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DE102014009962A1 - Energy conversion according to Bernoulli principle - Google Patents

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DE102014009962A1
DE102014009962A1 DE102014009962.8A DE102014009962A DE102014009962A1 DE 102014009962 A1 DE102014009962 A1 DE 102014009962A1 DE 102014009962 A DE102014009962 A DE 102014009962A DE 102014009962 A1 DE102014009962 A1 DE 102014009962A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zum Wandeln zwischen mechanischer Energie (4) und elektrischer Energie (6) umfassend: – ein einen Innenraum (22) umschließendes Gehäuse (20) mit einer den Innenraum (22) nach außen hin öffnenden Öffnung (58), – eine im Innenraum (22) aufgenommene elektrische Maschine (14), und – mindestens eine mit der elektrischen Maschine (14) wirkverbundene, um eine Rotationsachse (16, 44) in einem Drehbewegungsbereich (64) drehbare Schaufel (48),– wobei die Rotationsachse (16, 44) durch den Innenraum (22) des Gehäuses (20) verläuft und der Drehbewegungsbereich (64) über die Öffnung (58) radial nach außen (62) ragt.The invention relates to a device (2) for converting between mechanical energy (4) and electrical energy (6) comprising: - a housing (20) enclosing an interior space (22) with an opening (58) opening outward from the interior space (22) ), - in the interior (22) received electrical machine (14), and - at least one with the electric machine (14) operatively connected to a rotation axis (16, 44) in a rotational movement range (64) rotatable blade (48), - wherein the axis of rotation (16, 44) extends through the interior (22) of the housing (20) and the rotational movement region (64) projects radially outward (62) via the opening (58).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wandeln zwischen mechanischer und elektrischer Energie.The present invention relates to a device for converting between mechanical and electrical energy.

Zur Wandlung zwischen mechanischer Energie und elektrischer Energie, das heißt entweder von elektrischer Energie in mechanische Energie oder umgekehrt, können elektrische Maschinen eingesetzt werden. Beispielsweise ist es aus der DE 20 2011 104 180 U1 bekannt, einen Axialrotor aus einem Schaufelträger und umfänglich um den Schaufelträger angeordneten Schaufeln hochkant auf den First eines Daches aufzusetzen und damit einen Generator anzutreiben. Das Dach stellt ein Gehäuse dar, das aufgrund seiner Form auftreffenden Wind beschleunigt und ihn durch den Axialrotor leitet.For the conversion between mechanical energy and electrical energy, that is, either from electrical energy to mechanical energy or vice versa, electrical machines can be used. For example, it is from the DE 20 2011 104 180 U1 known to set up an axial rotor of a blade carrier and circumferentially around the blade carrier arranged blades upright on the ridge of a roof and thus to drive a generator. The roof represents a housing that accelerates due to its shape impinging wind and passes it through the axial rotor.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Wandlung zwischen mechanischer Energie und elektrischer Energie zu verbessern.It is an object of the invention to improve the conversion between mechanical energy and electrical energy.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of independent claim 1. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Wandeln zwischen mechanischer und elektrischer Energie ein einen Innenraum umschließendes Gehäuse mit einer den Innenraum nach außen hin öffnenden Öffnung, eine im Innenraum aufgenommene elektrische Maschine, und wenigstens eine mit der elektrischen Maschine wirkverbundene, um eine Rotationsachse in einem Drehbewegungsbereich drehbare Schaufel, wobei die Rotationsachse durch den Innenraum des Gehäuses verläuft und der Drehbewegungsbereich über die Öffnung radial nach außen ragt.According to one aspect of the invention, a device for converting between mechanical and electrical energy comprises a housing enclosing an interior with an opening to the outside of the interior, an electric machine accommodated in the interior, and at least one operatively connected to the electric machine, about a rotation axis in a rotary rotating blade rotatable blade, wherein the axis of rotation extends through the interior of the housing and the rotational movement region projects radially outwardly via the opening.

Ausgehend von dem eingangs genannten, hochkant aufgestellten Axialrotor liegt der angegebenen Vorrichtung die Überlegung zugrunde, dass die Nutzung der den Axialrotor passierenden Strömung, also des Windes, einerseits nur mit einem schlechten Wirkungsgrad und andererseits nur mit einem vergleichsweise hohen technischen Aufwand möglich ist. Der eingangs genannte Axialrotor steht auf dem First des Daches nur ein an einer ganz bestimmten punktförmigen Stelle und kann daher die durch das Dach beschleunigte Strömung nur in einem entsprechend geringem Bereich nutzen. Ferner sind für eine wirkungsvolle Nutzung des Axialrotors sogenannte Luftleitteile notwendig, da die vom Gehäuse in Form des Daches beschleunigte Strömung sonst von der Rotationsachse des Axialrotors aus gesehen radial beidseitig an die Schaufeln des Axialrotors angreifen und so gegenseitig aufgehoben und/oder ausgelöscht werden würde.Based on the aforementioned, edgewise mounted axial rotor of the specified device is based on the consideration that the use of the axial flow passing through the flow, so the wind, on the one hand only with a poor efficiency and on the other hand only with a relatively high technical complexity is possible. The aforementioned axial rotor stands on the ridge of the roof only one at a very specific punctiform point and therefore can use the accelerated by the roof flow only in a correspondingly small area. Furthermore, so-called air guiding parts are necessary for an effective use of the axial rotor, since the accelerated from the housing in the form of the roof flow otherwise seen from the axis of rotation of the axial rotor attack radially on both sides of the blades of the axial rotor and would be mutually repealed and / or extinguished.

Hier greift die angegebene Vorrichtung mit dem Vorschlag an, den Axialrotor nicht außerhalb des die Strömung beschleunigenden Gehäuses sondern innerhalb des Innenraumes dieses Gehäuses aufzunehmen, so dass die Rotationsachse des Axialrotors durch den Innenraum des Gehäuses verläuft. Die Schaufeln des Axialrotors werden dann von der Rotationsachse aus gesehen über eine Öffnung im Gehäuse radial einseitig aus dem Gehäuse geführt, so dass die Schaufeln in diesem Bereich radial aus dem Gehäuse herausragen. In diesem herausragenden Bereich kann die vom Gehäuse beschleunigte Strömung dann an die Schaufeln angreifen und den Axialrotor drehen. Weil der Axialrotor von der Rotationsachse aus gesehen auf der radial anderen Seite im Inneren des Gehäuses aufgenommen ist, kann dort keine Strömung angreifen und somit die Antriebswirkung des Axialrotors nicht auslöschen. Auf diese Weise kann die Strömung über die gesamte Breite des Gehäuses genutzt werden, ohne dass zusätzliche technische Elemente, wie beispielsweise die Luftleitelemente, im eingangs genannten Fall des Daches notwendig sind.Here, the specified device attacks with the proposal not to receive the axial rotor outside of the flow-accelerating housing but within the interior of this housing, so that the axis of rotation of the axial rotor extends through the interior of the housing. The blades of the axial rotor are then viewed from the axis of rotation of an opening in the housing radially on one side out of the housing, so that the blades project radially out of the housing in this area. In this outstanding area, the flow accelerated by the housing can then engage the blades and rotate the axial rotor. Because the axial rotor is viewed from the rotation axis taken on the radially other side in the interior of the housing, there can not attack flow and thus do not cancel the driving action of the axial rotor. In this way, the flow over the entire width of the housing can be used without additional technical elements, such as the air guide elements, in the aforementioned case of the roof are necessary.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt das Gehäuse eine strömungsmechanische Grenzschicht oder auch strömungsmechanische Wand genannt, dar. Das Gehäuse braucht dabei den Innenraum nur teilweise einzuhausen und kann daher neben der Öffnung, die von der Schaufel radial durchdringbar ist, weitere Öffnungen umfassen, insbesondere an Stellen, die strömungsmechanisch zur Ausführung der Erfindung unrelevant sind. Grundsätzlich lenkt das Gehäuse eine winklig auftreffende Strömung ab, beschleunigt sie wie beim eingangs genannten Dach (Bernoulli-Effekt) und führt sie zum radial durch die Öffnung ragenden Teil der Schaufel. Daher wird auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bernoulli-Effekt ausgenutzt. Die Strömung kann dabei durch jedes beliebige Fluid und damit durch jedes beliebige Gas und/oder jede beliebige Flüssigkeit bereitgestellt werden.In the context of the present invention, the housing is called a flow-mechanical boundary layer or fluidic wall. The housing only needs to partially encase the interior space and can therefore comprise further openings in addition to the opening which is radially penetrable by the blade, in particular in places , which are not fluidly relevant to the practice of the invention. Basically, the housing deflects an angular impinging flow, accelerates it as in the aforementioned roof (Bernoulli effect) and leads them to the radially projecting through the opening part of the blade. Therefore, in the context of the present invention, the Bernoulli effect is exploited. The flow can be provided by any fluid and thus by any gas and / or any liquid.

