DE3606549A1

DE3606549A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen einer bewegung bzw. zur energieumwandlung

Info

Publication number: DE3606549A1
Application number: DE19863606549
Authority: DE
Inventors: Klaus David
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeu gen einer Bewegung bzw. zur Energieumwandlung mittels auf einer geschlossenen Umlaufbahn geführten Flügeln, auf eine insbesondere zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung, die um eine Zentralachse dreh bare Arme und an diesen schwenkbar angeordnete Flügel aufweist, und auf Anwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung sowie auf Objekte, die darauf basieren.

Es ist ein Luftfahrzeug bekannt (DE-OS 27 57 732), bei dem anstelle von festen Tragflügeln auf jeder Seite des Rumpfes ein Rotor angeordnet ist. Jeder Rotor weist auf einer Motorwelle befestigte Arme mit zwei Flügeln auf, die um eine im Inneren des Profils und parallel zu seiner Vorderkante liegende Achse relativ zu den Armen geschwenkt werden können. Bei einer Aus führung sind die Flügel in begrenztem Maße frei schwenkbar an den Armen angebracht, wobei Anschläge zur Begrenzung der Schwenkbewegung vorhanden sein kön nen. Bei einer anderen Ausführung ist eine nocken betätigte Einrichtung vorgesehen, um eine als Trimmwin kel bezeichnete Position der Flügel in bestimmter und zyklischer Weise zu ändern, und zwar derart, daß die Änderung beim Durchgang durch die oberen und unteren Punkte ihres Umlaufes schnell erfolgt.

Bei einem Luftfahrzeug mit derartigen Rotoren werden die Funktionen der Erzeugung von Auftrieb und Vortrieb von den beiden Flügeln des Rotors beim Umlauf jeweils gesondert erfüllt. Daraus resultieren Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten. Das vorgeschlagene Luftfahr zeug hat keine praktische Verwirklichung erfahren kön nen.

Mit der Erfindung soll ein Weg aufgezeigt werden, der unter Verwendung wenigstens zweier, auf einer geschlos senen Umlaufbahn über einen Umlaufwinkel von 360° ge führter Flügel vorteilhafte Möglichkeiten zur Bewegungs erzeugung bzw. zur Energieumwandlung eröffnet. Der Be griff der Erzeugung einer Bewegung ist dabei nicht nur im Sinne der Fortbewegung eines Objekts, wie etwa ei nes Luftfahrzeuges, zu verstehen, sondern soll auch Bewegungen einschließen, die der Umwandlung von Ener gie ohne Ortsveränderung des verwendeten Aggregats dienen. Die Erfindung strebt deshalb auch die Schaf fung von vorteilhaften Vorrichtungen und Objekten an, die für diese Zwecke geeignet sind. Weitere mit alle dem zusammenhängende Probleme, mit denen sich die Er findung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläu terung der aufgezeigten Lösung.

Ein Verfahren, bei dem wenigstens zwei Flügel mit Stromlinienprofil auf einer geschlossenen Umlaufbahn geführt werden, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß während des Umlaufs der Flügel das Flü gelprofil geändert wird.

Hierdurch läßt sich erreichen, daß die resultierende Kraft, die unter der Einwirkung eines strömenden Mediums auf die umlaufenden Flügel ausgeübt wird, zu jedem Zeitpunkt ein Drehmoment im gleichen Sinn er zeugt. Dies ist ein Vorteil von außerordentlicher Be deutung, der auch vielseitige Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Gemäß der Erfindung kommt dies für die Luft fahrt, die Schiffahrt und für Wind- sowie Wasserkraft anlagen in Betracht.

Die Änderung des Flügelprofils beim Umlauf läßt sich in verschiedener Weise vorsehen, insbesondere in vor gebbarer Abhängigkeit vom Umlaufwinkel, in Abhängig keit von einer Änderung des Anstellwinkels eines ande ren Flügels, namentlich eines diametral gegenüber an geordneten Flügels, oder auch durch ein den Flügel um strömendes Medium selbst.

Bei der Umwandlung von Strömungsenergie in rotatorische kinetische Energie können die Flügel zu einem äußeren Bezugspunkt beim Umlauf die gleiche Stellung beibehal ten, wobei durch Stellmechanismen die Flügelprofile und die Anstellwinkel sinnvoll veränderbar sind, so daß sich ein kontinuierlicher Umlauf ergibt. Sinngemäß das gleiche gilt bei der Umwandlung von rotatorischer kinetischer Energie in Strömungsernergie.

Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Vorrich tung mit jeweils ein Stromlinienprofil aufweisenden Flügeln, die mit radialem Abstand von einer Zentral achse an parallelen, gemeinsam in einer Umlaufbewegung um die Zentralachse drehbaren Armen od.dgl. gehalten und jeweils um eine Flügelachse schwenkbar sind. Eine solche Vorrichtung kennzeichnet sich gemäß der Erfin dung dadurch, daß die Flügel ein veränderbares Profil aufweisen.

