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Dokumentenidentifikation DE69630303T2 29.07.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000837989
Titel ROTOR
Anmelder Harman, Jayden David, South Frementle, West Australien, AU
Erfinder Harman, Jayden David, South Frementle, West Australien, AU
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69630303
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.07.1996
EP-Aktenzeichen 969218304
WO-Anmeldetag 08.07.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/AU96/00427
WO-Veröffentlichungsnummer 0097003291
WO-Veröffentlichungsdatum 30.01.1997
EP-Offenlegungsdatum 29.04.1998
EP date of grant 08.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.07.2004
IPC-Hauptklasse F04D 1/04
IPC-Nebenklasse F04D 17/06   F04D 17/08   F04D 29/18   F04D 29/22   F04D 29/26   F04D 29/28   F04D 29/66   F04D 29/68   F01D 5/02   F03B 3/12   F04D 29/30   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, der dazu dient, einen Fluidfluss zu induzieren und/oder durch einen Fluidfluss beeinflusst zu werden, und wobei die Erfindung für Pumpen zur Induzierung eines Fluidflusses und Drehmomentgeneratoren relevant ist, die auf einen Fluidfluss ansprechen, wie zum Beispiel Turbinen.

Vorrichtungen, die durch einen Fluidfluss bei der Erzeugung von Drehmoment beeinflusst werden oder die alternativ einen Fluidfluss induzieren können, verwenden im Allgemeinen einen Rotor, der drehbar in einem Gehäuse getragen wird, um auf einen Fluidfluss anzusprechen oder einen solchen zu erzeugen. Derartige Rotoren umfassen in den einfachsten Ausführungen eine Anordnung radialer Flügel, die an einer Grundplatte angebracht sind oder eine Anordnung von Propeller- oder Turbinenflügeln, die an einer Welle getragen werden. Eine weitere Ausführung eines Rotors wird in dem U.S. Patent US-A-3.082.695 offenbart. Die größte Schwierigkeit bei früheren Anordnungen betrifft die Erzeugung von Wirbelungen in dem Fluidfluss, wodurch die Effizienz reduziert wird, und wobei es unter extremen Bedingungen im Falle von Flüssigkeiten zu Hohlraumbildungen kommen kann, wodurch nicht nur die Betriebseffizienz der Pumpe verringert wird, vielmehr können daraus Ineffizienzen und destruktive Einflüsse auf die Struktur des Rotors und des Trägergehäuses resultieren, was wiederum zu signifikanter Abnutzung und Geräuschentwicklung führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor vorzusehen, der auf einen Fluidfluss reagieren oder diesen induzieren kann, der das Ausmaß von Fremdwirbeln verringert, die auf das Fluid während dessen Verlauf um den Rotor mit resultierendem Energieverlust ausgeübt werden. Damit dies erreicht werden kann, sollen die Oberflächen des Rotors einen Fluidweg vorsehen, der allgemein mit der Kurve einer logarithmischen Konfiguration übereinstimmt, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.

Fluid, das sich unter Naturkräften bewegt, neigt stets dazu, sich in Spiralen bzw. Wirbeln zu bewegen. Die Spiralen oder Wirbel entsprechen allgemein einer mathematischen logarithmischen Progression, die als Goldener Schnitt oder Fibonacci Progression bekannt ist. Die Erfindung ermöglicht es, dass sich Fluid über die Oberflächen des Rotors auf die natürlich bevorzugte Art und Weise bewegt, wodurch die durch Turbulenzen bzw. Wirbelungen und Reibung erzeugte Ineffizienzen verringert werden, die normalerweise in Vorrichtungen auftreten, die in der Regel für Strömungs- und Drehmomentgeneratoren verwendet werden, die auf einen Fluidfluss ansprechen, und wodurch folglich die Abnutzungswahrscheinlichkeit verringert wird.

Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotor zur Verwendung mit einem Fluidflussgenerator oder -reaktor, wobei sich der genannte Rotor um eine zentrale Achse dreht, und wobei der Rotor eine Oberfläche aufweist, die einen gebogenen Fluidweg für den Fluidfluss um die zentrale Achse definiert, um die sich der Rotor drehen kann, wobei die Oberfläche die Konfiguration einer logarithmischen Kurve aufweist, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung verläuft die Krümmung der Oberfläche transversal zu der zentralen Achse.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung kann die Krümmung der Oberfläche in eine zu der zentralen Achse parallelen Richtung verlaufen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung verläuft die Krümmung der Oberfläche sowohl transversal zu der zentralen Achse als auch parallel zu der Richtung der zentralen Achse, so dass eine dreidimensionale Oberfläche erzeugt wird, die dem Goldenen Schnitt entspricht.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung weist der Fluidweg eine Spiralkonfiguration auf. Im Besonderen ist die Spiralkonfiguration in Form einer Spirale oder einer Schnecke gegeben.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst der Fluidweg eine Durchführung. Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal dieses Merkmals variiert die Querschnittsfläche der Durchführung logarithmisch im Wesentlichen konform zu dem Goldenen Schnitt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung weist der Fluidweg die Konfiguration auf, die im Wesentlichen der internen Konfiguration einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht. Gemäß bestimmten Ausführungen der Erfindung entspricht die Oberfläche allgemein der internen Konfiguration einer Muschel, die aus den Familien Volutidae, Argonauta, Nautilus, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung weist der Fluidweg die Konfiguration auf, die im Wesentlichen der externen Konfiguration einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht. Gemäß bestimmten Ausführungen der Erfindung entspricht die Oberfläche allgemein der externen Konfiguration einer Muschel, die aus den Familien Volutidae, Argonauta, Nautilus, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung kann der Rotor einem Fluidfluss über die genannte Oberfläche ausgesetzt werden, um eine Rotation des Rotors um die zentrale Achse zu induzieren. Gemäß einem alternativ bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst der Rotor ein Laufrad, das so angetrieben werden kann, dass es sich um dessen zentrale Achse dreht, um einen Fluidfluss über die Oberfläche zu induzieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Fluidflussreaktor, der einen Rotor aufweist, der drehbar angebracht ist und einem Fluidfluss ausgesetzt werden kann, wobei die Ausführung des Rotors der vorstehenden Beschreibung entspricht. Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas umfassen, wobei es sich bei dem Gas um Luft handeln kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Fluidflussgenerator mit einem Rotor, wobei die Rotation des genannten Rotors durch eine Antriebseinrichtung bewirkt wird, so dass der genannte Fluidfluss erzeugt wird, und wobei die Ausführung des Rotors der vorstehenden Beschreibung entspricht. Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas umfassen, und wobei es sich bei dem Gas um Luft handeln kann.

Gemäß einem bestimmen Ausführungsbeispiel betrifft die vorliegende Erfindung eine Pumpe, die ein Gehäuse umfasst, das eine Kammer definiert; wobei die genannte Kammer eine zentrale Achse aufweist, wobei in der Wand der Kammer ein Auslass ausgebildet ist, und wobei in der Wand eine Öffnung ausgebildet ist, die konzentrisch zu der zentralen Achse ist; wobei ein Rotor drehbar in der genannten Kammer zur Rotation um die genannte zentrale Achse lagert; mit einer Antriebswelle, die konzentrisch zu der zentralen Achse ist, die durch eine Antriebswelle angetrieben werden kann; wobei der genannte Rotor eine Unterkammer mit einem Einlass aufweist, der konzentrisch zu der zentralen Achse ist und tangential oder umfänglich verläuft; wobei die durch die Innenseite der Unterkammer definierte Oberfläche im Wesentlichen ein spiralförmiges Profil zwischen dem Einlass und dem Auslass aufweist, und wobei die Krümmung der Oberfläche die Merkmale einer logarithmischen Kurve aufweist, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Öffnung des Rotors im Wesentlichen in die entgegengesetzte Richtung zu der Rotationsrichtung gerichtet.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Öffnung des Rotors im Wesentlichen in die Rotationsrichtung gerichtet.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst die Pumpe eine Durchführung.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal des vorstehenden Merkmals nimmt der Querschnitt der Durchführung zwischen dem Einlass und dem Auslass allgemein zu, wobei die Variation des Querschnitts der Durchführung logarithmisch im Wesentlichen mit dem Goldenen Schnitt übereinstimmt.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung entspricht die Unterkammer des Rotors allgemein der Konfiguration des Inneren einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda. In bestimmten Beispielen des Ausführungsbeispiels entspricht die Oberfläche allgemein der externen Konfiguration einer Muschel, die aus den Familien Volutidae, Argonauta, Nautilus, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung weist die Kammer eine allgemein sphärische oder elliptische Konfiguration auf, wobei die Krümmung der Innenseite der Kammer zwischen der Öffnung und dem Auslass einer logarithmischen Krümmung entspricht, die im Wesentlichen den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht.

Die Erfindung wird in Bezug auf die folgende Beschreibung der verschiedenen speziellen Ausführungsbeispiele umfassender verständlich. Die Beschreibung erfolgt in Bezug auf die beigefügte Zeichnungen. Darin zeigen:

1 die Form des Goldenen Schnitts;

2 eine allgemein isometrische Ansicht der Pumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

3 eine invertierte Draufsicht des oberen Teilstücks des Pumpenkörpers des ersten Ausführungsbeispiels, wobei sich der Rotor an der Verwendungsposition befindet;

4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 aus 3

5 eine schematische Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels;

6 eine schematische Schnittansicht einer Variation des zweiten Ausführungsbeispiels;

7 eine Endansicht des Rotors aus dem zweiten Ausführungsbeispiel;

8 eine Seitenansicht des Rotors aus 7;

9 eine seitliche Schnittansicht des Rotors aus den Abbildungen der 7 und 8;

