WO2014040092A1

WO2014040092A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer wind- oder wasserströmungsbewegung

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Publication number: WO2014040092A1
Application number: PCT/AT2012/000234
Authority: WO
Inventors: Winfried Josef RUCK
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2015-03-11

Description

VORRICHTUNG ZUR UMWANDLUNG EINER WIND- ODER WASSERSTRÖMUNGSBEWEGUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer

Strömungsbewegung eines flüssigen. und/oder gasförmigen Fluides in eine

Drehbewegung, wobei die Vorrichtung einen, um eine zentrale Rotationsachse drehbaren Trägerkörper und zumindest zwei an diesem Trägerkörper um jeweils eine eigene Flügelrotationsachse drehbar angeordnete Flügelkörper aufweist, wobei die Flügelrotationsachsen, von der zentralen Rotationsachse aus gesehen, in radialer Richtung zur zentralen Rotationsachse distanziert sind.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch sowohl eine Windkraftanlage als auch eine Wasserkraftanlage, jeweils unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.

In der DE 103 24 455 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung in Form eines

Rotationssegels offenbart. In dieser Schrift ist bereits beschrieben, dass zusätzlich zur Rotation bzw. Drehung der Flügelkörper um die zentrale Rotationsachse auch eine Drehung der Flügelkörper um eine jeweils eigene Flügelrotationsachse vorgesehen ist. Allerdings fehlt der DE 103 24 455 A1 jegliche Offenbarung, wie dies bewerkstelligt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine technisch einfach aufgebaute aber zuverlässig und effektiv arbeitende Lösung hierfür bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Vorrichtung eine

Kopplungseinrichtung zur Zwangskopplung einer kontinuierlichen Drehbewegung des Trägerkörpers und der Flügelkörper um die zentrale Rotationsachse mit kontinuierlichen Drehbewegungen der Flügelkörper um ihre jeweiligen

Flügelrotationsachsen aufweist und der Trägerkörper und die, vorzugsweise alle, Flügelkörper mittels der Kopplungseinrichtung miteinander zwangsgekoppelt sind. Ein Grundgedanke der Erfindung ist es somit, die Drehung der Flügelkörper um ihre jeweiligen Flügelkörperrotationsachsen mit der Drehung des gesamten

Trägerkörpers um die zentrale Rotationsachse zwangszukoppeln, wobei sowohl der Trägerkörper samt den Flügelkörpern um die zentrale Rotationsachse als auch die Flügelkörper um ihre jeweiligen Flügelrotationsachsen jeweils eine kontinuierliche Drehbewegung ausführen. Hierdurch wird erreicht, dass durch die Drehung des Trägerkörpers um die zentrale Rotationsachse über einen gewissen Drehwinkel zwangsweise auch die Flügelkörper um einen gewissen Winkel um ihre

Flügelrotationsachsen gedreht werden. Mittels dieser Kopplungseinrichtung werden somit die Flügelkörper bei ihrer gemeinsamen Umdrehung mit dem Trägerkörper um die zentrale Rotationsachse zwangsweise immer in einen möglichst optimalen Winkel zur Strömungsrichtung gedreht. Es ist somit keine Drehung des

Trägerkörpers um die zentrale Rotationsachse ohne gleichzeitige Drehung der Flügelkörper um ihre jeweiligen Flügelrotationsachsen möglich.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung sehen dabei vor, dass die Kopplungseinrichtung bei einer Umdrehung des Trägerkörpers um 360° um die zentrale Rotationsachse die, vorzugsweise alle, Flügelkörper jeweils um 180° um ihre jeweilige Flügelrotationsachse dreht. Bei diesen Varianten ist somit in anderen

Worten vorgesehen, dass eine volle Umdrehung des Trägerkörpers um die zentrale Rotationsachse zu einer 180° Drehung der Flügelkörper um ihre jeweiligen

Flügelrotationsachsen führt. Besonders bevorzugte Ausgestaltungsformen sehen vor, dass die Flügelkörper in einer ersten Position eine erste Flügelstellung aufweisen, welche in einem 90°- Winkel bzw. orthogonalen Winkel relativ zu einer zweiten Flügelstellung des jeweiligen Flügelkörpers steht, wobei der jeweilige Flügelkörper die zweite

Flügelstellung in einer zweiten Position einnimmt, welche bezüglich eines auf der zentralen Rotationachse liegenden Symmetriepunktes punktsymmetrisch zur ersten Position ist. Hierbei ist es möglich, dass der Flügelkörper in seiner ersten Position die maximale Anströmfläche für die Strömung bietet und beim Zurückdrehen gegen die Strömung in seiner zweiten Position eine Flügelstellung einnimmt, bei der der Flügelkörper der dort entgegengesetzten Strömung den minimalen Widerstand entgegensetzt. Für die Kopplungseinrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine erste

Gruppe von Varianten sieht vor, dass die Kopplungseinrichtung ein Riemenantrieb ist oder einen solchen aufweist. Z.B. ist es in diesem Zusammenhang möglich, dass der Riemenantrieb zumindest einen umlaufenden Riemen aufweist, wobei der Riemen um zumindest eine, mit dem Trägerkörper bezüglich der Drehung um die zentrale Rotationsachse drehfest verbundene Riemenscheibe und um jeweils zumindest eine, mit dem jeweiligen Flügelkörper bezüglich der Drehung um die jeweilige Flügelrotationsachse drehfest verbundene Riemenscheibe umläuft. Bei diesen Varianten ist es möglich, die gewünschte Zwangskopplung mittels eines einzigen umlaufenden Riemens zu realisieren. Natürlich sind alternativ dazu auch Riemenantriebe mit mehreren Riemen denkbar.