Die Ausführung läßt sich so treffen, daß das Flügel profil zwangläufig während eines Umlaufes der Arme veränderbar ist, oder auch so, daß die Flügel ein unter der Einwirkung eines sie umströmenden Mediums veränderbares Profil aufweisen.

Es kann so sein, daß eine Profiländerung selbsttätig durch Fliehkraft und Anstellwinkel-Änderung beim Durchgang durch einen Totpunkt einsetzt.

Die Flügel können jeweils aus wenigstens zwei gelen kig miteinander verbundenen Teilen bestehen, die zur Änderung des Flügelprofils relativ zueinander ver schwenkbar sind. Bei einer anderen Ausführung weisen die Flügel jeweils wenigstens einen Bereich auf, der zur Änderung des Flügelprofils elastisch verformbar ist. Beide Möglichkeiten lassen sich auch miteinander kombinieren.

Zum Ändern des Flügelprofils kann ein äußerer Ver schwenkantrieb vorgesehen sein, der jeweils mit wenig stens einem Flügelteil oder Flügelbereich in Verbin dung steht. Die Verstellbewegung wird dabei von außen her in den betreffenden Flügelteil oder Flügelbereich eingeleitet. Dazu können insbesondere Getriebeelemen te wie Zahnräder, Zahnriementriebe od.dgl. vorgesehen sein. Unter den Begriff des äußeren Verschwenkantriebs fällt nicht nur ein motorischer Antrieb, sondern auch eine solche Ausführung, bei der die Verstellbewegung zum Ändern des Flügelprofils von der Drehung des die Arme mit den Flügeln enthaltenden Umlaufaggregats ab geleitet ist.

Ein Verschwenkantrieb kann aber auch unmittelbar zwi schen zwei Flügelteilen oder Flügelbereichen vorhanden sein. Dies ist für manche Fälle besonders vorteilhaft.

Ungeachtet der Anordnung, Ausbildung, Verstellbarkeit bzw. Profiländerungsmöglichkeit der Flügel besteht eine günstige Ausführung der Vorrichtung darin, daß ein die Arme mit den Flügeln tragender Rahmenteil, Stützkörper od. dgl. im Winkel um die Zentralachse einstellbar ist, derart, daß dadurch ein äußerer Be zugspunkt für die Profil- und Anstellwinkel-Änderung der Flügel entsprechend den jeweiligen Verhältnissen gewählt werden kann, insbesondere im Hinblick auf die Anpassung an eine Strömungsrichtung. Besonders günstig ist dies in Verbindung mit einer Ausführung, bei der auch Einstellmittel für den Anstellwinkel und/oder das Profil der Flügel in ihrer Position relativ zu einem äußeren Bezugspunkt veränderbar sind, insbeson dere durch eine Schwenkung um die Zentralachse.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich vielseitig einsetzen und anwenden. Sie kann insbesondere Teil einer Wind- oder Wasserkraftanlage sein und weiterhin als Antriebs- und/oder Steueraggregat für ein Luft- oder Wasserfahrzeug dienen.

Ein Luftfahrzeug mit einem Umlaufaggregat der erläu terten Art kann senkrecht starten, sich in Horizon talflug bewegen und vor allem auch ohne Antrieb des Umlaufaggregats einen Gleitflugzustand einnehmen.

Wegen der vielseitigen Einstellmöglichkeiten ist es ohne weiteres möglich, die Lage derZentralachse der Vorrichtung im Raum je nach den Erfordernissen und Gegebenheiten zu wählen. Sie kann insbesondere waage recht oder senkrecht angeordnet sein.

Die Vorrichtung bzw. das Umlaufaggregat läßt sich tref fend als "Walzenflügel" bezeichnen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin dung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeich nung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine das Prinzip der Erfindung veranschaulichen de Darstellung bei einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine andere Flügelausführung,

Fig. 3 und 4 zwei Ausführungen der Vorrichtung als Wind- bzw. Wasserkraftanlage, jeweils in weitgehend schematischer Darstellung,

Fig. 5 eine Draufsicht zu Fig. 4,

Fig. 6 ein Luftfahrzeug in Seitenansicht, weitgehend schematisch,

Fig. 7 eine Vorderansicht zu Fig. 6,

Fig. 8 und 9 das Luftfahrzeug nach Fig. 6 jeweils in anderen Flugzuständen,

Fig. 10 und 11 in Ansicht und Draufsicht Steuermög lichkeiten im Senkrechtflug,

Fig. 12 und 13 einen Schiffsantrieb in Seitenansicht und Draufsicht,

Fig. 14 eine Ausführung einer Vorrichtung mit Getriebe zur Anstellwinkel- und Flügelprofil-Änderung in Seitenansicht,

Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XV in Fig.14,

Fig. 16 einen vertikalen Schnitt zu Fig. 14, wobei die Arme mit den Flügeln gegenüber Fig. 14 um 90° gedreht gezeichnet sind,

Fig. 17 Getriebeteile der Vorrichtung in einem Schnitt nach der Linie XVII-XVII in Fig. 16,

Fig. 18 eine andere Ausführung der Vorrichtung in einer der Fig. 16 ähnlichen Darstellung,

Fig. 19 eine Einrichtung zur Flügelprofil-Änderung und

Fig. 20 eine Betätigungseinrichtung für die Änderung des Anstellwinkels.