10 eine schematische Darstellung eines Rotors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

11 eine Draufsicht eines Rotors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;

12 eine schematische Ansicht einer Pumpe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;

13 eine Schnittansicht des fünften Ausführungsbeispiels aus der Abbildung aus 12;

14 eine Endansicht des Rotors aus dem fünften Ausführungsbeispiel aus den Abbildungen der 12 und 13;

15 eine schematische Ansicht eines Rotors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;

16 eine schematische Ansicht eines Rotors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel; und

17 eine schematische Schnittansicht des siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Jedes der Ausführungsbeispiele betrifft einen Rotor, der zur Erzeugung eines Fluidflusses verwendet werden kann, wie dies bei einer Pumpe der Fall ist, oder der auf einen Fluidfluss mit der Erzeugung eines Drehmoments ansprechen kann, wie dies bei einer Turbine oder einem Motor der Fall ist.

Wie dies bereits vorstehend im Text erwähnt worden ist, neigt unter dem Einfluss von Naturkräften bewegtes Fluid stets dazu, sich in Spiralen oder Wirbeln zu bewegen. Diese Spiralen oder Wirbel entsprechen allgemein einer als Goldener Schnitt oder Fibonacci Progression bekannten mathematischen Progression.

Jedes der Ausführungsbeispiele dient dazu, es zu ermöglichen, dass sich Fluid auf die natürlich bevorzugte Art und Weise bewegt, wodurch die durch Wirbelungen und Reibung erzeugten Ineffizienzen vermieden werden, die normalerweise in Vorrichtungen auftreten, die für gewöhnlich zum Induzieren eines Fluidflusses und in Drehmomentgeneratoren verwendet werden, die auf Fluidfluss ansprechen. Früher entwickelte Technologien stimmten allgemein weniger mit den natürlichen Fluidflusstendenzen überein.

Die Rotoren der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sind allgemein in jeder Hinsicht gemäß dem Goldenen Schnitt gestaltet, und somit ist es ein Merkmal jedes der Ausführungsbeispiele, das der Rotor einen Fluidweg in Spiralkonfiguration vorsieht, de mindestens allgemein den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht. Die Merkmale des Goldenen Schnitts sind in der Abbildung aus 1 dargestellt, welche das Entfalten der Spiralkurve gemäß dem Goldenen Schnitt darstellt. Während sich die Spirale entfaltet ist die Wachstumsrate des Krümmungsradius konstant, der in gleichwinkligen Radien (z. B. E, F, G, H, I und J) gemessen wird. Dies kann durch die Dreiecksdarstellung jedes Radius zwischen jeder Sequenz veranschaulicht werden, die der Formel a : b = b : a + b entspricht, die einem Verhältnis von 5 : 8 entspricht und für die gesamte Kurve konstant ist.

Ein Merkmal jedes der Ausführungsbeispiele ist es, dass die Krümmung der Oberflächen, welche den Rotor bilden, eine zweidimensionale oder dreidimensionale Form annimmt, die im Wesentlichen den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht, und wobei jede Variation der Querschnittsfläche des Fluidwegs ferner im Wesentlichen den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht. Ferner konnte festgestellt werden, dass die Merkmale des Goldenen Schnitts in der Natur in Form der externen und internen Konfigurationen von Muscheln des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda auftreten, und wobei es ein gemeinsames Merkmal zumindest einiger der Ausführungsbeispiele ist, dass der durch den Rotor definierte Fluidweg allgemein der externen oder internen Konfiguration einer oder mehrerer Muschelfamilien des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.

Es konnte als ein Merkmal des Fluidflusses festgestellt werden, dass bei einem Fluidfluss durch einen Weg mit einer Krümmung, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht, der Fluidfluss über die Oberflächen im Wesentlichen wirbelfrei ist und als Folge dessen weniger zur Hohlraumbildung neigt. Folglich ist der Fluidfluss über die Oberfläche effizienter als in früheren Fällen, in denen der Weg nicht im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht. Als Folge der verringerten Turbulenzen bzw. Wirbelungen, die bei einem Verlauf durch den Fluidweg induziert werden, kann der Rotor gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen zur Fluiddurchführung bei geringerer Abnutzung und mit größerer Effizienz eingesetzt werden, als wie dies früher unter Verwendung herkömmlicher Rotoren mit äquivalenten Abmessungseigenschaften der Fall gewesen ist.

Das in den Abbildungen der 2, 3 und 4 dargestellte erste Ausführungsbeispiel umfasst eine Pumpe, die für die Zufuhr eines Hochdruckfluids aus dem Auslass eingesetzt werden kann, und wobei es sich bei einer möglichen Anwendung um eine "Strahlpumpe" handelt, die für den Antrieb eines Wasserfahrzeugs verwendet werden kann.

