DE102014003752B4

DE102014003752B4 - Turbo machine and method for operating a turbo machine

Info

Publication number: DE102014003752B4
Application number: DE102014003752.5A
Authority: DE
Inventors: Uwe Neuhoff; Elias Maria Knubben; Wolfgang Send
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: DE102014003752A1

Abstract

Strömungsmaschine mit einer Flügelanordnung (2), die zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel (3, 4) umfasst, mit einer Führungseinrichtung (5), die für eine linearbewegliche Führung der Flügel (3, 4) bei einer oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel (3, 4) entlang eines jeweiligen Hubwegs ausgebildet ist und die einen maximalen Hubweg (23) der Flügel (3, 4) bestimmt, mit Schwenkeinrichtungen (15, 16), die jeweils zur Verschwenkung der Flügel (3, 4) um eine quer zum Hubweg (23) ausgerichtete Schwenkachse (17, 18) an einander entgegengesetzten Endbereichen des Hubwegs (23) ausgebildet ist, sowie mit einer Getriebeanordnung (24), die für eine Umsetzung der Hubbewegungen der Flügel (3, 4) in eine unidirektionale Rotationsbewegung ausgebildet ist, wobei die Schwenkeinrichtung (15, 16) für eine variable Einstellung eines Hubwegs ausgebildet ist, der wahlweise kleiner als der maximale Hubweg oder gleich dem maximalen Hubweg ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungseinrichtung (5) ein ringförmig umlaufendes Zugmittel (31) zugeordnet ist, das zwei beabstandet zueinander an der Führungseinrichtung (5) angeordnete Umlenkrollen (32, 33) umschlingt und mit dem die Flügel (3, 4) verbunden sind, um eine Zwangskopplung der Flügel (3, 4) zu gewährleisten.Turbomachine with a wing arrangement (2) which comprises two wings (3, 4) aligned parallel to one another, with a guide device (5) which is used for linearly movable guidance of the wings (3, 4) in the case of an oscillating reciprocating stroke movement of the wings (3, 4) is formed along a respective lifting path and which determines a maximum lifting path (23) of the wings (3, 4), with pivoting devices (15, 16) which each swivel the wings (3, 4) by one transverse to the lifting path ( 23) aligned pivot axis (17, 18) is formed at opposite end regions of the stroke path (23), and with a gear arrangement (24) which is designed for converting the lifting movements of the blades (3, 4) into a unidirectional rotational movement, wherein the pivoting device (15, 16) is designed for a variable setting of a stroke which is optionally smaller than the maximum stroke or equal to the maximum stroke, characterized in that the guide device device (5) is assigned a ring-shaped circumferential traction means (31) which wraps around two deflecting rollers (32, 33) arranged at a distance from one another on the guide device (5) and to which the wings (3, 4) are connected to force coupling of the wings (3, 4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einer Flügelanordnung, die zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel umfasst, mit einer Führungseinrichtung, die für eine linearbewegliche Führung der Flügel bei einer oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel entlang eines jeweiligen Hubwegs ausgebildet ist und die einen maximalen Hubweg der Flügel bestimmt, mit Schwenkeinrichtungen, die jeweils zur Verschwenkung der Flügel um eine quer zum Hubweg ausgerichtete Schwenkachse an einander entgegengesetzten Endbereichen des Hubwegs ausgebildet ist, sowie mit einer Getriebeanordnung, die für eine Umsetzung der Hubbewegungen der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung ausgebildet ist und wobei die Schwenkeinrichtung für eine variable Einstellung eines Hubwegs ausgebildet ist, der wahlweise kleiner als der maximale Hubweg oder gleich dem maximalen Hubweg ist.The invention relates to a turbomachine with a wing arrangement which comprises two wings aligned parallel to one another, with a guide device which is designed for a linearly movable guidance of the wings with an oscillating reciprocating lifting movement of the wings along a respective lifting path and which determines a maximum lifting path of the wings, with pivoting devices, which are each designed to pivot the wings about a pivot axis aligned transversely to the lifting path at opposite end regions of the lifting path, and with a gear arrangement which is designed for converting the lifting movements of the wings into a unidirectional rotational movement and the pivoting device for a variable setting of a stroke is formed, which is optionally smaller than the maximum stroke or equal to the maximum stroke.

Aus der WO 2012/129007 A2 ist ein Windenergiekonverter zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie bekannt, bei dem jeweils endseitig mit Schubstangen verbundene Flügel paarweise einander zugeordnet sind und wobei die Schubstangen an einer Kurbelwelle angebracht sind, die mit einem Generator verbunden ist. Ferner sind Flügelhinterkanten der Flügel über Steuerstangen mit Linearmotoren verbunden, um eine Einstellung eines Anstellwinkels für die jeweiligen Flügel gegenüber dem anströmenden Wind zu ermöglichen. Dabei sind jeweils benachbart angeordnete Flügel an unterschiedlichen Schubstangen angebracht und mit unterschiedlichen Linearmotoren verbunden, sodass die benachbart angeordneten Flügel bei Vorliegen einer Windströmung derart gegenüber der Windströmung angestellt werden können, dass sie eine gegenläufig oszillierende Hubbewegung durchführen, die eine reversierende Linearbewegung der Schubstangen hervorruft. Die Schubstangen sind ihrerseits über Pleuelstangen mit der Kurbelwelle verbunden und ermöglichen somit die Umsetzung der Hubbewegung der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung, mit deren Hilfe ein elektrischer Generator angetrieben werden kann. Dabei überfährt eine Gelenkverbindung zwischen der jeweiligen Pleuelstange und der Kurbelwelle eine Kreisbahn in einer vorgebbaren Bewegungsrichtung, eine Veränderung dieser Kreisbahn ist nicht vorgesehen.From the WO 2012/129007 A2 a wind energy converter is known for converting wind energy into electrical energy, in which vanes connected to each end with push rods are assigned to one another in pairs and the push rods are attached to a crankshaft which is connected to a generator. Furthermore, the wing trailing edges of the wings are connected to linear motors via control rods in order to enable an adjustment of an angle of attack for the respective wing with respect to the oncoming wind. Adjacent blades are attached to different push rods and connected to different linear motors, so that when a wind flow is present, the adjacent blades can be positioned against the wind flow in such a way that they carry out a reciprocating reciprocating stroke movement that causes a reversing linear movement of the push rods. The push rods are in turn connected to the crankshaft via connecting rods and thus enable the lifting movement of the blades to be converted into a unidirectional rotational movement, which can be used to drive an electric generator. An articulated connection between the respective connecting rod and the crankshaft traverses a circular path in a predeterminable direction of movement; there is no provision for changing this circular path.

Aus der US 3 995 972 A ist eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Luftströmung in mechanische Arbeit mittels mehrerer hin- und herbewegter Flügel vorgesehen , wobei für jeden der Flügel an einander entgegengesetzten Endbereichen eines vorzugsweise vertikalen Bewegungswegs geeignete Umkehrmittel vorgesehen sind, die einen Angriffswinkel für den jeweiligen Flügel so verändern, dass dieser eine Bewegungsumkehr längs des Bewegungswegs erfährt.From the U.S. 3,995,972 A a device is provided for converting an air flow into mechanical work by means of a plurality of blades moved back and forth, with suitable reversing means being provided for each of the blades at opposite end regions of a preferably vertical movement path, which change an angle of attack for the respective blade so that this one Experience reversal of movement along the path of movement.

Die GB 2442585 A offenbart eine Kraftmaschine mit einem oszillierenden Pendel, das eine Masse und Magnete trägt, wobei die Magnete für eine Interaktion mit geschalteten Elektromagneten vorgesehen sind, um einen Schwingungszustand aufrecht zu erhalten. Das Pendel ist über einen Längenkompensator mit einem Kurbelmechanismus verbunden, der einen Generator oder eine Hydraulikpumpe oder eine pneumatische Pumpe antreiben kann.The GB 2442585 A discloses a prime mover having an oscillating pendulum carrying a mass and magnets, the magnets being adapted to interact with switched electromagnets to maintain a vibratory state. The pendulum is connected via a length compensator to a crank mechanism which can drive a generator or a hydraulic pump or a pneumatic pump.