In Fig. 1 ist ein mit vier Flügeln F ausgestattetes Aggregat gezeigt, das um eine Zentralachse umlaufen kann. Jeder Flügel F besteht aus einem Mittelteil 2, einem vorderen Teil 3 und einem hinteren Teil 4. Die Mittelteile 2 der Flügel F sind an den Enden von paral lelen Armen 5 gelagert, derart, daß sie eine Schwenkbe wegung um eine Flügelachse 6 ausführen können. Der vor dere Teil 3 jedes Flügels F und ebenso der hintere Teil 4 ist jeweils mit dem Mittelteil gelenkig verbun den, derart, daß der Teil 3 relativ zum Mittelteil 2 um eine Schwenkachse 7 und der Teil 4 um eine Schwenk achse 8 verschwenkbar ist.

Mit den Pfeilen M ist ein in der Richtung R strömendes Medium bezeichnet, beispielsweise Luft oder Wasser. Mit dem Buch staben a ist der Anstellwinkel der Flügel F mit Bezug auf die Richtung R des strömenden Mediums bezeichnet. Er ist hier mit einer durch die Flügelachse 6 gehenden Mittellinie zum Mittelteil 2 angegeben. Er kann aber auch durch die strichpunktiert eingezeichnete Profil sehne A mit Bezug auf die Anströmrichtung R bezeichnet werden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird bei einem Umlauf der Flügel F nicht nur der Anstellwinkel a ver ändert, sondern es erfolgt außerdem auch eine Änderung des Profils der Flügel F während des Umlaufs. Dies ge schieht so, daß durch das anströmende Medium eine Dreh bewegung der Arme 5 mit den Flügeln F mit einem ent sprechenden Moment im gleichen Drehsinn stattfindet.

Wie jeweils oberhalb und unterhalb der Flügel F durch Pfeile angedeutet ist, entsteht über der konvex gekrümm ten Seite des Flügels ein Unterdruck und an der entge gengesetzten, hohlen Profilseite ein Oberdruck. Daraus resultiert eine Kraft, die die Drehung des Aggregats entsprechend dem durch die Länge der Arme 5 mitbestimm ten Drehmoment bewirkt. Im oberen und unteren Totpunkt hat das Profil der Flügel F eine gestreckte neutrale Gestalt erhalten. Die auf die beiden Seiten des Flügels wirkenden Kräfte heben sich auf. In diesen Totpunkten wird der Anstellwinkel und die Profilform der Flügel gewendet, so daß bei dem in Fig. 1 rechten Flügel die Kraft L nicht wie bei dem linken Flügel nach oben, sondern nach unten gerichtet ist, wodurch das ent sprechende Moment an beiden Flügeln im gleichen Dreh sinn wirkt. Je nach der vorhandenen Anzahl der Flügel wird die Drehbewegung durch den jeweiligen Totpunkt hindurch durch das an den anderen Flügeln wirkende Mo ment bzw. durch das Schwungmoment weitergeführt.

Zur Änderung des Anstellwinkels und des Flügelprofils bestehen verschiedene Möglichkeiten, worauf weiter un ten noch eingegangen wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung bestehen die Flügel F aus mehreren gelenkig miteinander verbun denen Teilen 2, 3, 4, die zur Änderung des Flügelpro fils relativ zueinander verschwenkbar sind. Weiterhin ist es möglich, die Flügel so zu gestalten, daß sie jeweils wenigstens einen Bereich aufweisen, der zur Änderung des Profils elastisch verformbar ist. In Fig.2 ist schematisch ein solcher Flügel F′ mit seiner Flü gelachse 6 gezeigt, dessen rückwärtige Hälfte 9 aus einer neutralen Lage in die strichpunktierten Lagen durch entsprechende Verformung relativ zum vorderen Flügelteil gebracht werden kann. Dadurch läßt sich wie bei einem Flügel aus gelenkig miteinander verbun denen Teilen die Profilform auf jeder Seite konvex und konkav einstellen. Dazu können im Inneren des Flügels geeignete ansteuerbare Betätigungselemente vorgesehen sein.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung handelt es sich um eine Wind- oder Wasserkraftanlage, wobei das anströmende Medium wiederum mit dem Buchsta ben M und die Anströmrichtung mit dem Buchstaben R be zeichnet sind. Das Umlaufaggregat mit zwei Armen 5 und daran um die Flügelachsen 6 schwenkbar angebrachten Flügeln F ist mit waagerechter Zentralachse 1 in einem Grundkörper oder Gestell G mit parallelen, die Zentral achse 1 lagernden Seitenwangen 11 angeordnet, wobei die Wangen 11 mit ihrer sie verbindenden Basis 12 so auf einem Untersatz 13 gelagert sind, daß das Aggregat um eine vertikale mittlere Achse V gedreht werden kann. Dadurch ist es möglich, das Flügelaggregat jeweils in die Hauptströmungsrichtung zu drehen. Die Veränderung des Anstell winkels und des Profils der Flügel geschieht sinngemäß so, wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde. Bei veränderter Strömungsgeschwindigkeit kann die Drehzahl des Umlaufaggregats durch Profil- und Anstell winkeländerung beeinflußt, ja sogar gestoppt werden (z.B. bei zu großer Strömungsgeschwindigkeit), indem Anstellwinkel und Profil form neutral geschwenkt werden (Fig. 1 oben und unten).