Eine Alternative zu den genannten Riemenantrieben stellen Kettenantriebe dar. Der Grundaufbau von Riemenantrieb und Kettenantrieb kann nahezu identisch ausgeführt werden. In einer anderen Gruppe von bevorzugten Varianten der Erfindung ist somit vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung ein Kettenantrieb ist oder einen solchen aufweist. Hier sehen bevorzugte Varianten wiederum vor, dass der Kettenantrieb zumindest eine umlaufende Kette aufweist, wobei die Kette um zumindest ein, mit dem Trägerkörper bezüglich der Drehung um die zentrale Rotationsachse drehfest verbundenes Kettenrad und um jeweils zumindest ein, mit dem jeweiligen Flügelkörper bezüglich der Drehung um die jeweilige

Flügelrotationsachse drehfest verbundenes Kettenrad umläuft. Auch diese Art von Kettenantrieben kann mit nur einer Kette aber auch mit mehreren Ketten realisiert werden. Eine dritte Gruppe von Varianten der Erfindung sieht vor, dass die

Kopplungseinrichtung ein Zahnradantrieb ist oder einen solchen aufweist. Solche Zahnradantriebe können ausschließlich aus einer Abfolge von ineinandergreifenden Zahnrädern aufgebaut sein. Bevorzugte Varianten sehen aber vor, dass der

Zahnradantrieb mit dem Trägerkörper bezüglich der Drehung um die zentrale Rotationsachse drehfest verbundene Zahnräder, vorzugsweise Stirnzahnräder oder Kegelzahnräder, und jeweils zumindest ein, mit dem jeweiligen Flügelkörper bezüglich der Drehung um die jeweilige Flügelrotationsachse drehfest verbundenes Zahnrad, vorzugsweise Stirnzahnrad oder Kegelzahnrad, aufweist, wobei die mit dem Trägerkörper drehfest verbundenen Zahnräder mittels jeweils zumindest einer, mit Zahnrädern, vorzugsweise Stirnzahnrädern oder Kegelzahnrädern, besetzten Antriebsstange mit jeweils zumindest einem der, mit einem jeweiligen Flügelkörper drehfest verbundenen Zahnräder zwangsgekoppelt sind.

Die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Drehbewegung kann in unterschiedlichster Art und Weise genutzt werden. Allgemein ist es günstig, wenn die Vorrichtung einen Abtrieb zur Abnahme der um die zentrale Rotationsachse erzeugten Drehbewegung des Trägerkörpers vom Trägerkörper aufweist. Besonders bevorzugt wird die mittels der Vorrichtung erzeugte Drehbewegung zur Erzeugung von elektrischem Strom herangezogen. In diesem Sinne ist es dann günstig, wenn die Vorrichtung einen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom aufweist und der Abtrieb direkt oder indirekt diesen Generator antreibt.

Die Einsatzmöglichkeiten für erfindungsgemäße Vorrichtungen sind ebenso vielfältig wie die flüssigen und/oder gasförmigen Fluide, deren Strömungsbewegung mittels erfindungsgemäßer Vorrichtungen in eine Drehbewegung umgewandelt werden kann. Eine erste Gruppe von besonders bevorzugten Varianten sieht jedoch vor, dass die erfindungsgemäßen Vorrichtungen dazu dienen, Strömungsbewegungen der Luft, also Wind, in eine Drehbewegung umzusetzen. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch eine Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, wobei die Windkraftanlage zur Umwandlung des Windes in eine

Drehbewegung bzw. in elektrischen Strom zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Erfindungsgemäße Vorrichtungen können aber natürlich auch zur Nutzung der Strömungsbewegung von Wasser genutzt werden. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung somit auch Wasserkraftanlagen zur Erzeugung von

elektrischem Strom, wobei die Wasserkraftanlage zur Umwandlung einer

Wasserströmungsbewegung in eine Drehbewegung bzw. in elektrischen Strom zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.

Bei den Flügelkörpern kann es sich jeweils um Platten handeln. Diese können ebene, zueinander parallele Oberflächen aufweisen. Bei den Flügelkörpern kann es sich aber auch um strömungsförmig profilierte Platten handeln. Als Alternative, insbesondere für Windkraftanlagen oder andere Vorrichtungen die dazu dienen, Strömungsbewegungen von gasförmigen Fluiden in Drehbewegungen umzusetzen, sehen bevorzugte Varianten vor, dass die Flügelkörper jeweils flexible, aufgespannte Segeltücher aufweisen.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen können, wie bereits ausgeführt, zwei oder mehr Flügelkörper aufweisen. Bei Windkraftanlagen oder anderen Vorrichtungen zur Umwandlung einer Strömungsbewegung eines gasförmigen Fluides in eine

