Die Herausforderung

Tangentiale Antriebskräfte werden dann von den Rotorblättern eines Strömungskonverters erzeugt, wenn die Anströmung als Summe aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Umlaufgeschwindigkeit mit einem günstigen Anströmwinkel auf die Rotorblätter trifft. Der von den Flügelprofilen erzeugte Auftrieb teilt sich in eine Sogkraft und in eine Antriebskraft, wobei die Antriebskraft die bei weitem kleinere Komponente des Auftriebs ist. Daraus folgt, dass sämtliche von den Rotorblättern bewirkten Sogkräfte von der Tragkonstruktion des Rotors aufgenommen werden müssen. Dazu kommen, im Falle von Vertikalachsrotoren, periodisch auftretende Lastwechsel, die die Tragkonstruktion in Schwingungen versetzen. Können die Flügel eines Strömungskonverters so gestaltet werden, dass sich die Sogkräfte aufheben und sich die Antriebskräfte addieren?

Die Erfindung

Ein Wendeflügel, der sich zwischen zwei Endpunkten entlang einer Druckpunktlinie über eine Höhe h erstreckt, ist aus zwei Flügelsegmenten aufgebaut und hat einen mittleren Wendepunkt, an dem die Saugseite des ersten Flügelsegments, von der Außenseite der Umlaufbahn, in dem zweiten Flügelsegment, zur Innenseite der Umlaufbahn wechselt. Der Wendeflügel ist mit einem radialen Abstand zu seiner Rotationsachse angeordnet und rotiert auf einer Umlaufbahn, wobei die Rotationsachse sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sein kann. Bei der RES-Turbine mit einem Wendeflügel bewirkt der Wechsel der Saugseite des asymmetrischen Flügelprofils, dass sich die Sogkräfte gegenseitig vollständig kompensieren, während sich die Antriebskräfte addieren.

Die Vorteile

  • Vollständige Kompensation der Sogkräfte an dem Flügel eines Strömungskonverters
  • Eliminierung des leeseitigen Rotorschubs
  • Vermeidung von Lastwechselreaktionen
  • Erzeugung eines hohen und stetigen Drehmoments
  • Antrieb an jeder Position der Umlaufbahn des Wendeflügels

Die Anwendungen

  • Kleine und große Windturbinen sowohl mit vertikaler, als auch mit horizontaler Rotationsachse
  • Wasserturbinen als Strömungskraftwerke und als Gezeitenkraftwerke