Von dem Umlaufaggregat (Walzenflügel) mit den Flügeln F wird unmit telbar oder über ein Getriebe eine Arbeitsmaschine angetrieben, z.B. ein Generator, eine Pumpe od.dgl. Die Ausführung läßt sich insbesondere auch so treffen, daß mehrere Umlaufaggregate mit Armen und Flügeln nebeneinander angeordnet werden und dann z.B. auf einen Generator arbeiten.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der die Zentralachse 1 des Umlaufaggregats mit Armen 5 und Flügeln F vertikal angeordnet ist. Mit dem Buchstaben G ist dabei ein entsprechendes Gestell oder ein Grundkörper bezeichnet. Eine nicht dargestellte Verbindung führt dabei zu einer anzutreibenden Arbeits maschine. Eine solche Ausführung mit vertikaler Zen tralachse ist bei einer Windkraftanlage u.a. dann zweck mäßig, wenn sich die Windrichtung wenig ändert oder der Wind hauptsächlich aus zwei Richtungen kommt, z.B. Seewind und Landwind. Einstellmittel für die Profil form und den Anstellwinkel der Flügel werden einfach der Windrichtung nachgeführt.

Ausführungen, wie sie die Fig. 3 bis 5 zeigen, oder ähnliche Ausführungen kommen auch für die Verwendung als Wasserkraftanlage in Betracht. Die Strömungsenergie des Wassers kann bei entsprechender Flügelanordnung und Wahl geeigneter Abmessungen auf eine große Fläche einwirken, so daß auch eine langsam fließende Strömung (Flüsse, Bäche, Gezeiten) eine Umwandlung in drehende Energie möglich macht. Dabei kann ein Umlaufaggregat mit Flügeln mit seiner Zentralachse waagerecht wie auch senkrecht angeordnet werden.

Eine Vorrichtung der erläuterten oder ähnlichen Art bedarf nicht des Baues einer Staumauer und ist sehr schnell einsatzbereit, besonders auch bei relativ kleiner Bauform.

In den Fig. 6 bis 9 ist die Verwendung eines Umlauf aggregats mit Flügeln für die Luftfahrt an einigen Beispielen veranschaulicht. Die bisher bekannten Flug geräte, die schwerer als Luft sind, benötigen Trag flügel zur Erzeugung einer Auftriebskraft und Antriebe (Propeller, Düsen od.dgl.) zur Erzeugung einer Vor triebskraft. Eine Ausnahme bildet der Hubschrauber oder Drehflügler. Dieser hat trotz zahlreicher Einsatz möglichkeiten eine Reihe von erheblichen Nachteilen. Diese sind bei einem Luftfahrzeug mit einem oder meh reren Umlaufaggregaten (Walzenflügel) der erläuterten Art nicht vorhanden.

In den Fig. 6 bis 9 ist der Körper oder Rumpf eines Luftfahrzeuges mit dem Buchstaben Z bezeichnet. Das Luftfahr zeug enthält eine Kabine mit Cockpit und ein beispielsweise dreibeiniges Landefahrwerk B. In einem Aufbau oder Gestell G ist ein Umlaufaggregat U mit waagerechter Zentralachse gelagert. Bei dem dargestellten Beispiel weist dasselbe zwei Arme 5, die auch als Scheibe ausgebildet sein können, mit Flügeln F auf. Je doch können auch mehr als zwei Arme mit Flügeln vorgesehen sein. Mit der Zahl 15 ist eine bewegliche Steuerflosse auf dem Luftfahr zeug Z für den Senkrechtflug und mit der Zahl 16 ein Seitenruder für den Horizontalflug bezeichnet.

Je nach Änderung des Anstellwinkels und der Profilform der Flügel F kann die Richtung R des bei der Drehung des Umlaufaggregats erzeugten Luftstromes geändert wer den. Die Drehung des Umlaufaggregats U wird durch einen nicht dargestellten Motor im oder am Luftfahrzeug Z über entsprechende Getriebeglieder erzeugt.