Drehbewegung ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung an drei, zueinander in Umfangsrichtung um die zentrale Rotationsachse um 120°

gegeneinander versetzte Bereichen jeweils zumindest einen Flügelkörper aufweist. Bei Vorrichtungen zur Umwandlung einer Strömungsbewegung von flüssigen

Fluiden in eine Drehbewegung können durchaus auch mehr als die drei genannten Bereiche für Flügelkörper pro erfindungsgemäßer Vorrichtung vorgesehen sein. Die einzelnen Flügelkörper sind bevorzugt äquidistant voneinander in Umfangsrichtung bezüglich der zentralen Rotationsachse beabstandet. Die Lage der jeweiligen

Flügelrotationsachsen ist bezüglich des Trägerkörpers bevorzugt fix, sodass die Flügelrotationsachsen zusammen mit dem Trägerkörper und den Flügelkörpern um die zentrale Rotationsachse gedreht werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Flügelrotationsachsen parallel zu der zentralen Rotationsachse angeordnet sind. Weitere bevorzugte Merkmale und Ausgestaltungsformen der vorliegenden

Erfindung werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beispielhaft anhand von ausgewählten Ausführungsvarianten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Vorrichtung;

Fig. 2 ein dazu etwas abgewandeltes zweites Ausführungsbeispiel, wobei strichliert die Kopplungseinrichtung dargestellt ist;

Fig. 3 den Schnitt entlang der Schnittlinie AA aus Fig. 2;

Fig. 4 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 bis 1 1 verschiedene Ausgestaltungsformen erfindungsgemäßer

Wasserkraftanlagen;

Fig. 12 eine Teildarstellung zu einer erfindungsgemäß ausgebildeten

Windkraftanlage;

Fig. 13 und 14 verschiedene Ausgestaltungsformen zur Befestigung eines

Segeltuches und

Fig. 15 eine schematisierte Draufsicht zu einer bevorzugtem Ausgestaltungsform bei erfindungsgemäßen Windkraftanlagen.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf das erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Umwandlung einer Strömungsbewegung eines flüssigen Fluides in eine Drehbewegung um die zentrale Rotationsachse 2. Der sich um diese zentrale Rotationsachse 2 drehende Trägerkörper 3 ist in diesem, wie auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen, sternförmig ausgebildet. Er weist mehrere, sich in radialer Richtung 6 von der zentralen Rotationsachse 2 weg erstreckende Arme 21 auf. An jedem dieser Arme 21 und damit am Trägerkörper 3 ist jeweils ein Flügelkörper 5 um seine Flügelrotationsachse 4 drehbar gelagert. Die Flügelrotationsachsen 4 sind von der zentralen Rotationsachse 2 aus gesehen in radialer Richtung 6 zur zentralen Rotationsachse 2 distanziert angeordnet. Bei einer Drehung des Trägerkörpers 3 um die zentrale Rotationsachse 2 werden die Arme 21 und damit auch die daran befestigten Flügelkörper 5 mit ihren

Flügelrotationsachsen 4 um die zentrale Rotationsachse 2 mitgedreht. Die Pfeile 23 zeigen diese Drehbewegung an, welche durch Umwandlung der mittels der Pfeile 22 dargestellten Strömung erzeugt wird.

Die Flügelrotationsachsen 4 sind in dieser aber auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen parallel zur zentralen Rotationsachse 2 angeordnet. Die Flügelkörper 5 sind bevorzugt plattenartig ausgebildet. Sie können zueinander parallele Oberflächen aufweisen, wie dies z.B. im nachfolgenden

Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Fall ist. Wie in Fig. 1 dargestellt, können die plattenartig ausgebildeten Flügelkörper 5 aber auch eine strömungsförmig profilierte Oberfläche aufweisen.

Erfindungsgemäß ist in diesem, wie auch den anderen nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass eine Kopplungseinrichtung 7 eine

Zwangskopplung zwischen der Drehbewegung des Trägerkörpers 3 und der Flügelkörper 5 um die zentrale Rotationsachse 2 einerseits und den

Drehbewegungen der Flügelkörper 5 um ihre jeweiligen Flügelrotationsachsen 4 andererseits bewirkt. Dabei ist vorgesehen, dass sowohl der Trägerkörper 3 und die Flügelkörper 5 um die zentrale Rotationsachse 2 als auch die Flügelkörper 5 um ihre jeweiligen Flügelrotationsachsen 4 jeweils eine kontinuierliche Drehbewegung ausführen. Es ist also so, dass aufgrund der Kopplungseinrichtung 7 bei einer

Drehung des Trägerkörpers 3 um die zentrale Rotationsachse 2 die Flügelkörper 5 zwangsweise auch um einen entsprechenden Winkel um ihre Flügelrotationsachse 4 gedreht werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Flügelkörper 5 in allen ihren Positionen immer einen optimalen Winkel zur Strömungsrichtung 22 aufweisen, sodass die Strömungsbewegung in Strömungsrichtung 22 möglichst effektiv und vollständig in eine Drehbewegung des Trägerkörpers 3 um die zentrale

Rotationsachse 2 umgesetzt wird. In Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Stellung dargestellt, in der der in dieser Darstellung ganz oben dargestellte Flügelkörper 5 orthogonal zur Strömungsrichtung 22 steht, sodass er den maximal möglichen Druck in

