DE2950572A1 - Fluid-driven or driving rotor - has blade surface formed as band wound around imaginary torus or helical or spiral cylinder - Google Patents

Fluid-driven or driving rotor - has blade surface formed as band wound around imaginary torus or helical or spiral cylinder

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DE2950572A1 DE19792950572 DE2950572A DE2950572A1 DE 2950572 A1 DE2950572 A1 DE 2950572A1 DE 19792950572 DE19792950572 DE 19792950572 DE 2950572 A DE2950572 A DE 2950572A DE 2950572 A1 DE2950572 A1 DE 2950572A1
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Abstract

The rotor is intended for propelling a fluid or being driven by fluid flow. It consists of a surface (z) which is first twisted (n) about its longitudinal centre line to form a helical band on the outer surface of an imaginary cylinder. After this, the band is formed such (m) that the central axis of this cylinder forms a circle, a helix or a spiral about the centre line (R) of the rotor. When formed (m) into a circle, Moebius-ring fashion, this circle preferably lies in a plane at right angles to the rotor axis, and the ends of the band (i.e at the two ends of the imaginary cylinder) are connected (i.e the band is wound around an imaginary torus). When provided with an armature winding the rotor may be used in a turbo-generator or a turbo-compressor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für das Antreiben von Kraft- oder Arbeitsmaschinen oder für das Antreiben von Fahrzeugen oder dergl. sowie das Fördern von Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen.The invention relates to a rotor for driving power or working machines or for driving Vehicles or the like. As well as the conveyance of gases, liquids or solids.

Für diese Zwecke werden bisher eine Vielzahl von verschiedenen Propellern oder Antriebsschrauben mit radial um eine Nabe angeordneten, verwundenen Flügeln oder Blättern zur Schuber- „ zeugung in Achsrichtung oder Laufräder mit Schaufeln zur Umwandlung von Strömungsenergie in Rotationsenergie und umgekehrt oder beispielsweise Rührschnecken mit einem entlang einer geraden Achse verschraubten Band eingesetzt. Derartige Schub-, Antriebs- oder Förderorgane besitzen ungerade Parität bezüglich der Spiegelung der Rotationsachse. Insbesondere bei der Anordnung einzelner radialer Flügel, Blätter oder Schaufeln ist die Festigkeit beschränkt. Der Wirkungsgrad wird durch die Unstetigkeit am Rand durch unerwünschte Randwirbel beeinträchtigt.For this purpose, a large number of different propellers or drive screws have been used radially around a hub arranged, twisted wings or leaves for slipcase " generation in the axial direction or impellers with blades for converting flow energy into rotational energy and vice versa or, for example, stirring screws are used with a band screwed along a straight axis. Such Thrust, drive or conveying elements have odd parity with regard to the mirroring of the axis of rotation. In particular when arranging individual radial wings, blades or vanes, the strength is limited. The efficiency is affected by the discontinuity at the edge by undesired tip vortices.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor der gattungsgemäßen Art einfacher Bauart zu schaffen, dessen Eigenschaften hinsichtlich der zuvor genannten Kriterien verbessert sind.The object of the present invention is to provide a rotor of the generic type of simple design, the Properties with regard to the aforementioned criteria are improved.

Ein erfindungsgemäßer Rotor, der diese Aufgabe löst, ist gekennzeichnet durch eine in sich verschraubte Zylindermantelfläche mit um die Rotationsachse laufender Verschraubungsachse. A rotor according to the invention which achieves this object is characterized by a cylinder jacket surface that is screwed into itself with screwing axis running around the axis of rotation.

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MERTENS & KEIL·MERTENS & KEIL

I2sm -A- I2sm -A-

PATENTAN WALTEPATENTAN WALTE

Die Verschraubungsachse kann im einfachsten Falle kreisförmig, aber auch Schraubenlinien- oder spiralförmig um die Rotationsachse verlaufen.In the simplest case, the screwing axis can be circular, but also helical or spiral the axis of rotation run.