Ein mit einem Umlaufaggregat gemäß der Erfindung ausge stattetes Luftfahrzeug kann senkrecht starten. Dabei wird die Profilform und der Anstellwinkel der Flügel F so eingestellt, daß die Luftströmung nach unten gerich tet ist. Dies zeigt Fig. 8. Wird durch eine andere Ein stellung der Flügel die Richtung der Luftströmung etwas nach vorne geschwenkt, so fliegt das Luftfahrzeug rück warts.

Wird nach einem senkrechten Start die Richtung der Luftströmung durch Veränderung der Flügeleinstellung allmählich nach hinten geschwenkt, so geht der Senk rechtflug in den Horizontalflug nach vorne über. Diesen Zustand veranschaulicht Fig. 6.

Eine Richtungssteuerung des Luftfahrzeuges Z kann im Senkrechtflug und in anderen Flugzuständen mittels der Steuerflosse 15 geschehen. Diese ist um eine horizonta le Achse nach zwei Richtungen kippbar und vorteilhaft außerdem um eine vertikale Achse drehbar, wie es die Fig. 10 und 11 im Prinzip veranschaulichen.

Ein Kippen der Steuerflosse 15 ermöglicht einen seit lichen Flug des Luftfahrzeuges in Richtung der Zentral achse 1 des Umlaufaggregats, und zwar je nach Kipprich tung nach links oder nach rechts.

Wird die Steuerflosse 15 gedreht, so erfolgt eine Steue rung des Luftfahrzeuges Z um die Hochachse, um die sich dann also das Luftfahrzeug dreht.

Im Horizontalflug übernehmen die Flügel des Umlauf aggregats sowohl den Auftrieb als auch den Vortrieb. Durch die Drehung der Arme mit den Flügeln und durch die Einstellung des Anstellwinkels verdrängen die Flügel die Luft. Die dadurch erzeugte Kraft sorgt automatisch für die richtige, jeweils bei einem Umlauf zweimal veränderte Profilform. Es ist also nicht notwendig, Mittel für eine zwangläufige Änderung der Profilform in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel vorzusehen. Es las sen sich jedoch solche Mittel vorsehen, die dann un terstützend wirken können.

Das Luftfahrzeug mit einem Umlaufaggregat U der er läuterten Art kann sich auch ohne Antrieb des letzte ren im Gleitflug bewegen. Dazu wird an allen Flügeln ein positiver Anstellwinkel und ein positives Profil erzeugt. Ein solcher Flugzustand ist in Fig. 9 veran schaulicht. Bei Triebwerksausfall kann dadurch das Luftfahrzeug mit stehendem Umlaufaggregat wie ein Segelflugzeug geflogen und gelandet werden. Zweckmäßig ist dabei das Umlaufaggregat arretiert, so daß es fest steht.

Abweichend von der in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Ausführung kann das Umlaufaggregat U auch mehr als zwei Flügel aufweisen, wie dies grundsätzlich auch für andere Anwendungen gilt.

Statt eines Umlaufaggregats können an einem Luftfahr zeug auch mehrere solche Aggregate vorgesehen sein, insbesondere rechts und links einer durch den Rumpf bzw. eine Gondel gehenden vertikalen Längsmittelebene.

Ein Umlaufaggregat der erfindungsgemäßen Art eignet sich weiterhin zum Antrieb und zur Steuerung eines Schiffes, wie es lediglich als Beispiel die Fig. 12 und 13 veranschaulichen. Hier ist am Heck eines Schif fes S ein Umlaufaggregat U mit vertikaler Zentral achse 1 angebracht. Das Schiff kann dabei durch Ver stellen der Richtung der erzeugten Wasserströmung ge steuert und in der gewünschten Weise bewegt werden.

Es kann auch je ein Umlaufaggregat am Bug und am Heck des Schiffes angeordnet sein. Bei entsprechender Ver stellung der Strömungsrichtung läßt sich das Schiff auf der Stelle drehen oder seitwärts fahren.

Weiterhin können ein oder mehrere Umlaufaggregate auch mit waagerechter Anordnung der Zentralachse vor gesehen werden. Insbesondere kann dies bei einem Tauchboot der Fall sein, wo sich dann die veränderbare Strömungsrichtung zum schnellen Ab- oder Auftauchen nutzen läßt.

Der Antrieb des Umlaufaggregats kann beim Wasserfahr zeug ebenso wie beim Luftfahrzeug durch jedes geeigne te Triebwerk, wie Motor oder sonstige Antriebsmaschine erfolgen.

Nachstehend wird anhand der Fig. 14 bis 17 eine Aus führung der Vorrichtung mit Getriebeelementen zur Änderung des Anstellwinkels und der Profilform der Flügel F bei einem auch hier wieder mit dem Buchstaben U bezeichneten Umlaufaggregat erläutert.

