruktion sicher. biased in the form of disc springs and provide the dimensional stability of the rope tensioned wheel design safely. Eine am Fußpunkt drehbar gelagerte Haltekonstruktion in Form von zwei A-förmigen Böcken nimmt die Nabe A rotatably mounted at the base support structure in the form of two A-shaped trestles takes the hub 31 31 auf und erlaubt die Ausrichtung dieser großen Windkraftanlage, die mit einem Durchmesser von 200 bis 300 m gebaut werden kann, zur Anströmung s. Der Leistungsbegrenzung des Rotors and permits the alignment of these large wind turbine that can be built with a diameter of 200 to 300 m, the flow s. The power limitation of the rotor 3 3 dient die Verstellbarkeit der Flügelprofile, welche die beiden ringförmigen Rotorblätter is the adjustability of the wing profiles, which connect the two annular rotor blades 1 1 in Richtung der Rotationsachse z verbinden. connect in the direction of the rotation axis z. Für eine maximale Drehzahlbegrenzung können sie quer zur Drehrichtung gestellt werden. For maximum speed limit can be placed transversely to the direction of rotation.
  • [0053] [0053]
    7 7 zeigt ein ringförmiges Rotorblatt shows an annular rotor blade 1 1 , dessen Polygonform Whose polygon shape 13 13 von einem gleichseitigen Dreieck of an equilateral triangle 130 130 abgeleitet ist und konvexe Ringsegmente is derived and convex ring segments 10 10 aufweist. has. Innerhalb der Ringsegmente Within the ring segments I I , . II II springen Flügelnase Skip wing leading edge 21 21 und Flügelkante and wing edge 22 22 in regelmäßigem Wechsel von der Ringaußenseite zur Ringinnenseite. in regular alternation of the ring outside the ring inside. Ebenso wechselt der Anstellwinkel periodisch zwischen zwei Ringsegmenten Similarly, the angle of attack changes periodically between two ring segments I I , . II II , sodass das ringförmige Rotorblatt So that the annular rotor blade 1 1 bei Anströmung s parallel zur Rotationsachse z in Drehung versetzt wird. flow at s is offset parallel to the rotation axis Z in rotation. Bei Rotation entwickeln die jeweils mit der Flügelnase Upon rotation of the developing each with the wing leading edge 21 21 in Drehrichtung ausgerichteten asymmetrischen Flügelprofile oriented in the direction of rotation asymmetrical airfoils 22 22 rotativ wirksame, aerodynamisch erzeugte Antriebskräfte x, y an jedem Ringsegment rotary effective aerodynamically generated driving forces x, y on each ring segment I I , . II II . , Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wurde auf die Darstellung aerodynamisch gestalteter Übergänge For the sake of readability, the illustration aerodynamically designed transitions 17 17 an den Nahtstellen der Ringsegmente untereinander verzichtet. at the seams of the ring segments with one another omitted.
  • [0054] [0054]
    8 8 zeigt den Querschnitt cc durch das ringförmige Rotorblatt shows the cross section CC through the annular rotor blade 1 1 am Ringsegment on the ring segment I I . , Das asymmetrische Flügelprofil The asymmetric airfoil 20 20 ist mit einem Anstellwinkel with an angle of incidence 24 24 zur Anströmung s geneigt und ist als Vollprofil s inclined to flow and is full profile 202 202 ausgebildet. formed. Die Flügelnase The wing leading edge 21 21 zeigt zur Ringaußenseite während die Flügelprofilhinterkante points to the outer ring surface while the airfoil trailing edge 22 22 zur Ringinnenseite zeigt. shows the ring inside.
