DE102007057077A1

DE102007057077A1 - Rotor for use as e.g. ship rotor, has annular rotor blade, where blade position is changed between two of vertices with maximum distance from uplift position into down position

Info

Publication number: DE102007057077A1
Application number: DE102007057077A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Grimm
Original assignee: Grimm Friedrich Dipl-Ing
Current assignee: Grimm Friedrich Dipl-Ing
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-05-28

Abstract

The rotor (3) has an annular rotor blade (2) having a blade profile (22) in cross-section and formed as a hollow profile. A polygon (1) with vertices is formed as rhombus, and is inscribed to the blade that is formed as pneumatically supported membrane construction. The profile is made of plastic/metal, where blade position (21) is changed between two of the vertices with a maximum distance from an uplift position into a down position so that an aero- and hydro-dynamically generated force pair of suction- and pressure forces with an offset torque acts on a rotational axis (30).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor zur Umwandlung der in einer Strömung enthaltenen kinetischen Energie in eine Drehbewegung als Strömungskonverter oder umgekehrt zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Strömung als Strömungsgenerator und insbesondere auch einen Ventilator und einen Flugzeug- oder Schiffsrotor. Der Rotor besitzt ein von der Kreisringform abweichendes, ringförmiges Rotorblatt, das im Querschnitt ein Flügelprofil mit einer Flügelnase und einer Flügelhinterkante aufweist. Dem ringförmigen Rotorblatt ist ein Polygon mit einer vorgegebenen Anzahl von Eckpunkten einbeschrieben. Das Flügelprofil ist mit seiner Flügelnase zur Anströmung ausgerichtet und wechselt zwischen zwei Eckpunkten mit maximalem Abstand zueinander mindestens einmal die Flügelstellung von einer Auftriebstellung in eine Abtriebstellung, sodass bei Anströmung des Rotors parallel zur Rotationsachse ein aero- und hydrodynamisch erzeugtes Kräftepaar aus Sog- und Druckkräften mit einem Versatzmoment auf die Drehachse einwirkt.The The invention relates to a rotor for converting the in a flow contained kinetic energy in a rotary motion as a flow converter or vice versa for converting a rotational movement into a flow as a flow generator and in particular a fan and an aircraft or ship rotor. The rotor has one of the circular ring deviating, annular rotor blade, the cross-section of a wing profile with a wing nose and a wing trailing edge. The annular Rotor blade is a polygon with a given number of vertices inscribed. The wing profile is with its wing nose aligned to the flow and alternates between two Corner points with maximum distance to each other at least once the Wing position from a buoyancy position to an output position, so that when the rotor flows parallel to the axis of rotation an aero- and hydrodynamically generated pair of forces and compressive forces with an offset moment on the axis of rotation acts.

Stand der Technik:State of the art:

Die EP 0 854 981 B1 zeigt ein Windrad mit horizontaler Drehachse und einem kreisringförmigen Rotor, der als Druckring für zugbeanspruchte, flügelförmige Speichen dient. Der Vorschlag, den ringförmigen Rotor selbst zu einem aero- oder hydrodynamisch wirksamen Element zu entwickeln ist hier nicht vorweggenommen. Bekannte Wind- und Wasserturbinen mit horizontaler Drehachse weisen radial zur Drehachse angeordnete Rotorblätter mit einem aero- oder hydrodynamisch wirksamen Flügelquerschnitt auf, der mit einer Breitseite zur Strömung ausgerichtet ist. Die Rotorblätter sind als Kragarme mit dem Rotorkopf einseitig verbunden. Obwohl der Rotordurchmesser in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich vergrößert wurde, erreicht diese Bauart mit etwa 130 m Rotordurchmesser eine konstruktionsbedingte Grenze. Bei dieser Größe sind die Rotorblätter extremen Belastungen unterworfen, neigen zu Schwingungen und rufen Schlaggeräusche beim Durchgang der Rotorblätter am Mast hervor. Propeller für Wasser- und Luftfahrzeuge, sowie Ventilatoren durchschneiden ein flüssiges oder gasförmiges Medium in der Art einer Schraube zur Herstellung von Schub bzw. von Wind. Bei Schiffspropellern tritt das Problem der Kavitation auf. Ein Hubschrauberrotor zeigt eine radiale Rotorblattanordnung.The EP 0 854 981 B1 shows a wind turbine with a horizontal axis of rotation and an annular rotor, which serves as a pressure ring for zugbeangespuchte, wing-shaped spokes. The proposal to develop the annular rotor itself to an aero- or hydrodynamically active element is not anticipated here. Known wind and water turbines with a horizontal axis of rotation have radially arranged rotor blades with an aero- or hydrodynamically effective wing cross section, which is aligned with a broad side to the flow. The rotor blades are connected as cantilevers with the rotor head on one side. Although the rotor diameter has been continuously increased in recent decades, this type with a rotor diameter of approximately 130 m achieves a construction-related limit. At this size, the rotor blades are subjected to extreme loads, are prone to vibrations, and cause whipping noises as the rotor blades pass through the mast. Propellers for watercraft and aircraft, as well as fans cut through a liquid or gaseous medium in the manner of a screw for the production of thrust or wind. In ship propellers, the problem of cavitation occurs. A helicopter rotor shows a radial rotor blade assembly.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor mit einem ringförmigen Rotorblatt und einer aero- und hydrodynamisch wirksamen Flügelprofilierung anzugeben, der im Falle eines Strömungskonverters als Schnellläufer von der Strömung in Rotation versetzt wird und der im Falle eines angetriebenen Strömungsgenerators eine Strömung erzeugt. Ein ringförmiges Rotorblatt, das mittels einer Anzahl von aero- und hydrodynamisch wirksamen Speichen mit der Rotationsachse verbunden ist, zeichnet sich nicht nur durch einen erhöhten Wirkungsgrad bei einem vorgegebenen Rotordurchmesser aus, sondern weist bessere Laufeigenschaften und einen geringeren Verschleiß auf. Die Bauform eines Speichenrads ermöglicht insbesondere bei Windturbinen neue, bisher nicht realisierbare Anlagengrößen mit einem zwei- bis dreimal so großen Rotordurchmesser wie bisher üblich. Damit leistet die Erfindung einen Beitrag zur weiteren und vermehrten Erschließung der Windkraft als ökologisch unbedenkliche Energiequelle. Was den Bereich der Strömungsgeneratoren betrifft, wird ein Neuland beschritten, bei dem der Schub im Unterschied zur Schraubenwirkung allein aus der aero- und hydrodynamischen Wirkung der Flügelprofilierung eines ringförmigen Rotorblatts resultiert.outgoing from the illustrated prior art, the invention is the Task is based, a rotor with an annular rotor blade and aero- and hydrodynamically effective wing profiling in the case of a flow converter as high-speed from the flow is set in rotation and in the case a driven flow generator, a flow generated. An annular rotor blade, which by means of a Number of aero- and hydrodynamic spokes with the axis of rotation connected, not only is characterized by an elevated Efficiency at a given rotor diameter, but has better running properties and less wear. The design of a spoke wheel allows in particular in wind turbines new, previously unrealisable plant sizes with a two to three times as large rotor diameter as usual. Thus, the invention makes a contribution for further and increased development of wind power as an ecologically harmless source of energy. What the area concerning flow generators, a new ground is in which the thrust in contrast to the screw action alone the aerodynamic and hydrodynamic effect of wing profiling an annular rotor blade results.