In einem Gestell oder Grundkörper G ist das Umlauf aggregat U in Lagern 18 gelagert, so daß es eine Dre hung um die Zentralachse 1 ausführen kann. Die Arme des Umlaufaggregats sind auch hier jeweils mit der Zahl 5 bezeichnet. Darin sind die Flügel Fa und Fb, die bei diesem Beispiel wie auch in Fig. 1 dreiteilig ausge bildet sind, jeweils mit ihrem Mittelteil 2 schwenk bar gelagert. Ein vorderer Teil jedes Flügels ist ebenso wie in Fig. 1 mit der Zahl 3 und ein hinterer Teil mit der Zahl 4 bezeichnet, wobei jeweils der vor dere Teil 3 relativ zum Mittelteil 2 um die Achse 7 und der hintere Teil 4 relativ zum Mittelteil 2 um die Achse 8 schwenkbar ist, um dadurch die Profilform zu ändern. Eine Schwenkung um die Flügelachse 6 a bzw. 6 b dient zu einer Veränderung des Anstellwinkels.

Die Drehbewegung des Umlaufaggregats um die Zentral achse 1 wird durch Kettenräder 19 über Ketten nach außen auf Kettenräder 10 und über eine damit fest verbundene Welle 17 auf einen Generator 14 übertragen, in dem somit elektrische Energie erzeugt wird. Bei einer anderen Anwendung des Umlaufaggregats U ist an stelle des Generators ein Motor vorgesehen, durch den dann umgekehrt das Umlaufaggregat angetrieben wird.

Mit den Zahlen 73 und 74 sind zwei Hebel bezeichnet, von denen der eine mit einer Hohlwelle 43 und der an dere mit einer konzentrisch in dieser angeordneten, in der Zentralachse 1 liegenden Welle 42 verbunden ist. Von den Wellen 42 und 43 führen jeweils Getrie beverbindungen zu den Flügeln Fa und Fb. Bei einer Drehung des Umlaufaggregats U würden die Flügel ihre Lage und Form nicht verändern, wenn an den Hebeln 73 und 74 keine Veränderung stattfindet. Wird mit Bezug auf Fig. 14 der Hebel 73 um die Zentralachse 1 nach links und der Hebel 74 nach rechts geschwenkt, dann wird über die miteinander im Eingriff stehenden Zahnräder 75, 76, 77 die Flügelachse 6 a um den gleichen Winkel gedreht, um den auch der Hebel 73 geschwenkt wurde. Die Kette der Zahnräder 78, 79 und 80 dreht die Flügelachse 6 b um den gleichen Winkel, um den der Hebel 74 geschwenkt wird. Daraus ergibt sich, daß bei einer solchen Bewe gung der Hebel 73 und 74 der Anstellwinkel der Flügel Fa und Fb gegenläufig geändert wird.

Mittels weiterer Getriebeelemente ist es möglich, die Profilform der Flügel in bestimmter Zuordnung zum An stellwinkel zu verändern. Das Zahnrad 75, welches die Flügelachse 6 a verstellt, leitet eine Drehbewegung weiter über Zahnräder 21, 22 auf ein Zahnsegment 23, das über ein weiteres verzahntes Element 24 den hin teren Teil 4 des in Fig. 14 rechten bzw. in Fig. 16 und 17 unteren Flügels Fb um die Schwenkachse 8 ent gegengesetzt dreht. Gleichzeitig dreht das Zahnrad 22 durch eine Aussparung 26 mittels im Rad 22 befestigter Lagerbolzen 27 und über Laschen 28 sowie Lagerbolzen 29 gleichsinnig eine Platte 31, die mit dem vorderen Flügelteil fest verbunden ist.

Das Zahnrad 78, das die Flügelachse 6 b dreht, leitet die Drehbewegung weiter über ein Zahnrad 32 auf ein Zahnrad 33 und damit über ein Zahnsegment 34 auf ein mit dem hinteren Teil 4 des Flügels Fa verbundenes verzahntes Element oder Zahnrad 36 und verdreht da durch den Flügelteil entgegengesetzt. Gleichzeitig dreht das Zahnrad 33 mittels darin befestigter Lager bolzen 37 über Laschen 38 und Lagerbolzen 39 eine Platte 40, die fest mit dem vorderen Flügelteil 3 des Flügels Fa verbunden ist, in gleicher Richtung.

Das Zahnrad 78 sitzt auf der Welle 42 und ist somit über diese fest mit dem Hebel 74 verbunden. Die Hohl welle 43, in der die Welle 42 drehbar gelagert ist, verbindet das Zahnrad 75 starr mit dem Hebel 73. Die Hohlwelle 43 ist ihrerseits in einem auch die Arme 5 umfassenden Rahmenteil 20 gelagert, wie Fig. 16 er kennen läßt. Der Rahmenteil ist über die erwähnten Lager 18 im Gestell G drehbar gelagert.

Zwei Kurvenscheiben 45 und 46 führen bei einer Umdre hung des Umlaufaggregats U bzw. des Rahmenteils 20 jeweils auch eine Umdrehung aus, und zwar infolge der Bewegungsübertragung vom Rahmenteil 20 aus über Zahn räder 47 und 48. Im gleichen Verhältnis werden ein Zahnrad 49 mit einer damit fest verbundenen Kurven scheibe 50 und ein Zahnrad 51 mit einer damit fest verbundenen Kurvenscheibe 52 gedreht. Jeder der Hebel 73 und 74 trägt am Ende zwei Folgeorgane 53, z.B. Wälz lager, die auf dem Umfang der Kurvenscheiben laufen.