Die Pumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst einen Körper 11, der aus zwei im Wesentlichen identischen Hälften 12 und 13 gebildet wird, die mit einem Flansch 14 und 15 an ihren aneinander anstoßenden Kanten versehen sind, die durch geeignete Einrichtungen miteinander verbunden werden können. Der Körper definiert ein Hauptteilstück, das eine geschlossene Kammer 16 bildet, die in der Ebene allgemein kreisförmig und die im diametralen Aufriss im Wesentlichen elliptisch ist, wobei sich eine Durchführung 17 lateral erstreckt. Die Kammer sieht Platz für einen Rotor 18 auf, der über eine Antriebswelle 19 unterstützt wird, die mit der zentralen Achse der Kammer 16 zusammenfällt, und die durch ein geeignetes Lagergehäuse (nicht abgebildet) getragen wird, das in einer Hälfte 12 des Körpers 11 vorgesehen ist. Der Rotor 18 weist die innere und äußere Konfiguration auf, die einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Cephalopoda, Familie Nautilus entspricht, jedoch ohne die inneren Trennwände, die normalerweise in der Natur vorkommen. Die der Antriebswelle 19 entgegengesetzte axiale Seite des Rotors ist mit einer Einlassöffnung 21 versehen, die durch einen runden Flansch 22 definiert wird, der die Öffnung 21 umgibt. Die ringförmige Wand 22 wird konzentrisch mit einer Öffnung 23 aufgenommen, die in der Wand der anderen Hälfte 13 des Körpers 11 entgegengesetzt zu der Antriebswelle vorgesehen ist. Die Öffnung 23 in der Wand des Gehäuses ist konzentrisch zu der zentralen Achse der Kammer und ist einer Einlassdurchführung 24 zugeordnet, in der der runde Flansch 22 an dem Rotor genau aufgenommen wird.

Der Auslass 25 des Rotors ist durch eine Öffnung definiert, die allgemein tangential zu der zentralen Achse ausgerichtet ist, und wobei die Stirnseite allgemein parallel zu der radialen Achse der Kammer 16 ist. Die durch das Innere des Rotors vorgesehene interne Unterkammer umfasst eine Durchführung mit allgemein spiralförmiger Konfiguration und mit zunehmendem Querschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass, wobei die Querschnittsabweichung im Wesentlichen der Formel des Goldenen Schnitts entspricht, ebenso wie die Krümmung der Oberfläche der Durchführung.

Im Einsatz wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass die den Auslass definierende Öffnung entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, und wobei die Kanten bzw. Ränder der Öffnung 24 die Hinterkante des Rotors definieren.

Im Zuge von Vorversuchen und Tests konnte festgestellt werden, dass eine Pumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Einsatz in der Lage ist, besonders effizient eine hohe Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit aus dem Auslass 17 bei minimaler Kavitation und verhältnismäßig geringer Drehzahl zu erzeugen. Als Folge dessen wird davon ausgegangen, dass der Rotor in der Lage ist, Fluid mit einer höheren Geschwindigkeit bei weniger Wirbelungen und Kavitation zu leiten, als wie dies von herkömmlichen Pumpen mit gleicher Kapazität erwartet wird. Da das Ausmaß der erzeugten Kavitation deutlich kleiner ist als wie dies von einer herkömmlichen Pumpe mit den gleichen Abmessungen erwartet wird, die mit der gleichen Geschwindigkeit betrieben wird, wird davon ausgegangen, dass dies zu einer verringerten Erosion und Abnutzung der Bauteile der Pumpe und im Besonderen des Rotors führt. Ferner wird davon ausgegangen, dass die Eigenschaft der Querschnittserweiterung der Unterkammer des Rotors zwischen dem Einlass und dem Auslass die Wahrscheinlichkeit verringert, dass Fremdkörper den Durchgang durch den Rotor verstopfen, was bei herkömmlichen Pumpen durchaus regelmäßig der Fall ist.

Gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass der Auslass 25 in die Rotationsrichtung ausgerichtet ist.