Aus der WO 2012/040834 A1 ist ein System zum Umwandeln von kinetischer Energie eines Fluidstroms in mechanische Energie bekannt, wobei zwei Flügel jeweils endseitig in einer Führungseinrichtung geführt sind, um eine lineare Hubbewegung mit sinusförmigen Geschwindigkeitsverlauf durchzuführen und dabei eine Nickbewegung um eine Horizontalachse zu vollziehen, um eine sinusförmige Bewegung mit sinusförmigen Schwenkverlauf durchzuführen, wobei die beiden Flügel derart gekoppelt sind, dass eine Hubbewegung des einen Flügels eine Nickbewegung des anderen Flügels bewirkt und wobei die Hubbewegungen der Flügel in eine Drehbewegung einer drehbaren Welle umgewandelt werden.From the WO 2012/040834 A1 a system for converting kinetic energy of a fluid flow into mechanical energy is known, with two blades at each end being guided in a guide device in order to carry out a linear lifting movement with a sinusoidal speed profile and thereby to perform a pitching movement around a horizontal axis to produce a sinusoidal movement with a sinusoidal Perform pivoting, the two wings are coupled in such a way that a lifting movement of one wing causes a pitching movement of the other wing and wherein the lifting movements of the wings are converted into a rotary movement of a rotatable shaft.

Die GB 2454024 A offenbart einen Windkraftgenerator mit einem einstückig symmetrisch ausgebildeten Tragflügel, der durch Wind in eine Hubbewegung versetzt wird und mittels eines Hebelgetriebes einem vorgegebenen Bewegungsablauf folgt, um über das Hebelgetriebe einen Generator anzutreiben. Für eine Bewegungsbegrenzung des Flügels sind Anschläge vorgesehen, ferner wird eine Kolben- und Zylinderanordnung verwendet, um den Flügel jeweils am Ende seines Bewegungswegs umzukehren und dient auch dazu, um die Reversierbewegung des Flügels zu dämpfen. Dabei können die Endanschläge durch Aktuatoren entsprechend den Betriebsbedingungen angepasst werden.The GB 2454024 A discloses a wind power generator with a one-piece, symmetrically designed hydrofoil which is set into a lifting movement by the wind and follows a predetermined sequence of movements by means of a lever mechanism in order to drive a generator via the lever mechanism. Stops are provided to limit the movement of the wing, and a piston and cylinder arrangement is used to reverse the wing at the end of its movement path and also serves to dampen the reversing movement of the wing. The end stops can be adjusted by actuators according to the operating conditions.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Strömungsmaschine bereitzustellen, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention is to provide a turbomachine which has an improved efficiency.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt für eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Führungseinrichtung ein ringförmig umlaufendes Zugmittel zugeordnet ist, das zwei beabstandet zueinander an der Führungseinrichtung angeordnete Umlenkrollen umschlingt und mit dem die Flügel verbunden sind, um eine Zwangskopplung der Flügel zu gewährleisten.According to a first aspect of the invention, this object is achieved for a turbomachine of the type mentioned at the beginning with the features of claim 1. It is provided that the guide device is assigned a ring-shaped circumferential traction means that wraps around two deflecting rollers arranged at a distance from one another on the guide device and with which the wings are connected in order to ensure a forced coupling of the wings.

Durch die Einstellung des Hubwegs für die Flügel kann eine vorteilhafte Anpassung der Hubbewegungen der Flügel an unterschiedliche Windgeschwindigkeiten erreicht werden. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsmaschine gesteigert werden. Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids, insbesondere Luft oder Wasser, ist davon auszugehen, dass eine maximale Geschwindigkeit der Flügel längs des Hubwegs geringer ist als bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Dementsprechend kann es bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten vorteilhaft sein, die Verschwenkung der Flügel um die Schwenkachse an einer anderen Stelle längs des Hubwegs einzuleiten, als dies bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten vorteilhaft ist. Dementsprechend ergeben sich je nach Windgeschwindigkeit unterschiedliche Schwenkpunkte für die Verschwenkung der Flügel längs des Hubwegs. Darüber hinaus kann durch die freie Einstellbarkeit der Schwenkpunkte längs des Hubwegs auch eine Einstellung der Länge des Hubwegs vorgenommen werden, da mit der Verschwenkung der Flügel und der daraus resultierenden Veränderung des Anstellwinkels der Flügel gegenüber der Fluidströmung jeweils die Umkehrung der Bewegungsrichtung für die Flügel längs des Hubwegs eingeleitet wird. Durch die variable, insbesondere freie Einstellung des Hubwegs mit Hilfe der entsprechend ausgebildeten Schwenkeinrichtungen kann somit eine vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Anströmsituationen zwischen Fluidströmung und Strömungsmaschine gewählt werden. Bei dem Fluid kann es sich wahlweise um ein Gas, vorzugsweise Luft, oder um eine Flüssigkeit oder um Dampf, insbesondere Wasserdampf, handeln.By setting the stroke for the wings, an advantageous adaptation of the lifting movements of the wings to different wind speeds can be achieved. This can increase the efficiency of the invention Turbomachine can be increased compared to the turbomachine known from the prior art. At low flow speeds of the fluid, in particular air or water, it can be assumed that a maximum speed of the blades along the lift path is lower than at high flow speeds. Accordingly, at high flow velocities it can be advantageous to initiate the pivoting of the blades about the pivot axis at a different point along the stroke path than is advantageous at lower wind speeds. Accordingly, depending on the wind speed, there are different pivot points for the pivoting of the blades along the lift path. In addition, due to the free adjustability of the pivot points along the stroke path, the length of the stroke path can also be adjusted, since with the pivoting of the wings and the resulting change in the angle of attack of the wings relative to the fluid flow, the direction of movement for the wings along the is reversed Stroke is initiated. Due to the variable, in particular free setting of the stroke with the aid of the correspondingly designed pivoting devices, an advantageous adaptation to different inflow situations between fluid flow and turbo machine can be selected. The fluid can optionally be a gas, preferably air, or a liquid or steam, in particular water vapor.

Zweckmäßig ist es, wenn die Getriebeanordnung derart eingerichtet ist, dass sie die Bereitstellung der unidirektionalen Rotationsbewegung an eine Abtriebswelle unabhängig vom eingestellten Hubweg gewährleistet. Die Getriebeanordnung erfüllt die Aufgabe einer Umsetzung der linearen Hubbewegungen der Flügel in eine Rotationsbewegung, die zur Nutzung an einem elektrischen Generator oder an einer Pumpe, insbesondere einer Fluidpumpe, genutzt werden kann. Um eine Umsetzung der im strömenden Fluid enthaltenen Energie in Rotationsenergie für die Abtriebswelle mit einem hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn die Abtriebswelle und der nachgeschaltete Generator beziehungsweise die nachgeschaltete Pumpe stets in der gleichen Drehrichtung, also unidirektional, betrieben werden können. Dementsprechend ist die Getriebeeinrichtung durch geeignete technische Mittel derart ausgebildet, dass sie unabhängig vom eingestellten Hubweg für die Flügel stets die benötigte unidirektionale Rotationsbewegung bereitstellt.It is useful if the gear arrangement is set up in such a way that it ensures the provision of the unidirectional rotational movement to an output shaft regardless of the set stroke path. The gear arrangement fulfills the task of converting the linear lifting movements of the vanes into a rotational movement which can be used for use on an electrical generator or on a pump, in particular a fluid pump. To ensure that the energy contained in the flowing fluid is converted into rotational energy for the output shaft with a high degree of efficiency, it is advantageous if the output shaft and the downstream generator or the downstream pump can always be operated in the same direction of rotation, i.e. unidirectionally. Accordingly, the transmission device is designed by suitable technical means in such a way that it always provides the required unidirectional rotational movement for the wings regardless of the set stroke path.