Vorzugsweise liegt die kreisförmig geschlossene, die Rotations-Preferably, the circularly closed, the rotational

achse umlaufende Verschraubungsachse in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene.axis circumferential screwing axis in a plane perpendicular to the axis of rotation.

Der neuartige Rotor läßt sich beispielsweise dadurch herstellen, daß die Zylindermantelfläche aus einem vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise rechteckigen Materialband dadurch gebildet ist, daß nach Verschraubung des Materialbandes in sich die Bandenden aufeinander zurückgeführt sind.The novel rotor can be manufactured, for example, by that the cylinder jacket surface consists of a preferably, but not necessarily rectangular strip of material is formed by the fact that after screwing the strip of material in itself the tape ends are returned to one another.

Der Rotor besteht demnach im einfachsten Falle aus einem geschlossenen Materialband, welches man sich um einen fiktiven Torus gewunden denken kann, dessen Achse mit der Rotationsachse zusammenfällt. Den erfindungsgemäßen Rotor kann man in dieser einfachen Form dann auch als Torusschraube bezeichnen. Mathematisch läßt sich eine solche Torusschraube durch zwei zueinander senkrechte Rotationen ROt1 = IjT m und Rot_ = + TT η beschreiben, die eine η-fach verwundene Zylindermantelfläche (Schraubenfläche) mit vorgegebenem Radius erzeugen, welche entsprechend dem Vorzeichen von Rot? eine eindeutige Links- bzw. Rechtsschraube bildet. Im Fall m = 2 und η = 2 hat die verschraubte ZylindermantelfLache des erfindungsgemäßen Rotors die spezielle Form eines Möbius- sehen Bandes. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung mit η = 2 und m = ungradzah-Hg > 2.In the simplest case, the rotor therefore consists of a closed band of material, which can be thought of as being wound around a fictitious torus, the axis of which coincides with the axis of rotation. In this simple form, the rotor according to the invention can then also be referred to as a torus screw. Such a torus screw can be mathematically described by two mutually perpendicular rotations ROt 1 = IjT m and Rot_ = + TT η, which generate an η-fold twisted cylindrical surface (helical surface) with a given radius, which corresponds to the sign of red ? forms a clear left or right screw. In the case of m = 2 and η = 2, the screwed cylinder jacket surface of the rotor according to the invention has the special shape of a Möbius strip. A configuration with η = 2 and m = odd-number Hg> 2 is preferred.

Die erfindungsgemäße mechanische Torusschraube zeichnet sich durch gute Füllung aus. Sie erzeugt wenig Randwirbel. Die freifahrende Torusschraube hat Wirkungen, die den herkömmlichen Mantelschrauben ähnlich sind, da die in sichThe mechanical torus screw according to the invention is characterized are characterized by good filling. It creates little tip vortex. The free moving torus screw has effects that the conventional Jacket screws are similar in that they are inherently

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verschraubte Zylindermantelfläche sowohl axial in Schubrichtung als auch radial zur Rotationsachse hinweisende Flächenabschnitte aufweist. Die Art der Verwindung der Zylindermantelfläche kann, wie dies bei Flügeln, Blättern oder Schaufeln herkömmlicher Art bekannt ist, an die besonderen Verhältnisse des Antriebs, des Antriebsmediums bzw. des zu fördernden Mediums angepaßt werden.Screwed cylinder jacket surface both axially in the thrust direction and radially to the axis of rotation pointing surface sections having. The type of twisting of the cylinder surface can, as is the case with wings, leaves or Shovels conventional type is known to the particular Ratios of the drive, the drive medium or the medium to be conveyed are adapted.