Gemäß einer weiteren Variation des ersten Ausführungsbeispiels müssen die inneren Trennwände oder Windungen, die in der Natur in einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Cephalopoda, der Familie Nautilus vorhanden sind, zusätzlich zu dem bereits genannten Septum nicht vorhanden sein. Daraus resultiert, dass die interne Konfiguration der Oberfläche des Rotors im Wesentlichen mit der externen Form einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Cephalopoda, der Familie Nautilus übereinstimmt.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der Abbildung aus 5 umfasst ebenfalls eine Pumpe. Die Pumpe umfasst einen röhrenförmigen Körper 11, der einen Rotor 118 drehbar trägt, der allgemein die Form einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Volutidae gemäß den Abbildungen der 7, 8 und 9 aufweist, wobei das innere Ende der Muschel gemäß der Abbildung aus 7 ausgeschnitten dargestellt ist, um einen Eingang 121 in das Innere der Muschel vorzusehen. Die Mündung der Muschel dient als Auslass 125 für den Rotor 118. Der Eingang 121 ist einem geeigneten Lagerträger 126 zugeordnet, der in dem Körper 111 vorgesehen ist, wobei der Rotor an dem Körper 111 durch den träger gestützt wird, so dass der Rotor in dem Körper um dessen zentrale Achse drehbar ist, die im Wesentlichen mit der zentralen Achse des Körpers zusammenfällt. Der Träger umfasst eine erste Partition 127, die sich über den Körper erstreckt und mit einer zentralen Öffnung 123 versehen ist, die mit dem Eingang 121 des Rotors ausgerichtet ist und von dem Lagerträger 126 für den Rotor umgeben ist. Zusätzlich wird der Rotor an dessen anderen Ende durch eine Spindel 119 getragen, die drehbar an von einer zweiten Partition 128 getragen wird, die in dem Körper mit Zwischenabstand zu der Partition 126 vorgesehen ist. Eine geeignete Antriebseinrichtung (nicht abgebildet) ist mit dem Lagerträger 126 des Rotors 118 verbunden, um eine Rotation des Rotors zu bewirken, wodurch der Auslass entgegengesetzt zu der Richtung der Rotation ausgerichtet wird. Die zweite Partition 128 ist mit einer Reihe von Öffnungen 129 vorgesehen, durch welche Fluid fließen kann.

Die Abbildung aus 6 zeigt eine Variation des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Seitenwände des Körpers 111 so gekrümmt sind, dass der Querschnitt des Körpers 111 in Richtung des Auslasses 125 des Körpers kleiner wird, und wobei die Querschnittsänderung im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.

Gemäß einer Variation beider Ausführungen des zweiten Ausführungsbeispiels wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass der Auslass 125 in die Rotationsrichtung ausgerichtet ist.

Als eine alternative Trägeranordnung für beide Ausführungen des zweiten Ausführungsbeispiels kann der Rotor von einer Welle getragen werden, die drehbar von dem Gehäuse getragen wird.

Gemäß einer weiteren Variation beider Ausführungen des zweiten Ausführungsbeispiels müssen die inneren Trennwände oder Windungen, die in der Natur in einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Volutidae vorhanden sind, nicht vorhanden sein. Daraus resultiert, dass die interne Konfiguration der Oberfläche des Rotors im Wesentlichen mit der externen Form einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Volutidae übereinstimmt.

Das in der Abbildung aus 10 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Rotor 218 mit einem einzigen Flügel 230, der eine spiralenförmige Konfiguration aufweist, die der des Goldenen Schnitts entspricht, und wobei der Rotor an einer zentralen Welle 219 getragen wird. Der Rotor 218 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann in einem Fluidweg (nicht abgebildet) zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet sein und einem Fluidfluss zwischen dem Einlass und dem Auslass ausgesetzt werden, und als Folge des Fluidflusses wird eine Rotation des Rotors bewirkt, so dass in der Welle ein Drehmoment erzeugt wird. Wenn eine Rotation des Rotors in ähnlicher Weise durch Ausübung eines Drehmoments auf die Trägerwelle 219 induziert wird, so wird als Folge der Rotation ein Fluidfluss erzeugt. Die wesentliche Übereinstimmung der Krümmung der Oberfläche des Rotors mit dem Goldenen Schnitt führt zu einer verbesserten Effizienz des Rotors.

Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der Abbildung aus 11 entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme, dass der Rotor 318 eine Mehrzahl von Flügeln 330 umfasst, deren Form dem Flügel aus dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, wobei die Flügel an einer einzigen Welle 319 angebracht sind, wobei die Flügel 330 an der Welle 319 mit gleichwinkligen Abständen um die zentrale Achse der Welle angeordnet sind.

Das fünfte Ausführungsbeispiel ist in den Abbildungen der 12, 13 und 14 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Variation des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei der Rotor 418 in einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse 411 getragen und in einem Fluidweg drehbar gelagert wird. Der Rotor 418 weist eine interne Konfiguration auf, die im Wesentlichen der einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Conidae entspricht, und mit einem spiralförmigen Flügel 430 in Form einer konischen Spiralegemäß den Abbildungen der 6, 7 und 8, die eine Durchführung der Oberflächen definiert, die allgemein mit dem Goldenen Schnitt übereinstimmen, und wobei eine Durchführung definiert wird, deren Querschnitt allgemein in Übereinstimmung mit dem Goldenen Schnitt zunimmt. In einer Ausführung des Rotors kann der Rotor drehbar so angetrieben werden, dass der Auslass entgegengesetzt zu der Richtung der Rotation ausgerichtet ist. Alternativ kann der Rotor so angetrieben werden, dass die Öffnung in Richtung der Rotation ausgerichtet ist.