Folgende Aufgaben werden von einem erfindungsgemäßen Strömungskonverter als Wind- oder Wasserturbine gelöst:

– Ersatz herkömmlicher, radial angeordneter, biegebeanspruchter Rotorblätter durch ein vorwiegend druckbeanspruchtes, ringförmiges Rotorblatt
– Vorwiegende Zugbeanspruchung der vorgespannten radialen Speichen
– Stabile Konstruktion mit einer mehrfachen, räumlichen Unterstützung des ringförmigen Rotors und einer zweifachen Lagerung der radialen Speichen
– Einfache Montage durch Elementierung der Konstruktion
– Die Speichenradkonstruktion ermöglicht Rotordurchmesser größer 300 m
– Verstetigung der Rotationsbewegung durch eine günstige Massenverteilung
– Gute Anlaufeigenschaften bei leichter Strömung
– Selbsttätige Ausrichtung zur Anströmung
– Kombination herkömmlicher radialer Rotorblätter mit einem ringförmigen Rotorblatt
– Erhöhung der aero- bzw. hydrodynamisch wirksamen Oberfläche
– Leiser Rotorlauf, Schlaggeräusche und niederfrequente Schwingungen treten nicht auf.
– Große Variationsbreite von der Ellipse bis zum Vieleck
– Extremer Leichtbau
– Vergleichsweise günstige Beanspruchung der Drehlager
– Vergleichsweise höhere elektrische Leistung bei gleichem Rotordurchmesser

The following objects are achieved by a flow converter according to the invention as a wind or water turbine:

- Replacement of conventional, radially arranged, bending-stressed rotor blades by a predominantly pressure-loaded, annular rotor blade
- Predominant tensile stress of the prestressed radial spokes
- Stable construction with multiple, spatial support of the annular rotor and a double storage of the radial spokes
- Easy installation through elemental design
- The spoke wheel design allows rotor diameter greater than 300 m
- Consolidation of the rotational movement by a favorable mass distribution
- Good start-up properties with light flow
- Automatic alignment to the flow
- Combination of conventional radial rotor blades with an annular rotor blade
- Increasing the aero- or hydrodynamically effective surface
- Lighter rotor running, impact noise and low-frequency vibrations do not occur.
- Large variation width from the ellipse to the polygon
- Extremely lightweight
- Comparatively cheap stress on the pivot bearing
- Comparatively higher electrical power at the same rotor diameter

Ein erfindungsgemäßer Strömungsgenerator zeichnet sich gegenüber bekannten Lösungen durch folgende Vorteile aus:

– Geringer Rotationswiderstand
– Große Laufruhe
– Erhöhung des Schubs durch Kombination von Schraubenblatt und ringförmigem Rotorblatt
– Günstige Beanspruchung der Propellerwelle und der Lager
– Bei einem Ventilator, Erzeugung eines Luftstroms ausschließlich durch die aerodynamische Wirkung der Flügelprofile des ringförmigen Rotors
– Große aero- und hydrodynamisch wirksame Oberfläche
– Einfache Konstruktion
– Kombination mehrerer aero- und hydrodynamischer Effekte
– Große Variationsbreite vom Dreieck bis zum Vieleck

An inventive flow generator is distinguished from known solutions by the following advantages:

- Low rotational resistance
- Great smoothness
- Increase of the thrust by combination of screw blade and annular rotor blade
- Cheap use of the propeller shaft and bearings
- For a fan, generating an air flow solely through the aerodynamic effect of the airfoils of the annular rotor
- Large aerodynamic and hydrodynamic surface
- Simple construction
- Combination of several aerodynamic and hydrodynamic effects
- Large variation width from the triangle to the polygon

Aerodynamik, Hydrodynamik:Aerodynamics, hydrodynamics:

Das Wirkprinzip eines ringförmigen Rotorblatts lässt sich mit einem symmetrischen Flügelprofil, mit einem asymmetrischen Flügelprofil oder aber auch durch eine Profilanordnung mit Flügelwirkung erzielen.The Operating principle of an annular rotor blade leaves itself with a symmetrical wing profile, with an asymmetrical wing Wing profile or even by a profile arrangement achieve with wing effect.

Bei einem ringförmigen Rotorblatt mit einem symmetrischen Flügelprofil wird der periodische Wechsel von Sog- und Druckkräften durch eine kontinuierlich sich ändernde Flügelneigung (pitch) erzielt. Der besondere Vorteil dieser Gestaltungsvariante liegt in einem strömungsgünstigen, harmonischen Übergang zwischen den Auf- und Abtrieb erzeugenden Profilabschnitten, wobei sowohl die Profilnase als auch die Profilhinterkante einen periodisch schwingenden Verlauf zeigen.at an annular rotor blade with a symmetrical wing profile becomes the periodic change of suction and compression forces by a continuously changing wing pitch (pitch) achieved. The special advantage of this design variant lies in a streamlined, harmonious transition between the input and output generating profile sections, wherein Both the profile nose and the profile trailing edge a periodically show swinging course.

Bei der Verwendung von verstellbaren Profilklappen empfiehlt es sich, die Seiten eines Polygons gerade auszubilden. Mittels von Profilklappen lässt sich das Kräftepaar aus Sog- und Druckkräften vergleichsweise einfach herstellen. Der Übergang zwischen den einzelnen Profilabschnitten ist hier nicht so harmonisch und erhöht den Rotationswiderstand.at The use of adjustable profile flaps is recommended to just train the sides of a polygon. By means of profiled flaps can the couple of forces from suction and pressure forces comparatively easy to produce. The transition between The individual profile sections here is not so harmonious and increases the rotational resistance.

Bei der Verwendung von asymmetrischen Flügelprofilen wird das Kräftepaar aus Sog- und Druckkräften durch Umkehrung der Flügelwölbung hergestellt. An den Nahtstellen der einzelnen Profilabschnitte können strömungsgünstige Übergangsflächen gestaltet werden. Die Kombination aus einem Rohr und einer Strömungsleitfläche als System mit Flügelwirkung führt zu einer sehr einfachen und damit wirtschaftlichen Lösung für einen Strömungskonverter.at The use of asymmetric wing profiles is the Forces of forces of suction and compression by inversion the wing vault made. At the seams the individual profile sections can streamlined transitional surfaces be designed. The combination of a pipe and a flow guide as a winged system leads to a very simple and therefore economical solution for a flow converter.

Bei einem gleichseitigen Dreieck und bei einem Quadrat wechselt das Flügelprofil zwischen zwei benachbarten Eckpunkten mit maximalem Abstand zueinander jeweils einmal von einer Auftrieb- in eine Abtriebstellung. Bei mehrzahligen Polygonen, wie Fünfeck, Sechseck usw., vollzieht sich der periodische Wechsel des Flügelprofils von der Auftrieb- in die Abtriebstellung auf jeder Polygonseite zwischen zwei benachbarten Eckpunkten. Einen Sonderfall stellt eine Raute mit konvex gebogenen Seiten dar. Sie ermöglicht die Ausbildung eines elliptischen Rotorblatts. Auch hier wechselt das Flügelprofil zwischen den Eckpunkten mit maximaler Entfernung zueinander einmal von der Auftrieb- in eine Abtriebstellung.at an equilateral triangle and at a square that changes Wing profile between two adjacent corners with maximum distance from each other once from a buoyancy in an output position. For polygonal polygons, such as pentagon, hexagon etc., takes place the periodic change of the wing profile from the lift to the driven position on each polygon side between two adjacent vertices. A special case is one Rhombus with convex curved sides. It allows the Formation of an elliptical rotor blade. Again, this changes Wing profile between the corners with maximum distance each other once from the buoyancy to an output position.

Bei einem angetriebenen Rotor kann an der Flügeloberseite und an der Flügelunterseite allein mit Hilfe einer biegsamen Flosse, die an der hinteren Flügelkante eingespannt ist, eine Strömung erzeugt werden. Bei Rotation bewirkt die Flügelprofilierung des Rotors an der Ringaußenseite und an der Ringinnenseite periodisch wechselnde Druckkräfte mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit an den Flügeloberflächer, aus der eine Schubkraft resultiert.at a driven rotor can on the wing top and on the wing base alone with the help of a flexible Fin, which is clamped at the rear wing edge, a flow can be generated. During rotation, the Wing profiling of the rotor on the outside of the ring and on the inside of the ring periodically changing pressure forces with increased flow velocity at the wing surface, resulting in a thrust.