Bei der WO 2012/129007 A2 ist ebenfalls eine Umsetzung der Linearbewegungen der Flügel in eine unidirektionale Rotationsbewegung vorgesehen. Allerdings ist beim Stand der Technik keine freie Einstellung des Hubwegs möglich, da auf Grund der Ausgestaltung der bekannten Getriebeanordnung als Kombination von Pleuelstangen und einer Kurbelwelle ein fest vorgegebener Hubweg für die Flügel vorliegt. Dementsprechend kann beim Stand der Technik weder eine freie Einstellung des Hubwegs noch eine freie Einstellung der Schwenkpunkte für die Flügel vorgenommen werden, da die Bereitstellung einer unidirektionale Rotationsbewegung der Kurbelwelle stets gewährleistet werden muss.In the WO 2012/129007 A2 a conversion of the linear movements of the blades into a unidirectional rotational movement is also provided. In the prior art, however, no free adjustment of the stroke path is possible because, due to the design of the known gear arrangement as a combination of connecting rods and a crankshaft, there is a fixed stroke path for the vanes. Accordingly, in the prior art, neither a free setting of the stroke path nor a free setting of the pivot points for the vanes can be undertaken, since the provision of a unidirectional rotational movement of the crankshaft must always be ensured.

Bei dem erfindungsgemäß ringförmig umlaufend ausgebildeten Zugmittel kann es sich beispielsweise um einen Keilriemen oder Zahnriemen handeln, der für eine Übertragung von Zugkräften zwischen den beiden Flügeln ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Flügel an im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Zugmittelabschnitten angebracht, die sich jeweils zwischen den beiden beabstandet angeordneten Umlenkrollen erstrecken. Der Abstand zwischen den Umlenkrollen bestimmt den maximalen Hubweg für die Flügel, da keine Umlenkung der Flügel um die Umlenkrollen vorgesehen ist, insbesondere da eine Schrägstellung der Flügel zueinander längs des Hubwegs nicht gewünscht ist und da das Zugmittel zur Anbringung der Flügel mit Adaptern versehen ist, die eine Umlenkung dieses Bereichs des Zugmittels um die Umlenkrollen verhindern. Vorteilhaft ist es, wenn das Zugmittel als Zahnriemen ausgebildet ist und wenigstens eine der Umlenkrollen als Zahnrad ausgeführt ist, um eine schlupffreie Kraftübertragung zwischen dem Zugmittel und der jeweiligen Umlenkrolle zu bewirken.The traction means, which according to the invention is embodied in a ring-shaped circumferential manner, can for example be a V-belt or toothed belt which is designed for the transmission of tensile forces between the two wings. The wings are preferably attached to traction means sections which are aligned essentially parallel to one another and which each extend between the two deflecting pulleys arranged at a distance. The distance between the pulleys determines the maximum stroke for the wings, since no deflection of the wings around the pulleys is provided, in particular since an inclined position of the wings to each other along the stroke is not desired and since the traction means for attaching the wings is provided with adapters, which prevent this area of the traction mechanism from being deflected around the pulleys. It is advantageous if the traction means is designed as a toothed belt and at least one of the deflecting rollers is designed as a gear wheel in order to bring about a slip-free transmission of force between the traction means and the respective deflecting roller.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Getriebeanordnung mit wenigstens einer der Umlenkrollen gekoppelt ist und dass zwischen der Umlenkrolle und einer Abtriebswelle der Getriebeanordnung ein drehrichtungsabhängig wirkender Freilauf angeordnet ist. Die Aufgabe des Freilaufs besteht darin, eine Gleichrichtung der oszillierenden Hubbewegung der Flügel in die gewünschte unidirektionale Rotationsbewegung an der Abtriebswelle der Getriebeanordnung zu gewährleisten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die als Zahnrad ausgeführte Umlenkrolle mit der Getriebeanordnung gekoppelt ist, um eine Ableitung der von den Flügeln auf das Zugmittel eingeleiteten Zugkräfte an die Abtriebswelle der Getriebeanordnung zu ermöglichen.In an advantageous development of the invention it is provided that the gear arrangement is coupled to at least one of the deflection rollers and that a freewheel acting in a direction-dependent manner is arranged between the deflection roller and an output shaft of the gear arrangement. The task of the freewheel is to ensure that the oscillating lifting movement of the vanes is rectified into the desired unidirectional rotational movement on the output shaft of the gear arrangement. It is particularly advantageous if the pulley, designed as a gear, is coupled to the gear arrangement in order to enable the tensile forces introduced by the vanes to the traction mechanism to be diverted to the output shaft of the gear arrangement.

Beispielsweise kann der Freilauf eine Sperrklinkenanordnung umfassen, die in einer ersten Rotationsrichtung eine Drehmomentübertragung zwischen Umlenkrolle und Abtriebswelle ermöglicht und in einer zweiten Rotationsrichtung eine zumindest nahezu drehmomentfreie bzw. reibungsarme Relativbewegung zwischen Umlenkrolle und Abtriebswelle ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beiden Umlenkrollen jeweils ein drehrichtungsabhängig wirkender Freilauf zugeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die beiden Freiläufe der jeweiligen Umlenkrollen hinsichtlich ihrer Freilaufeigenschaften gegensinnig ausgeführt sind. Somit ist gewährleistet, dass in jeder Phase der oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der Flügel, der dadurch bewirkten linearen Reversierbewegung des Zugmittels und der daraus resultierenden Schwenkbewegungen der Umlenkrollen eine stets gleichsinnige Drehmomentübertragung auf die Abtriebswelle der Getriebeanordnung stattfindet. Somit kann ein nachgeschaltet angeordneter Generator beziehungsweise eine nachgeschaltet angeordnete Pumpe mit einer unidirektionalen Rotationsbewegung angetrieben werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die beiden Freiläufe jeweils koaxial zu den Umlenkrollen angeordnet sind und über Kopplungsmittel, bevorzugt über weitere Zugmittel, insbesondere mittels Zahnriemen, mit der gemeinsamen Abtriebswelle verbunden sind. Durch die Zuordnung der Freiläufe zu den Umlenkrollen können die bewegten Massen innerhalb der Getriebeanordnung geringgehalten werden.For example, the freewheel can include a pawl arrangement that enables torque to be transmitted between deflection roller and output shaft in a first direction of rotation and enables at least almost torque-free or low-friction relative movement between deflection roller and output shaft in a second direction of rotation. It is particularly advantageous if both deflection pulleys are assigned a free-wheel mechanism that acts in a direction-dependent manner. It is provided that the two freewheels of the respective pulleys are designed in opposite directions with regard to their freewheeling properties. This ensures that in every phase of the oscillating counter-rotating stroke movement of the vanes, the resulting linear reversing movement of the traction mechanism and the resulting pivoting movements of the pulleys, torque is always transmitted in the same direction to the output shaft of the gear assembly. Thus, a generator arranged downstream or a pump arranged downstream can be driven with a unidirectional rotational movement. It is particularly preferably provided that the two freewheels are each arranged coaxially to the deflection rollers and are connected to the common output shaft via coupling means, preferably via further traction means, in particular by means of toothed belts. By assigning the freewheels to the pulleys, the moving masses within the gear arrangement can be kept low.