Die Abbildung aus 15 veranschaulicht ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das die interne Konfiguration einer Muschel vom Stamm Mollusca nicht nachempfindet. Der Rotor des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst einen allgemein konischen Einlass 521, der einen konvergenten Eingang vorsieht, der an dessen inneren Ende mit einem konischen Auslass 525 kommuniziert, der einen divergenten Ausgang vorsieht. Die inneren Oberflächen des Einlasses 521 und des Auslasses 525 sind mit einem oder mehreren spiralförmigen Flügeln 530 versehen, die im Wesentlichen den Eigenschaften des Goldenen Schnitts entsprechen. Das gleiche gilt für die Kontraktion des Einlasses 521 und die Expansion des Auslasses 525.

Die Abbildung aus 16 veranschaulicht ein siebtes Ausführungsbeispiel, das eine Variation des vorstehenden Ausführungsbeispiels darstellt, wobei der Einlass 621 und der Auslass 625 des Rotors durch eine zylindrische Zone 632 miteinander verbunden sind, die eine allgemein zylindrische Konfiguration aufweist und eine Reihe koaxialer, mit gleichen Winkelabständen angeordneter, spiralförmiger Flügel 634 aufweist, die jeweils im Wesentlichen den Eigenschaften des Goldenen Schnitts entsprechen, und die dazu dienen, den Fluidfluss zwischen dem Einlass und dem Auslass weiter zu beeinflussen. Zur weiteren Förderung des Fluidflusses durch den Einlass 621 und aus dem Aulass 625 sind die Innenseite des Einlasses 621 und die Innenseite des Auslasses 625 mit einer Mehrzahl spiralförmiger Flügel 630 versehen, die ebenfalls eine Krümmung aufweisen, die dem Goldenen Schnitt entspricht.

Das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß der Abbildung aus 17 stellt eine Variation des ersten Ausführungsbeispiels dar und umfasst ebenfalls eine Pumpe mit einem Rotor 718, der in einem Gehäuse 713 gelagert wird. Der Rotor 718 weist eine innere Konfiguration auf, die allgemein der einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda, der Familie Turbinidae entspricht, und wobei der Rotor mit einem Einlass vorgesehen ist, der eine Öffnung 721 umfasst, die an dem inneren Ende oder der Spitze der Muschel vorgesehen ist, wobei die in der Muschel ausgebildete Durchführung an dieser Stelle den geringsten Durchmesser aufweist. Der Auslass 725 des Rotors umfasst die Mündung der Muschel. Es wird eine Rotation des Rotors um dessen zentrale Achse bewirkt, so dass der Auslass 725 der Rotation folgt. Das Gehäuse 713 weist einen Einlass 723 auf, der mit dem Einlass 721 des Rotors kommuniziert, und mit einem Auslass 717, der mit dem Auslass 725 des Rotors kommuniziert. Es konnte festgestellt werde, dass als Folge der Rotation des Rotors 718 an der Stelle, an der der Auslass 725 die Hinterkante definiert, ein Fluidfluss von dem Einlass 721 zu dem Auslass 725 induziert wird, und wobei der Fluidfluss durch den Rotor im Wesentlichen wirbelfrei ist, und zwar auch bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten. Zur weiteren Förderung des Fluidflusses durch das Gehäuse kann die Innenseite des Gehäuses 713 im Bereich des Auslasses 717 von dem Auslass 725 des Rotors mit einer Mehrzahl spiralförmiger Flügel versehen sein, die ebenfalls eine Krümmung aufweisen, die im Wesentlichen der des Goldenen Schnitts entspricht.

Gemäß einer Variation des siebten Ausführungsbeispiels kann der Rotor so angetrieben werden, dass der Auslass 725 in die Rotationsrichtung des Rotors gerichtet ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das verschiedene Formen annehmen kann, umfasst einen Rotor mit einer externen Oberfläche, die eine Krümmung aufweist, die im Wesentlichen der des Goldenen Schnitts entspricht. Der Rotor kann die externe Konfiguration eines Muschel des Stamms Mollusca, der Klassen Gastropoda oder Cephalopoda aufweisen. Bestimmte Beispiele für die Rotoren weisen eine Konfiguration auf, die der externen Form von Muscheln der Familien Volutidae, Conidae und Turbinidae entspricht. Es konnte festgestellt werden, dass bei einer Anbringung dieser Rotoren in wesentlicher Übereinstimmung mit den vorstehend in Bezug auf das erste, zweite, fünfte und siebte Ausführungsbeispiel dargestellten und beschriebenen Anordnungen, jedoch mit einem über die externe Oberfläche gerichteten Fluidfluss, die vorstehend genannten Vorteile erreicht werden können.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine in gewisser Weise herkömmliche Zentrifugalpumpe mit einer Variation des Rotors, so dass dieser die Anforderungen der Erfindung erfüllt. Die Variation umfasst die Gestaltung der Flügel des Rotors, so dass diese eine Krümmung aufweisen, die allgemein den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht. Eine derartige Krümmung kann zweidimensional oder dreidimensional sein, so dass der Rotor den bestehenden Anforderungen für eine herkömmliche Pumpe entspricht. Folglich können zumindest einige der Vorteile der Erfindung zumindest teilweise dadurch erreicht werden, dass der herkömmliche Rotor einer existierenden Pumpe durch einen Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel ersetzt wird.