  • [0055] [0055]
    9 9 zeigt den Querschnitt dd eines Ringsegments shows the cross section of a ring segment dd II II mit asymmetrischem Flügelprofil with asymmetrical airfoil 20 20 und entgegengesetztem Anstellwinkel and opposite angle 24 24 . , Die unterschiedliche Ausrichtung der Flügelnase The different orientation of the wing leading edge 21 21 und der Flügelhinterkante and the trailing edge 22 22 , sowie der unterschiedliche Anstellwinkel , As well as the different angles of attack 24 24 verdeutlichen den periodischen Wechsel der Ringsegmente illustrate the periodic change of the ring segments I I , . II II nach after 7 7 . ,
  • [0056] [0056]
    10 10 zeigt schematisch das ringförmige Rotorblatt schematically shows the annular rotor blade 1 1 eines um die Rotationsachse z rotierenden Rotors one for rotating the rotor about the rotational axis 3 3 . , Die Polygonform The polygon shape 13 13 ist von einem Quadrat is of a square 131 131 mit konvexen Ringsegmenten with convex ring segments 10 10 und gerundeten Ecken and rounded corners 18 18 abgeleitet. derived. Innerhalb der acht Ringsegmente Within the eight ring segments I I , . II II wechselt die Flügelnase changes the wing leading edge 21 21 und die Flügelhinterkante and the trailing edge 22 22 regelmäßig von der Ringaußenseite zur Ringinnenseite. regularly by the ring outside the ring inside. Bei dem Flugzeugrotor The aircraft rotor 330 330 bezeichnet das Kräftepaar x, y den Profilwiderstand. referred to the couple x, y profile drag. Auf der gewölbten Oberseite des ringförmigen Rotorblatts On the curved top of the ring-shaped rotor blade 1 1 herrscht Unterdruck, während auf der Blattunterseite ein Überdruck wirkt. a low pressure, while a pressure acting on the underside of leaves. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde bei dieser Figur auf die Darstellung der konstruktiven Verbindungselemente zur Rotationsachse z verzichtet. For reasons of clarity has been omitted in this figure the representation of the structural joining elements to the rotation axis z.
  • [0057] [0057]
    11 11 und and 12 12 zeigen die Querschnitte ee und ff durch das ringförmige Rotorblatt show the cross sections and ee ff through the annular rotor blade 1 1 nach after 10 10 . , Der Anstellwinkel The angle of attack 24 24 der asymmetrischen Flügelprofile the asymmetrical airfoils 20 20 erhöht bei Anströmung s den Betrag der Kraftvektoren x, y. increases in flow s the amount of force vectors x, y. Die Profilquerschnitte ee und ff zeigen ein Hohlkammerprofil The profile cross sections ff ee and show a hollow chamber profile 201 201 mit Steuerklappen with control flaps 240 240 . ,
  • [0058] [0058]
    13 13 zeigt einen Rotor shows a rotor 3 3 , dessen ringförmiges Rotorblatt Whose annular rotor blade 1 1 als Quadrat as the square 131 131 ausgebildet ist. is formed. Neben der Anordnung symmetrischer Flügelprofile Besides the arrangement symmetrical airfoils 23 23 innerhalb der Ringsegmente within the ring segments I I , . II II besteht die Besonderheit dieser Anordnung in einer räumlichen Faltung des ringförmigen Rotorblatts the special feature of this arrangement in a spatial convolution of the annular rotor blade 1 1 . , Der Anstellwinkel The angle of attack 24 24 der symmetrischen Flügelprofile the symmetrical airfoils 23 23 wechselt von einem Ringsegment replaced by a ring segment I I zum nächsten Ringsegment the next ring segment II II , sodass der Rotor , So that the rotor 3 3 bei Anströmung s parallel zur Rotationsachse z in Drehung versetzt wird. flow at s is offset parallel to the rotation axis Z in rotation. Die Drehbewegung wiederum erzeugt an den symmetrischen Flügelprofilen The rotary motion in turn generates the symmetric airfoils 23 23 aerodynamische Kräfte, die mit den resultierenden Vektoren x, y eine schnelle Drehung des Rotors aerodynamic forces, with the resulting vectors x, y rapid rotation of the rotor 3 3 bewirken. effect. Räumlich gespreizte Speichen Spatially spread spokes 25 25 verbinden das Rotorblatt connect the rotor blade 1 1 mit der Generatorwelle to the generator shaft 323 323 . , In der schematischen Prinzipdarstellung sind die aerodynamisch gestalteten Übergänge In the schematic schematic diagram of the aerodynamically designed transitions 17 17 zwischen den Ringsegmenten between the ring segments I I , . II II nicht dargestellt. not shown.