Je nach Auslegung der elektrischen Maschine als elektrischer Generator oder als Elektromotor kann die Schaufel entsprechend durch die Strömung angetrieben und mit dem elektrischen Generator elektrische Energie erzeugen oder mit dem Elektromotor selbst eine Strömung erzeugen, und so beispielsweise als Antrieb genutzt werden.Depending on the design of the electrical machine as an electric generator or as an electric motor, the blade can be driven accordingly by the flow and generate electrical energy with the electric generator or generate a flow with the electric motor itself, and are thus used for example as a drive.

Das Gehäuse kann im Profil eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise die Form eines Keiles, wobei die Axialrotoren in Strömungsrichtung mit einer zunehmenden radialen Ausdehnung angeordnet werden können.The housing may have any shape in profile, for example the shape of a wedge, wherein the axial rotors can be arranged in the flow direction with an increasing radial extent.

In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist das Gehäuse in einem in Richtung der Rotationsachse gesehenen Profil ein Tragflächen- oder Flügelprofil. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass der eingangs genannte Bernoulli-Effekt möglichst wirkungsvoll genutzt werden sollte. Hierzu bietet sich das Tragflächenprofil ein. Ein Tragflächenprofil oder auch Flügelprofil genannt, ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, wobei beide Seiten an einer Profilnase zusammenlaufen. Eine auf die Profilnase zuströmende Strömung wird an dieser Stelle getrennt und strömt dann über die Oberseite und Unterseite. Durch Ausbilden des Tragflächenprofils mit unterschiedlichen Krümmungen an der Oberseite und der Unterseite wirkt der Bernoulli-Effekt, wodurch die Strömungen die Oberseite und Unterseite unterschiedlich schnell passieren. Dies führt dazu, dass sich an der Oberseite und der Unterseite unterschiedliche Drücke ausbilden. Bei einem gewöhnlichen Tragflächenprofil werden die Krümmungen an der Oberseite und der Unterseite so gewählt, dass die sich ausbildenden Drücke an der Unterseite höher sind, als an der Oberseite, um einen Auftrieb zu ermöglichen. Daher soll die Oberseite des Tragflächenprofils nachstehend als Unterdruckseite und die Unterseite nachstehend als Überdruckseite bezeichnet werden.In a further development of the specified device, the housing in a profile viewed in the direction of the axis of rotation is an aerofoil. or wing profile. This development is based on the consideration that the aforementioned Bernoulli effect should be used as effectively as possible. For this purpose, the wing profile offers. An airfoil or wing profile is called, characterized in that it has a top and a bottom, with both sides converge on a profile nose. An inflowing flow on the profile nose is separated at this point and then flows over the top and bottom. By forming the airfoil profile with different curvatures at the top and bottom, the Bernoulli effect acts whereby the flows pass the top and bottom at different speeds. As a result, different pressures develop at the top and the bottom. In a conventional airfoil, the curvatures at the top and bottom are chosen so that the pressures that are formed at the bottom are higher than at the top to allow buoyancy. Therefore, the top of the airfoil is to be referred to below as the vacuum side and the bottom below as the pressure side.

Dabei sollte die oben genannte Öffnung zum Innenraum hin in einer besonderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung an der Unterdruckseite des Tragflächenprofils angeordnet sein. Wie bereits erläutert, ist die Unterdruckseite diejenige Seite des Tragflächenprofils, auf der die Strömung aufgrund des Bernoulli-Effektes gegenüber der Überdruckseite beschleunigt wird. Wird die elektrische Maschine als elektrischer Generator betrieben, wird die oben genannte Schaufel mit der beschleunigten Strömung bewegt, so dass sich die Umsetzung von mechanischer Energie in elektrische Energie effizienter durchführen lässt. Das Gleiche gilt selbstverständlich für den Fall, dass die elektrische Maschine ein Elektromotor zum Umsetzen von elektrischer Energie in mechanische Energie, also in eine Strömung, ist.In this case, the above-mentioned opening to the interior should be arranged in a particular embodiment of the specified device on the negative pressure side of the airfoil. As already explained, the negative pressure side is that side of the airfoil profile on which the flow is accelerated due to the Bernoulli effect with respect to the overpressure side. If the electric machine is operated as an electric generator, the above-mentioned blade is moved with the accelerated flow, so that the conversion of mechanical energy into electrical energy can be carried out more efficiently. The same applies, of course, in the event that the electric machine is an electric motor for converting electrical energy into mechanical energy, ie into a flow.

In einer anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist die der Unterdruckseite gegenüberliegende Überdruckseite des Tragflächenprofils eben oder in den Innenraum gerichtet konkav ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die angegebene Vorrichtung in einfacher Weise an bestehenden Strukturen, wie Wänden o der dergleichen befestigt werden, um elektrische oder mechanische Energie zu erzeugen.In another embodiment of the specified device, the negative pressure side opposite overpressure side of the airfoil profile is flat or directed concave in the interior. In this way, the specified device can be easily attached to existing structures, such as walls or the like, to generate electrical or mechanical energy.

In einer noch anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist die Schaufel beweglich an einem durch die elektrische Maschine um die Rotationsachse drehbaren Schaufelträger angeordnet. Durch die bewegliche Anordnung kann die Schaufel im Innenraum des Gehäuses an den Schaufelträger radial herangezogen werden, um auf diese Weise den Platzbedarf für die Schaufel im Innenraum zu reduzieren. Dadurch wird im Innenraum des Gehäuses auch der Bewegungswiderstand reduziert, der sich den Schaufeln aufgrund von Luft oder einer Flüssigkeit im Innenraum des Gehäuses entgegenstellt. Hierzu kann in der angegebenen Vorrichtung in besonders günstiger Weise eine den Drehbewegungsbereich definierende Begrenzungswand im Innenraum des Gehäuses angeordnet sein, an der die beweglich am Schaufelträger angeordnete Schaufel ablenkbar ist. Auf diese Weise wird zur Bewegung der Schaufel am Schaufelträger keine weitere Kraftquelle, wie in Motor oder ähnliches benötigt, wodurch Aufwand und Kosten eingespart werden können.In yet another development of the specified device, the blade is movably arranged on a blade carrier rotatable by the electric machine about the axis of rotation. Due to the movable arrangement, the blade can be used radially in the interior of the housing to the blade carrier, in order to reduce the space required for the blade in the interior in this way. As a result, the movement resistance is reduced in the interior of the housing, which opposes the blades due to air or a liquid in the interior of the housing. For this purpose, in the specified device in a particularly favorable manner, a boundary wall defining the range of rotational movement can be arranged in the interior of the housing, on which the blade movably arranged on the blade carrier can be deflected. In this way, the movement of the blade on the blade carrier no further power source, as required in the engine or the like, which effort and cost can be saved.

Zweckmäßigerweise sollte die Schaufel an dem Schaufelträger um einen radial von der Rotationsachse beabstandeten Drehpunkt drehbar angeordnet werden. Auf diese Weise wird die Schaufel durch die aufgrund der Rotation des Axialrotors hervorgerufene Zentripetalkraft stets in eine Ursprungsposition zurückgesetzt, wenn sie nicht mehr durch die Begrenzungswand abgelenkt wird.Conveniently, the blade should be rotatably mounted on the blade carrier about a fulcrum radially spaced from the axis of rotation. In this way, the blade is always reset by the caused by the rotation of the axial rotor centripetal force in an original position when it is no longer deflected by the boundary wall.