Vorteilhaft ist es, wenn die Führungseinrichtung eine Führungsschiene umfasst, an der für jeden Flügel jeweils ein Schlitten schiebebeweglich angeordnet ist. Die Schlitten dienen der Aufnahme und Übertragung von Reaktionskräften der Flügel, die sich auf Grund des strömenden Fluids ergeben, auf die Führungsschiene. Dabei handelt es sich beispielsweise um quer zur Hubbewegung und quer zur Schwenkachse der Flügel ausgerichtete Fluidwiderstandskräfte, die durch die Anströmung der Flügel mit dem strömenden Fluid hervorgerufen werden. Vorzugsweise umfasst die Führungsschiene eine oder mehrere Führungsbahnen, auf denen Führungsrollen der Führungsschlitten rollwiderstandsarm abrollen können.It is advantageous if the guide device comprises a guide rail on which a slide for each wing is arranged such that it can slide. The carriages are used to absorb and transfer reaction forces of the wings, which result from the flowing fluid, to the guide rail. These are, for example, fluid resistance forces aligned transversely to the lifting movement and transversely to the pivot axis of the wings, which are caused by the flow of the flowing fluid against the wings. The guide rail preferably comprises one or more guide tracks on which guide rollers of the guide carriages can roll with little rolling resistance.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an wenigstens einem Endpunkt des Hubwegs ein elastischer Energiespeicher für eine zeitweilige Zwischenspeicherung der Bewegungsenergie der Flügel angeordnet ist. Mit Hilfe des Energiespeichers kann eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Strömungsmaschine erzielt werden. Mit Hilfe des Energiespeichers wird die kinetische Energie der Flügel während der Umkehr der Bewegungsrichtung der Flügel zunächst während einer Abbremsung der Flügel in dem Energiespeicher aufgenommen, anschließend wird eine Beschleunigung der Flügel in entgegengesetzter Richtung von der im Energiespeicher zwischengespeicherten Bewegungsenergie unterstützt. Bei dem Energiespeicher handelt es sich vorzugsweise um einen elastischen Energiespeicher, insbesondere in Form einer Wendelfeder aus einem elastischen Material wie Metall oder Kunststoff, einer Gasfeder oder einem elastischen Kunststoffblock. Vorzugsweise ist eine Kompressibilität des elastischen Energiespeichers derart ausgebildet, dass zumindest innerhalb eines gewissen Umkehrbereichs für den jeweiligen Flügel stets eine zumindest anteilige Zwischenspeicherung von Bewegungsenergie gewährleistet ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that an elastic energy store for a temporary intermediate storage of the kinetic energy of the wings is arranged at at least one end point of the stroke path. With the help of the energy store, an improvement in the efficiency of the turbomachine can be achieved. With the help of the energy store, the kinetic energy of the wings during the reversal of the direction of movement of the wings is initially absorbed in the energy storage device while the wings are decelerating, then acceleration of the wings in the opposite direction is supported by the kinetic energy temporarily stored in the energy storage device. The energy store is preferably an elastic energy store, in particular in the form of a helical spring made of an elastic material such as metal or plastic, a gas spring or an elastic plastic block. The compressibility of the elastic energy store is preferably designed in such a way that at least a partial intermediate storage of kinetic energy is always guaranteed for the respective wing at least within a certain reversal range.

Vorteilhaft ist es, wenn der Flügel zumindest einen freien Endbereich aufweist und abseits des ersten Endbereichs, insbesondere mit einem zweiten Endbereich, an der Führungseinrichtung angebracht ist. Während beim Stand der Technik eine Führung der Flügel an einander entgegengesetzten Endbereichen vorgesehen ist, wird der Flügel bei der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine wahlweise an einem zweiten Endbereich oder in einem mittleren Bereich zwischen zwei Endbereichen geführt. Hierdurch werden fluiddynamische Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt, die mit den Strömungsverhältnissen an den Flügelenden zusammenhängen. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Flügel in der Flügelmitte an der Führungseinrichtung anzukoppeln, da hierdurch eine vorteilhafte Symmetrie der Strömungsmaschine bei gleichzeitiger freier Gestaltungsmöglichkeit für die Flügelenden gewährleistet werden kann.It is advantageous if the wing has at least one free end area and is attached to the guide device apart from the first end area, in particular with a second end area. While in the prior art a guide of the wings is provided at opposite end areas, the wing in the turbo machine according to the invention is optionally guided at a second end area or in a central area between two end areas. This achieves fluid dynamic advantages over the prior art, which are related to the flow conditions at the wing tips. It has proven to be advantageous to couple the wings to the guide device in the middle of the wing, since this allows an advantageous symmetry of the turbomachine with a simultaneous free design option for the wing tips.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwenkeinrichtung als elektrisch oder fluidisch betreibbarer Drehantrieb ausgebildet ist. Bei dem Drehantrieb kann es sich beispielsweise um einen Schrittmotor, einen Getriebemotor, einen fluidisch betreibbaren Drehkolbenantrieb oder einen Fluidzylinder handeln, mit deren Hilfe eine besonders kompakte Ausgestaltung der Schwenkeinrichtung ermöglicht wird. Dementsprechend können die Flügel und die damit verbundenen Schwenkeinrichtungen in fluiddynamischer Hinsicht besonders vorteilhaft ausgebildet werden.In an advantageous development of the invention, it is provided that the pivoting device is designed as an electrically or fluidically operable rotary drive. The rotary drive can be, for example, a stepping motor, a geared motor, a fluidically operated rotary piston drive or a fluid cylinder, with the aid of which a particularly compact design of the pivoting device is made possible. Accordingly, the wings and the pivoting devices connected to them can be designed particularly advantageously in terms of fluid dynamics.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Drehantrieb eine Steuerungseinrichtung zugeordnet ist, die für eine Ansteuerung der Schwenkeinrichtung in Abhängigkeit von einer Hubgeschwindigkeit der Flügel ausgebildet ist. Eine Ermittlung der Hubgeschwindigkeit der Flügel kann beispielsweise mit Hilfe eines Wegmesssystems oder mittels Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensoren an den Flügeln vorgenommen werden. Die Hubgeschwindigkeit der Flügel bestimmt den Umkehrpunkt für die Verschwenkung der Flügel, um damit den Hubweg und die Frequenz der oszillierenden, gegenläufigen Hubbewegung für die Flügel zur besonders effizienten Ausnutzung der Fluidströmung zu bestimmen. Vorteilhaft ist es, wenn in der Steuerungseinrichtung eine Wertetabelle oder ein Algorithmus hinterlegt ist, anhand dessen der Hubweg und die Schwenkpunkte für die Flügel in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit vorgegeben sind.In an advantageous further development of the invention, it is provided that the rotary drive is assigned a control device which is designed to control the pivoting device as a function of a lifting speed of the blades. The lifting speed of the wings can be determined, for example, with the aid of a displacement measuring system or by means of acceleration and / or speed sensors on the wings. The lifting speed of the wings determines the turning point for the pivoting of the wings in order to determine the stroke path and the frequency of the oscillating, counter-rotating lifting movement for the wings for particularly efficient use of the fluid flow. It is advantageous if a table of values or an algorithm is stored in the control device, on the basis of which the stroke path and the pivot points for the leaves are specified as a function of the stroke speed.

Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine kann in folgender Weise betrieben werden: Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals von einer Steuerungseinrichtung an Drehantriebe, die jeweils zur Einstellung eines Anstellwinkels eines Flügels ausgebildet sind, um einen ersten Umkehrpunkt für eine Bewegung des jeweiligen Flügels längs eines Hubwegs zu bestimmen, Durchführung einer Veränderung der Anstellwinkel der Flügel mittels der Drehantriebe, um eine Richtungsumkehr für eine Hubbewegung der Flügel zu bewirken, Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals von der Steuerungseinrichtung an die Drehantriebe, um einen Anstellwinkel der Flügel zu beeinflussen und eine neuerliche Richtungsumkehr für eine Hubbewegung der Flügel zu bewirken, wobei die Änderung des Anstellwinkels frei einstellbar ist, um eine freie Einstellung des Hubwegs zu ermöglichen.The turbo machine according to the invention can be operated in the following way: Providing a first control signal from a Control device on rotary drives, each designed for setting an angle of attack of a wing, in order to determine a first reversal point for a movement of the respective wing along a stroke path, carrying out a change in the angle of attack of the wings by means of the rotary drives in order to reverse the direction for a stroke movement of the wing To effect, providing a second control signal from the control device to the rotary drives in order to influence an angle of attack of the wings and to bring about a new reversal of direction for a lifting movement of the wings, the change in the angle of attack being freely adjustable in order to enable the lifting path to be freely adjusted .