Der Rotor als Ganzes:The rotor as a whole:

Für die Verbindung des ringförmigen Rotorblatts mit einer Nabe bzw. mit der Drehachse sind Speichen vorgesehen, die bei einem Schiffsrotor aus herkömmlichen Propellerblättern und bei einer Windturbine aus herkömmlichen. Rotorblättern bestehen oder als aero- und hydrodynamisch wirksame Speichen ausgebildet sind. Sie übertragen das jeweils von einer Polygonseite bewirkte Versatzmoment auf die Rotationsachse. Bei einem Schiffsrotor addiert sich der aus dem Propellerblatt und dem ringförmigen Rotor gewonnene Schub. Bei einer Windturbine sind die Speichen selbst als aerodynamisch wirksame Flügelprofile ausgebildet und stehen quer zur Anströmung, wobei ihre Flügelnase in Drehrichtung angeordnet ist.For the connection of the annular rotor blade with a hub or with the axis of rotation spokes are provided, which are conventional in a ship rotor conventional propeller blades and a wind turbine. Rotor blades exist or are designed as aero- and hydrodynamically effective spokes. They transmit the respective offset moment caused by one polygon side to the rotation axis. In a ship's rotor, the thrust gained from the propeller blade and the annular rotor adds up. at a wind turbine, the spokes are themselves designed as aerodynamically effective wing profiles and are transverse to the flow, with its wing nose is arranged in the direction of rotation.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, die Speichen als Seile oder als Flachprofile auszubilden. Die aerodynamische Wirkung wird mittels einer zweiteiligen, aerodynamisch und hydrodynamisch wirksamen Profilschale erzielt, die als Aluminium-Strangpressprofil oder als Kunststoffprofil auf dem Seil bzw. auf dem Flachprofil befestigt wird. Bei einem Windrad ist eine leichte Konstruktion von Bedeutung. Glasfaserverstärkter Kunststoff und Kohlefaser verstärkter Kunststoff sind geeignete Materialien für den Leichtbau des ringförmigen Rotors und der Speichen bis zu einem Raddurchmesser von 160 m. Ein erfindungsgemäßes Windrad kann aber wesentlich größer hergestellt werden mit einem Durchmesser von über 300 m. Derart große Räder eignen für den Off-Shore-Einsatz und haben einen Mast mit Pfahlgründung. Bei einem großen Windrad ist von Bedeutung, dass es sich bei unterschiedlichen Temperaturen und unter wechselnder aerodynamischer Belastung nur innerhalb enger Toleranzen verformt. Um dies zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, jede Speiche mit Teller- oder Spiralfedern an die Nabe anzuschließen. Zur Übertragung des Drehmoments überkreuzen sich die Speichen wie bei einem Fahrrad. Bei großen Rädern können innerhalb des zugbeanspruchten Speichensystems zwischen Druckring und Nabe zusätzliche Koppelstäbe zwischen den v-förmig gespreizten Speichen mit aussteifenden Verbänden vorgesehen werden. Idealerweise wird der Generator in der Radnabe angeordnet.in the Under the invention, the spokes are proposed as ropes or form as flat profiles. The aerodynamic effect is by means of a two-part, aerodynamically and hydrodynamically effective Profile shell obtained as an aluminum extruded profile or as Plastic profile attached to the rope or on the flat profile becomes. With a windmill, a lightweight construction is important. Glass fiber reinforced plastic and carbon fiber reinforced Plastic are suitable materials for lightweight construction the annular rotor and the spokes up to a wheel diameter of 160 m. An inventive wind turbine can but be made much larger with a diameter of over 300 m. Such a big one Wheels are suitable for off-shore use and have a mast with pile foundation. At a big one Pinwheel is significant that it is at different temperatures and under varying aerodynamic load only within narrower Tolerances deformed. To ensure this, it is proposed connect each spoke with plate or coil springs to the hub. To transmit the torque, the cross over Spokes like a bicycle. For big wheels can within the tensioned spoke system between Pressure ring and hub additional coupling rods between the V-shaped spread spokes with stiffening bandages be provided. Ideally, the generator is in the wheel hub arranged.

Große, erfindungsgemäße Windräder können bevorzugt entlang der bestehenden Verkehrswege, wie Autobahnen und Eisenbahntrassen installiert werden, um die umgebende unverbaute Landschaft zu schonen. Mittels eines räumlich verzweigten Unterbaus, auf dem eine drehbare Gabel aufsetzt, können die Windräder unmittelbar über den Verkehrswegen angeordnet werden.Size, Wind turbines according to the invention can prefers along the existing traffic routes, such as highways and Railroad tracks are installed to the surrounding unverbaute To protect the landscape. By means of a spatially branched Substructure, on which a rotatable fork touches, can the wind turbines just above the traffic routes to be ordered.

Kleine Windräder mit Durchmessern von 3–12 m eignen sich für eine dezentrale Stromversorgung individueller Haushalte. Hier können die Speichen selbst aus aerodynamisch geformten Metallprofilen bestehen.little one Windmills with diameters of 3-12 m are suitable for a decentralized power supply of individual households. Here the spokes themselves can be made aerodynamically shaped Consist of metal profiles.

Eine besondere Form des Leichtbaus stellt eine pneumatische Konstruktion dar, bei der die Flügelkontur eines ringförmigen Rotorblatts aus einer hochfesten, mit Druckluft befüllten Membran gebildet wird. Ein derartiges Windrad erscheint besonders wirtschaftlich, eignet sich für den Selbstaufbau und kann zusammengefaltet in kompakter Form versandt werden. Nach demselben Prin zip wird auch ein Ventilator vorgeschlagen, dessen pneumatisch gestütztes, ringförmiges Rotorblatt vielfältige Möglichkeiten für eine attraktive Gestaltung zulässt.A special form of lightweight construction represents a pneumatic construction in which the wing contour of an annular Rotor blades made of a high-strength, filled with compressed air Membrane is formed. Such a pinwheel appears especially Economical, suitable for self-construction and can folded in a compact form to be shipped. After the same Prin zip is also proposed a fan whose pneumatic supported, annular rotor blade manifold Opportunities for an attractive design allows.

Steuerung:Control:

Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft einer erfindungsgemäßen Wind- oder Wasserturbine besteht in der Tatsache, dass sie sich von selbst zur Strömung ausrichtet und dafür nur ein Drehgelenk benötigt wird. Bei einer Windturbine ist die Regelung der Rotordrehzahl von Bedeutung. Die im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Flügelklappensteuerung löst diese Aufgabe und kann pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.A particularly advantageous property of an inventive Wind or water turbine consists in the fact that they are aligns itself to the flow and only for that a hinge is needed. At a wind turbine is the control of the rotor speed of importance. The under the Invention proposed wing flap control triggers this task and can be done pneumatically or hydraulically.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Gestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen hervor. Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen eine Auswahl der zahlreichen und beliebig kombinierbaren vorteilhaften Möglichkeiten für die aero- und hydrodynamische Gestaltung eines erfindungsgemäßen Strömungskonverters und Strömungsgenerators. Zugunsten einer besseren Lesbarkeit wurde auf die maßstäbliche Darstellung der Verhältnisse der einzelnen Bauteile zueinander verzichtet.Further advantageous details and design options The invention will become apparent from the drawings. The in the figures illustrated embodiments show a selection the numerous and arbitrarily combinable advantageous possibilities for the aerodynamic and hydrodynamic design of an inventive Flow converter and flow generator. In favor of a better readability was on the scale Representation of the relationships of the individual components to each other waived.