  • [0059] [0059]
    14 14 zeigt ein ringförmiges Rotorblatt shows an annular rotor blade 1 1 in Form einer Ellipse in the form of an ellipse 14 14 , die aus vier Ringsegmenten Consisting of four ring segments I I , . II II aufgebaut ist und eine vertikale Rotationsachse z aufweist. is constructed and has a vertical axis of rotation z. Die vier Ringsegmente The four ring segments I I , . II II sind als konvexe Ringsegmente are as a convex ring segments 10 10 ausgebildet. formed. Bei den Ringsegmenten In the ring segments I I zeigt das asymmetrische Flügelprofil shows the asymmetric airfoil 20 20 mit seiner Flügelnase with its leading edge 21 21 zur Ringaußenseite, während die Flügelhinterkante to the ring outside, while the trailing edge 22 22 zur Ringinnenseite zeigt. shows the ring inside. Die Ringsegmente The ring segments II II zeigen eine umgekehrte Ausrichtung des Flügelprofils show a reversed orientation of the airfoil 20 20 , wobei die Flügelnase Wherein the leading edge 21 21 zur Ringinnenseite und die Flügelhinterkante the ring inner side and the trailing edge 22 22 zur Flügelaußenseite zeigt. facing the outside of the sash. Bei Anströmung s senkrecht zur Rotationsachse z entsteht an jedem Flügelprofil In flow s perpendicular to the axis of rotation z is created on each wing profile 20 20 ein Kräftepaar x, y, das mit einem Versatzmoment an der Rotationsachse z wirksam wird. a force couple x, y, which is effective with an offset torque on the axis of rotation z. Bei einem schnell laufenden Strömungskonverter In a high-speed flow converter 32 32 beträgt die Anströmgeschwindigkeit am Rotorblatt ein Mehrfaches der Strömungsgeschwindigkeit, sodass alle vier Ringsegmente is the flow velocity at the rotor blade is a multiple of the flow rate, so that all four ring segments I I , . II II des elliptischen Rotorblatts the elliptical rotor blade 14 14 einen Drehimpuls an der Rotationsachse z erzeugen. produce an angular momentum on the z axis of rotation. Im Falle eines Strömungsgenerators In the case of a flow generator 33 33 bewirkt das elliptische Rotorblatt causes the elliptical rotor blade 14 14 als Hubschrauberrotor as a helicopter rotor 330 330 Auftrieb. Buoyancy.
  • [0060] [0060]
    15 15 zeigt ein ringförmiges Rotorblatt shows an annular rotor blade 1 1 in einer Sternform in a star shape 16 16 in der schematischen Aufsicht. in the schematic plan view. Die Sternform The star shape 16 16 ist aus insgesamt sechs Ringsegmenten is a total of six ring segments I I , . II II aufgebaut, die untereinander drei spitze Ecken constructed among themselves three sharp corners 19 19 und drei stumpfe Ecken bilden. form and three blunt corners. Jeweils zwischen zwei Ringsegmenten Between two ring segments I I , . II II wechselt die Flügelnase changes the wing leading edge 21 21 und die Flügelhinterkante and the trailing edge 22 22 von der Ringaußenseite zur Ringinnenseite. of the ring outside the ring inside. Das ringförmige Rotorblatt The annular rotor blade 1 1 wird senkrecht zur Rotationsachse z angeströmt, wobei jeweils an zwei benachbarten Ringsegmenten is flowing perpendicular to the rotation axis z, wherein in each case at two adjacent ring segments I I , . II II ein aero- oder hydrodynamisch bewirktes Kräftepaar mit den resultierenden Vektoren x, y mit einem Versatzmoment auf die Rotationsachse z einwirkt. an aero- or hydrodynamic forces, effected couple with the resulting vectors x, y acts with an offset torque to the rotation axis z. Bei Anströmung s bewirkt dieser Wechsel der Flügelausrichtung eine Rotation, da das mit der Flügelhinterkante With this change of flow s wing orientation causes rotation, as the one with the trailing edge 22 22 orientierte asymmetrische Flügelprofil oriented asymmetric airfoil 20 20 mit einem C w -Wert von ungefähr 0,16 geschoben, während das mit der Flügelnase pushed with a C w value of about 0.16, while the one with the wing leading edge 21 21 zur Ringaußenseite mit einem C w -Wert von 0,08 einen aero- oder hydrodynamisch bewirkten Drehimpuls entwickelt. developed for ring outside with a C w value of 0.08 an aerobic or hydrodynamically induced angular momentum. Übersteigt die Umlaufgeschwindigkeit die Anströmgeschwindigkeit, bewirken alle Ringsegment Exceeds the rotational speed of the flow velocity, cause all ring segment I I , . II II aero- oder hydrodynamisch erzeugte Drehkräfte. aerobic or hydrodynamically generated torques.