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Darstellung einer Strömungsmaschine im zusammengebautem Zustand und in einer ersten Flügelstellung,
2 eine zweite perspektivische Darstellung der Strömungsmaschine gemäß 1 mit abgenommener Verkleidung in einer zweiten Flügelstellung,
3 eine schematische Darstellung der Strömungsmaschine gemäß den 1 und 2 in einer Vorderansicht,
4 eine Seitenansicht der Strömungsmaschine gemäß 3, und
5 eine Rückansicht der Strömungsmaschine gemäß 3

An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Here shows:

1 a perspective view of a turbomachine in the assembled state and in a first wing position,
2 a second perspective view of the turbo machine according to 1 with the cladding removed in a second wing position,
3 a schematic representation of the turbomachine according to the 1 and 2 in a front view,
4th a side view of the turbomachine according to 3 , and
5 a rear view of the turbomachine according to 3

Eine in den 1 bis 5 dargestellte Strömungsmaschine 1 weist eine Flügelanordnung 2 auf, die exemplarisch zwei parallel zueinander ausgerichtete Flügel 3, 4 umfasst. Die Flügel 3, 4 sind an einer Führungseinrichtung 5 linearbeweglich aufgenommen, wie sie in den 2 bis 5 näher dargestellt ist. Die Führungseinrichtung 5 ist an einem Maschinensockel 6 angebracht, der beispielsweise für eine Befestigung an einem nicht dargestellten Fundament oder Gebäude vorgesehen ist. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Führungseinrichtung 5 drehbar am Maschinensockel 6 um eine Drehachse 7 gelagert ist, die ein Ein- oder Ausschwenken der Flügelanordnung 2 in einen bzw. aus einem nicht dargestellten Fluidstrom ermöglicht.One in the 1 to 5 shown flow machine 1 has a wing assembly 2 on, the exemplary two wings aligned parallel to each other 3 , 4th includes. The wings 3 , 4th are at a guide facility 5 linearly moveable, as in the 2 to 5 is shown in more detail. The guide device 5 is on a machine base 6 attached, which is intended for example for attachment to a foundation or building, not shown. It is provided as an example that the guide device 5 rotatable on the machine base 6 around an axis of rotation 7th is stored, which swings in or out of the wing assembly 2 in or out of a fluid flow, not shown.

Exemplarisch umfassen die Flügel 3, 4 jeweils zwei Flügelteile 8, 9 und 10, 11, die jeweils an einem inneren Endbereich mit der Führungseinrichtung 5 verbunden sind und ansonsten freitragend ausgebildet sind. Dementsprechend weisen die aus den Flügelteilen 8, 9 und 10, 11 gebildeten Flügel 3, 4 jeweils außenliegende freie Endbereiche 12 auf. Die Führungseinrichtung 5 umfasst in den 2 bis 5 näher dargestellte Schwenkeinrichtungen 15, 16, die zur Verschwenkung der Flügel 3, 4 um Schwenkachsen 17, 18 ausgebildet sind. Exemplarisch sind die Flügel 3, 4 längs der jeweiligen Schwenkachsen 17, 18 mit einer konstanten Profilierung versehen und weisen somit in Querschnittsebenen, die normal zu den Schwenkachsen 17, 18 ausgerichtet sind, stets den gleichen Querschnitt auf.Exemplarily include the wings 3 , 4th two wing parts each 8th , 9 and 10 , 11 each at an inner end region with the guide device 5 are connected and are otherwise self-supporting. Accordingly, they point out the wing parts 8th , 9 and 10 , 11 formed wing 3 , 4th each outer free end areas 12th on. The guide device 5 includes in the 2 to 5 pivoting devices shown in more detail 15th , 16 that is used to pivot the wing 3 , 4th about swivel axes 17th , 18th are trained. The wings are exemplary 3 , 4th along the respective pivot axes 17th , 18th Provided with a constant profile and thus have cross-sectional planes that are normal to the pivot axes 17th , 18th are aligned, always have the same cross-section.

Durch die Verschwenkung der Flügel 3, 4 um die jeweilige Schwenkachse 17, 18 ergibt sich bezogen auf eine nicht dargestellte Fluidströmung ein Anstellwinkel 20, 21 für jeden der Flügel 3, 4, wie er rein exemplarisch in der 1 bezogen auf eine Horizontalebene 19, in der das Fluid beispielhaft strömen könnte, angegeben ist. Vorzugsweise ist der jeweilige Anstellwinkel 20, 21 gegenüber der angenommenen Fluidrichtung in der Horizontalebene 19 derart gewählt, insbesondere spiegelsymmetrisch zur Horizontalebene, dass durch eine fluiddynamische Wechselwirkung zwischen dem jeweiligen Flügel 3, 4 und dem Fluid eine Reaktionskraft auf den jeweiligen Flügel 3, 4 einwirkt, die zu einer gegenläufigen Hubbewegung der beiden Flügel 3, 4 führt. Bei der Flügelstellung, wie sie in der 1 dargestellt ist, ergibt sich bei einer Fluidströmung in der Horizontalebene 19 entsprechend dem Strömungspfeil 22 eine Auftriebskraft für den oberen Flügel 3 sowie eine Abtriebskraft für den unteren Flügel 4. Dementsprechend führt der Flügel 3 eine Bewegung aus, die gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung nach oben gerichtet ist, während der Flügel 4 eine Bewegung ausführt, die gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist.By pivoting the wings 3 , 4th around the respective pivot axis 17th , 18th an angle of attack results based on a fluid flow (not shown) 20th , 21st for each of the wings 3 , 4th as it is purely exemplary in the 1 based on a horizontal plane 19th , in which the fluid could flow by way of example, is indicated. The respective angle of attack is preferably 20th , 21st compared to the assumed fluid direction in the horizontal plane 19th chosen in such a way, in particular mirror-symmetrically to the horizontal plane, that by a fluid dynamic interaction between the respective wing 3 , 4th and the fluid a reaction force on the respective wing 3 , 4th acts that lead to a reciprocating stroke movement of the two wings 3 , 4th leads. With the wing position, as it is in the 1 is shown, results from a fluid flow in the horizontal plane 19th according to the flow arrow 22nd a lift force for the upper wing 3 as well as a downforce for the lower wing 4th . The wing leads accordingly 3 a movement that, as shown in the 1 is directed vertically upwards, while the wing 4th executes a movement which, as shown in FIG 1 is directed downwards in the vertical direction.

Solange der jeweilige Anstellwinkel 20, 21 für den entsprechenden Flügel 3, 4 beibehalten wird, wirken die entsprechenden Auftriebskräfte beziehungsweise Abtriebskräfte. Da jedoch der Hubweg, der als maximaler Abstand der beiden Flügel 3, 4 durch die Führungseinrichtung 5 bestimmt wird, begrenzt ist, muss zu einem geeignetem Zeitpunkt eine Veränderung des jeweiligen Anstellwinkels 20, 21 vorgenommen werden, um aus der Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 eine Annäherungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 zu bewirken. In gleicher Weise muss zu einem geeignetem Zeitpunkt eine Veränderung des jeweiligen Anstellwinkels 20, 21 vorgenommen werden, um die Annäherungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 in eine Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 umzukehren. Durch zyklische Wiederholung der Veränderung des Anstellwinkels 20, 21 für die Flügel 3, 4 kann eine oszillierend gegenläufige Hubbewegung der Flügel entlang eines durch die Führungseinrichtung 5 bestimmten maximalen Hubwegs 23 bewirkt werden.As long as the respective angle of attack 20th , 21st for the corresponding wing 3 , 4th is maintained, the corresponding lift forces or downforce forces act. However, there is the stroke, which is the maximum distance between the two wings 3 , 4th by the guide device 5 is limited, a change in the respective angle of attack must be made at a suitable time 20th , 21st be made to get out of the distant motion of the two wings 3 , 4th an approaching movement of the two wings 3 , 4th to effect. In the same way, the respective angle of attack must be changed at a suitable point in time 20th , 21st be made to the approaching movement of the two wings 3 , 4th into a distance movement of the two wings 3 , 4th to reverse. By cyclically repeating the change in the angle of attack 20th , 21st for the wings 3 , 4th can be an oscillating counter-rotating stroke movement of the wings along a through the guide device 5 certain maximum stroke 23 be effected.

Erfindungsgemäß sind die Schwenkeinrichtungen 15, 16 sowie eine in den 3 bis 5 näher dargestellte Getriebeeinrichtung 24 für eine freie Einstellung des Hubwegs für die Flügel 3, 4 eingerichtet. Dabei ist die Getriebeeinrichtung 24 für eine Bereitstellung einer unidirektionalen Rotationsbewegung einer Abtriebswelle 45 ausgebildet. Durch die zyklisch wiederkehrende Veränderung der beiden Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 kann in Zusammenarbeit mit der Führungseinrichtung 5 und der Getriebeeinrichtung 24 ein nicht näher dargestellter Generator beziehungsweise eine nicht näher dargestellte Pumpe an der Abtriebswelle 45 angeschlossen werden, um aus dem Fluidstrom ausgekoppelte Bewegungsenergie in elektrische Energie oder fluidische Bewegungsenergie umzusetzen.The pivoting devices are according to the invention 15th , 16 as well as one in the 3 to 5 transmission device shown in more detail 24 for a free adjustment of the stroke for the sash 3 , 4th furnished. Here is the transmission device 24 for providing a unidirectional rotational movement of an output shaft 45 educated. Due to the cyclically recurring change in the two angles of attack 20th , 21st for the wings 3 , 4th can in cooperation with the management institution 5 and the transmission device 24 a generator (not shown) or a pump (not shown) on the output shaft 45 be connected to convert kinetic energy extracted from the fluid flow into electrical energy or fluidic kinetic energy.