Drehrichtung 23 erfährt. Auf der gegenüberliegenden, in Fig. 1 unten dargestellten Position ist der dort angeordnete Flügelkörper 5 parallel zur Strömungsrichtung 22 gestellt, sodass er bei der Drehung in Drehrichtung 23 möglichst wenig Widerstand gegen die Strömung bietet. In den Zwischenstellungen wird durch die entsprechenden Anstellwinkel der Flügelkörper 5 zur Strömungsrichtung 22 jeweils auch ein Antrieb in Drehrichtung 23 erzeugt. Wie bereits eingangs erläutert, ist bei diesem wie auch in anderen

Ausführungsbeispielen günstigerweise vorgesehen, dass die Kupplungseinrichtung 7 bei einer Umdrehung des Trägerkörpers 3 um 360° um die zentrale Rotationsachse

2 die, vorzugsweise alle Flügelkörper 5, jeweils um 180° um ihre jeweilige

Flügelrotationsachse 4 dreht. Diese, anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 erläuterten Grundprinzipien gelten auch für die nachfolgend geschilderten anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, ohne dass hierauf noch einmal explizit hingewiesen werden muss.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, welches bis auf die hier fehlende Profilierung der Flügelkörper 5 identisch zum ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt ist. Allerdings ist die in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 quasi gläsern dargestellt, damit man die hier realisierte Art der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung 7 besser sieht. Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante handelt es sich bei der Kopplungseinrichtung 7 um einen Riemenantrieb mit einem einzigen umlaufenden und in sich geschlossenen Riemen 1 1. Die Flügelkörper 5 sind bei diesem Riemenantrieb drehfest mit den Riemenscheiben 13 verbunden. Die

Riemenscheibe 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel drehfest mit dem Trägerkörper

3 verbunden. Wie besonders gut im Schnitt AA gemäß Fig. 3 zu sehen ist, ist die Riemenscheibe 12 drehfest mit dem Zahnrad 27 verbunden. Beide Bauteile sind mittels des Lagers 28 im Trägerkörper 3 drehbar gelagert. Das Zahnrad 27 greift in ein Zahnrad 26 ein, welches fix an der Achswelle 25 angeordnet ist. Die Achswelle 25 ist in diesem wie auch in anderen Ausführungsbeispielen feststehend und koaxial zur zentralen Rotationsachse 2 ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass bei einer Drehung des Trägerkörpers 3 um die zentrale Rotationsachse 2 die Riemenscheibe 12 zwangsweise gedreht wird. Der in sich geschlossene Riemen 1 1 verläuft sowohl um die Riemenscheibe 12 als auch die den einzelnen Flügelkörpern 5 drehfest zugeordneten Riemenscheiben 13, als auch um die drehbar am Trägerkörper 3 gelagerten weiteren Riemenscheiben 24. Dieser Aufbau hat zur Folge, dass bei einer Umdrehung des Trägerkörpers 3 die Riemenscheibe 12 zwangsweise um ihre eigene Drehachse 37 gedreht wird. Diese Drehung wird über den Riemen 1 1 auf alle

Riemenscheiben 13 und damit alle Flügelkörper 5 übertragen, sodass die

Flügelkörper 5 zwangsweise um ihre jeweiligen Flügelkörperrotationsachsen 4 gedreht werden, wenn der Trägerkörper 3 zusammen mit den Flügelkörpern 5 um die zentrale Rotationsachse 2 gedreht wird. Hierdurch wird, wie an diesem

Ausführungsbeispiel einer Kopplungseinrichtung 7 erläutert, die erfindungsgemäße Zwangskopplung der kontinuierlichen Drehbewegung des Trägerkörpers 3 um die zentrale Rotationsachse 2 mit den kontinuierlichen Drehbewegungen der

Flügelkörper 5 um deren Flügelrotationsachsen 4 erreicht. In diesem wie auch in anderen Ausführungsbeispielen ist es dabei günstig, wenn die

Kopplungseinrichtung 7 eine schlupffreie Zwangskopplung darstellt. Bei dem

Riemen 1 1 handelt es sich bevorzugt aber nicht zwingend um einen Zahnriemen. Zu der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 ist noch darauf hinzuweisen, dass der um die zentrale Rotationsachse 2 drehbare Trägerkörper 3 über die entsprechenden Lager 28 an der feststehenden, also nicht selbst um die zentrale Rotationsachse 2 drehenden Achswelle 25 abgestützt ist. Der Abtrieb 17 ist drehfest mit dem

Trägerkörper 3 an diesem angeordnet. Es kann sich z.B. um ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe handeln, an die direkt oder unter Zwischenschaltung eines geeigneten Getriebes oder einer sonstigen geeigneten Übertragungsform ein Generator 18 angeschlossen ist.

Generell gesprochen ist darauf hinzuweisen, dass unter einer drehfesten Verbindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen ist, bei der eine

Drehbewegung des einen Bauteils zwangsweise zu einer Drehbewegung des anderen Bauteils führt.

In Abweichung der bisher geschilderten Ausgestaltungsform der Fig. 2 ist darauf hinzuweisen, dass die dort gezeigte Kopplungseinrichtung 7 auch als Kettenantrieb ausgeführt sein kann. Hierzu muss der Riemen 1 1 durch eine entsprechend in sich geschlossene, umlaufende Antriebskette ersetzt werden. Weiters sind die

Riemenscheiben 12, 13 und 24 durch geeignete Zahnräder zu ersetzen.