Ein gemeinsames Merkmal aller vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es, dass ein Einsatz als Rotor möglich ist, dessen Rotation mechanisch bewirkt werden kann, so dass eine Pumpe vorgesehen wird, um einen wirbelfreien Fluidfluss zwischen einem Einlass und einem Auslass vorzusehen, oder so dass alternativ ein Einsatz als Rotor einer Turbine oder einer ähnlichen Antriebseinrichtung möglich ist, so dass ein Drehmoment erzeugt wird, und wobei ein im Wesentlichen wirbelfreier, effizienterer Verlauf von Fluid zwischen dem Einlass und dem Auslass im Vergleich zu den Möglichkeiten herkömmlicher Pumpen oder Turbinen mit vergleichbarer Kapazität ermöglicht wird.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass der vorstehend allgemein in Bezug auf die Erfindung, die in Bezug auf jedes der Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, beschriebene Rotor, wirksam in Kammern mit geringen und großen Toleranzen oder Zwischenabständen zwischen der Kammer betrieben werden kann, in denen der Rotor aufgenommen wird, und es konnte festgestellt werden, dass der Rotor bei dessen Einsatz in Verbindung mit einer Pumpe nicht in einer Kammer angeordnet sein muss. Diesbezüglich kann ein Rotor in der vorstehend in Bezug auf das erste, zweite, vierte, fünfte und siebte Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausführung ohne Kammer verwendet werden, wobei er in dem Fluidkörper getragen wird, dem das Fluid zugeführt wird, und wobei sein Einlass mit der Fluidquelle verbunden ist, wobei die Rotation des Rotors in dem Fluidkörper bewirkt, dass Fluid von der Quelle gepumpt wird.

Darüber hinaus ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass der Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung und jedes der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit gasförmigen, flüssigen und breiartigen Ausführungen des Fluidmediums eingesetzt werden kann.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Fluidfluss über die Oberfläche des Rotors zu deutlich weniger Reibung und Stoßkräften führt, die auf die Oberfläche und den Rotor ausgeübt werden. Als Folge dessen und der geringeren durch den Rotor erzeugten Wirbelung werden weniger Wärme und Geräusche als Folge der Rotortätigkeit erzeugt, die entsprechend auf das Fluid einwirken. Zusätzlich benötigt der Rotor weniger Energie, um Strömungsraten zu bewirken, die denen herkömmlicher Pumpen entsprechen. Dies bedeutet, dass der Rotor bei einem Einsatz in einer Pumpe durch einen kleineren Antriebsmotor und/oder mit geringerer Drehzahl angetrieben werden kann. Aufgrund der Beschaffenheit der Rotoroberfläche ist der Rotor auch bei hohen Geschwindigkeiten effektiver als herkömmliche Rotoren, und zwar als Folge der reduzierten Reibung und der verringerten Kavitationsmöglichkeit.

In dem ersten, zweiten, vierten und siebten Ausführungsbeispiel sieht der Einlass einen geringst möglichen Zwischenraum für das in den Rotor eintretende Fluid vor, so dass sämtliches Material, das den Einlass passieren kann, durch die durch den Rotor vorgesehene Durchführung verläuft, wodurch die Möglichkeit für eine Verstopfung des Rotors verringert wird.

Der erfindungsgemäße Rotor kann in Pumpen, Turbinen und mit Fluid betriebenen Motoren eingesetzt und in jeder vorgeschlagenen Anwendung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, und zwar zumindest aufgrund des verbesserten Fluidflusses, der reduzierten Reibung sowie der verringerten Wärmezunahme bei einem Einsatz in einer Pumpe und des geringeren Wärmeverlusts bei einem Einsatz als Turbine.