Auf Grund der freien Einstellbarkeit des Hubwegs für die Flügel 3, 4 ist eine vorteilhafte Anpassung der Strömungsmaschine 1 an unterschiedliche Fluidströmungsrichtungen und Fluidströmungsgeschwindigkeiten möglich, wodurch ein vorteilhafter Wirkungsgrad für die Auskopplung von fluidischer Energie aus dem Fluidstrom ermöglicht wird. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, dass die Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 je nach Bewegungsrichtung der Hubbewegung betragsmäßig unterschiedlich für die beiden Flügel 3, 4 eingestellt werden, um beispielsweise Gewichtskrafteinflüsse zumindest teilweise zu kompensieren und somit eine symmetrische Belastung der Führungseinrichtung 5 und der Getriebeeinrichtung 24 zu erzielen.Due to the free adjustability of the stroke for the wing 3 , 4th is an advantageous adaptation of the turbomachine 1 to different fluid flow directions and fluid flow velocities possible, whereby an advantageous efficiency for the coupling of fluidic energy from the fluid flow is made possible. In addition, it can be provided that the angle of attack 20th , 21st for the wings 3 , 4th depending on the direction of movement of the lifting movement, different amounts for the two leaves 3 , 4th can be set, for example, to at least partially compensate for weight forces and thus a symmetrical loading of the guide device 5 and the transmission device 24 to achieve.

Wie schematisch aus den 2 bis 5 entnommen werden kann, ist jeder der Flügel 3, 4 zentral an einem Schlitten 28, 29 aufgenommen, der seinerseits linearbeweglich an einer Führungsschiene 30 angeordnet ist. Die Schlitten 28, 29 tragen jeweils die Schwenkeinrichtungen 15, 16, bei denen es exemplarisch um elektrisch betreibbare Servomotoren mit Getriebeeinrichtung handelt, die eine Verschwenkung der jeweiligen Flügel 3, 4 in einem Schwenkbereich von plus/minus 60 Grad ermöglichen. Um eine einfache mechanische Synchronisierung der gegenläufigen Hubbewegung der beiden Flügel 3, 4 zu gewährleisten, sind die Schlitten 28, 29 jeweils an einem umlaufenden Zugmittel 31, beispielsweise einem Zahnriemen, festgelegt. Das Zugmittel 31 wird an voneinander beabstandeten, lediglich in den 3 bis 5 näher dargestellten Umlenkrollen 32, 33 umgelenkt, deren Rotationsachsen 34 auch in der 2 dargestellt sind.How schematically from the 2 to 5 can be seen is each of the wings 3 , 4th centrally on a sled 28 , 29 added, which in turn is linearly movable on a guide rail 30th is arranged. The sleigh 28 , 29 each carry the swivel devices 15th , 16 , in which it is an example of electrically operated servomotors with a gear mechanism that pivot the respective wing 3 , 4th in a swivel range of plus / minus 60 degrees. A simple mechanical synchronization of the opposing stroke movement of the two wings 3 , 4th to ensure are the sledges 28 , 29 each on a revolving traction device 31 , for example a toothed belt set. The traction device 31 is at spaced apart, only in the 3 to 5 pulleys shown in more detail 32 , 33 deflected, their axes of rotation 34 also in the 2 are shown.

Für die Gegenläufigkeit der Bewegungen der Flügel 3, 4 ist der Schlitten 28 an einem ersten geradlinigen Abschnitt 35 des Zugmittels 31 angebracht, während der Schlitten 29 des zweiten Flügels 4 an einem zweiten geradlinigen Abschnitt 36 des Zugmittels 31 angebracht ist. Exemplarisch wird der maximale Hubweg 23 durch zwei an entgegengesetzten Enden der Führungsschiene 30 angebrachte Energiespeicher 37, 38 begrenzt, die beispielhaft als Wendelfedern aus Stahldraht ausgebildet sind. Bei einer Annäherung der jeweiligen Schlitten 28, 29 an die entsprechenden Energiespeicher 37, 38 wird die jeweilige Wendelfeder komprimiert und ermöglicht dadurch eine Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des jeweiligen Flügels 3, 4, bis auf Grund der Veränderung des jeweiligen Anstellwinkels 20, 21 aus der Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 eine Annäherungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 wird. Hierbei geben die jeweiligen Energiespeicher 37, 38 die gespeicherte Energie wieder an die jeweiligen Flügel 3, 4 ab, sodass diese besonders effizient in die Gegenrichtung der bisherigen Bewegung umgesteuert werden können.For the counter-rotation of the wing movements 3 , 4th is the sled 28 on a first straight section 35 of the traction device 31 attached while the sled 29 of the second wing 4th on a second straight section 36 of the traction device 31 is appropriate. The maximum stroke is used as an example 23 by two at opposite ends of the guide rail 30th attached energy storage 37 , 38 limited, which are exemplified as helical springs made of steel wire. When the respective carriage approaches 28 , 29 to the corresponding energy storage 37 , 38 the respective helical spring is compressed and thus enables the kinetic energy of the respective wing to be temporarily stored 3 , 4th , except for the change in the respective angle of attack 20th , 21st from the distance movement of the two wings 3 , 4th an approaching movement of the two wings 3 , 4th becomes. The respective energy stores provide here 37 , 38 the stored energy back to the respective wing 3 , 4th so that they can be redirected particularly efficiently in the opposite direction of the previous movement.

Um aus der oszillierend gegenläufigen Hubbewegung der beiden Flügel 3, 4 und der damit zwangsläufig verknüpften Reversierbewegung des Zugmittels 31 eine unidirektionale Rotationsbewegung abzuleiten, sind den Umlenkrollen 32, 33 jeweils Freiläufe 39, 40 zugeordnet. Diese Freiläufe 39, 40 ermöglichen jeweils eine Drehmomentübertragung in einer ersten Drehrichtung der zugeordneten Umlenkrolle 32, 33 sowie eine relative, reibungsarme und zumindest nahezu drehmomentfreie Verdrehung gegenüber der zugeordneten Umlenkrolle 32, 33 in einer zweiten Drehrichtung. Wie aus der Darstellung der 4 entnommen werden kann, sind die beiden Freiläufe 39, 40 über Zahnriemen 41, 42 mit Riemenscheiben 43, 44 gekoppelt. Dabei ist die Riemenscheibe 43 drehfest auf einer Abtriebswelle 45 angebracht, während die Riemenscheibe 44 drehfest auf einer Zwischenwelle 25 angeordnet ist. Die Zwischenwelle 25 ist für eine Drehrichtungsumkehr mit einem Stirnrad 55 versehen, das in ein korrespondierendes Stirnrad auf der Abtriebswelle eingreift. Dabei bilden die Freiläufe 39, 40 zusammen mit den Zahnriemen 41, 42, den Riemenscheiben 43, 44, den Stirnrädern 55, der Zwischenwelle 25 und der Abtriebswelle 45 die Getriebeeinrichtung 24.To get out of the reciprocating stroke movement of the two wings 3 , 4th and the associated reversing movement of the traction mechanism 31 To derive a unidirectional rotational movement are the pulleys 32 , 33 each freewheels 39 , 40 assigned. These freewheels 39 , 40 each enable a torque transmission in a first direction of rotation of the associated deflection roller 32 , 33 as well as a relative, low-friction and at least almost torque-free rotation with respect to the associated pulley 32 , 33 in a second direction of rotation. As from the representation of the 4th can be seen are the two freewheels 39 , 40 via toothed belt 41 , 42 with pulleys 43 , 44 coupled. Here is the pulley 43 non-rotatably on an output shaft 45 attached while the pulley 44 non-rotatably on an intermediate shaft 25th is arranged. The intermediate shaft 25th is for reversing the direction of rotation with a spur gear 55 provided, which engages in a corresponding spur gear on the output shaft. The freewheels form 39 , 40 together with the timing belt 41 , 42 , the pulleys 43 , 44 , the spur gears 55 , the intermediate shaft 25th and the output shaft 45 the transmission device 24 .