  • [0061] [0061]
    16 16 zeigt das ringförmige Rotorblatt shows the annular rotor blade 1 1 eines Strömungskonverters a flow converter 32 32 , der als Windturbine , As the wind turbine 320 320 oder als Wasserturbine or as a water turbine 321 321 eingesetzt werden kann. can be used. Die Polygonform The polygon shape 13 13 des ringförmigen Rotorblatts the annular rotor blade 1 1 ist aus einem gleichseitigen Dreieck is an equilateral triangle 130 130 mit konvexen Ringsegmenten with convex ring segments 10 10 und gerundeten Ecken and rounded corners 18 18 abgeleitet. derived. Bei Anströmung s senkrecht zur Rotationsachse z baut sich in jeder Stellung des gleichseitigen Dreiecks In flow s perpendicular to the axis of rotation z builds up in each position of the equilateral triangle 130 130 ein auf die Rotorachse z mit Versatz einwirkendes Kräftepaar x, y auf. a acting on the rotor axis z with displacement force couple x, y on. Das ringförmige Rotorblatt The annular rotor blade 1 1 ist in gleich große Ringsegmente is in the same size ring segments I I , . II II aufgeteilt, innerhalb derer die Ausrichtung des asymmetrischen Flügelprofils divided within which the orientation of the asymmetrical wing profile 20 20 regelmäßig wechselt. changes regularly. Speichen Spoke 25 25 verbinden als Zugglieder das Rotorblatt connect as tension members, the rotor blade 1 1 mit der Nabe with the hub 31 31 . , Federelemente Spring elements 254 254 halten die Vorspannkraft der vorgespannten und über Kreuz angeordneten Speichen hold the biasing force of the prestressed and crosswise arranged spokes 25 25 konstant. constant. Durch die V-förmige Spreizung der Speichen Through the V-shaped spread of the spokes 25 25 wird das ringförmige Rotorblatt is the ring-shaped rotor blade 1 1 räumlich gehalten. spatially held. Der horizontal rotierende Strömungskonverter The horizontal rotating flow converter 32 32 ist an einem vertikalen Turm is on a vertical tower 324 324 drehbar gelagert. rotatably mounted.
  • [0062] [0062]
    17 17 zeigt den Querschnitt durch die Speiche shows the cross section of the spoke 25 25 eines erfindungsgemäßen Rotors a rotor according to the invention 3 3 nach den in accordance with the 4 4 , . 6 6 , . 16 16 und and 19 19 . , Der tragende Teil einer Speiche The support part of a spoke 25 25 wird dabei von einem Seil is assisted by a rope 251 251 gebildet. formed. Die aero- oder hydrodynamische Wirkung wird über ein asymmetrisches Speichenflügelprofil The aero- or hydrodynamic effect is an asymmetrical spokes airfoil 250 250 erzielt, das aus einem Schalenkörper obtained, which consists of a shell body 253 253 besteht. there.
  • [0063] [0063]
    18 18 zeigt eine alternative Ausbildung einer Rotorspeiche shows an alternative embodiment of a rotor radius 25 25 nach den in accordance with the 4 4 , . 6 6 , . 16 16 und and 19 19 im Querschnitt. in cross section. Der tragende Kern des Speichenprofils besteht hier aus einem Flachprofil The supporting core of the spokes profile here consists of a flat profile 252 252 , das von einem zweiteiligen Schalenkörper That of a two-piece shell body 253 253 eingefasst wird. is enclosed. Bei Anströmung s sowohl parallel als auch senkrecht zur Rotationsachse z bewirken die in S flow at both parallel and perpendicular to the axis of rotation z effect in 17 17 und and 18 18 dargestellten Speichenquerschnitte ein zusätzliches Drehmoment an der Rotationsachse z. Bei Rotoren spokes cross sections shown an additional torque to the rotation axis z. For rotors 3 3 mit vertikaler Rotationsachse z wird ein Speichenflügelprofil with vertical rotation axis z is a spoke airfoil 250 250 dabei von der Flügelnase her angeströmt, während es bei Rotoren it flows onto the wing leading edge ago, while in rotors 3 3 mit horizontaler Drehachse von der Breitseite her angeströmt wird. is flown on a horizontal axis of the broadside.