In einer Weiterbildung umfasst die angegebene Vorrichtung einen Strömungskanal in dem das Gehäuse angeordnet ist.In a development, the specified device comprises a flow channel in which the housing is arranged.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Anordnung zum Wandeln zwischen mechanischer und elektrischer Energie einen Strömungskanal, dessen Wand wenigstens teilweise durch wenigstens eine der angegebenen Vorrichtungen gebildet ist. Aufgrund der angegebenen Vorrichtung wird der Strömungskanal quer zur Strömungsrichtung verjüngt, wodurch sich der weiter oben bereits erwähnte Bernoulli-Effekt optimal ausnutzen lässt.According to a further aspect of the invention, an arrangement for converting between mechanical and electrical energy comprises a flow channel whose wall is at least partially formed by at least one of the specified devices. Due to the specified device, the flow channel is tapered transversely to the flow direction, whereby the already mentioned above Bernoulli effect can be optimally utilized.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei.The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments which will be described in connection with the drawings.

1 in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zum Wandeln zwischen mechanischer und elektrischer Energie, 1 in a schematic view a device for converting between mechanical and electrical energy,

2 in einer Profilansicht ein Beispiel für die Vorrichtung der 1, 2 in a profile view an example of the device of 1 .

3 in einer perspektivischen Ansicht die Vorrichtung aus 2, 3 in a perspective view of the device 2 .

4 in einer Schnittansicht einen Axialrotor für die Vorrichtung aus 3, 4 in a sectional view of an axial rotor for the device 3 .

5 in einer Schnittansicht den Axialrotor aus 4 im Betrieb, 5 in a sectional view of the axial rotor 4 operational,

6 in einer perspektivischen Ansicht eine Anordnung zum Wandeln zwischen mechanischer und elektrischer Energie mit einer Vorrichtung aus 2, 6 in a perspective view of an arrangement for converting between mechanical and electrical energy with a device from 2 .

7 in einer perspektivischen Ansicht eine alternative Anordnung zum Wandeln zwischen mechanischer und elektrischer Energie mit einer Vorrichtung aus 2, 7 in a perspective view of an alternative arrangement for converting between mechanical and electrical energy with a device from 2 .

8 in einer perspektivischen Ansicht eine Anwendung der Vorrichtung aus 2, 8th in a perspective view of an application of the device 2 .

9 in einer perspektivischen Ansicht eine alternative Anwendung der Vorrichtung aus 2, und 9 in a perspective view of an alternative application of the device 2 , and

10 in einer perspektivischen Ansicht eine noch alternative Anwendung der Vorrichtung aus 2 zeigen. 10 in a perspective view of a still alternative application of the device 2 demonstrate.

In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.

Es wird auf 1 genommen, die in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung 2 zum Wandeln zwischen mechanischer Energie 4 und elektrischer Energie 6 zeigt.It will open 1 taken, which in a schematic view a device 2 for converting between mechanical energy 4 and electrical energy 6 shows.

Unter die mechanische Energie 4 kann beispielsweise eine durch Pfeile angedeutete Strömung 8 fallen, während unter die elektrische Energie 6 beispielsweise eine elektrische Spannung 10 in Kombination mit einem elektrischen Strom 12 fallen kann.Under the mechanical energy 4 For example, a flow indicated by arrows 8th fall while under the electrical energy 6 for example, an electrical voltage 10 in combination with an electric current 12 can fall.

Die Vorrichtung 2 weist eine elektrische Maschine 14 auf, an die die elektrische Spannung 10 anlegbar ist. Mit der elektrischen Maschine 14 wirkverbunden ist beispielsweise über eine Welle 16 eine Beschaufelung 18, die von der Strömung 8 durchströmt wird. Die Welle 16 selbst kann dabei selbstverständlich durch ein nicht weiter dargestelltes Getriebe oder ähnliches unterbrochen sein.The device 2 has an electric machine 14 on, to which the electrical voltage 10 can be applied. With the electric machine 14 is operatively connected, for example via a wave 16 a blading 18 that by the flow 8th is flowed through. The wave 16 itself can of course be interrupted by a not further shown gear or the like.

Zur Wandlung zwischen mechanischer Energie 4 und elektrischer Energie 6 sind grundsätzlich zwei Fälle denkbar. Im ersten Fall dreht die Beschaufelung 18 basierend auf der bereits existierenden Strömung 8 über die Welle 16 die elektrische Maschine 14, so dass die elektrische Maschine 14 die elektrische Spannung 10 erzeugt. In diesem Fall werden die Beschaufelung 18 als Turbine und die elektrische Maschine 14 als elektrischer Generator bezeichnet. Im zweiten Fall dreht die elektrische Maschine 14 basierend auf einer bereits existierenden elektrischen Spannung 10 über die Welle 16 die Beschaufelung 18, so dass die Beschaufelung 18 die Strömung 8 erzeugt. In diesem Fall werden die Beschaufelung 18 als Verdichter und die elektrische Maschine 14 als Elektromotor bezeichnet.For the conversion between mechanical energy 4 and electrical energy 6 Basically two cases are conceivable. In the first case, the blading turns 18 based on the already existing flow 8th over the wave 16 the electric machine 14 so that the electric machine 14 the electrical voltage 10 generated. In this case, the blading 18 as a turbine and the electric machine 14 referred to as an electric generator. In the second case, the electric machine turns 14 based on an existing electrical voltage 10 over the wave 16 the blading 18 so the blading 18 the flow 8th generated. In this case, the blading 18 as a compressor and the electric machine 14 referred to as an electric motor.

Die Vorrichtung 2 soll dabei für beide Fälle einsetzbar sein.The device 2 should be usable for both cases.

Es wird auf die 2 und 3 Bezug genommen, die entsprechend in einer Draufsicht und einer perspektivischen Ansicht ein Beispiel der Vorrichtung 2 zeigen.It will be on the 2 and 3 Reference is made to the corresponding in plan view and a perspective view an example of the device 2 demonstrate.

Die Vorrichtung 2 umfasst ein Gehäuse 20, das einen Innenraum 22 von einem Außenraum 24 trennt. Das Gehäuse 20 umfasst dabei ein teilweise mit einer in 3 nicht dargestellten Außenhaut 25 überzogenes Schalungsgerüst. Das Schalungsgerüst umfasst im Wesentlichen parallel zueinander und umfänglich um den einzuschließenden Innenraum 22 mit einem noch zu beschreibenden Profil angeordnete Streben 26, von denen in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen sind. Endseitig sind die Streben 26 jeweils an einer Abschlussplatte 28 fixiert. Ferner sind zwischen den Streben 26 im Innenraum 26 noch Lagerplatten 30 mit Lagerbohrungen 32 gehalten, in denen zur Beschaufelung 18 gehörende Axialrotoren 34 drehbar gelagert sind. Die Lagerplatten 30 können dabei an den Abschlussplatten 28 über Stützelemente 36 befestigt sein, um die Stabilität des Schalungsgerüstes des Gehäuses 20 zu erhöhen.The device 2 includes a housing 20 that has an interior 22 from an outdoor space 24 separates. The housing 20 includes a partial with a in 3 not shown outer skin 25 coated formwork scaffolding. The formwork framework comprises substantially parallel to each other and circumferentially around the interior to be enclosed 22 struts arranged with a profile to be described later 26 of which in 3 For the sake of clarity, not all are provided with a reference numeral. End are the struts 26 each on a cover plate 28 fixed. Further, between the struts 26 in the interior 26 still bearing plates 30 with bearing bores 32 kept in that for blading 18 belonging axial rotors 34 are rotatably mounted. The bearing plates 30 can do this on the end plates 28 via support elements 36 be attached to the stability of the formwork framework of the housing 20 to increase.

Das Profil, mit dem die Streben 26 den Innenraum 22 des Gehäuses 20 einschließen ist im Rahmen der vorliegenden Ausführung ein Tragflächenprofil, oder auch Flügelprofil genannt. Das Tragflächenprofil weist eine Oberseite 38 und eine Unterseite 40 auf, die an einer Profilnase 42 zusammenlaufen. Die Oberseite 38 ist dabei konvex gekrümmt. Die Krümmung der Unterseite 40 kann dabei beliebig, also konvex, konkav oder eben, ausgebildet sein, mit der Einschränkung, dass wenn auch die Unterseite 40 konvex gekrümmt ist, ein Krümmungsgrad der Oberseite 38 größer ist, als ein Krümmungsgrad der Unterseite 40. In der vorliegenden Ausführung ist die Unterseite 40 eben ausgeführt, so dass sich die Vorrichtung 2 in einfacher Weise an einen Träger, wie beispielsweise ein Gebäude befestigen lässt. Darüber hinaus sollte der Krümmungsgrad der Oberseite 38 so gewählt werden, dass die Oberseite 38 gegenüber der Unterseite 40 im in 2 dargestellten Profil zwischen 10% und 30%, vorzugsweise zwischen 15% und 25% und besonders bevorzugt 20% länger ist.The profile with which the struts 26 the interior 22 of the housing 20 include is in the context of the present embodiment, a wing profile, or called wing profile. The airfoil has an upper surface 38 and a bottom 40 on that at a profile nose 42 converge. The top 38 is curved convexly. The curvature of the underside 40 can be arbitrary, ie convex, concave or flat, be formed, with the restriction that, although the bottom 40 is convexly curved, a degree of curvature of the top 38 is greater than a degree of curvature of the bottom 40 , In the present embodiment, the bottom is 40 just executed, so that the device 2 in a simple manner to a support, such as attach a building. In addition, the degree of curvature should be the top 38 be chosen so that the top 38 opposite the bottom 40 in the 2 profile shown is between 10% and 30%, preferably between 15% and 25% and particularly preferably 20% longer.