Durch die gegensinnige Ausgestaltung der Freilaufrichtungen der Freiläufe 39, 40 erfolgt beispielsweise bei einer Entfernungsbewegung der beiden Flügel 3, 4 eine Drehmomentübertragung von der oberen Umlenkrolle 32 und den zugeordneten Freilauf 39 über den Zahnriemen 41, die Zwischenwelle 25 und die Stirnräder 55 auf die Abtriebswelle 45, während die untere Umlenkrolle 33 bei dieser Bewegung durch den Freilauf 40 frei drehbeweglich gegenüber der Abtriebswelle 45 gelagert ist. Demgegenüber erfolgt bei einer Annäherungsbewegung der Flügel 3, 4 eine Drehmomentübertragung von der Umlenkrolle 33 auf den zugeordneten Freilauf 40 und den Zahnriemen 42 an die Antriebswelle 45, während die obere Umlenkrolle 32 bei dieser Bewegung durch den Freilauf 39 frei drehbeweglich gegenüber der Abtriebswelle 45 gelagert ist. Dementsprechend wird an der Abtriebswelle 45 stets eine exemplarisch in der 5 im Uhrzeigersinn eingezeichnete unidirektionale Rotationsbewegung abgegeben. Durch die Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung 24 mit den Freiläufen 39, 40 ist kein Mindesthubweg für die Getriebeeinrichtung 24 zu Grunde zulegen, um die gewünschte unidirektionale Rotationsbewegung an der Abtriebswelle 45 bereitstellen zu können, vielmehr kann auch bei minimalem Hubweg der beiden Flügel 3, 4 die unidirektionale Rotationsbewegung an der Abtriebswelle 45 bereitgestellt werden.Due to the opposing design of the freewheeling directions of the freewheels 39 , 40 takes place, for example, when the two wings move away 3 , 4th a torque transmission from the upper pulley 32 and the associated freewheel 39 over the timing belt 41 , the intermediate shaft 25th and the spur gears 55 on the output shaft 45 while the lower pulley 33 in this movement by the freewheel 40 freely rotatable with respect to the output shaft 45 is stored. On the other hand, the wings move towards each other 3 , 4th a torque transmission from the pulley 33 on the assigned freewheel 40 and the timing belt 42 to the drive shaft 45 while the upper pulley 32 in this movement by the freewheel 39 freely rotatable with respect to the output shaft 45 is stored. Accordingly, on the output shaft 45 always an example in the 5 clockwise drawn unidirectional rotational movement emitted. Through the design of the transmission device 24 with the Freewheels 39 , 40 is no minimum stroke for the gear mechanism 24 based on the desired unidirectional rotational movement on the output shaft 45 to be able to provide, rather can also with a minimal stroke of the two wings 3 , 4th the unidirectional rotational movement on the output shaft 45 to be provided.

Für die nachstehende Beschreibung einer vorteilhaften Betriebsweise für die Strömungsmaschine 1 werden folgende Annahmen getroffen: die in den 3 bis 5 dargestellte Beabstandung der Flügel 3, 4, bei der bereits ein Kontakt der Schlitten 28, 29 mit den als Wendelfedern ausgeführten Energiespeichern 37, 38 vorliegt, entspricht zumindest nahezu dem maximalen Hubweg 23. Ein minimaler Abstand zwischen den Flügeln 3 und 4 wird exemplarisch durch einen an der Führungsschiene 30 angeordneten zentralen Energiespeicher 46 bestimmt, der auf einander entgegengesetzten Seiten ebenfalls mit Wendelfedern ausgerüstet ist. Der durch den zentralen Energiespeicher 46 festgelegte minimale Abstand der Flügel 3, 4 ist so bemessen, dass die Flügel bei minimalem Abstand noch einen ausreichenden Anstellwinkel für die Entfernungsbewegung zueinander einnehmen können.For the following description of an advantageous mode of operation for the turbomachine 1 the following assumptions are made: those in the 3 to 5 shown spacing of the wings 3 , 4th where there is already a contact of the slide 28 , 29 with the energy stores designed as helical springs 37 , 38 is present, corresponds at least almost to the maximum stroke 23 . A minimum distance between the wings 3 and 4th is exemplified by one on the guide rail 30th arranged central energy storage 46 determined, which is also equipped with helical springs on opposite sides. The one through the central energy store 46 defined minimum distance between the wings 3 , 4th is dimensioned in such a way that the blades can still assume a sufficient angle of attack to move away from each other with a minimal distance.

Ausgehend von der in den 3 bis 5 dargestellten Situationen, bei der sich die Flügel 3, 4 in maximalem Abstand zueinander befinden und die Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 zu null gewählt sind, sodass die beiden Flügel 3, 4 unter der Voraussetzung einer horizontalen Fluidströmung keine Auftriebs- oder Abtriebskräfte entwickeln, findet rein exemplarisch zunächst eine Schwenkbewegung der Flügel 3, 4 um die Schwenkachsen 17, 18 dergestalt statt, dass Flügelvorderkanten 47, 48 aufeinander zubewegt werden, während Flügelhinterkanten 49, 50 voneinander wegbewegt werden. Dementsprechend ergibt sich eine spiegelbildliche Ausrichtung der beiden Flügel 3, 4 und es treten durch die Wechselwirkung der Flügel 3, 4 mit der exemplarisch in horizontaler Richtung auf die Flügelvorderkanten 47, 48 auftreffenden Fluidströmung Reaktionskräfte auf, die zu einer Annäherungsbewegung der Flügel 3, 4 führen. Bei dieser Annäherungsbewegung findet eine Krafteinleitung auf das Zugmittel 31 statt, das die Umlenkrollen 32 und 33 umschlingt. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Freiläufe 39, 40 wird über einen der Zahnriemen 41, 42 das an den Umlenkrollen 32, 33 anliegende Drehmoment auf die Abtriebswelle 45 übertragen. Bei Unterschreitung eines vorgebbaren Mindestabstands zwischen den beiden Flügeln 3, 4 wird durch geeignete Ansteuerung der Schwenkeinrichtung 15, 16 eine Umsteuerung der beiden Flügel 3, 4 vorgenommen. Diese Schwenkbewegung der Flügel 3, 4 findet vorzugsweis vor Erreichen des minimalen Abstands zwischen den beiden Flügeln 3, 4 statt. Exemplarisch haben die Flügel 3, 4 bei Auftreffen der beiden Schlitten 28, 29 auf den zentralen Energiespeicher 46 bereits ihre neue Ausrichtung gegenüber der Fluidströmung eingenommen und es wird eine der bisherigen Linearbewegung entgegengesetzte, neue Linearbewegung der beiden Flügel im Sinne einer Entfernungsbewegung eingeleitet.Based on the in the 3 to 5 illustrated situations in which the wings 3 , 4th are at the maximum distance from each other and the angle of attack 20th , 21st for the wings 3 , 4th are chosen to be zero, so that the two wings 3 , 4th Under the condition of a horizontal fluid flow, no uplift or downforce forces can develop, a pivoting movement of the wings takes place purely by way of example 3 , 4th around the pivot axes 17th , 18th in such a way that wing leading edges 47 , 48 are moved towards each other while wing trailing edges 49 , 50 be moved away from each other. This results in a mirror-image alignment of the two wings 3 , 4th and it occurs through the interaction of the wings 3 , 4th with the example in the horizontal direction on the wing leading edges 47 , 48 impinging fluid flow reaction forces that lead to an approaching movement of the wing 3 , 4th to lead. During this approach movement, a force is applied to the traction mechanism 31 instead of that the pulleys 32 and 33 wraps around. Depending on the design of the freewheels 39 , 40 is via one of the toothed belts 41 , 42 that on the pulleys 32 , 33 applied torque on the output shaft 45 transfer. If the distance between the two leaves falls below a specifiable minimum 3 , 4th is controlled by suitable control of the swivel device 15th , 16 a reversal of the two wings 3 , 4th performed. This pivoting movement of the wings 3 , 4th takes place preferably before the minimum distance between the two wings is reached 3 , 4th instead of. The wings are exemplary 3 , 4th when the two sledges meet 28 , 29 on the central energy storage 46 their new alignment with respect to the fluid flow has already been adopted and a new linear movement of the two wings in the sense of a distance movement is initiated which is opposite to the previous linear movement.