  • [0064] [0064]
    19 19 zeigt den Ausschnitt einer Windturbine shows a section of a wind turbine 320 320 , bei der an einem vertikalen Turm Wherein the vertical on a tower 324 324 vier gegensinnig rotierende Rotoren four counter-rotating rotors 36 36 in einem Abstand zueinander angeordnet sind. are arranged at a distance from one another. Die Polygonform The polygon shape 13 13 der ringförmigen Rotorblätter the annular rotor blades 1 1 ist jeweils von einem gleichseitigen Dreieck respectively of an equilateral triangle 130 130 abgeleitet und zeigt konkave Ringsegmente derived and shows concave ring segments 11 11 . , Eine regelmäßige Unterteilung der ringförmigen Rotorblätter A regular division of the annular rotor blades 1 1 in Ringsegmente in ring segments I I , . II II mit dem erfindungsgemäßen Richtungswechsel der asymmetrischen Flügelprofile with the inventive change in direction of the asymmetrical airfoils 20 20 lässt an jeweils zwei benachbarten Ringsegmenten leaves at two adjacent ring segments I I , . II II bei Anströmung s senkrecht zur Rotationsachse z das Kräftepaar x, y entstehen. at flow s perpendicular to the axis of rotation for the couple x, y arise. Aufgrund der gegensinnigen Rotation der einzelnen Rotoren Because of the reverse rotation of the individual rotors 3 3 entsteht durch den Magnus-Effekt ein Wirbel, der die Anströmgeschwindigkeit an den Rotorblättern caused by the Magnus effect a vortex, the flow velocity at the rotor blades 1 1 erheblich erhöhen kann. can significantly increase. Der vertikale Turm The vertical tower 324 324 ist als Stahlrohr und bei sehr großen Anlagen als Stahlbetonröhre ausgebildet. is a steel tube and with very large plants as reinforced concrete tube. Dabei können die Rotoren In this case, the rotors 3 3 einen Durchmesser von 60 m haben. have a diameter of 60 m. Die Windkraftnutzung über einen entsprechenden 200–300 m hohen Turm erhöht die mögliche Ausbeute an elektrischer Leistung weit über bisher bekannte Möglichkeiten hinaus. The use of wind power through a corresponding 200-300 m high tower increases the potential yield of electrical power far beyond previously known possibilities.
  • [0065] [0065]
    20 20 zeigt eine Windturbine shows a wind turbine 320 320 mit zwei vertikal rotierenden ringförmigen Rotorblättern with two vertically rotating annular rotor blades 1 1 , deren Polygonform Whose polygon shape 13 13 von einem Quadrat of a square 131 131 mit konvexen Seiten with convex sides 10 10 und gerundeten Ecken and rounded corners 18 18 abgeleitet ist. is derived. Jeweils acht Speichen Eight spokes 25 25 mit einem asymmetrischen Speichenflü gelprofil gel profile with an asymmetric Speichenflü 250 250 verbinden die ringförmigen Rotorblätter connect the annular rotor blades 1 1 mit der horizontalen Rotationsachse z. Am Kopfpunkt des Turms with the horizontal axis of rotation z. At the top point of the tower 324 324 befindet sich ein Drehgelenk There is a pivot 325 325 als Verbindung zur Maschinengondel mit dem Generator for connection to the nacelle with the generator 322 322 , der zwischen den beiden Rotoren That between the two rotors 3 3 angeordnet ist. is arranged. Auf Grund der Fahnenwirkung an den ringförmigen Rotorblättern Due to the flags effect on the annular rotor blades 1 1 richtet sich ein Strömungskonverter is directed a flow converter 32 32 selbsttätig zur Anströmung s aus. automatically to flow from s.