Trifft die zu erzeugende oder erzeugte Strömung 8 im Einsatz der Vorrichtung 2 auf die Profilnase 42 des Gehäuses 20, so wirkt der in der DE 20 2011 104 180 U1 erläuterte Bernoulli-Effekt und beschleunigt die Strömung 8 auf der Oberseite 38. Wie beispielsweise aus der Luftfahrttechnik bekannt, entsteht durch die Beschleunigung der Strömung 8 an der Oberseite 38 ein relativer Unterdruck gegenüber der Unterseite 40, an der folglich ein relativer Überdruck entsteht. Aus diesem Grunde sollen die Oberseite 38 und die Unterseite 40 nachstehend entsprechend als Unterdruckseite 38 und als Überdruckseite 40 bezeichnet werden. Diese Druckverhältnisse sorgen beim Einsatz des Tragflächenprofils beispielsweise in der Luftfahrttechnik bei einem Flugzeug für den Auftrieb.Meets the flow to be generated or generated 8th in use of the device 2 on the profile nose 42 of the housing 20 so does the one in the DE 20 2011 104 180 U1 explained Bernoulli effect and accelerate the flow 8th on the top 38 , As is known, for example, from aviation technology, the result is the acceleration of the flow 8th at the top 38 a relative negative pressure to the bottom 40 , which results in a relative overpressure. For this reason, the top should 38 and the bottom 40 hereafter as negative pressure side 38 and as overpressure side 40 be designated. These pressure conditions provide when using the airfoil, for example in aeronautical engineering in an aircraft for the buoyancy.

Die basierend auf dem Bernoulli-Effekt an der Unterdruckseite 38 beschleunigte Strömung 8 soll dabei an den Axialrotoren 34 der Beschaufelung 18 wirken, damit die Strömung 8 entweder erzeugt oder genutzt werden kann. Darauf soll nachstehend näher eingegangen werden, wozu neben den 2 und 3 zusätzlich auch auf die 4 und 5 Bezug genommen wird, die einen der Axialrotoren 34 der Beschaufelung 18 in einer Schnittansicht zeigen. Dabei sind die einzelnen Elemente der Axialrotoren 34 der Übersichtlichkeit halber nur in den 4 und 5 und nicht in den 2 und 3 mit einem Bezugszeichen versehen.Based on the Bernoulli effect on the vacuum side 38 accelerated flow 8th should be doing on the axial rotors 34 the blading 18 act, thus the flow 8th can either be generated or used. This will be discussed in more detail below, including the 2 and 3 in addition to the 4 and 5 Reference is made to one of the axial rotors 34 the blading 18 show in a sectional view. Here are the individual elements of the axial rotors 34 for the sake of clarity, only in the 4 and 5 and not in the 2 and 3 provided with a reference numeral.

Die einzelnen Axialrotoren 34 der Beschaufelung 18 sind in der vorliegenden Ausführung im Wesentlichen gleich aufgebaut und unterscheiden sich nur in ihrer Größe. Jeder Axialrotor 34 der Beschaufelung 18 umfasst einen Schaufelträger mit einer Welle 44, die in den Lagerbohrungen 32 der Lagerplatten 30 gehalten ist. Die Wellen 44 der einzelnen Axialrotoren 34 können mit der in 1 gezeigten Welle 16 beispielsweise über nicht weiter dargestellte Getriebe wirkverbunden sein. Alternativ kann es sich bei der Welle 44 und der Welle 16 der 1 um dasselbe Bauteil handeln, insbesondere wenn in der Vorrichtung 2 nur ein einziger Axialrotor 34 als Beschaufelung 18 verwendet wird.The individual axial rotors 34 the blading 18 are essentially the same in the present embodiment and differ only in their size. Each axial rotor 34 the blading 18 includes a blade carrier with a shaft 44 that in the bearing bores 32 the bearing plates 30 is held. The waves 44 the individual axial rotors 34 can with the in 1 shown wave 16 be operatively connected, for example via not shown transmission. Alternatively, it may be at the shaft 44 and the wave 16 of the 1 to act on the same component, especially if in the device 2 only a single axial rotor 34 as a blading 18 is used.

Auf der Welle 44 sind axial beabstandet zueinander konzentrisch zur Welle 44 zwei kreisrunde Haltescheiben 46 befestigt, die der Übersichtlichkeit halber auch in 3 an einem der Axialrotoren 34 ebenfalls mit einem Bezugszeichen versehen sind. Im Umfangsbereich der Haltescheiben 46 sind in den 4 und 5 nicht weiter sichtbare Lagerbohrungen ausgebildet. Die Lagerbohrungen sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass sich eine Lagerbohrung an einer Haltescheibe 46 und eine Lagerbohrung an der anderen Haltescheibe 46 axial gegenüberliegen, also in Umfangsrichtung um die Welle 44 gesehen nicht versetzt zueinander angeordnet sind. Das ist jedoch zur Ausführung der Erfindung nicht zwingend notwendig. In jeweils zwei axial gegenüberliegenden Lagerbohrungen an den Haltescheiben ist jeweils eine schwenkklappenartig ausgebildete Schaufel 48 gelagert. In der vorliegenden Ausführung sind an jedem Axialrotor 34 acht schwenkklappenartige Schaufeln 48 vorhanden, was jedoch rein beispielhaft ist.On the wave 44 are axially spaced from each other concentric with the shaft 44 two circular retaining washers 46 attached, which for the sake of clarity also in 3 on one of the axial rotors 34 are also provided with a reference numeral. In the peripheral region of the retaining washers 46 are in the 4 and 5 not further visible bearing bores formed. The bearing bores are arranged in the present embodiment, that a bearing bore on a retaining disc 46 and a bearing bore on the other retaining disc 46 axially opposite, so in the circumferential direction around the shaft 44 Seen are not offset from each other. However, this is not essential to the practice of the invention. In each case two axially opposite bearing bores on the retaining disks is in each case a swivel flap-like blade formed 48 stored. In the present embodiment are on each axial rotor 34 eight swivel-flap-like blades 48 present, which is purely exemplary.

Die Zahl der schwenkklappenartigen Schaufeln 48 kann prinzipiell von eins aufwärts beliebig sein, wobei die vorliegende Erfindung bei einer Anzahl von vier bis zehn schwenkklappenartigen Schaufeln 48, insbesondere acht schwenkklappenartigen Schaufeln 48 besonders wirksam umsetzbar ist. Speziell bietet sich eine Ausführung mit sechs schwenkklappenartigen Schaufeln 48 an.The number of swivel flap-like blades 48 may in principle be arbitrary from one upwards, with the present invention in a number of four to ten pivoting flap-like blades 48 , in particular eight swivel flap-like blades 48 is particularly effective to implement. Specifically, there is a version with six pivoting flap-like blades 48 at.