Bei dieser nachfolgenden Entfernungsbewegung wird durch die Auftriebs- beziehungsweise Abtriebskräfte der Flügel 3, 4, die auf das Zugmittel 31 eingeleitet werden, ein Drehmoment über die Umlenkrollen 32, 33 auf die Freiläufe 39, 40 übertragen und wechselseitig von einem der beiden Freiläufe, der sich bei der entsprechenden Bewegung in seiner Sperrrichtung befindet über den jeweiligen Zahnriemen 41, 42, im Falle des Zahnriemens 41 unter Zwischenschaltung der Zwischenwelle 25 und der Stirnräder 55, auf die Abtriebswelle 45 übertragen.During this subsequent removal movement, the wings are lifted or driven down by the force 3 , 4th on the traction device 31 be introduced, a torque on the pulleys 32 , 33 on the freewheels 39 , 40 and alternately from one of the two freewheels, which is in its blocking direction during the corresponding movement, via the respective toothed belt 41 , 42 , in the case of the toothed belt 41 with the interposition of the intermediate shaft 25th and the spur gears 55 , on the output shaft 45 transfer.

Vor Erreichen des maximalen Hubwegs wird in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit der Flügel 3, 4, die im unmittelbarem Zusammenhang mit dem gewählten Anstellwinkel und der Geschwindigkeit der Fluidströmung steht, eine neuerliche Schwenkbewegung über die Schwenkeinrichtungen 15, 16 auf die Flügel 3, 4 eingeleitet, damit die Flügel 3, 4 bei Erreichen der jeweiligen Energiespeicher 37, 38 bereits den jeweils neuen Anstellwinkel gegenüber der Fluidströmung einnehmen bzw. eingenommen haben und aus der gegensinnigen Entfernungsbewegung wieder in eine gegensinnige Annäherungsbewegung übergehen.Before the maximum stroke is reached, the leaf is dependent on the stroke speed 3 , 4th , which is directly related to the selected angle of attack and the speed of the fluid flow, a new pivoting movement via the pivoting devices 15th , 16 on the wings 3 , 4th initiated so the wings 3 , 4th when the respective energy store is reached 37 , 38 already assume or have already assumed the new angle of attack with respect to the fluid flow and change over from the opposing distance movement to an opposing approaching movement.

Durch die Verwendung der Schwenkeinrichtungen 15, 16 kann neben einer freien Einstellung des Hubwegs für die Flügel 3, 4 auch eine unterschiedliche Einstellung der Anstellwinkel 20, 21 für die Flügel 3, 4 vorgesehen werden, beispielsweise um eine möglichst symmetrische Belastung des Zugmittels 31 während der Annäherungs- und Entfernungsbewegung des Flügel 3, 4 zu gewährleisten. Hierzu kann beispielsweise jeweils der Anstellwinkel des Flügels 3, 4, der eine Bewegung in vertikaler Richtung abwärts durchführt, geringer gewählt werden als der Anstellwinkel des Flügels 3, 4, der eine Aufwärtsbewegung in vertikaler Richtung durchführt, um eine zumindest teilweise Kompensation der Gewichtskraft des jeweiligen Flügels 3, 4 zu ermöglichen.By using the swivel devices 15th , 16 can in addition to a free adjustment of the stroke for the wing 3 , 4th also a different setting of the angle of attack 20th , 21st for the wings 3 , 4th be provided, for example, to load the traction means as symmetrically as possible 31 during the approach and departure movement of the wing 3 , 4th to guarantee. For this purpose, for example, the angle of attack of the wing can be used 3 , 4th , which performs a downward movement in the vertical direction, can be selected to be smaller than the angle of attack of the wing 3 , 4th , which performs an upward movement in the vertical direction in order to at least partially compensate for the weight of the respective wing 3 , 4th to enable.

Exemplarisch sind für die Einstellung der Anstellwinkel 20, 21 der Flügel 3, 4 die Schwenkeinrichtungen 15, 16 über Steuerleitungen 51, 52 mit einer Steuerungseinrichtung 53 verbunden, bei der es sich beispielhaft um einen Microcontroller handeln kann, der mit einer geeigneten Endstufe zur Bereitstellung von elektrischen Strömen an die Schwenkeinrichtungen 15, 16 versehen ist. Ferner ist der Steuerungseinrichtung 53 ein Wegmesssystem 54 zugeordnet, das eine Ermittlung der Position wenigstens eines der Flügel 3, 4 längs der Führungsschiene 30 ermöglicht, um daraus durch zeitliche Ableitung auch die Hubgeschwindigkeit für die Flügel 3, 4 zu ermitteln und in Abhängigkeit von der ermittelten Hubgeschwindigkeit die Positionen für die Verschwenkung der Flügel 3, 4 längs des Hubwegs 23 vorgeben zu können.The setting of the angle of attack are exemplary 20th , 21st the wing 3 , 4th the swivel devices 15th , 16 via control lines 51 , 52 with a control device 53 connected, which can be, for example, a microcontroller with a suitable output stage for providing electrical currents to the pivoting devices 15th , 16 is provided. Furthermore, the control device 53 a position measuring system 54 associated with a determination of the position of at least one of the wings 3 , 4th along the guide rail 30th enables the lifting speed for the leaf to be derived from this by deriving it over time 3 , 4th to determine and depending on the determined lifting speed, the positions for pivoting the sash 3 , 4th along the stroke 23 to be able to pretend.

Claims

Turbomachine with a wing arrangement (2) which comprises two wings (3, 4) aligned parallel to one another, with a guide device (5) which is used for linearly movable guidance of the wings (3, 4) in the case of an oscillating reciprocating stroke movement of the wings (3, 4) is formed along a respective lifting path and which determines a maximum lifting path (23) of the wings (3, 4), with pivoting devices (15, 16) which each swivel the wings (3, 4) by one transverse to the lifting path ( 23) aligned pivot axis (17, 18) is formed at opposite end regions of the stroke path (23), and with a gear arrangement (24) which is designed for converting the lifting movements of the blades (3, 4) into a unidirectional rotational movement, wherein the pivoting device (15, 16) is designed for a variable setting of a stroke which is optionally smaller than the maximum stroke or equal to the maximum stroke, characterized in that the guide device A ring-shaped, circumferential traction means (31) is assigned to htung (5), which wraps around two deflecting rollers (32, 33) arranged at a distance from one another on the guide device (5) and to which the blades (3, 4) are connected in order to positively couple the blades (3, 4).

Turbo machine according to Claim 1 , characterized in that the gear arrangement (24) is set up in such a way that it ensures the provision of the unidirectional rotational movement to an output shaft (45) regardless of the set stroke (23).

Turbo machine according to Claim 1 , characterized in that the gear arrangement (24) is coupled to at least one of the deflecting rollers (32, 33) and that between the deflecting roller (32, 33) and an output shaft (45) of the gear arrangement (24) a free wheel (39, 40) is arranged.

Turbo machine according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the guide device (5) comprises a guide rail (30) on which a slide (28, 29) is arranged for each wing (3, 4) so that it can slide.

Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that an elastic energy store (37, 38, 46) for temporary intermediate storage of the kinetic energy of the blades (3, 4) is arranged at at least one end point of the stroke path.

Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the wing (3, 4) has at least one first free end region (12) and is attached to the guide device (5) apart from the first end region (12), in particular with a second end region .

Turbo machine according to one of the preceding claims, characterized in that the swivel device (15, 16) is designed as an electrically or fluidically operable rotary drive.

Turbo machine according to Claim 7 , characterized in that the rotary drive is assigned a control device (53) which is designed for controlling the pivoting device (15, 16) as a function of a lifting speed of the blades (3, 4).