Der erfindungsgemäße Rotor ist damit vielseitig beispielsweise als Läufer oder Laufrad in Strömungskraft- oder -Arbeitsmaschinen, z.B. Wind- oder Wasserkraftmaschinen, als Schub-oder Mischorgan für gasförmige, flüssige oder rieselfähige Materialien, z.B. als Lüfter-, Gebläse- oder Verdichterrad, aber auch als Vortriebsorgan, z.B. als Luft- oder Wasserschraube für den Antrieb von Flugzeugen oder Schiffen geeignet.The rotor according to the invention is thus versatile, for example As a runner or impeller in flow power or work machines, e.g. wind or water power machines, as a thrust or Mixing device for gaseous, liquid or free-flowing materials, e.g. as a fan, blower or compressor wheel, but also suitable as a propulsion device, e.g. as an air or water screw for propelling aircraft or ships.

Neben der aufgrund seines geschlossenen Aufbaues als Torusschraube hohen Festigkeit des erfindungsgemäßen Rotors hat dieser die Eigenschaft, daß sich mit seiner Drehrichtung die Schubrichtung ändert. Ohne aufwendige Verstellung des Einstellwinkels von Blättern oder Flügeln läßt sich daher durch Drehumkehr eine Schubumkehr erzielen.In addition to the torus screw due to its closed structure high strength of the rotor according to the invention, this has the property that with its direction of rotation the direction of thrust changes. Without laborious adjustment of the setting angle of leaves or wings can therefore achieve a thrust reversal by reversing the rotation.

Wenn auf die erfindungsgemäße Torusschraube die Wicklung eines elektrischen Leiters aufgebracht ist, kann sie als Anker in einem Elektromotor oder Generator Verwendung finden. Die Kombination der Zylindermantelfläche mit der elektrischen Wicklung bildet in sich einen Turbinengenerator oder einen elektrisch antreibbaren Verdichter.If the winding of an electrical conductor is applied to the torus screw according to the invention, it can be used as Find anchor in an electric motor or generator use. The combination of the cylinder surface with the electrical The winding forms a turbine generator or an electrically driven compressor.

Eine Antriebs- oder Förderanordnung für Kraft- oder Arbeitsmaschinen oder Fahrzeuge kann einen, vorzugsweise aber auch mehrere im axialen Abstand bezüglich der RotationsachseA drive or conveyor arrangement for prime movers or work machines or vehicles can have one, but preferably also several, at an axial distance from the axis of rotation

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hintereinander angeordnete Rotoren der erfindungsgemäßen Art aufweisen. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Rotoren hat deswegen besonders günstige Wirkung, weil aufgrund der besonderen Ausgestaltung der Schubflächen der jeweils vorgeschaltete Rotor in den Schlund des jeweils nachgeordneten Rotors fördert.one behind the other arranged rotors of the invention Kind. The series connection of several rotors therefore has a particularly beneficial effect, because due to the special design of the thrust surfaces of each upstream rotor in the throat of the respective downstream Rotor promotes.

Der Rotor kann auch in einem feststehenden Zylindermantel angeordnet sein, wie dies an sich bei Mantelschrauben herkömmlicher Art bekannt ist.The rotor can also be arranged in a stationary cylinder jacket, as is conventional in the case of jacket screws Kind is known.

Die Lagerung des erfindungsgemäßen Rotors kann entweder auf der mittigen mechanischen Rotationsachse mittels Stegen zwischen Rotationsachse und der in sich verschraubten Zylindermantelfläche, oder am Außenumfang der in sich verschraubten Zylindermantelfäche erfolgen, letzteres insbesondere dann, wenn der Rotor in einem zusätzlichen feststehenden Zylindermantel angeordnet ist.The storage of the rotor according to the invention can either on the central mechanical axis of rotation by means of webs between the axis of rotation and the screwed cylinder surface, or on the outer circumference of the screwed-on cylinder jacket surface, the latter in particular when the rotor is arranged in an additional stationary cylinder jacket.

Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 veranschaulichen die Herstellung und die endgültige Form eines erfindungsgemäßen Rotors aus einem rechteckigen Materialstreifen für die Rotationen Rot. = 2 Ί/ und Rot? = + 3 ~fi . A particular embodiment of the rotor according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Figures 1 to 3 illustrate the manufacture and the final shape of a rotor according to the invention from a rectangular strip of material for the rotations red. = 2 Ί / and red ? = + 3 ~ fi.