Die Figuren zeigen:The Figures show:

1 einen Schiffsrotor in isometrischer Übersicht 1 a ship's rotor in isometric overview

2 den Schiffsrotor nach 1 in der Ansicht 2 the ship's rotor 1 in the view

3 den Querschnitt durch den ringförmigen Schiffsrotor nach 1 3 the cross section through the annular ship rotor after 1

4 eine Wasserturbine in isometrischer Übersicht 4 a water turbine in an isometric overview

5 die Wasserturbine nach 4 in der Ansicht 5 the water turbine after 4 in the view

6 eine Windturbine in der Ansicht 6 a wind turbine in view

7 den Querschnitt durch ein Auftrieb erzeugendes Ringsegment der Windturbine nach 6 7 the cross section through a buoyancy generating ring segment of the wind turbine after 6

8 den Querschnitt durch ein Abtrieb erzeugendes Ringsegment der Windturbine nach 6 8th the cross section through an output generating ring segment of the wind turbine after 6

9 eine Windturbine mit elliptischem Rotorblatt in der Ansicht 9 a wind turbine with elliptical rotor blade in view

10 den Querschnitt durch ein Auftrieb erzeugendes Segment des ringförmigen Rotorblatts der Windturbine nach 9 10 the cross section through a buoyancy generating segment of the annular rotor blade of the wind turbine after 9

11 den Querschnitt durch ein Abtrieb erzeugendes Segment des ringförmigen Rotorblatts der Windturbine nach 9 11 the cross section through an output generating segment of the annular rotor blade of the wind turbine after 9

12 einen fünfeckigen Rotor in der isometrischen Übersicht 12 a pentagonal rotor in the isometric overview

13 den Querschnitt des ringförmigen Rotors nach 12 13 the cross section of the annular rotor after 12

14 einen sechseckigen ringförmigen Rotor in der Ansicht 14 a hexagonal annular rotor in view

15 den Querschnitt durch den ringförmigen Rotor nach 14 15 the cross section through the annular rotor after 14

16 die Ansicht eines Strömungskonverters mit konzentrisch angeordneten, ringförmigen Rotorblättern 16 the view of a flow converter with concentrically arranged, annular rotor blades

17 den Querschnitt durch den Strömungskonverter nach 16 17 the cross section through the flow converter after 16

18 eine Wasserturbine mit einem achteckigen ringförmigen Rotor in der isometrischen Übersicht 18 a water turbine with an octagonal annular rotor in the isometric overview

19 den Querschnitt durch ein pneumatisch gestütztes, ringförmiges Rotorblatt 19 the cross section through a pneumatically supported, annular rotor blade

20 eine Windturbine mit achteckigem ringförmigem Rotor in isometrischer Übersicht 20 a wind turbine with an octagonal ring-shaped rotor in an isometric overview

21 den Querschnitt durch eine Speiche einer erfindungsgemäßen Windturbine 21 the cross section through a spoke of a wind turbine according to the invention

22 den Querschnitt durch eine Speiche einer erfindungsgemäßen Windturbine 22 the cross section through a spoke of a wind turbine according to the invention

23 den Querschnitt durch eine Speiche einer erfindungsgemäßen Windturbine 23 the cross section through a spoke of a wind turbine according to the invention

1 zeigt einen Schiffsrotor (320) mit einem ringförmigen Rotorblatt (2), das von einem symmetrischen Flügelprofil (22) gebildet wird. Speichen (33), die als Propellerblätter (335) ausgebildet sind, wirken mit dem ringförmigen Rotorblatt (2) zusammen und übertragen den Schub auf die Rotorwelle (321). Die hydrodynamische Wirkung des ringförmigen Rotorblatts (2) wird durch seine von der Kreisringform abweichende Polygonform bestimmt. Ein gleichseitiges Dreieck (13) ist dem ringförmigen Rotorblatt (2) einbeschrieben und weist konvexe Seiten (110) und gerundete Ecken (12) auf. Auf jeder Polygonseite (10) wechselt das symmetrische Flügelprofil (22) regelmäßig von einer Auftriebsteilung (210) in eine Abtriebstellung (211). Die dadurch hervorgerufenen Sog- (I) und Druckkräfte (II) bewirken an der Rotorwelle (321) ein Versatzmoment. An seinen Flügeloberflächen erzeugt das ringförmige Rotorblatt (2) eine Strömung, die zum Gesamtschub des Schiffsrotors (320) beiträgt. 1 shows a ship's rotor ( 320 ) with an annular rotor blade ( 2 ), which is characterized by a symmetrical wing profile ( 22 ) is formed. Spokes ( 33 ), which act as propeller blades ( 335 ) are formed, act with the annular rotor blade ( 2 ) and transmit the thrust to the rotor shaft ( 321 ). The hydrodynamic effect of the annular rotor blade ( 2 ) is determined by its deviating from the circular shape polygon shape. An equilateral triangle ( 13 ) is the annular rotor blade ( 2 ) and has convex sides ( 110 ) and rounded corners ( 12 ) on. On each polygon side ( 10 ) changes the symmetrical wing profile ( 22 ) regularly by a lift division ( 210 ) in an output position ( 211 ). The resulting suction ( I ) and compressive forces ( II ) cause on the rotor shaft ( 321 ) an offset moment. At its wing surfaces, the annular rotor blade ( 2 ) a flow which is related to the total thrust of the ship's rotor ( 320 ) contributes.

2 zeigt die Strömungsabgewandte Seite des Schiffspropellers (320) nach 1 in der Ansicht. Die Flügelhinterkante (24) wechselt auf jeder Polygonseite (10) des Dreiecks (13) von der Außenseite zur Innenseite des ringförmigen Rotorblatts (2). Dies geschieht durch einen Wechsel der Flügelstellung (21) von einer Auftriebsstellung (210) in eine Abtriebsstellung (211) über eine kontinuierlich sich ändernde Flügelneigung. Der Schiffspropeller (320) erzeugt einen Teil der Schubkraft durch die als Propellerblätter (335) ausgebildeten Speichen (33). Einen maßgeblichen Anteil des Schubs liefert das ringförmige Rotorblatt (3) durch die von ihm aus Druck- und Sogkräften (I, II) generierte Strömung. 2 shows the downstream side of the ship propeller ( 320 ) to 1 in the view. The wing trailing edge ( 24 ) changes on each polygon page ( 10 ) of the triangle ( 13 ) from the outside to the inside of the annular rotor blade ( 2 ). This is done by changing the sash position ( 21 ) of a buoyancy position ( 210 ) in an output position ( 211 ) via a continuously changing wing pitch. The ship propeller ( 320 ) generates a part of the thrust force through the as propeller blades ( 335 ) trained spokes ( 33 ). A significant proportion of the thrust provides the annular rotor blade ( 3 ) by the pressure and suction forces ( I . II ) generated flow.

3 zeigt den Querschnitt (a-a) durch das ringförmige Rotorblatt (2) nach 2. in einer auftreibenden Stellung (210) des symmetrischen Flügelprofils (22). Der Wechsel der Flügelstellung (21) von der Auftriebstellung (210) in die Abtriebstellung (211) wird durch die gestrichelten Linien dargestellt. 3 shows the cross section (aa) through the annular rotor blade ( 2 ) to 2 , in an uplifting position ( 210 ) of the symmetrical wing profile ( 22 ). The change of the sash position ( 21 ) of the buoyancy position ( 210 ) in the stripping position ( 211 ) is represented by the dashed lines.