Generell gesprochen wird darauf hingewiesen, dass jedes zu einer entsprechenden Zwangskopplung geeignete, möglichst schlupffreie Getriebe als eine entsprechende Kopplungseinrichtung 7 eingesetzt werden kann.

Der Vollständigkeit halber ist auch darauf hinzuweisen, dass die Zwangskopplung zwischen der Drehung um die zentrale Rotationsachse 2 und die Drehungen um die jeweiligen Flügelrotationsachsen 4 nicht zwangsläufig bedeutet, dass eine

Umdrehung um einen gewissen Winkel um die zentrale Rotationsachse 2 eine Umdrehung des Flügelkörpers 5 um denselben Winkel um die Flügelrotationsachse 4 nach sich ziehen muss. Es ist auch eine Übersetzung oder Untersetzung dieser Drehwinkel relativ zueinander möglich. Wie eingangs bereits erläutert, sehen bevorzugte Ausgestaltungsformen z.B. vor, dass die Kopplungseinrichtung 7 bei einer Umdrehung des Trägerkörpers 3 um 360° um die zentrale Rotationsachse 2 die, vorzugsweise alle, Flügelkörper 5 jeweils nur um 180° um ihre jeweilige

Flügelrotationsachse 4 dreht. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die hierfür notwendige Untersetzung durch das Größenverhältnis der Zahnräder 26 und 27 zueinander realisiert. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass es sich in diesem wie auch in anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen aber um eine fixe Unter- oder Übersetzung handelt.

Fig. 4 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie die Kopplungseinrichtung 7 als ein Zahnradantrieb ausgeführt sein kann. Auch dies ist natürlich nur ein Beispiel. Es können sehr viele verschiedene Zahnradantriebe zum Einsatz kommen. Diese können ausschließlich aus ineinander eingreifenden Zahnrädern bestehen. Da bei entsprechend großen Flügelkörpern 5 aber eine relativ weite Distanzierung zwischen zentraler Rotationsachse 2 und Flügelrotationsachse 4 in radialer Richtung 6 von Nöten sein kann, sehen besonders bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung vor, dass bei entsprechenden Zahnradantrieben auch Antriebsstangen 16 bestückt mit entsprechenden Zahnrädern zum Einsatz kommen. Fig. 4 zeigt in einem entsprechenden Schnitt eine solche Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Zunächst ist darauf hinzuweisen, dass auch hier die zentrale Achswelle 25 feststehend an der Halterung 29 befestigt ist, sich also nicht um die zentrale Rotationsachse 2 dreht. Auf dieser Achswelle 25 ist wiederum mit den Lagern 28 der Trägerkörper 3 in der Art und Weise gelagert, dass er sich um die Achswelle 25 und die zentrale Rotationsachse 2 drehen kann. Die drehfest mit dem Trägerkörper 3 aber um ihre Drehachsen 37 drehbaren Zahnräder 14, hier als Kegelzahnräder ausgeführt, greifen mittels der Zahnräder 27 in das feststehende Zahnrad 26 der Achswelle 25 ein. Um Platz zu sparen, sind die Zahnräder 27 zueinander

höhenversetzt angeordnet, wie dies in Fig. 4 gut zu erkennen ist. Durch diesen

Aufbau werden die Zahnräder 14 in Drehung um ihre Drehachsen 37 versetzt, wenn der Tragkörper 3 um die zentrale Rotationsachse 2 gedreht wird. Diese

Drehbewegung der Zahnräder 14 wird über die Antriebsstangen 16 und die drehfest mit den jeweiligen Flügelkörpern 5 verbundenen Zahnräder 15 zwangsweise in eine Drehbewegung der Flügelkörper 5 um ihre Flügelrotationsachsen 4 umgesetzt. Das gewünschte Übersetzungsverhältnis der Drehwinkel kann wiederum über die Größe bzw. Verzahnungsverhältnisse der Zahnräder 26 und 27 eingestellt werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Abtrieb 17 in Form eines Zahnrades drehfest mit dem Trägerkörper 3 verbunden.

Nachfolgend werden verschiedene Ausgestaltungsformen von Wasser- und

Windkraftanlagen 20 und 19 beispielhaft erläutert, bei denen erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtungen 1 zum Einsatz kommen. Bei all diesen nachfolgend beschriebenen Vorrichtungen können Kopplungseinrichtungen 7 in den bereits explizit geschilderten Ausgestaltungsformen, aber auch in anderen Varianten eingesetzt werden, sodass hierauf im Folgenden nicht mehr im Detail eingegangen wird.