Ausgangspunkt ist ein rechteckiger Materialstreifen gemäß Fig. 1, der jedoch vor seiner Zusammenfügung (Rot.) zu einer geschlossenen Zylindermantelfläche Z mit dem RadiusThe starting point is a rectangular strip of material as shown in FIG a closed cylindrical surface Z with the radius

r. und der Rotationsachse R des Rotors η-fach, im dargestelten Fall 3-fach in sich zu einer Schraubenfläche verwunden wird (Rotp). Dabei ergibt sich nach der Aneinanderfügung der Enden des Materialstreifens ein Rotor mit einer in sich verschraubten Zylindermantelfläche, wie sie in Fig.r. and the axis of rotation R of the rotor η-fold, in the illustrated Case is twisted 3-fold into a helical surface (Rotp). This results after joining of the ends of the strip of material, a rotor with a screwed cylinder jacket surface, as shown in Fig.

3 dargestellt ist.3 is shown.

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Claims (7)

MERTENS & KEILMERTENS & KEIL PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS Frank f urt/iVain 13.12.19 79Frank f urt / iVain 12/13/19 79 W 12 g P 2 K/D£W 12 g P 2 K / D £ Heinz Wenz
Körnerstr. 26Heinz Wenz
Körnerstrasse 26th 6052 Mühlheim am Main6052 Mühlheim am Main "Rotor"
Ansprüche:"Rotor"
Expectations: [Iy Rotor für das Antreiben von Kraft- oder Arbeitsmaschinen oder für das Antreiben von Fahrzeugen oder dergl. sowie das Fördern von Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen, gekennzeichnet durch eine in sich verschraubte Zylindermantelfläche (Z) mit um die Rotationsachse (R) laufender Verschraubungsachse (V).[Iy rotor for driving power or work machines or for driving vehicles or the like as well as conveying gases, liquids or solids, characterized by a screwed cylinder surface (Z) with the screwing axis (V) running around the axis of rotation (R). 2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubungsachse (V) die Rotationsachse (R) kreisförmig geschlossen, spiral- oder schraubenlinienförmig umlauft.2. Rotor according to claim 1, characterized in that the screw axis (V), the axis of rotation (R) is circular closed, spiral or helical. 3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmig geschlossen die Rotationsachse (R) umlaufende Verschraubungsachse (V) in einer zur Rotationsachse (R) senkrechten Ebene liegt.3. Rotor according to claim 2, characterized in that the circular closed the axis of rotation (R) revolving Screw axis (V) lies in a plane perpendicular to the axis of rotation (R). 130025/0419130025/0419 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 2 MERTENS & KEIL 2 MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS 4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zy 1 i nder;;iante ] fl Sehe (Z) aus einem z.B. rechteckigen Materialband dadurch gebildet ist, daß nach der'Verschraubung des Katerialt-nces die Bandenden aufeinander zurückgeführt sind.4. Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the Zy 1 i nder ;; iante] fl See (Z) from a e.g. rectangular material band is formed in that after the screwing of the Katerialt-nces the band ends on top of each other are returned. 5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zy1inermantelf1äche (Z) die Wicklung eines elektrischen Leiters trägt.5. Rotor according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the cylinder jacket surface (Z) is the winding of an electrical conductor. 6. Antriebs- oder Förderanordnung für Kraft- oder Arbeitsmaschinen, Fahrzeuge oder dgl., gekennzeichnet durch einen Rotor oder mehrere im axialen Abstand bezüglich der Rotationsachse (R) hintereinander angeordnete Rotoren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.6. Drive or conveyor arrangement for prime movers or machines, Vehicles or the like, characterized by one or more rotors at an axial distance from the axis of rotation (R) rotors arranged one behind the other according to one of claims 1 to 4. 7. Antriebs- oder Förderanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Rotor in einem feststehenden Zylindermantel angeordnet ist.7. Drive or conveyor arrangement according to claim 6, characterized in that the at least one rotor in one fixed cylinder jacket is arranged. 130025/0419130025/0419
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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