Die Schwenkklappenfunktion der einzelnen Schaufeln 48 wird in der vorliegenden Ausführung über Haltestangen 50 ermöglichst, wobei jede Haltestange 50 der einzelnen Schaufeln 48 in je zwei axial gegenüberliegenden Lagerbohrungen der Haltescheiben 46 gelagert sind, so dass die einzelnen Haltestangen zur Welle 44 axial ausgerichtet und parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise sind die in 4 angedeuteten Schaufelblätter 51 der Schaufeln 48, das heißt die Flächen der Schaufeln 48 an denen die Strömung 8 angreifen kann, in Umfangsrichtung um die Welle 44 ausrichtbar, so dass die Wirkung der Strömung 8 an den Schaufeln 48 maximal ist. Sind die einzelnen Lagerbohrungen an den Haltescheiben 46 nicht axial gegenüberliegend sondern in Umfangsrichtung um die Welle 44 versetzt zueinander angeordnet, dann verlaufen die einzelnen Haltestangen 50 zur Welle 44 windschief. Auch müssen die einzelnen Lagerbohrungen nicht zwingend derart angeordnet werden, dass die gelagerten Haltestangen 50 und damit die einzelnen Schaufeln 48 parallel zueinander verlaufen.The swing flap function of the individual blades 48 is in the present embodiment via handrails 50 possible, with each handrail 50 the individual blades 48 in each case two axially opposite bearing bores of the retaining washers 46 are stored, so that the individual handrails to the shaft 44 axially aligned and parallel to each other. In this way, the in 4 indicated blades 51 the blades 48 that is the surfaces of the blades 48 where the flow 8th can attack, in the circumferential direction around the shaft 44 alignable, so that the effect of the flow 8th on the blades 48 is maximum. Are the individual bearing holes on the retaining washers 46 not axially opposite but circumferentially around the shaft 44 staggered to each other, then run the individual handrails 50 to the wave 44 askew. Also, the individual bearing bores need not necessarily be arranged such that the mounted handrails 50 and with it the individual blades 48 parallel to each other.

Jede Schaufel 48 besitzt in der vorliegenden Ausführung ein Haltegestell 52, über das die entsprechende Haltestange 50 der Schaufel 48 fixiert ist.Every scoop 48 has a holding frame in the present embodiment 52 , over which the appropriate holding rod 50 the shovel 48 is fixed.

Durch die schwenkklappenartige Lagerung der Schaufeln 48 können die einzelnen Schaufeln 48 um eine durch die Welle 44 verlaufende Schwenkachse mit einem in 4 an einer der Schaufeln 48 angedeuteten Schwenkwinkel 54 verschwenkt werden. An jeder Schaufel 48 wird der Schwenkwinkels 54 dabei über ein Blockierelement 56 eingeschränkt. Grundsätzlich kann die Ausführung der Anordnung der schwenkklappenartigen Schaufeln 48 konstruktiv auch auf eine andere Art gelöst werden.Through the pivoting flap-like storage of the blades 48 Can the individual blades 48 one by the shaft 44 extending pivot axis with a in 4 on one of the blades 48 indicated swivel angle 54 be pivoted. On every shovel 48 becomes the swivel angle 54 while a blocking element 56 limited. In principle, the embodiment of the arrangement of the pivoting flap-like blades 48 be solved constructively in a different way.

Um im Betrieb der Vorrichtung 2 die an der Unterdruckseite 38 des Gehäuses 20 beschleunigte Strömung 8 zu erzeugen oder zu nutzen, müssen die Schaufeln 48 der einzelnen Axialrotoren 34 mit dieser, wie bereits erwähnt, in Wirkkontakt gebracht werden. Hierzu ist in der Außenhaut 25 des Gehäuses 20 für jeden Axialrotor 34 eine Öffnung 58 ausgebildet, durch die die Schaufeln 48 des jeweiligen Axialrotors 34 in den Außenraum 24 geschwenkt werden können.In order to operate the device 2 at the negative pressure side 38 of the housing 20 accelerated flow 8th to generate or use the blades 48 the individual axial rotors 34 be brought into operative contact with this, as already mentioned. This is in the outer skin 25 of the housing 20 for each axial rotor 34 an opening 58 formed by the blades 48 of the respective axial rotor 34 in the outside space 24 can be swiveled.

Im Innenraum 22 des Gehäuses 20 ist jeder Axialrotor 34 von einer Begrenzungswand 60 umgeben. Die Begrenzungswand 60 ist dabei in einem nicht weiter referenzierten Abstand zum Axialrotor 34 angeordnet, der so klein dimensioniert ist, dass die Schaufeln 48 um die oben genannte Schwenkachse zur Welle 44 des Axialrotors 34 hin verschwenkt werden. Erreicht eine Schaufel 48 die Öffnung 58 kann sie von der Welle 44 des Axialrotors 34 weg in den Außenraum 24 zurückgeschwenkt werden. Für eine eventuell hierzu notwendige Schwenkkraft reicht in der Regel die Zentripetalkraft aus, die beim Drehen des Axialrotors 34 auf die Schaufeln 48 wirkt. Zusätzlich kann aber auch eine Schwenkhilfskraft beispielsweise durch ein Rückstellelement bereitgestellt werden.In the interior 22 of the housing 20 is every axial rotor 34 from a boundary wall 60 surround. The boundary wall 60 is in a not further referenced distance to the axial rotor 34 arranged so small that the blades 48 around the above-mentioned pivot axis to the shaft 44 of the axial rotor 34 be pivoted. Reach a shovel 48 the opening 58 she can get off the shaft 44 of the axial rotor 34 away to the outside space 24 be swung back. As a rule, the centripetal force, which is required when rotating the axial rotor, is sufficient for any necessary pivoting force 34 on the blades 48 acts. In addition, however, a swiveling auxiliary force can also be provided, for example, by a return element.

Der Bereich im Außenraum 24, in dem sich die Schaufeln 48 eines Axialrotors 34 bewegen können wird nachstehend als Außenbewegungsbereich 62 der Schaufeln 48 des jeweiligen Axialrotors 34 bezeichnet. Die Außenbewegungsbereiche 62 der einzelnen Axialrotoren 34 sind in 2 gepunktet dargestellt. Für jeden Axialrotor 34 bilden die entsprechenden Außenbewegungsbereiche 62 gemeinsam mit den von den entsprechenden Begrenzungswänden 60 umgebenen Bereichen einen Drehbewegungsbereich 64, in dem sich die entsprechende Axialturbine 34 mit ihren Schaufeln 48 dreht.The outdoor area 24 in which the blades are 48 an axial rotor 34 will be referred to as outdoor movement area below 62 the blades 48 of the respective axial rotor 34 designated. The outside movement areas 62 the individual axial rotors 34 are in 2 shown dotted. For every axial rotor 34 form the corresponding external movement areas 62 together with those of the corresponding boundary walls 60 surrounded areas a rotary motion area 64 in which the corresponding axial turbine 34 with their shovels 48 rotates.

Eine in elektrische Energie 6 umzusetzende Strömung 8 kann daher an die Schaufeln 48 des Axialrotors 34 im Außenbewegungsbereich 62 der Schaufeln 48 angreifen und so die Schaufeln 48 in einer in 4 und 5 angedeuteten Drehrichtung 65 drehen. Entsprechend kann eine aus der elektrischen Energie 6 zu erzeugende Strömung 8 mit den Schaufeln 48 des Axialrotors 34 im Außenbewegungsbereich 62 herbeigeführt werden. Dabei sorgen die Blockierelemente 56 dafür, dass die Schaufeln 48 beim Angriff der Strömung 8 in einer radial zur Welle 44 verlaufenden Position aufgerichtet bleiben und von der Strömung 8 nicht weiter oder ggf. nicht zu weit verschwenkt werden. Erreichen die Schaufeln 48 das Ende des Außenbewegungsbereichs 62 und damit das Ende der Öffnung 58, dann schlagen die Schaufeln 48 an die Begrenzungswand 60 an, wodurch sie entgegen der Strömung 8 in Umfangsrichtung gesehen um die Welle 44 hin rückwärts verschwenkt werden. Das den Haltestangen 50 gegenüberliegende Ende der Schaufeln 48 schleift dann am Ende in diesem verschenkten Zustand an der Begrenzungswand 60 entlang, bis es wieder die Öffnung 58 erreicht. Im Anschluss daran werden die Schaufeln 48 wieder zurückgeschwenkt und radial ausgerichtet, so dass die Strömung 8 wieder an diese angreifen kann.One in electrical energy 6 to be converted flow 8th can therefore contact the blades 48 of the axial rotor 34 in the outdoor movement area 62 the blades 48 attack and so the shovels 48 in an in 4 and 5 indicated direction of rotation 65 rotate. Accordingly, one from the electrical energy 6 flow to be generated 8th with the blades 48 of the axial rotor 34 in the outdoor movement area 62 be brought about. The blocking elements take care of that 56 for the blades 48 at the attack of the current 8th in a radial to the shaft 44 running position to stay upright and from the flow 8th not further or possibly not be pivoted too far. Reach the blades 48 the end of the outside movement area 62 and thus the end of the opening 58 then hit the shovels 48 to the boundary wall 60 on, thereby counteracting the flow 8th seen in the circumferential direction around the shaft 44 be pivoted backwards. The handrails 50 opposite end of the blades 48 then grinds at the end in this gifted state on the boundary wall 60 along it until it opens again 58 reached. Following that are the shovels 48 swung back again and aligned radially so that the flow 8th can attack them again.