In 4, die eine Wasserturbine (310) in isometrischer Übersicht darstellt, wechselt das ringförmige Rotorblatt (2) periodisch von einer Auftriebsstellung (210) in eine Abtriebsstellung (211) über den Umfang eines Vierecks (14). Schub erzeugende Speichen (33) verbinden das ringförmige Rotorblatt (2) mit einem am Fußpunkt (316) über ein Drehgelenk (315) drehbar gelagerten Mast (314). Der Generator (312) wird von einer koaxial zur Rotationsachse (30) angeordneten Generatorwelle (313) angetrieben. Der Strömungskonverter (31) richtet sich selbstständig zur Anströmung (s) aus.In 4 that a water turbine ( 310 ) in an isometric overview, the annular rotor blade ( 2 ) periodically from a buoyancy position ( 210 ) in an output position ( 211 ) over the circumference of a quadrilateral ( 14 ). Thrust generating spokes ( 33 ) connect the annular rotor blade ( 2 ) with one at the base ( 316 ) via a rotary joint ( 315 ) rotatably mounted mast ( 314 ). The generator ( 312 ) is from a coaxial to the rotation axis ( 30 ) arranged generator shaft ( 313 ). The flow converter ( 31 ) aligns itself independently with the flow (s).

5 zeigt den periodischen Wechsel von Sog- und Druckkräften (I, II) am Verlauf der Flügelhinterkante (24) des Flügelprofils (22). Dem ringförmigen Rotorblatt (2) ist ein Quadrat (14) einbeschrieben. Konvexe Seiten (110) und gerundete Ecken (12) unterstützen die hydrodynamische Wirkung des ringförmigen Rotorblatts (2). Jede Polygonseite (10) zeigt eine Auftriebsstellung (210) und eine Abtriebsstellung (211) durch kontinuierliche Änderung der Flügelneigung (21). 5 shows the periodic change of suction and compression forces ( I . II ) on the course of the wing trailing edge ( 24 ) of the wing profile ( 22 ). The annular rotor blade ( 2 ) is a square ( 14 ) inscribed. Convex pages ( 110 ) and rounded corners ( 12 ) support the hydrodynamic effect of the annular rotor blade ( 2 ). Each polygon page ( 10 ) shows a buoyancy position ( 210 ) and an output position ( 211 ) by continuously changing the wing pitch ( 21 ).

6 zeigt eine erfindungsgemäße Windturbine (311), deren ringförmigem Rotorblatt (2) ein Quadrat (14) einbeschrieben ist, mit konvexen Seiten (110) und gerundeten Ecken (12). Die Polygonseiten (10) werden von asymmetrischen Flügelprofilen (23) gebildet, deren Flügelwölbung auf jeder Seite des Quadrats (14) von der Rotorblattaußenseite zur Rotorblattinnenseite wechselt, wodurch Sog- und Druckkräfte (I, II) erzeugt werden. Jede Polygonseite (10) des ringförmigen Rotorblatts (2) bewirkt somit ein Kräftepaar, das mit Versatz an der Drehachse der Windturbine (311) angreift und deshalb ein Drehmoment hervorruft. Über Speichen (33) ist das Rotorblatt (2) mit der Nabe (35) verbunden. 6 shows a wind turbine according to the invention ( 311 ), whose annular rotor blade ( 2 ) a square ( 14 ), with convex sides ( 110 ) and rounded corners ( 12 ). The polygon pages ( 10 ) are produced by asymmetric wing profiles ( 23 ) whose wing arching on each side of the square ( 14 ) changes from the rotor blade outer side to the rotor blade inner side, whereby suction and pressure forces ( I . II ) be generated. Each polygon page ( 10 ) of the annular rotor blade ( 2 ) thus causes a pair of forces, the offset with the axis of rotation of the wind turbine ( 311 ) and therefore causes a torque. About spokes ( 33 ) is the rotor blade ( 2 ) with the hub ( 35 ) connected.

7 zeigt den Querschnitt (b-b) eines Auftrieb erzeugenden Seitensegments (10) mit einem asymmetrischen Flügelprofil (23). 7 shows the cross section (bb) of a buoyancy generating side segment ( 10 ) with an asymmetrical wing profile ( 23 ).

8 zeigt den Querschnitt (c-c) eines Abtrieb erzeugenden Seitensegments (10) mit einem asymmetrischen Flügelprofil (23). 8th shows the cross section (cc) of an output-generating side segment ( 10 ) with an asymmetrical wing profile ( 23 ).

9 zeigt eine Windturbine (311) mit einem ringförmigen Rotorblatt (2), dessen elliptische Form von einer in das Rotorblatt einbeschriebenen Raute (140) bestimmt wird. Dabei wechselt ein asymmetrisches Flügelprofil (23) zwischen den beiden Eckpunkten mit maximalem Abstand der Raute (140) einmal von einer Auftriebstellung (210) in eine Abtriebstellung (211). Jedes der vier Segmente des ringförmigen Rotorblatts (2) bewirkt eine mit Versatz an der Rotationsachse (30) angreifende, resultierende Luftkraft aus Sog- (I) und Druckkräften (II). Zwei Speichen (33), die als asymmetrische Speichenflügelprofile (331) ausgebildet sind, verbinden das ring förmige Rotorblatt (2) mit einer Gabel (36), welche ihrerseits über ein Drehgelenk (315) mit einem Mast (314) in Verbindung steht. 9 shows a wind turbine ( 311 ) with an annular rotor blade ( 2 ), the elliptical shape of which is inscribed in the rotor blade ( 140 ) is determined. This changes an asymmetric wing profile ( 23 ) between the two vertices with maximum spacing of the rhombus ( 140 ) once from a buoyancy position ( 210 ) in an output position ( 211 ). Each of the four segments of the annular rotor blade ( 2 ) causes one with offset on the axis of rotation ( 30 ), resulting air force from suction ( I ) and compressive forces ( II ). Two spokes ( 33 ), which are asymmetrical spoke wing profiles ( 331 ) are formed, connect the ring-shaped rotor blade ( 2 ) with a fork ( 36 ), which in turn via a rotary joint ( 315 ) with a mast ( 314 ).

10 zeigt im Querschnitt (d-d) ein Auftrieb (210) erzeugendes Ringsegment mit einem asymmetrischen Flügelprofil (23). Mit seiner Flügelnase (20) ist das Flügelprofil (23) zur Anströmung (s) ausgerichtet. 10 shows in cross-section (dd) a buoyancy ( 210 ) generating ring segment with an asymmetric wing profile ( 23 ). With his wing nose ( 20 ) is the wing profile ( 23 ) aligned with the flow (s).

11 zeigt im Querschnitt (e-e) das Flügelprofil nach 10 in einer Abtriebstellung (211). Die Flügelstellung der vier Segmente des elliptischen Rotorblatts (2) bewirkt eine selbsttätige Ausrichtung der Windturbine (311) zur Anströmung (s). 11 shows the wing profile in cross section (ee) 10 in an output position ( 211 ). The sash position of the four segments of the elliptical rotor blade ( 2 ) causes an automatic alignment of the wind turbine ( 311 ) to the flow (s).

12 zeigt ein ringförmiges Rotorblatt (2), das als Fünfeck (15) ausgebildet ist. Bei Anströmung (s) entsteht an der Drehachse (30) ein Drehmoment, hervorgerufen durch eine Profilanordnung mit Flügelwirkung (25) über ein luvseitiges Hohlprofil (250) mit leeseitiger Strömungsleitfläche (251). Jede Polygonseite (10) ist in zwei Abschnitte geteilt, die jeweils ein an der Drehachse (30) wirksames Kräftepaar aus Sog- und Druckkräften (I, II) hervorrufen. Der Vorteil der Profilanordnung (25) besteht in ihrer Einfachheit. Ein entsprechender Rotor kann mit einfachsten Mitteln kostengünstig für Rotoren bis zu 30 m Durchmesser hergestellt werden. 12 shows an annular rotor blade ( 2 ), the pentagon ( 15 ) is trained. At flow (s) arises at the axis of rotation ( 30 ) a torque caused by a profile arrangement with wing action ( 25 ) via a windward hollow profile ( 250 ) with leeward flow control surface ( 251 ). Each polygon page ( 10 ) is divided into two sections, each one at the axis of rotation ( 30 ) effective pair of forces of suction and compression forces ( I . II ) cause. The advantage of the profile arrangement ( 25 ) consists in its simplicity. A corresponding rotor can be inexpensively manufactured for rotors up to 30 m in diameter with the simplest means.