  • [0066] [0066]
    21 21 zeigt einen erfindungsgemäßen Strömungsgenerator shows a flow generator according to the invention 33 33 als Schiffsrotor as a ship rotor 331 331 . , Das ringförmige Rotorblatt The annular rotor blade 1 1 ist von einem Quadrat is of a square 131 131 mit konvexen Ringsegmenten with convex ring segments 10 10 und gerundeten Ecken and rounded corners 18 18 abgeleitet und wird über insgesamt acht Speichen derived and is a total of eight spokes 25 25 mit einem asymmetrischen Speichenprofil with an asymmetrical spokes Profile 250 250 mit der Rotorwelle with the rotor shaft 332 332 verbunden. connected. Die Kugel auf der Rotorwelle ist Teil eines Kugelgelenks The ball on the rotor shaft is part of a ball joint 335 335 , das, wie in den Which, as in the 23 23 und and 24 24 dargestellt, im Bereich des Schiffsbodens angeordnet wird. shown, is located in the area of the ship's bottom. Bei Rotation des Schiffsrotors Upon rotation of the rotor ship 331 331 entstehen an allen Ringsegmenten occur at all ring segments I I , . II II Vektoren x, y, deren Betrag dem Strömungswiderstand der asymmetrischen Flügelprofile Vectors x, y, the amount of the flow resistance of the asymmetrical airfoils 20 20 entspricht. corresponds. Der Rotor bewirkt an seiner Oberseite einen Unterdruck und lässt, wie in den The rotor causes a negative pressure at its top and leaves, as shown in 23 23 und and 24 24 am Heck eines Schiffes eine Welle entstehen. at the stern of a ship a wave arise.
  • [0067] [0067]
    22 22 zeigt den Querschnitt gg eines Speichenprofils shows the cross section of a spoke profile gg 25 25 , das als asymmetrisches Speichenflügelprofil That an asymmetrical spokes airfoil 250 250 ausgebildet ist. is formed. Alle Teile des Schiffsrotors All parts of the ship rotor 331 331 sind deshalb hydrodynamisch wirksam und erzeugen an der Rotoroberseite Unterdruck und an der Rotorunterseite Überdruck. therefore hydrodynamically effective and produce on the rotor top vacuum and the rotor base pressure.
  • [0068] [0068]
    23 23 zeigt die Heckpartie eines Schiffsrumpfs shows the rear part of a ship's hull 340 340 mit dem in with the in 21 21 dargestellten Schiffsrotor Ship rotor shown 331 331 im eingebauten Zustand. in the installed state. Der Schiffsrotor The ship rotor 331 331 ist mittels des Drehgelenks by means of the rotary joint 335 335 im Schiffsboden und mittels der hydraulischen Zylindern in the ship's bottom and by means of hydraulic cylinders 334 334 , die auf die Rotorwelle Acting on the rotor shaft 332 332 einwirken, in alle Richtungen verstellbar. acting, adjustable in all directions. Ein Elektromotor An electric motor 333 333 treibt die Rotorwelle an. drives the rotor shaft. Der Schiffsboden zeigt eine hydrodynamisch wirksame Gestaltung in Form einer schiefen Ebene mit seitli chen Leitflossen The ship's bottom shows a hydrodynamically effective organization in the form of an inclined plane with tail fins seitli chen 341 341 . , Die quer zur Fahrtrichtung angeordnete schiefe Ebene lenkt den vom Rotor The transverse to the driving direction of the rotor deflects the inclined plane 3 3 erzeugten Schub in Fahrtrichtung. generated thrust in the direction of travel.