Die Kurvenscheiben 45 und 46 sind so ausgebildet, daß bei einer halben Umdrehung des Umlaufaggregats U bzw. des Rahmenteils 20 mit den Armen 5 die Hebel 73 und 74 nach außen gestellt sind (Fig. 14) und bei der zweiten halben Umdrehung nach innen gestellt sind. Die Übergangskurven vom großen zum kleinen Radius der Kurvenscheiben beschreiben die Bewegungen der Hebel 73 und 74. Während dieser Bewegung findet die Profil- und Anstellwinkel-Änderung im Bereich des oberen und unteren Totpunktes einer gesamten Umlaufbewegung von 360° statt, wozu auch Fig. 1 zu vergleichen ist. Die beiden Kurvenscheiben 50 und 52 sorgen für eine Zwangsführung der Hebel 73 und 74.

Ein die Halterung bzw. Lagerungen der Räder 48, 49 und 51 bil dender Teil 44 ist um die Zentralachse 1 schwenkbar. Diese Schwenkbewegung kann über eine drehbare Schnecke 55 und ein in diese eingreifendes Schrägstirnrad 54 bewirkt werden. Die Schnecke 55 kann von Hand oder mittels eines Servomotors gedreht werden. Die Schwenkbewegung könnte auch über einen Zahnstangen trieb oder Hebel erfolgen.

Wird die Lage des Zahnrades 48 mit Bezug auf die Zen tralachse 1 durch eine Schwenkbewegung geändert, wer den auch die Hebel 73 und 74 sowie die von ihnen abge tasteten Kurvenscheiben um die Zentralachse 1 ver schwenkt. Durch eine solche Schwenkverstellung werden gleichzeitig die Punkte der Profiländerung in Umfangs richtung der Vorrichtung verstellt. Durch eine solche Verstellung der Profiländerungspunkte kann die Vorrich tung optimal zu jeder beliebigen Anströmrichtung eines Mediums quer zur Zentralachse 1 eingestellt werden. Handelt es sich nicht um die Bewegungserzeugung mit tels eines auf das Umlaufaggregat U wirkenden strömen den Mediums, sondern um den Antrieb des Umlaufaggre gats mittels eines Motors zur Erzeugung einer Bewegung der Vorrichtung, so kann durch die erläuterte Verstel lung des Profiländerungspunktes die Strömungsrichtung des betreffenden Mediums (z.B. Luft) bestimmt werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 18 sind entsprechende oder ähnliche Teile wie bei der Ausführung nach den Fig. 14 bis 17 mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es ist hier ein mittels des Zahnrades 48 antreibbarer Drehgeber 58 vorgesehen, von dem aus die Hebel 73 und 74 mit Hilfe von Einzelantrieben 62 (hydraulische oder elektromagnetische Einrichtungen) gesteuert be wegt werden können (Fig. 20). Es sind dadurch auf ei ne weitere Weise die Anstellwinkel der Flügel F über Zahnräder, Ketten- oder Zahnriementriebe 61 od. dgl. ver änderbar.

Während bei der Ausführung der Vorrichtung nach den Fig. 14 bis 17 äußere Verstellmittel zum Verändern des Flügelprofils vorhanden sind, zeigt Fig. 19 eine ande re Ausführung, bei der Einzelantriebe 59 zum Verschwen ken eines Flügelteiles 3 bzw. 4 relativ zu einem ande ren Flügelteil, hier einem mittleren Flügelteil 2, vor gesehen sind. Der mittlere Flügelteil 2 weist dabei ei nen Befestigungspunkt oder ein Widerlager 63 für solche Einzelantriebe 59 auf. Diese sind hier als druckmittel betätigte Zylinder-Kolbeneinheiten dargestellt, können aber auch von anderer Art und Ausbildung sein, etwa elektromechanische Einheiten. Die Energieversorgung solcher Einzelantriebe 59, die abweichend von der zur Veranschaulichung schematischen Darstellung in Fig. 19 zweckmäßig in den Flügeln selbst unterge bracht werden, kann über Drehdurchführungen 60 an den jeweiligen Achsen erfolgen, wie dies in Fig. 18 veran schaulicht ist.

Wird das Umlaufaggregat durch einen Motor angetrieben, und verdrängt es dann ein Medium durch entsprechende Einstellung des Anstellwinkels a, so könnte auch auf die in Fig. 19 gezeigten Antriebs- oder Betätigungs elemente 59 zur Profilverstellung verzichtet werden, weil dann die Verdrängungsgegenkraft für die richtige Profilform sorgt.

Bei einer Anwendung als Luftfahrzeug sind dagegen solche Verstellelemente 59 vorteilhaft, weil hierdurch bei sich nicht drehendem Umlaufaggregat das Profil ge gen die Luftkraft geschwenkt werden kann (vgl. Fig. 9) und damit ein Gleitflug möglich wird, z.B. zur Landung.