13 zeigt den Querschnitt durch die in 12 beschriebene Profilanordnung mit Flügelwirkung (25) aus einem luvseitigen Hohlprofil (250) als Flügelnase (20) und einer leeseitigen Strömungsleitfläche (251) als Flügelhinterkante (24). 13 shows the cross section through the in 12 described profile arrangement with wing effect ( 25 ) from a windward hollow profile ( 250 ) as wing nose ( 20 ) and a leeward flow control surface ( 251 ) as wing trailing edge ( 24 ).

14 zeigt die strömungsabgewandte Ansicht eines ringförmigen Rotorblatts (2), das als Sechseck (16) ausgebildet ist. Das Rotorblatt (2) ist Teil eines um die Drehachse (30) rotierenden Strömungsgenerators (32) und zeigt im Querschnitt (d-d) nach 15 ein symmetrisches Flügelprofil (22) mit einer elastischen Flosse (27). Im Falle eines Schiffsrotors (320) entsteht bei Rotation eine rhythmische Schwingung an der elastischen Flosse (27), die eine Schubkraft erzeugt. Dabei wirken biegsame Stäbe (270) mit einer verbindenden Membran (271) zusammen. Alternierend an der Außen- und Innenseite des ringförmigen Rotorblatts (3) erzeugte Sog- und Druckkräfte (I, II) bewirken die Anströmung (s) und den Schub des Schiffsrotors (320) 14 shows the flow-away view of an annular rotor blade ( 2 ), which as a hexagon ( 16 ) is trained. The rotor blade ( 2 ) is part of one around the axis of rotation ( 30 ) rotating flow generator ( 32 ) and shows in cross section (dd) after 15 a symmetrical wing profile ( 22 ) with an elastic fin ( 27 ). In the case of a ship's rotor ( 320 ) creates a rhythmic oscillation on the elastic fin during rotation ( 27 ), which generates a thrust. Thereby flexible rods ( 270 ) with a connecting membrane ( 271 ) together. Alternating on the outside and inside of the annular rotor blade ( 3 ) he witnessed suction and pressure forces ( I . II ) cause the flow (s) and the thrust of the ship's rotor ( 320 )

15 zeigt den Querschnitt (d-d) durch das ringförmige Rotorblatt (2) nach 14. Die gestrichelten Linien in 14 und 15 beschreiben den Bereich, in dem das ringförmige Rotorblatt bei Rotation drückt und zieht und dadurch an seinen gewölbten Flügelseiten eine Strömung (s) generiert. 15 shows the cross section (dd) through the annular rotor blade ( 2 ) to 14 , The dashed lines in 14 and 15 describe the area in which the annular rotor blade presses and pulls during rotation, thereby generating a flow (s) on its curved wing sides.

16 zeigt die Ansicht einer Wasserturbine (310) oder Windturbine (311). Das dem ringförmigen Rotorblatt (2) einbeschriebene Polygon (1) ist ein Siebeneck (17) mit geraden Seiten (100). Ausgefahrene Flügelklappen (26), hervorgehoben durch dicke schwarze Striche bewirken eine Drehung des Rotors (3) im Uhrzeigersinn. Durch eine konzentrische Anordnung (100) der ringförmigen Rotorblätter (2) wird die in der Anströmung (s) enthaltene kinetische Energie sehr gut genutzt. Besonders vorteilhaft dabei ist eine Düsenwirkung zwischen den konzentrisch angeordneten Rotorblättern (2). 16 shows the view of a water turbine ( 310 ) or wind turbine ( 311 ). The annular rotor blade ( 2 ) inscribed polygon ( 1 ) is a heptagon ( 17 ) with even sides ( 100 ). Extended wing flaps ( 26 ), highlighted by thick black lines cause a rotation of the rotor ( 3 ) clockwise. By a concentric arrangement ( 100 ) of the annular rotor blades ( 2 ), the kinetic energy contained in the flow (s) is used very well. Particularly advantageous is a nozzle effect between the concentrically arranged rotor blades ( 2 ).

17 zeigt einen schematischen Schnitt durch den Strömungskonverter (31) nach 16. Die Flügelklappen (26) sind hier in der Grundstellung dargestellt, die z. B. bei einem Sturm eingenommen wird. Drei ringförmige Rotorblätter (2) mit symmetrischem Flügelprofil (22) sind in konzentrischer Anordnung (300) um die Rotationsachse (30) gruppiert. Sie zeigen außerdem eine konkave Anordnung zur besseren Ausnutzung der Anströmung (s). Die Generatorwelle (313) treibt einen Generator (312) an und ist über ein Drehgelenk (315) mit einem Mast (314) verbunden. Der Strömungskonverter (31) richtet sich selbsttätig zur Anströmung (s) aus. 17 shows a schematic section through the flow converter ( 31 ) to 16 , The wing flaps ( 26 ) are shown here in the basic position, the z. B. is taken in a storm. Three annular rotor blades ( 2 ) with symmetrical wing profile ( 22 ) are in concentric arrangement ( 300 ) around the axis of rotation ( 30 ) grouped. They also show a concave arrangement for better utilization of the flow (s). The generator shaft ( 313 ) drives a generator ( 312 ) and is via a rotary joint ( 315 ) with a mast ( 314 ) connected. The flow converter ( 31 ) automatically aligns with the flow (s).

18 zeigt eine erfindungsgemäße Wasserturbine (310), deren ringförmiges Rotorblatt (2) als Achteck (18) ausgebildet ist. Das an der Drehachse (30) wirksame Drehmoment aus Sog- und Druckkräften (I, II) wird von einem symmetrischen Flügelprofil (22) mit verstellbarer Flügelklappe (26) bewirkt. Hydraulisch ebenfalls ein Drehmoment bewirkende Speichen (33) mit einem asymmetrischen Flügelprofil (331) stellen die Verbindung zur Nabe (35) her. Mittels eines Drehgelenks (315) am Fußpunkt (316) richtet sich die Wasserturbine (310) selbsttätig zur Anströmung (s) aus. Die Wasserturbine ist aus Hohlprofilen (28) aus Metall (281) aufgebaut. Die Flügelklappen (26) besitzen eine hydraulische Steuerung (261). 18 shows a water turbine according to the invention ( 310 ), whose annular rotor blade ( 2 ) as an octagon ( 18 ) is trained. The at the axis of rotation ( 30 ) effective torque from suction and pressure forces ( I . II ) is characterized by a symmetrical wing profile ( 22 ) with adjustable flap ( 26 ) causes. Hydraulically also a torque causing spokes ( 33 ) with an asymmetrical wing profile ( 331 ) connect to the hub ( 35 ) ago. By means of a swivel joint ( 315 ) at the base ( 316 ) the water turbine ( 310 ) automatically to the flow (s). The water turbine is made of hollow sections ( 28 ) made of metal ( 281 ) built up. The wing flaps ( 26 ) have a hydraulic control ( 261 ).