  • [0069] [0069]
    24 24 zeigt den schematischen Querschnitt durch einen Schiffsrumpf shows the schematic cross section of a ship's hull 340 340 . , Die in The in 23 23 gezeigte Antriebseinheit kann in der hinteren Hälfte eines Schiffsrumpfs eingebaut werden. drive unit shown can be installed in the rear half of a ship hull. Bei dem gezeigten Beispiel ist sie am Heck angeordnet. In the example shown it is arranged at the stern. Weil die Rotationsachse z leicht in Fahrtrichtung gekippt ist, kann die von dem Rotor bewirkte Auftriebskraft in eine vertikale Komponente Because the rotation axis z is slightly tilted in the same direction, which is caused by the rotor lift force can in a vertical component 26 26 und eine horizontale Komponente and a horizontal component 27 27 zerlegt werden. be disassembled. Der Kraftvektor The force vector 27 27 liefert unmittelbaren Schub, während der Kraftvektor provides immediate boost, while the force vector 26 26 mittelbar über eine Welle indirectly via a shaft 28 28 am Heck Vortrieb bewirkt. at the rear causes thrust. Die Trimmflosse The trim tab 29 29 im Bereich des Bugwulsts stabilisiert den Rumpf. in the area of Bugwulsts stabilizes the hull. Bezugszeichenübersicht Numeral overview
    Ringförmiges Rotorblatt Annular rotor blade 1 1 Flügelprofil Airfoil 2 2 Rotor Rotor 3 3
    Ringsegment Ring segment I I Asymmetrisches Flügelprofil Asymmetric airfoil 20 20 Rotationsachse Axis of rotation z z
    Ringsegment Ring segment II II Hohlprofil Hollow section 200 200 Rotorkopf Rotor head 30 30
    Konvexes Ringsegment Convex ring segment 10 10 Hohlkammerprofil Hollow profile 201 201 Drehgelenk Swivel 300 300
    Konkaves Ringsegment Concave ring segment 11 11 Vollprofil Full profile 202 202 Nabe Hub 31 31
    Geschwungenes Ringsegment Curved ring segment 12 12 Metallprofil Metal profile 203 203 Strömungskonverter Flow converter 32 32
    Polygonform Polygonal shape 13 13 Flügelnase Leading edge 21 21 Windturbine Wind turbine 320 320
    Gleichseitiges Dreieck Equilateral Triangle 130 130 Flügelprofilhinterkante Airfoil trailing edge 22 22 Wasserturbine Water turbine 321 321
    Quadrat Square 131 131 Symmetrisches Flügelprofil Symmetrical airfoil 23 23 Generator Generator 322 322
    Vieleck Polygon 132 132 Anstellwinkel Angle of attack 24 24 Generatorwelle Generator shaft 323 323
    Ellipse Ellipse 14 14 Steuerklappe Control flap 240 240 Turm Tower 324 324
    Wellenform Waveform 15 15 Speiche Spoke 25 25 Drehgelenk Swivel 325 325
    Sternform Star shape 16 16 Asymmetrisches Speichenflügelprofil Asymmetrical spokes airfoil 250 250 Fußpunkt Nadir 326 326
    Übergang Transition 17 17 Seil Rope 251 251 Strömungsgenerator Flow generator 33 33
    Gerundete Ecke Rounded corner 18 18 Flachprofil Low Profile 252 252 Hubschrauberrotor Helicopter rotor 330 330
    Spitze Ecke Top corner 19 19 Schalenkörper Shell body 253 253 Schiffsrotor Ship rotor 331 331
    Kräftepaar Couple of forces x, y x, y Federelement Spring element 254 254 Rotorwelle Rotor shaft 332 332
    Vektor Vector x x Auftrieb Buoyancy 26 26 Elektromotor Electric motor 333 333
    Vektor Vector y y Vortrieb Propulsion 27 27 Hydraulikzylinder Hydraulic cylinder 334 334
    Anströmung Flow s s Welle Shaft 28 28 Kugelgelenk Ball joint 335 335
    Trimmflosse Trim tab 29 29 Wasserfahrzeug Water craft 34 34
    Rumpf Hull 340 340
    Strömungsleitfläche Flow guide 341 341
    Gleichsinnige Rotation DC Radical rotation 35 35
    Gegensinnige Rotation Counter-rotation 36 36
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0070] [0070]
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  • Zitierte Patentliteratur Patent literature cited
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    • - DE 102005059679 A1 [0006] - DE 102005059679 A1 [0006]
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Classifications
International ClassificationF03D1/06
Cooperative ClassificationF05B2250/131, F03D1/025, F05B2250/70, F05B2240/301, F03D1/0608, Y02E10/721, F05B2240/40, F05B2250/14, F03B17/062, F05B2250/121, F03D3/061, Y02E10/74, F03B17/061, Y02E10/28, F05B2250/11
European ClassificationF03B17/06C, F03D1/02B, F03B17/06B, F03D3/06D, F03D1/06B
Legal Events
DateCodeEventDescription
29 Sep 2011R119Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
Effective date: 20110601
Effective date: 20110531
10 Nov 2011R084Declaration of willingness to licence
Effective date: 20110909