Bei durch Strömungsenergie angetriebenen Umlaufaggre gaten (so Wind- oder Wasserkraftmaschinen) ist die Profilform vorteilhaft zwangläufig durch entsprechende Antriebselemente der in verschiedenen Ausführungen zu vor beschriebenen Art einzustellen bzw. zu ändern, weil hier die Strömungskraft dem Profil entgegenwirkt.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfin dung fallend angesehen werden.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen einer Bewegung mittels wenigstens zweier, jeweils ein Stromlinienprofil aufweisender, auf einer geschlossenen Umlaufbahn über einen Umlaufwin kel von 360° geführten Flügeln, insbesondere mit Ände rung des Anstellwinkels der Flügel beim Umlauf, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umlaufs der Flügel das Flügelprofil geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Flügelprofils in vorgebbarer Abhängig keit vom Umlaufwinkel vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Profils eines Flügels in Abhängigkeit von einer Änderung des Anstell winkels eines anderen Flügels vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelprofil durch ein den Flügel umströmendes Medium geändert wird.

5. Vorrichtung mit jeweils ein Stromlinienprofil aufwei senden Flügeln, die mit radialem Abstand von einer Zentralachse an parallelen, gemeinsam in einer Umlauf bewegung um die Zentralachse drehbaren Armen od. dgl. ge halten und jeweils um eine Flügelachse schwenkbar sind, namentlich mit einer Einrichtung, mittels derer der Anstellwinkel der Flügel bei einem Umlauf der Arme in vorgebbarer Weise beeinflußbar ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flü gel (F, F′) ein veränderbares Profil aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelprofil zwangläufig während eines Umlau fes der Arme (5) veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (F, F′) ein unter der Einwirkung eines sie umströmenden Mediums veränderbares Profil aufwei sen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (F) jeweils aus weni stens zwei gelenkig miteinander verbundenen Teilen (2, 3, 4) bestehen, die zur Änderung des Flügelprofils relativ zueinander verschwenkbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (F′) jeweils wenigstens einen Bereich (9) aufweisen, der zur Änderung des Flü gelprofils elastisch verformbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens ein Flügelteil (3 bzw. 4) oder Flügelbereich mit einem äußeren Ver schwenkantrieb in Verbindung steht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, daß für die Änderung von Flügelprofil und Anstellwinkel Hebel (73, 74) als Verstellglieder vorgesehen sind, die bei jeder halben Umdrehung des die Arme (5) und die Flügel (F) enthaltenden Umlaufaggregats (U) die Profil- und Anstellwinkel-Änderung über Getriebeglieder, wie Zahn räder, Zahnriemen, Kettentriebe od.dgl. bewirken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, daß den Hebeln Kurven scheiben (45, 46; 50, 52) zugeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils wenigstens ein Verschwenk antrieb (59) zwischen zwei Flügelteilen (3, 2 bzw. 4, 2) oder Flügelbereichen vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstellglieder für das Flügel profil und/oder den Anstellwinkel druckmittelbetätigte Einrichtungen (59, 60, 62) vorgesehen sind, die durch Geber steuerbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als, Verstellglieder für das Flügel profil und/oder den Anstellwinkel Elektro-Einzelantrie be vorgesehen sind, die durch Geber steuerbar sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Arme (5) tragender Rahmen teil, Stützkörper (44) od. dgl. im Winkel um die Zentral achse (1) einstellbar ist, derart, daß dadurch ein äußerer Bezugspunkt für die Profil- und Anstellwinkel- Änderung der Flügel (F) einer Strömungsrichtung anpaß bar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, gekenn zeichnet durch ihre Verwendung als Teil einer Wasser kraftanlage.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekenn zeichnet durch ihre Verwendung als Teil einer Windkraft anlage.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umlaufaggregate (U) an ei ne Arbeitsmaschine, einen Generator (14) od.dgl. ange schlossen sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, gekenn zeichnet durch ihre Verwendung als Antriebs- und/oder Steueraggregat für ein Luftfahrzeug (Z).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb einer Gondel, eines Flugkörpers od.dgl. wenigstens ein von einem oder mehreren Motoren antreib bares Umlaufaggregat (U) vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Umlaufaggregats (U) wenigstens eine kippbare und/oder drehbare Steuerflosse (15) vorgese hen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil und/oder der Anstell winkel der Flügel (F) so einstellbar ist, daß bei still stehendem Umlaufaggregat (U) die Luftkraft (L) nach oben gerichtet ist, entsprechend einem Gleitflugzustand.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftfahrzeug (Z) mit normalen Rudereinrichtungen versehen ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, gekenn zeichnet durch ihre Verwendung als Antriebs- und/oder Steueraggregat für ein Wasserfahrzeug (S).

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralachse (1) waagerecht angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralachse senkrecht ange ordnet ist.