Eine entsprechende Rückschwenkkraft kann prinzipiell allein durch die Strömung 8 und die auf die Schaufeln 48 wirkende Zentripetalbeschleunigung bereitgestellt werden, wobei hier gegebenenfalls eine Anlaufhilfe notwendig wäre, wenn sich die Beschaufelung 18 beispielsweise als Turbine genutzt anfangs nur sehr langsam dreht. Auf diese Anlaufhilfe kann auch verzichtet werden, wenn die Schaufeln 48 beispielsweise mit der oben genannten Schwenkhilfskraft zurückgeschwenkt werden. Dabei braucht die Schwenkhilfskraft nicht übermäßig groß ausgelegt werden, weil die Strömung 8 und die Zentripetalbeschleunigung nach dem Anlaufen für das Rückschwenken ausreichen.A corresponding return pivoting force can in principle only by the flow 8th and those on the blades 48 acting Zentripetalbeschleunigung be provided, in which case a start-up aid would be necessary if the blading 18 for example, used as a turbine at first only very slowly turns. On this start-up can also be omitted if the blades 48 be swung back, for example, with the above-mentioned pivoting auxiliary force. In this case, the pivotal assistance force does not need to be designed excessively large, because the flow 8th and the centripetal acceleration after starting is sufficient for the pivoting back.

Der oben genannte nicht weiter referenzierte Abstand zwischen der Begrenzungswand 60 und dem Axialrotor 34 kann prinzipiell konstant ausgeführt sein. Nachteilig daran wäre aber, dass die Schaufeln 48 noch in einem vollständig zur Welle 44 hin verschwenkten Zustand in den Außenbewegungsbereich 62 eintreten. Auf diese Weise könnte die Wandlung zwischen der Strömung 8 und der elektrischen Energie 6 nur mit einem verminderten Wirkungsgrad durchgeführt werden, weil sich die Schaufeln 48 nach dem Eintreten in den Außenbewegungsbereich 62 erst zurückgeschwenkt werden müssten. Beim Austreten der Schaufeln 48 aus dem Außenbewegungsbereich 62 hingegen würden diese an das Ende der Begrenzungswand 60 anschlagen und schlagartig zur Welle 44 hin verschwenkt werden. Hierbei würden die Schaufeln 48 sehr hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, was einen entsprechend hohen Verschleiß zur Folge haben würde. Um wenigstens einen der beiden zuvor genannten Nachteile zu vermeiden kann der Abstand zwischen der Begrenzungswand 60 und dem Axialrotor 34 zum Austrittsbereich und/oder Eintrittsbereich in den und/oder aus dem Außenbewegungsbereich 62, wie in 2 gezeigt, sich kontinuierlich vergrößernd im Austrittsbereich und respektive verkleinernd im Eintrittsbereich ausgebildet werden. Besonders bevorzugt sollte der Abstand zwischen der Begrenzungswand 60 und dem Axialrotor 34 derart ausgebildet sein, dass die Schaufeln 34 die Begrenzungswand 60 oder andere Teile des Gehäuses 20, wie beispielsweise die Streben 26 nur mit ihrem den Haltestangen 50 gegenüberliegende Ende berühren, so dass die Schaufeln 48 nicht mir ihren Schaufelblättern 51 an das Gehäuse 20 anschlagen können. Gegebenenfalls können die Schaufeln an diesem Ende auch mit Wälzelementen, wie Rollen, die beispielsweise horizontal verlaufen können, bestückt werden, um die Reibung an der Begrenzungswand 60 und damit den Verschleiß zu verringern.The aforementioned not further referenced distance between the boundary wall 60 and the axial rotor 34 can be designed to be constant in principle. The disadvantage of this would be that the blades 48 still in one completely to the shaft 44 pivoted state in the outdoor movement area 62 enter. In this way, the change between the flow 8th and the electrical energy 6 only be performed with a reduced efficiency, because the blades 48 after entering the outside movement area 62 first have to be swung back. When the blades exit 48 from the outside movement area 62 however, these would be at the end of the boundary wall 60 strike and abruptly to the shaft 44 be pivoted. This would be the blades 48 be exposed to very high mechanical loads, which would result in a correspondingly high wear. In order to avoid at least one of the two aforementioned disadvantages, the distance between the boundary wall 60 and the axial rotor 34 to the exit area and / or entry area into and / or out of the outer movement area 62 , as in 2 shown to be continuously increasing in the exit area and respectively be designed to reduce in the inlet area. Particularly preferred should be the distance between the boundary wall 60 and the axial rotor 34 be formed such that the blades 34 the boundary wall 60 or other parts of the housing 20 such as the struts 26 only with her the handrails 50 Touch opposite end, leaving the blades 48 not me her shovels 51 to the housing 20 can strike. Optionally, the blades can be equipped at this end with rolling elements, such as rollers, which may for example be horizontal, to the friction on the boundary wall 60 and thus reduce wear.

In 2 sind in der Vorrichtung 2 mit dem Flügelprofil beispielhaft vier Axialrotoren 34 verbaut. Für einen hohen Wirkungsgrad hat sich gezeigt, dass der Einsatz von drei bis sechs Axialrotoren 34 pro Vorrichtung 2 am sinnvollsten ist. Die einzelnen Axialrotoren 34 in der Vorrichtung 2 können dann beispielsweise über das bereits erwähnte Getriebe an eine gemeinsame elektrische Maschine 14 angeschlossen werden.In 2 are in the device 2 with the wing profile exemplarily four axial rotors 34 installed. For high efficiency it has been shown that the use of three to six axial rotors 34 Per contraption 2 makes the most sense. The individual axial rotors 34 in the device 2 can then, for example via the aforementioned transmission to a common electric machine 14 be connected.

Anstelle der in 2 bis 5 gezeigten Schaufeln 48 können als Strömungsfänger auch Halbschalen oder Spiralflügel verwendet werden, die ebenfalls beide verschwenkbar verwendbar sind.Instead of in 2 to 5 shown blades 48 can also be used as a flow trap half shells or spiral wings, which are also both pivotally usable.

Es wird auf 6 und 7 Bezug genommen, die Anordnungen 66 zum Wandeln zwischen mechanischer Energie 4 und elektrischer Energie 6 mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung 2 zeigt. Die Elemente der Vorrichtung 2 selbst sind den 6 und 7 der Übersichtlichkeit halber nicht mit Bezugszeichen versehen.It will open 6 and 7 Referred to the arrangements 66 for converting between mechanical energy 4 and electrical energy 6 with a previously described device 2 shows. The elements of the device 2 themselves are the 6 and 7 for clarity, not provided with reference numerals.

Die Anordnung 66 der 6 umfasst einen Windkanal 68, der in die Bildebene der 6 hinein betrachtet seitlich durch je eine zuvor genannte Vorrichtung 2 abgeschlossen ist. Auf die Abschlussplatten 28 der Vorrichtungen 2 ist je eine Deckplatte 70 aufgesetzt, die die beiden Vorrichtungen 2 miteinander verbindet, und so den Strömungskanal 68 in die Bildebene der 6 hinein betrachtet oben und unten begrenzen.The order 66 of the 6 includes a wind tunnel 68 who is in the picture plane of the 6 in laterally through each a previously mentioned device 2 is completed. On the end plates 28 of the devices 2 is ever a cover plate 70 put on the two devices 2 connects to each other, and so the flow channel 68 into the picture plane of the 6 Into the top and bottom limit.

In der vorliegenden Ausführung ist der Strömungskanal 68 so mit einem viereckigen Querschnitt aufgebaut. Diese Querschnittsform ist jedoch nur beispielhaft zu sehen und kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein, wie zum Beispiel kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder beliebig mehreckig mit drei, fünf, sechs oder acht Ecken.In the present embodiment, the flow channel 68 thus constructed with a quadrangular cross-section. However, this cross-sectional shape can only be seen by way of example and can in principle be of any desired design, such as, for example, circular, square, rectangular or arbitrarily polygonal having three, five, six or eight corners.