19 zeigt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes ringförmiges Rotorblattprofil (3), das in seiner Geometrie dem Aufbau in 18 entspricht. Die Schnittdarstellung zeigt jedoch das symmetrische Flügelprofil (22) und die verstellbare Flügelklappe (26) als pneumatisch gestützte Membrankonstruktion (282). Nach dieser Bauart lässt sich ein ultraleichter Rotor mit einem ringförmigen Rotorblatt (2) herstellen und kann neben der Energiegewinnung auch für dekorative und Werbezwecke eingesetzt werden. 19 shows the cross section through an inventive annular rotor blade profile ( 3 ), which in its geometry is built up in 18 equivalent. However, the sectional view shows the symmetrical wing profile ( 22 ) and the adjustable wing flap ( 26 ) as a pneumatically supported membrane construction ( 282 ). According to this design, an ultralight rotor with an annular rotor blade ( 2 ) and can be used in addition to the energy production for decorative and promotional purposes.

20 zeigt eine erfindungsgemäße, große Windturbine (311). Das ringförmige Rotorblatt (2) ist als Achteck (18) ausgebildet und wird mit einer Vielzahl überkreuzter Speichen (33) mit der Nabe (35), die den Generator (312) aufnimmt, verbunden. Die Ausbildung der Speichen (33) wird in den 21, 22 und 23 näher beschrieben. Sie sind jeweils über ein Federelement (34) in Form einer Tellerfeder oder Spiralfeder mit der Nabe verbunden, sodass ihre Vorspannkraft bei unterschiedlichen Temperatur- und Betriebsbedingungen konstant gehalten wird. Die Tragkonstruktion der Windturbine (311) besteht aus einer Gabel (36), deren Schenkel einen ovalen, mit der schmalen Seite zur Anströmung (s) ausgerichteten Querschnitt aufweisen. Ein zum Fußpunkt konisch sich verbreiternder Mast (314) nimmt über ein Drehgelenk (315) die Gabel (36) auf. Jede Polygonseite (10) erzeugt eine Sogkraft (I) oder eine Druckkraft (II). Über den Umfang des ringförmigen Rotorblatts (3) entstehen so periodisch wechselnde Kräftepaare aus Sog- und Druckkräften (I, II), die jeweils ein Drehmoment an der Drehachse (30) bewirken. Aufgrund der Fahnenstellung der symmetrischen Flügelprofile (22) richtet sich die Windturbine (311) selbsttätig zur Anströmung (s) aus. Mit Hilfe der Flügelklappen (26) kann die Rotordrehzahl des Windrads auf einfachste Weise gesteuert werden. Bei Sturm wird das Rad gestoppt. Durch eine umgekehrte Stellung der Flügelklappen (26) kann die Drehrichtung geändert werden. Mittels der Speichen (33) wird das ringförmige Rotorblatt (2) räumlich gehalten. Ein derartiges Windrad kann ein Durchmesser größer 300 m haben. Mit der damit erzielbaren elektrischen Leistung stößt die Nutzung der Windenergie in neue, bisher nicht realisierbare Dimensionen vor. Da die Speichen (33) ebenfalls ein Drehmoment erzeugen, ist das Gesamtsystem sehr effektiv. 20 shows a large wind turbine according to the invention ( 311 ). The annular rotor blade ( 2 ) is an octagon ( 18 ) and is provided with a plurality of crossed spokes ( 33 ) with the hub ( 35 ), the generator ( 312 ), connected. The training of the spokes ( 33 ) is in the 21 . 22 and 23 described in more detail. They are each via a spring element ( 34 ) connected in the form of a plate spring or coil spring to the hub, so that their biasing force is kept constant under different temperature and operating conditions. The supporting structure of the wind turbine ( 311 ) consists of a fork ( 36 ), whose legs have an oval, with the narrow side to the flow (s) aligned cross-section. A mast widening conically to the base ( 314 ) takes over a swivel joint ( 315 ) the fork ( 36 ) on. Each polygon page ( 10 ) creates a suction force ( I ) or a compressive force ( II ). About the circumference of the annular rotor blade ( 3 ) so periodically changing pairs of forces arise from suction and compression forces ( I . II ), each having a torque at the axis of rotation ( 30 ) cause. Due to the feathering position of the symmetrical wing profiles ( 22 ) the wind turbine ( 311 ) automatically to the flow (s). With the help of the wing flaps ( 26 ), the rotor speed of the wind turbine can be controlled in the simplest way. In storm, the wheel is stopped. By an inverted position of the wing flaps ( 26 ), the direction of rotation can be changed. By means of the spokes ( 33 ), the annular rotor blade ( 2 ) kept spatially. Such a wind turbine can have a diameter greater than 300 m. With the achievable electrical power, the use of wind energy comes in new, previously unrealizable dimensions. Because the spokes ( 33 ) also generate a torque, the overall system is very effective.

21 zeigt den Querschnitt einer möglichen Ausgestaltung der Speichen (33) der in 20 beschriebenen Windturbine (311). Das asymmetrisch ausgebildete Speichenflügelprofil (331) zeigt eine zweiteilige Speichenschale (334) aus Aluminium-Strangpressprofilen, die mittels nicht dargestellter Schrauben auf das Seil (332) geklemmt werden. 21 shows the cross section of a possible embodiment of the spokes ( 33 ) the in 20 described wind turbine ( 311 ). The asymmetrically designed spoke wing profile ( 331 ) shows a two-part spoke shell ( 334 ) made of extruded aluminum sections, which are attached to the rope by means of screws (not shown) 332 ) are clamped.

Der in 22 dargestellte Speichenquerschnitt zeigt ebenfalls ein asymmetrisches Speichenflügelprofil (331), das von zwei Schalenkörpern (334) gebildet wird, die einen tragenden Kern in Form eines Flachprofils (333) umgeben. Der Schalenkörper (334) kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden.The in 22 Spoke cross-section shown also shows an asymmetric spoke wing profile ( 331 ), of two shell bodies ( 334 ) forming a supporting core in the form of a flat profile ( 333 ) surround. The shell body ( 334 ) can be made of metal or plastic.

23 zeigt ein symmetrisches Speichenflügelprofil (330) im Querschnitt. Das tragende Flachprofil (333) aus Metall oder Verbundwerkstoff ist von einem Schalenkörper (334) umgeben, der bei seitlicher Anströmung (s) ebenso wie die in 21 und 22 dargestellten Speichenquerschnitte ein Drehmoment bewirkt. Bezugszeichenübersicht Polygon 1 Ringförmiges Rotorblatt 2 Rotor 3 Polygonseite 10 Flügelnase 20 Drehachse 30 Gerade Seite 100 Flügelstellung 21 Konzentrisches Rotorblatt 300 Konvexe Seite 110 Auftriebsstellung 210 Strömungskonverter 31 Spitze Ecke 11 Abtriebsstellung 211 Wasserturbine 310 Gerundete Ecke 12 Symmetrisches Flügelprofil 22 Windturbine 311 Gleichseitiges Dreieck 13 Asymmetrisches Flügelprofil 23 Generator 312 Quadrat 14 Flügelhinterkante 24 Generatorwelle 313 Raute 140 Profilanordnung mit Flügelwirkung 25 Mast 314 Fünfeck 15 Rohrprofil 250 Drehgelenk 315 Sechseck 16 Strömungsleitfläche 251 Fußpunkt 316 Siebeneck 17 Flügelklappe 26 Strömungsgenerator 32 Achteck 18 Pneumatische Steuerung 260 Schiffsrotor 320 Hydraulische Steuerung 261 Rotorwelle 321 Elastische Flosse 27 Speiche 33 Biegsamer Stab 270 Symmetrisches Speichenflügelprofil 330 Membran 271 Asymmetrisches Speichenflügelprofil 331 Hohlprofil 28 Seil 332 Kunststoffprofil 280 Flachprofil 333 Metallprofil 281 Zweiteiliger Schalenkörper 334 Pneumatisch gestützte Membrane 282 Propellerblatt 335 Vollprofil 29 Federelement 34 Anströmung s Nabe 35 Sogkraft I Gabel 36 Druckkraft II 23 shows a symmetrical spoke wing profile ( 330 ) in cross section. The load-bearing flat profile ( 333 ) of metal or composite material is of a shell body ( 334 ), which in lateral flow (s) as well as in 21 and 22 Spoke sections shown causes a torque. Reference numeral Overview polygon 1 Ring-shaped rotor blade 2 rotor 3 polygon side 10 wing leading edge 20 axis of rotation 30 Straight side 100 wing position 21 Concentric rotor blade 300 Convex side 110 lift position 210 flow converter 31 Tip corner 11 force position 211 water turbine 310 Rounded corner 12 Symmetrical wing profile 22 wind turbine 311 Equilateral triangle 13 Asymmetrical wing profile 23 generator 312 square 14 Trailing edge 24 generator shaft 313 diamond 140 Profile arrangement with wing action 25 mast 314 pentagon 15 tube profile 250 swivel 315 hexagon 16 flow guide 251 nadir 316 heptagon 17 wing flap 26 flow generator 32 octagon 18 Pneumatic control 260 ship rotor 320 Hydraulic control 261 rotor shaft 321 Elastic fin 27 spoke 33 Flexible rod 270 Symmetrical spoke wing profile 330 membrane 271 Asymmetrical spoke wing profile 331 hollow profile 28 rope 332 Plastic profile 280 low profile 333 metal profile 281 Two-piece shell body 334 Pneumatically supported membrane 282 propeller blade 335 full profile 29 spring element 34 inflow s hub 35 suction force I fork 36 thrust II