Bei dem schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 handelt es sich um eine Wasserkraftanlage 20. Die Begrenzungen 30 begrenzen einen

Strömungskanal, in dem Wasser in der Strömungsrichtung 22 die Flügelkörper 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 beaufschlagt, was dazu führt, dass die Trägerkörper 3 um ihre jeweiligen zentralen Rotationsachsen 2 gedreht werden. Diese aus der Strömungsbewegung in Strömungsrichtung 22 gewonnenen

Drehbewegungen können dann über entsprechende Abtriebe 17 und Generatoren 18, welche hier nicht dargestellt sind, in elektrischen Strom umgewandelt werden. Die Vorrichtungen 1 sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 an einer nicht dargestellten Halterung 29 befestigt. Bei der Halterung 29 kann es sich z.B. um einen torbogenförmigen, außerhalb des Strömungskanals und damit außerhalb der Begrenzungen 30 abgestützten Aufbau handeln, an dem die Vorrichtungen 1 hängen. Die Flügelkörper 5 können dann von oben in das in Strömungsrichtung 22 fließende Wasser in den von den Begrenzungen 30 begrenzten Strömungskanal hineinreichen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die beiden Vorrichtungen 1 , in

Strömungsrichtung 22 gesehen, nebeneinander angeordnet. Bei beiden

Vorrichtungen 1 können die jeweiligen Flügelkörper 5 jeweils eine erste Position 8 und eine zweite Position 9 einnehmen, wobei die Flügelstellung des jeweiligen Flügelkörpers 5 in der ersten Position 8 um 90° gedreht relativ zu der zweiten Flügelstellung des jeweiligen Flügelkörpers 5 in der zweiten Position 9 angeordnet ist. Diese beiden Positionen 8 und 9 liegen bezüglich eines auf der zentralen Rotationsachse 2 liegenden Symmetriepunktes 10 symmetrisch zueinander. Im gezeigten, wie auch in anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist es dabei günstig, wenn eine Verbindungslinie zwischen den jeweiligen

Flügelrotationsachsen 4 der sich in den Positionen 8 und 9 befindenden

Flügelkörper 5 orthogonal zur Strömungsrichtung 22 steht. Da die Strömung in der Mitte des Strömungskanals größer ist als an den Rändern bzw. in der Nähe der

Begrenzungen 30 des Strömungskanals ist es günstig, dass die Flügelkörper 5, wie hier auch realisiert, in der Mitte des Strömungskanals eine zur Strömungsrichtung 22 orthogonale Stellung einnehmen, in der auf sie der maximal mögliche Druck wirkt. An den Rändern des Strömungskanals, also in der Nähe der Begrenzungen 30, kann dann, wie hier auch realisiert, die Rückführung der Flügelkörper 5 gegen die Strömungsrichtung 22 erfolgen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Drehrichtungen 23 der beiden nebeneinander angeordneten Vorrichtungen 1 zueinander entgegengesetzt. Der Vollständigkeit halber ist darauf hinzuweisen, dass in Fig. 5 wie auch in anderen nachfolgenden Figuren die Arme 21 nur jeweils einmal voll dargestellt sind. Die die anderen Flügelkörper 5 mit dem Trägerkörper 3 verbindenden Arme 21 sind nur gestrichelt dargestellt, was eine reine Zeichenvereinfachung ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, welches wiederum schematisiert in einer Draufsicht dargestellt ist, ähnelt in weiten Zügen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5. Im Unterschied dazu sind die beiden Vorrichtungen 1 aber in

Strömungsrichtung 22 gesehen hintereinander in dem von den Begrenzungen 30 Strömungskanal angeordnet. Die Befestigung der Vorrichtungen 1 am Ufer, also außerhalb der Begrenzung 30 kann wiederum mittels jeweils einer entsprechend ausgebildeten, torbogenförmigen, hier nicht dargestellten Halterung 29 realisiert werden. Auch hier ist die jeweilige Position 8, in der der maximale Druck auf die Flügelkörper 5 wirkt, näher an der Mitte des Strömungskanals angeordnet, als die Position 9, in der die Rückführung des parallel zur Strömungsrichtung 22 gestellten Flügelkörpers 5 gegen die Strömung erfolgt. In dem Ausführungsbeispiel einer Wasserkraftanlage 20 gemäß Fig. 6 werden die Trägerkörper 3 der jeweiligen Vorrichtung 1 jeweils in derselben Drehrichtung 23 um die zentrale Rotationsachse 2 gedreht.

Fig. 7 zeigt in einer Teildarstellung die Variante einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung 1 für eine Wasserkraftanlage 20 für relativ tiefe Gewässer. Hier können an einer gemeinsamen Flügelrotationsachse 4 zwei drehfest miteinander

verbundene Flügelkörper 5 übereinander angeordnet sein. Getragen werden die beiden Flügelkörper 5 von einem mittig zwischen ihnen angeordneten Arm 21 des Trägerkörpers 3. In Fig. 7 ist nur ein Arm 21 mit zwei Flügelkörpern 5 dargestellt. Die anderen Arme 21 mit den anderen Flügelkörpern 5 sind nicht dargestellt.

Fig. 8 zeigt eine andere Variante für Wasserkraftanlagen 20 in relativ tiefen

Gewässern. Um hier sehr große Flügelkörper 5 abstützen zu können, sind diese von zwei vertikal übereinander angeordneten, zueinander distanzierten Armen 21 des Trägerkörpers 3 getragen. Wie hier auch realisiert, wird die Drehung der

Flügelkörper 5 um die Flügelrotationsachse 4 sowohl unten als auch oben über den jeweiligen Tragarm 21 bewirkt. Dies ist anhand der beiden in den Tragarmen 21 zu erkennenden Antriebsstangen 16 gut zu sehen.