Die Vorrichtungen 2 sind in dem Strömungskanal 68 derart angeordnet, dass die Unterdruckseite 38 in den Strömungskanal 68 hineingerichtet ist. Diese Anordnung der beiden Vorrichtungen 2 der 6 kann nachstehend auch als Doppelflügel bezeichnet werden.The devices 2 are in the flow channel 68 arranged such that the negative pressure side 38 in the flow channel 68 is furnished. This arrangement of the two devices 2 of the 6 may also be referred to below as a double wing.

Die Strömung 8 kann durch den Strömungskanal 68 in einer Richtung geführt werden, die in 6 durch einen Pfeil angedeutet ist. Der Strömungskanal 68 wird dabei durch die beiden als Doppelflügel angeordneten Vorrichtungen 2 quer zur Richtung der Strömung 8 verengt wodurch die Strömung 8 selbst aufgrund des oben genannten Bernoulli-Effektes eine Beschleunigung erfährt. Durch den Beschleunigungseffekt kann für die Strömung 8 Geschwindigkeitsgewinn von bis zu 20% erreicht werden, wenn die Krümmungen der Vorrichtungen 2 beispielsweise mit den oben genannten Maßen ausgeführt werden.The flow 8th can through the flow channel 68 be guided in a direction that is in 6 indicated by an arrow. The flow channel 68 is doing by the two arranged as a double wing devices 2 transverse to the direction of the flow 8th narrows the flow 8th even accelerated due to the Bernoulli effect mentioned above. Due to the acceleration effect can for the flow 8th Speed gains of up to 20% can be achieved when the bends of the devices 2 For example, be carried out with the above dimensions.

Prinzipiell können in der Anordnung 66 beliebig viele mit ihren Unterdruckseiten 38 paarweise aufeinander zugerichtete Vorrichtungen 2, also Doppelflügel, angeordnet und damit beliebig viele Strömungskanäle 68 ausgebildet werden. In 7 ist die Anordnung 66 beispielhaft mit zwei Strömungskanälen 68 gezeigt.In principle, in the arrangement 66 any number with their vacuum sides 38 Paired devices 2 , so double wings, arranged and thus any number of flow channels 68 be formed. In 7 is the arrangement 66 by way of example with two flow channels 68 shown.

In den Anordnungen 66 können neben den Vorrichtungen 2 in den Strömungskanälen 68, wie beispielsweise in 9 und 10 gezeigt, weitere Vorrichtungen 2 angeordnet werden, deren Unterdruckseite 38 von der Anordnung 66 weggerichtet ist. Unter der obigen Annahme, dass in einer Vorrichtung zwischen drei und sechs Axialrotoren 34 verbaut werden können, lassen sich damit in einer einzigen Anordnung 66 mit beispielsweise zwei Strömungskanälen 68 zwischen 24 und 48 Axialrotoren 34 verbauen, die dann alle zur Wandlung zwischen mechanischer Energie 4 und elektrischer Energie 6 verwendet werden können.In the arrangements 66 can in addition to the devices 2 in the flow channels 68 , such as in 9 and 10 shown more devices 2 be arranged, the negative pressure side 38 from the arrangement 66 is directed away. Under the above assumption that in a device between three and six axial rotors 34 can be installed, can thus be in a single arrangement 66 with, for example, two flow channels 68 between 24 and 48 Axialrotoren 34 then all for the conversion between mechanical energy 4 and electrical energy 6 can be used.

Nachstehend werden verschiedene Einsatzmöglichkeiten der Anordnungen 66 der 6 und 7 beschrieben.Below are various uses of the arrangements 66 of the 6 and 7 described.

In 8 ist der Einsatz der Anordnung 66 der 9 als Wasserströmungskraftwerk gezeigt. Im Rahmen des Wasserströmungskraftwerkes wird eine Wasserströmung 8, wie sie beispielsweise bei Fließgewässerströmungen oder bei Gezeitenströmungen auftritt, als mechanische Energie 4 durch die Anordnung 66 in elektrische Energie 6 umgesetzt. Die Axialrotoren 34 der Beschaufelung 18 in den Vorrichtungen 2 werden damit als Turbinen und die elektrische Maschine 14 als Generator verwendet.In 8th is the use of the arrangement 66 of the 9 shown as Wasserströmkraftwerk. As part of the water flow power plant is a water flow 8th as occurs, for example, in flowing water currents or tidal currents, as mechanical energy 4 through the arrangement 66 into electrical energy 6 implemented. The axial rotors 34 the blading 18 in the devices 2 become as turbines and the electric machine 14 used as a generator.

In 8 sind die einzelnen Elemente der Anordnung 66 der Übersichtlichkeit halber nicht mit eigenen Bezugszeichen versehen.In 8th are the individual elements of the arrangement 66 for the sake of clarity, not provided with own reference signs.

Die Anordnung 66 ist in 8 strömungseingangsseitig mit einem Schutzelement 72 in Form eines Gitters abgeschlossen, um zu vermeiden, dass die Vorrichtungen 2 möglicherweise beschädigende Substanzen, wie Schmutz und Treibgut, in den Strömungskanal 68 eindringen können.The order 66 is in 8th flow input side with a protective element 72 completed in the form of a grid, to avoid the devices 2 potentially damaging substances, such as dirt and flotsam, in the flow channel 68 can penetrate.

Die Anordnung 66 ist in 8 in ihrer Höhe 74 über dem Grund 76 von einer Plattform 78 aus über ein Gestänge 80 verstellbar, um die Höhe 74 der Anordnung 66 an die Verhältnisse der Strömung 8 anzupassen.The order 66 is in 8th in their height 74 above the ground 76 from a platform 78 out over a linkage 80 adjustable to the height 74 the arrangement 66 to the conditions of the current 8th adapt.

In 9 ist der Einsatz der Anordnung 66 der 7 als Windkraftanlage gezeigt. Im Rahmen der Windkraftanlage wird eine nicht gezeigte Windströmung als mechanische Energie 4 durch die Weiterbildung der Anordnung 66 in elektrische Energie 6 umgesetzt. Die Axialrotoren 34 der Beschaufelung 18 in den Vorrichtungen 2 werden damit als Turbinen und die elektrische Maschine 14 als Generator verwendet.In 9 is the use of the arrangement 66 of the 7 shown as a wind turbine. As part of the wind turbine, a wind flow, not shown, as a mechanical energy 4 through the development of the arrangement 66 into electrical energy 6 implemented. The axial rotors 34 the blading 18 in the devices 2 become with it as turbines and the electric machine 14 used as a generator.

An der Anordnung 66 der 9 sind gegenüber der Anordnung 66 der 7 an den von den Strömungskanälen 68 aus gesehenen Außenseiten weitere Vorrichtungen 2 angeordnet, deren Unterdruckseite 38 nach außen gerichtet ist. Eine dieser weiteren Vorrichtungen 2 ist in der Ansicht von 7 nicht zu sehen. Auf diese Weise kann von der die Anordnung 66 passierenden Windströmung ein Maximalwert an mechanischer Energie 4 in elektrische Energie 6 umgesetzt werden. Zwingend notwendig sind die nach außen gerichteten weiteren Vorrichtungen 2 jedoch nicht.At the arrangement 66 of the 9 are opposite the arrangement 66 of the 7 at the of the flow channels 68 seen outsides other devices 2 arranged, the negative pressure side 38 directed to the outside. One of these other devices 2 is in the view of 7 not to be seen. In this way can from the the arrangement 66 passing wind flow a maximum value of mechanical energy 4 into electrical energy 6 be implemented. The outward-facing further devices are absolutely necessary 2 However not.