Anspruch[de]
  1. Rotor (18) zur Verwendung mit einem Fluidflussgenerator oder -reaktor, wobei sich der genannte Rotor um eine zentrale Achse dreht, und wobei der Rotor eine Oberfläche aufweist, die einen gebogenen Fluidweg für den Fluidfluss um die zentrale Achse definiert, um die sich der Rotor drehen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche die Konfiguration einer logarithmischen Kurve aufweist, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.
  2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung transversal zu der zentralen Achse verläuft.
  3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Oberfläche in eine zu der zentralen Achse parallelen Richtung verlaufen kann.
  4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Oberfläche sowohl transversal zu der zentralen Achse als auch parallel zu der Richtung der zentralen Achse verläuft, so dass eine dreidimensionale Oberfläche erzeugt wird, die dem Goldenen Schnitt entspricht.
  5. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidweg eine Spiralkonfiguration aufweist.
  6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralkonfiguration in Form einer Spirale oder einer Schnecke gegeben ist.
  7. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidweg eine Durchführung umfasst.
  8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Durchführung logarithmisch im Wesentlichen konform zu dem Goldenen Schnitt variiert.
  9. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidweg die Konfiguration aufweist, die im Wesentlichen der internen Konfiguration einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.
  10. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Oberfläche allgemein der internen Konfiguration einer Muschel entspricht, die aus den Familien Volutidae, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.
  11. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Oberfläche allgemein der internen Konfiguration von Muscheln entspricht, die aus den Familien Argonauta oder Nautilus mit entferntem Septum ausgewählt werden.
  12. Rotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Trennwände, die in den Muscheln in der Natur existieren, im Inneren des Rotors fehlen.
  13. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Konfiguration aufweist, die allgemein der externen Konfiguration einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.
  14. Rotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Oberfläche allgemein der externen Konfiguration einer Muschel entspricht, die aus den Familien Volutidae, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.
  15. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einem Fluidfluss über die genannte Oberfläche ausgesetzt werden kann, um eine Rotation des Rotors um die zentrale Achse zu induzieren.
  16. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor ein Laufrad umfasst, das so angetrieben werden kann, dass es sich um dessen zentrale Achse dreht, um einen Fluidfluss über die Oberfläche zu induzieren.
  17. Fluidflussreaktor, der einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst, wobei der genannte Rotor drehbar angebracht ist und einem Fluidfluss ausgesetzt werden kann.
  18. Fluidflussreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Flüssigkeit umfasst.
  19. Fluidflussreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas umfasst.
  20. Fluidflussreaktor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Luft umfasst.
  21. Fluidflussgenerator, der einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und 16 umfasst, wobei die Rotation des genannten Rotors durch eine Antriebseinrichtung bewirkt wird, so dass der genannte Fluidfluss erzeugt wird, und wobei das Fluid eine Flüssigkeit umfasst.
  22. Fluidflussgenerator, der einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und 16 umfasst, wobei die Rotation des genannten Rotors durch eine Antriebseinrichtung bewirkt wird, so dass der genannte Fluidfluss erzeugt wird, und wobei das Fluid ein Gas umfasst.
  23. Fluidflussgenerator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft umfasst.
  24. Pumpe, die ein Gehäuse (11) umfasst, das eine Kammer (16} definiert; wobei die genannte Kammer eine zentrale Achse aufweist, wobei in der Wand der Kammer ein Auslass ausgebildet ist, und wobei in der Wand eine Öffnung (23) ausgebildet ist, die konzentrisch zu der zentralen Achse ist; wobei ein Rotor (18) drehbar in der genannten Kammer zur Rotation um die genannte zentrale Achse lagert; mit einer Antriebswelle (19), die konzentrisch zu der zentralen Achse ist, die durch eine Antriebswelle angetrieben werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Rotor eine Unterkammer mit einem Einlass (21) aufweist, der konzentrisch zu der zentralen Achse ist und tangential oder umfänglich verläuft; wobei die durch die Innenseite der Unterkammer definierte Oberfläche im Wesentlichen ein spiralförmiges Profil zwischen dem Einlass und dem Auslass aufweist, und wobei die Krümmung der Oberfläche die Merkmale einer logarithmischen Kurve aufweist, die im Wesentlichen dem Goldenen Schnitt entspricht.
  25. Pumpe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (25) des Rotors in die entgegengesetzte Richtung zu der Rotationsrichtung gerichtet ist.
  26. Pumpe nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (25) des Rotors in die Rotationsrichtung des Rotors gerichtet ist.
  27. Pumpe nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Durchführung umfasst.
  28. Pumpe nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Durchführung zwischen dem Einlass (21) und dem Auslass (25) allgemein zunimmt, wobei die Variation des Querschnitts der Durchführung logarithmisch im Wesentlichen mit dem Goldenen Schnitt übereinstimmt.
  29. Pumpe nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkammer des Rotors (18) allgemein der Konfiguration des Inneren einer Muschel des Stamms Mollusca, der Klasse Gastropoda oder Cephalopoda entspricht.
  30. Pumpe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine Konfiguration aufweist, die allgemein dem Inneren einer Muschel entspricht, die aus den Familien Volutidae, Conidae oder Turbinidae ausgewählt wird.
  31. Pumpe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Oberfläche allgemein dem Inneren von Muscheln entspricht, die aus den Familien Argonauta oder Nautilus mit entferntem Septum ausgewählt werden.
  32. Pumpe nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass inneren Trennwände, die in den Muscheln in der Natur existieren, im Inneren des Rotors fehlen.
  33. Pumpe nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (16) eine allgemein sphärische oder elliptische Konfiguration aufweist, wobei die Krümmung der Innenseite der Kammer zwischen der Öffnung (23) und dem Auslass (17) einer logarithmischen Krümmung entspricht, die im Wesentlichen den Merkmalen des Goldenen Schnitts entspricht.
Es folgen 14 Blatt Zeichnungen






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