Fig. 9 zeigt eine weitere Wasserkraftanlage. Es kann sich hier z.B. um einen Schnitt durch eine der Vorrichtungen 1 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 in einer Richtung orthogonal zur Strömungsrichtung 22 handeln. Die Flügelkörper 5 sind hier ausschließlich hängend an den Armen 21 des Trägerkörpers 3 befestigt. Sie ragen von oben in den Strömungskanal, welcher von den Begrenzungen 30 begrenzt ist, hinein. Die Halterung 29 ist torbogenartig ausgeführt. Bei der in Fig. 9 gezeigten Variante ist vorgesehen, dass bei entsprechendem Hochwasser überschüssiges Wasser über die seitlichen Begrenzungen 30 überströmen kann. Dies ist durch den relativ hoch eingezeichneten Wasserspiegel 31 angedeutet.

In den Fig. 10 und 1 1 ist eine Schwimmervariante einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung 1 dargestellt, wie sie in sehr großen Gewässern wie z.B. großen Flüssen oder auch bei Gezeitenkraftwerken oder dergleichen zum Einsatz kommen kann. Die Halterung 29 ist dabei auf zwei Schwimmern 32 verankert, welche die gesamte

Konstruktion schwimmend im Gewässer halten. Ansonsten gleicht dieser Aufbau im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9. Die Schwimmer 32 können über hier nicht dargestellte Ketten oder andere Befestigungen in ihrer Position im Gewässer verankert werden. In der Draufsicht gemäß Fig. 11 ist schematisiert auch der hier an der Halterung 29 verankerte Generator 18 zur Umwandlung der

Drehbewegung des Trägerkörpers 3 bzw. des Abtriebes 17 in elektrischen Strom eingezeichnet.

In Fig. 12 ist schematisiert ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Form einer Windkraftanlage 19 dargestellt. Gezeigt ist ein Arm 21 des Trägerkörpers 3, an dem vertikal übereinanderstehend zwei Flügelkörper 5 um die Flügelrotationsachse 4 gemeinsam drehbar gelagert sind. Auch bei Windkraftanlagen 19 kann es sich bei den Flügelkörpern 5 um entsprechende, gegebenenfalls strömungsgünstig profilierte, Platten handeln. In Fig. 12 ist allerdings eine Variante gezeigt, bei der jeder Flügelkörper 5 ein über jeweils ein Tragrohr 34 und zwei seitliche Spannrohre 35 aufgespanntes Segeltuch 33 aufweist. Bei Windkraftanlagen, wie der hier gezeigten, ist es günstig, die zentrale Achswelle 25 wiederum drehfest auf einem Masten 29 zu verankern. Der Trägerkörper 3 kann sich wiederum um die Achswelle 25 bzw. die dazu koaxial angeordnete zentrale Rotationsachse 2 drehen. Über den drehfest mit dem Trägerkörper 3 verbundenen Abtrieb 17 wird der Generator 18 zur Erzeugung von elektrischem Strom angetrieben. Die anderen hier nicht

dargestellten Arme 21 mit den entsprechenden Flügelkörpern 5 werden

entsprechend ausgebildet.

Fig. 13 zeigt eine erste Variante, wie das Segeltuch 33 zwischen den Spannrohren 35 aufgespannt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 ist das

Segeltuch 33 durch einen entsprechend länglichen Schlitz im Spannrohr 35 gehalten, wobei der Falz 38 so dick ist, dass er nicht durch den Schlitz 36 hindurchgezogen werden kann.

Fig. 14 zeigt eine andere Variante. Hier ist das Segel 33 mit einer entsprechenden Schlaufe über das jeweilige Spannrohr 35 gestülpt.

In Fig. 15 ist schematisiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für eine

Windkraftanlage 19 dargestellt. Gezeigt ist, dass es bei Windkraftanlagen 19 günstig ist, wenn ausschließlich drei Bereiche vorgesehen sind, an denen sich Flügelkörper 5 befinden. Hierbei kann es sich jeweils um einen, also insgesamt drei, Flügelkörper 5 handeln. Bei Aufbauten gemäß Fig. 12 kann es sich aber auch um Vielfache von drei Flügelkörpern 5 handeln. Der Winkel zwischen den die Flügelkörper 5 haltenden Armen 21 zweier benachbarter Flügelkörper 5 beträgt in diesen

Ausführungsvarianten, wie hier gezeigt, günstigerweise 120°. L e g e n d e

ZU ien Hinweisziffern:

1 Vorrichtung 29 Halterung

2 zentrale Rotationsachse 30 Begrenzung Strömungskana

3 Trägerkörper 31 Wasserspiegel

4 Flügelrotationsachse 35 32 Schwimmer

5 Flügelkörper 33 Segeltuch

6 radiale Richtung 34 Tragrohr

7 Kopplungseinrichtung 35 Spannrohr

8 erste Position 36 Schlitz

9 zweite Position 40 37 Drehachse

10 Symmetriepunkt 38 Falz

1 1 Riemen

12 Riemenscheibe

13 Riemenscheibe

14 Zahnrad

15 Zahnrad

16 Antriebsstange

17 Abtrieb

18 Generator

19 Windkraftanlage

20 Wasserkraftanlage

21 Arm

22 Strömungsrichtung

23 Drehrichtung

24 weitere Riemenscheibe

25 Achswelle

26 Zahnrad

27 Zahnrad

28 Lager

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung (1 ) zur Umwandlung einer Strömungsbewegung eines flüssigen und/oder gasförmigen Fluides in eine Drehbewegung,- wobei- die -Vorrichtung (1 ) einen, um eine zentrale Rotationsachse (2) drehbaren Trägerkörper (3) und zumindest zwei an diesem Trägerkörper (3) um jeweils eine eigene