Die Weiterbildung der Anordnung 66 ist in 9 auf einem Träger 82 getragen. Der Träger 82 kann zwar ein Boot verwendet werden, ein Ponton ist zum Tragen der Anordung 66 jedoch zweckmäßiger. Unter einem Ponton wird gewöhnlich ein Schwimmkörper verstanden, der, meist fest verankert (siehe Bezugszeichen 82 in 9), als wasserstandsabhängiger Träger für verschiedene Aufgaben verwendet wird. Im Gegensatz zum Boot ist er zwar meist transportfähig, aber nur eingeschränkt fahrtauglich. Der Ponton kann als Beton-Ponton beispielsweise in Form eines in 9 gezeigten Trimarans ausgeführt werden. Alternativ können als Träger 82 auch ausgediente und weitestgehend rückgebaute, jedoch noch stabile Schiffe (das heißt demontiert, ohne die ursprünglichen Oberbauten) verwendet werden. In jedem Fall sollte der Träger 82 auf dem Boden des Meeres, Sees oder Fließgewässers verankert werden, so dass sich die Anordnung 66 stets optimal auf die Richtung der zu wandelnden Windströmung ausrichten kann.The development of the arrangement 66 is in 9 on a carrier 82 carried. The carrier 82 although a boat can be used, a pontoon is to carry the arrangement 66 but more convenient. Under a pontoon is usually understood a floating body, usually anchored firmly (see reference numeral 82 in 9 ), is used as a water level-dependent carrier for various tasks. In contrast to the boat he is mostly transportable, but only limited driving. The pontoon can be used as a concrete pontoon, for example, in the form of an in 9 Trimarans are executed. Alternatively, as a carrier 82 also used and largely dismantled, but still stable ships (that is dismantled, without the original superstructures) are used. In any case, the carrier should 82 be anchored to the bottom of the sea, lake or running water, so that the arrangement 66 always optimally align with the direction of the wind flow to be converted.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung 66 auch an der Unterseite des Trägers 82 ins Wasser gerichtet befestigt werden könnte, um eine in 8 gezeigte Wasserströmung 8 zu nutzen.At this point it should be noted that the arrangement 66 also at the bottom of the carrier 82 directed into the water could be attached to a in 8th shown water flow 8th to use.

Wenn in jeder Vorrichtung 2, wie in 2 gezeigt, vier Axialrotoren 34 aufgenommen sind, dann umfasst die gesamte, in 9 gezeigte Anordnung 66 insgesamt 32 Axialrotoren 34, was ein hohes Potential für die Gewinnung elektrischer Energie 6 erwarten lässt. Die Strömungskanäle 68 der Anordnung 66 können beispielsweise im Querschnitt mit einer Breite von 80 m und einer Höhe von 80 m dimensioniert werden, wobei die Länge der Strömungskanäle 68 mit 150 m dimensioniert werden könnten. Das heißt, dass die Vorrichtung 2 in ihrem in 2 dargestellten Profil gesehen mit einer Länge ausgebildet werden könnte, die 1,5- bis 2-mal größer ist, als ihre in Profilrichtung gesehene Tiefe.If in every device 2 , as in 2 shown four axial rotors 34 are included, then includes the entire, in 9 shown arrangement 66 a total of 32 axial rotors 34 What a high potential for generating electrical energy 6 expect. The flow channels 68 the arrangement 66 For example, in cross-section with a width of 80 m and a height of 80 m, the length of the flow channels 68 could be dimensioned with 150 m. That means that the device 2 in her in 2 seen profile could be formed with a length which is 1.5 to 2 times greater than their depth seen in the profile direction.

Die Gesamthöhe der Anlage 66 könnte mit bis zu 100 m dimensioniert werden.The overall height of the plant 66 could be dimensioned with up to 100 m.

Um die Energiegewinnung weiter zu steigern, könnten die Außenhaut 25 der Vorrichtungen 2 der Anordnung 66 sowie die Oberfläche 86 des Trägers 82 als Solarmodule ausgeführt werden.To further increase energy production, the outer skin could 25 of the devices 2 the arrangement 66 as well as the surface 86 of the carrier 82 be executed as solar modules.

In 10 ist eine Verwendungsmöglichkeit der Anlage 66 der 6 und 7 zum Wandeln von elektrischer Energie 6 in mechanische Energie 4 an einem Schiff gezeigt.In 10 is a possible use of the plant 66 of the 6 and 7 for converting electrical energy 6 in mechanical energy 4 shown on a ship.

Dabei werden ein oder mehrere unabhängige Gehäuse mit den Axialrotoren unterhalb eines Schiffsrumpfes montiert. Sie können zur links/rechts-Steuerung des Schiffsrumpfes parallel oder gegeneinander schwenkbar und/oder vorwärts/rückwärts in ihrer Strömungserzeugungsrichtung umkehrbar verbaut sein.One or more independent housings are mounted with the axial rotors below a ship's hull. They can be reversibly installed for the left / right control of the hull parallel or against each other and / or forward / backward in their flow generation direction.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Vorrichtung (2) zum Wandeln zwischen mechanischer Energie (4) und elektrischer Energie (6) umfassend: – ein einen Innenraum (22) umschließendes Gehäuse (20) mit einer den Innenraum (22) nach außen hin öffnenden Öffnung (58), – eine im Innenraum (22) aufgenommene elektrische Maschine (14), und – mindestens eine mit der elektrischen Maschine (14) wirkverbundene, um eine Rotationsachse (16, 44) in einem Drehbewegungsbereich (64) drehbare Schaufel (48), – wobei die Rotationsachse (16, 44) durch den Innenraum (22) des Gehäuses (20) verläuft und der Drehbewegungsbereich (64) über die Öffnung (58) radial nach außen (62) ragt.Contraption ( 2 ) for converting between mechanical energy ( 4 ) and electrical energy ( 6 ) comprising: - an interior space ( 22 ) enclosing housing ( 20 ) with an interior ( 22 ) opening to the outside ( 58 ), - one in the interior ( 22 ) recorded electrical machine ( 14 ), and - at least one with the electric machine ( 14 ) operatively connected to a rotation axis ( 16 . 44 ) in a range of rotational movement ( 64 ) rotatable blade ( 48 ), - where the axis of rotation ( 16 . 44 ) through the interior ( 22 ) of the housing ( 20 ) and the range of rotation ( 64 ) over the opening ( 58 ) radially outward ( 62 protrudes. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei ein Schaufelblatt (51) der Schaufel (48) in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (16, 44) ausrichtbar ist.Contraption ( 2 ) according to claim 1, wherein an airfoil ( 51 ) of the blade ( 48 ) in the circumferential direction about the axis of rotation ( 16 . 44 ) is alignable. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (20) in einem in Richtung der Rotationsachse (16, 44) gesehenen Profil ein Tragflächenprofil ist.Contraption ( 2 ) according to claim 1 or 2, wherein the housing ( 20 ) in a direction of the axis of rotation ( 16 . 44 ) Profile seen is a wing profile. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3, wobei die Öffnung (58) an einer Unterdruckseite (38) des Tragflächenprofils angeordnet ist.Contraption ( 2 ) according to claim 3, wherein the opening ( 58 ) on a vacuum side ( 38 ) of the airfoil is arranged. Vorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine der Unterdruckseite (38) gegenüberliegende Überdruckseite (40) des Tragflächenprofils eben oder in den Innenraum (22) gerichtet konkav ausgebildet ist.Contraption ( 2 ) according to claim 3 or 4, wherein one of the negative pressure side ( 38 ) opposite overpressure side ( 40 ) of the wing profile flat or in the interior ( 22 ) directed concave. Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaufel (48) beweglich an einem um die Rotationsachse (16, 44) drehbaren Schaufelträger angeordnet istContraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the blade ( 48 ) movable at one about the axis of rotation ( 16 . 44 ) rotatable blade carrier is arranged Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, umfassend eine den Drehbewegungsbereich (64) definierende Begrenzungswand (60) im Innenraum (22) des Gehäuses (20), an der die beweglich am Schaufelträger angeordnete Schaufel (48) ablenkbar ist.Contraption ( 2 ) according to claim 6, comprising a rotary movement area ( 64 ) defining boundary wall ( 60 ) in the interior ( 22 ) of the housing ( 20 ), on which the blade movably arranged on the blade carrier ( 48 ) is distractable. Vorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Schaufel (48) an dem Schaufelträger um einen radial von der Rotationsachse (16, 44) beabstandeten Schwenkpunkt (56) drehbar angeordnet ist.Contraption ( 2 ) according to claim 6 or 7, wherein the blade ( 48 ) on the blade carrier about a radially from the axis of rotation ( 16 . 44 ) spaced pivot point ( 56 ) is rotatably arranged. Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (14) ein elektrischer Generator oder Elektromotor ist.Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the electric machine ( 14 ) is an electric generator or electric motor. Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend einen Strömungskanal (68) in dem das Gehäuse (20) angeordnet ist.Contraption ( 2 ) according to one of the preceding claims comprising a flow channel ( 68 ) in which the housing ( 20 ) is arranged.
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