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0854981 B1 [0002]

Claims

Rotor ( 3 ) for converting the kinetic energy contained in a flow into a rotary motion as a flow converter ( 31 ) or vice versa for converting a rotational movement into a flow as a flow generator ( 32 ) and in particular as a fan, aircraft or ship rotor ( 320 ), which rotor ( 3 ) a rotation axis ( 30 ) and a deviating from the circular ring shape, annular rotor blade ( 2 ), which in cross-section a wing profile ( 22 . 23 . 25 ) with a wing nose ( 20 ) and a wing trailing edge ( 24 ), characterized in that the annular rotor blade ( 2 ) a polygon ( 1 ) is inscribed with a predetermined number of vertices and the wing nose ( 20 ) is directed to the flow (s), wherein the sash position ( 21 ) between two corner points at maximum distance from each other at least once from a buoyancy position ( 210 ) in an output position ( 211 ) changes, so that when the flow (s) of the rotor ( 3 ) parallel to the axis of rotation ( 30 ) an aero- and hydrodynamically generated force pair of suction ( I ) and compressive forces ( II ) with an offset moment on the axis of rotation ( 30 ) acts.

Rotor according to claim 1, characterized in that the wing position ( 21 ) between two adjacent vertices of a polygon ( 1 ) regularly from a buoyancy position ( 210 ) in an output position ( 211 ) changes.

Rotor according to claim 1, characterized in that a polygon side ( 10 ) as a straight side ( 100 ) or as a convex side ( 110 ) and the polygon ( 1 ) pointy corners ( 11 ) or rounded corners ( 12 ) Has.

Rotor according to claim 1, characterized in that the polygon ( 1 ) an equilateral triangle ( 13 ) or a square ( 14 ) or a rhombus ( 140 ) or a pentagon ( 15 ) or a hexagon ( 16 ) or a heptagon ( 17 ) or an octagon ( 18 ) or a polygon.

Rotor according to claim 1, characterized in that the polygon ( 1 ) as a rhombus ( 140 ) with convex sides ( 110 ) is formed and the annular rotor blade ( 2 ) has an elliptical shape.

Rotor according to claim 1, characterized in that the force pair of suction ( I ) and compressive forces ( II ) of a symmetrical wing profile ( 22 ) whose wing position ( 21 ) between two vertices of the polygon ( 1 ) of a buoyancy position ( 210 ) in an output position ( 211 ) changes, whereby the wing pitch changes continuously.

Rotor according to claim 1, characterized in that the force pair of suction ( I ) and compressive forces ( II ) with a symmetrical wing profile ( 22 ) by means of an adjustable flap ( 26 ) is effected.

Rotor according to claim 1, characterized in that the force pair of suction ( I ) and compressive forces ( II ) of an asymmetric wing profile ( 23 ), whose wing vault between two vertices of a polygon ( 1 ) from the outside to the inside of an annular rotor blade ( 2 ) changes.

Rotor according to claim 1, characterized in that the force pair of suction ( I ) and compressive forces ( II ) of a profile arrangement with wing action ( 25 ) is caused, in which a flowed hollow profile cross section ( 250 ) with a flow guide ( 251 ) cooperates.

Rotor according to claim 1, characterized in that the force pair of suction ( I ) and compressive forces ( II ) with a symmetrical wing profile ( 22 ) and asymmetric wing profile ( 23 ) at the trailing edge of the wing ( 24 ) by means of an elastic fin ( 27 ) of flexible rods ( 270 ) and a connecting membrane ( 271 ) is effected.

Rotor according to claim 1, characterized in that a wing profile ( 22 . 23 ) as a hollow profile ( 28 ) or as a full profile ( 29 ) is formed and made of plastic ( 280 ) or metal ( 281 ) consists.

Rotor according to claim 1, characterized in that the annular rotor blade ( 2 ) as a pneumatically supported membrane construction ( 282 ) is formed and can be folded together for transport.

Rotor according to claim 1, characterized in that in the case of a wing profile ( 22 . 23 ) the rotor rotation number by means of a wing flap ( 26 ) with pneumatic or hydraulic control ( 260 . 261 ) is controlled.

Rotor according to claim 1, characterized in that a plurality of annular rotor blades ( 2 ) in a concentric arrangement ( 300 ) about the axis of rotation ( 30 ) are arranged and by means of spokes ( 33 ) are interconnected.

Rotor according to claim 1, characterized in that two or more concentrically arranged annular rotor blades ( 2 ) and are arranged in a plane or staggered, so that the rotor ( 3 ) has a concave or convex shape.

Rotor according to claim 1, characterized in that an annular rotor blade ( 2 ) by means of a number of spokes ( 33 ) and a hub ( 35 ) with the axis of rotation ( 30 ) connected is.

Rotor according to claim 1, characterized in that a spoke ( 33 ) as a symmetrical spoke wing profile ( 330 ) or as an asymmetrical spoke wing profile ( 331 ) is trained.

Rotor according to claim 1, characterized in that a spoke wing profile ( 330 . 331 ) from a spoke shell ( 334 ), with a rope ( 332 ) or with a flat profile ( 333 ) connected is.

Rotor according to claim 1, characterized in that the spokes ( 33 ) and with the hub ( 35 ) via a spring element ( 34 ) are connected in the form of a plate spring or a coil spring.

Rotor according to claim 1, characterized in that a flow converter ( 31 ) via a rotary joint ( 315 ) with a mast ( 314 ) and automatically aligns with the flow (s).

Rotor according to claim 1, characterized in that the axis of rotation ( 30 ) of a flow converter ( 31 ) as generator shaft ( 313 ) a generator ( 312 ) drives.

Rotor according to claim 1, characterized in that the hub ( 35 ) of a flow converter ( 31 ) a generator ( 312 ) and by means of fork ( 36 ) and swivel joint ( 315 ) with the mast ( 314 ) connected is.

Rotor according to claim 1, characterized in that a flow generator ( 32 ) as a ship propeller ( 320 ) by means of a propeller shaft ( 321 ) is driven, wherein the connecting element ( 33 ) as a propeller blade ( 335 ) is trained.

Rotor according to claim 1, characterized in that both the annular rotor blade ( 2 ) as well as the connecting elements ( 33 ) at flow (s) a torque at the axis of rotation ( 30 ) cause.