Flügelrotationsachse (4) drehbar angeordnete Flügelkörper (5) aufweist, wobei die Flügelrotationsachsen (4), von der zentralen Rotationsachse (2) aus gesehen, in radialer Richtung (6) zur zentralen Rotationsachse (2) distanziert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine

Kopplungseinrichtung (7) zur Zwangskopplung einer kontinuierlichen

Drehbewegung des Trägerkörpers (3) und der Flügelkörper (5) um die zentrale Rotationsachse

(2) mit kontinuierlichen Drehbewegungen der Flügelkörper (5) um ihre jeweiligen Flügelrotationsachsen (4) aufweist und der Trägerkörper (3) und die, vorzugsweise alle, Flügelkörper (5) mittels der Kopplungseinrichtung (7) miteinander zwangsgekoppelt sind.

Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Kopplungseinrichtung (7) bei einer Umdrehung des Trägerkörpers

(3) um 360° um die zentrale Rotationsachse (2) die, vorzugsweise alle, Flügelkörper (5) jeweils um 180° um ihre jeweilige Flügelrotationsachse (4) dreht.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelkörper (5) in einer ersten Position (8) eine erste Flügelstellung

aufweisen, welche in einem 90°- Winkel relativ zu einer zweiten Flügelstellung des jeweiligen Flügelkörpers (5) steht, wobei der jeweilige Flügelkörper (5) die zweite Flügelstellung in einer zweiten Position (9) einnimmt, welche bezüglich eines auf der zentralen Rotationachse (2) liegenden Symmetriepunktes (10) punktsymmetrisch zur ersten Position (8) ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (7) ein Riemenantrieb ist oder einen solchen aufweist.

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der

Riemenantrieb zumindest einen umlaufenden Riemen (1 1 ) aufweist, wobei der Riemen (1 1) um zumindest eine, mit dem Trägerkörper (3) bezüglich der Drehung um die zentrale Rotationsachse (2) drehfest verbundene

Riemenscheibe (12) und um jeweils zumindest eine, mit dem jeweiligen Flügelkörper (5) bezüglich der Drehung um die jeweilige Flügelrotationsachse (4) drehfest verbundene Riemenscheibe (13) umläuft.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (7) ein Kettenantrieb ist oder einen solchen aufweist.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der

Kettenantrieb zumindest eine umlaufende Kette aufweist, wobei die Kette um zumindest ein, mit dem Trägerkörper (3) bezüglich der Drehung um die zentrale Rotationsachse (2) drehfest verbundenes Kettenrad und um jeweils zumindest ein, mit dem jeweiligen Flügelkörper (5) bezüglich der Drehung um die jeweilige Flügelrotationsachse (4) drehfest verbundenes Kettenrad umläuft.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (7) ein Zahnradantrieb ist oder einen solchen aufweist.

9. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der

Zahnradantrieb mit dem Trägerkörper (3) bezüglich der Drehung um die zentrale Rotationsachse (2) drehfest verbundene Zahnräder (14), vorzugsweise Stirnzahnräder oder Kegelzahnräder, und jeweils zumindest ein, mit dem jeweiligen Flügelkörper (5) bezüglich der Drehung um die jeweilige

Flügelrotationsachse (4) drehfest verbundenes Zahnrad (15), vorzugsweise Stirnzahnrad oder Kegelzahnrad, aufweist, wobei die mit dem Trägerkörper (3) drehfest verbundenen Zahnräder (14) mittels jeweils zumindest einer, mit Zahnrädern, vorzugsweise Stirnzahnrädern oder Kegelzahnrädern, besetzten Antriebsstange (16) mit jeweils zumindest einem der mit einem jeweiligen Flügelkörper (5) drehfest verbundenen Zahnräder (15) zwangsgekoppelt sind.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Abtrieb (17) zur Abnahme der um die zentrale Rotationsachse (2) erzeugten Drehbewegung des Trägerkörpers (3) vom Trägerkörper (3) aufweist.

1 1 . Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die

Vorrichtung (1) einen Generator (18) zur Erzeugung von elektrischem Strom aufweist und der Abtrieb (17) direkt oder indirekt diesen Generator (18) antreibt.

12. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelkörper (5) jeweils, vorzugsweise strömungsförmig profilierte, Platten sind.

13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelkörper (5) jeweils flexible, aufgespannte Segeltücher (33) aufweisen.

14. Wasserkraftanlage (20) zur Erzeugung von elektrischem Strom, dadurch

gekennzeichnet, dass die Wasserkraftanlage (20) zur Umwandlung einer Wasserströmungsbewegung in eine Drehbewegung bzw. in elektrischen Strom zumindest eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.

15. Windkraftanlage (19) zur Erzeugung von elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (19) zur Umwandlung eines Windes in eine Drehbewegung bzw. in elektrischen Strom zumindest eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.