Espacenet - Bibliographic data
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`Page 1 of 1
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`Eapamanet
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`Eihiiagmphifi data: fiE‘EfiEfi‘Efi-fififififi? {At} an Efi’ifiwfigwfid
`
`Fropeiier and damit ausgeatattete Sirémungsmaschine undioder
`fintriebemaeehine
`
`|nventor(s):
`
`MUGRAUER RAINER [DE]; KNUBBEN ELIAS MARIA [DE] :
`(MUGRAUER, RAINER, ; KNUBBEN, ELIAS MARIA)
`
`Applicant(s):
`
`FESTO AG & co KG [DE] :5: (FESTO AG & co. KG)
`
`Classification:
`
`- international:A63H2?i3§; Bfiéfi’i 1100; Fgfifl’iififi; F04£32§i3§
`- cooperative: FQSE’iififiSE; F0331i0§?5; F04§1§i§05;
`F3432§i332; F0532240i31 1; Y02E10l?21
`
`Application
`number:
`
`DE20141003887 20140319
`
`Priority number DE20141003887 20140319
`(8):
`
`Abstrafit of BE? fififi‘ififififigfi? {A1}
`
`Es; wirzj air: Propeiier (‘3) vergeaohiagen; do? {fisher mindeaiena einen won einem
`Srehzentrumaabsohnitt {5} abstehenden Propeiiefiiiigei (4) vefiijgt, tier eine eine
`Rahmenéfinung (18) umrahmende éufiere Rahmenairuktur {13) aufweist. Die
`Rahmenéffnung (18} Eat vorapannungafrei var: einer hiegefiexibien Membran bedeck‘il
`damn Membranfiéohe groger i3”; 315 die von der Membran {22:2 bedeome
`@finungafléohe deer Rahmenéfinung (13), sodaee die Membran {2.2) abhéngig von der
`Brehrichtung fies Propeiiers {1) in einander enigegengeaetzte Riohtungefi auswéibbar
`Eat. Bieaes adaptive Verhaiten ermégiicht eine effektive Nutzung doe firopeiiers (’3) £395
`beiden {firehriohtungen {3a, 3b)“
`
`https ://wor1dwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?II=0&ND=3 &adj acent=true&l . ..
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`5/3 1/2019
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`“9) £13
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`Patent- und Markenamt
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`(10) DE 10 2014 003 887 A1 2015.09.24
`
`(12>
`
`Offenlegungsschrift
`
`(21) Aktenzeichen: 10 2014 003 887.4
`
`(22) Anmeldetag: 19.03.2014
`(43) Offenlegungstag: 24.09.2015
`
`F04D 29/36 (2006.0(1)
`F03D 1/06 (2006.01)
`A63H 27/30 (2006.01)
`
`
`(51) Int Cl.:
`
`364C 11/00 200601
`
`)
`
`(71) Anmelder:
`
`(56) Ermittelter Stand der Technik:
`
`
`
`FESTO AG & Co. KG, 73734 Esslingen, DE
`
`__
`(74) Vertreter:
`Patentanwalte Magenbauer & Kollegen
`Partnerschaft mbB, 73730 Esslmgen, DE
`
`(72) Erfinder:
`Mugrauer, Rainer, 72124 Pliezhausen, DE;
`Knubben, Elias Maria, 73230 Kirchheim, DE
`
`DE 10 2005 051046
`US 2007 l 0 189 899
`
`US 2009 l 0 185 905
`US
`3 573 375
`WC
`2013/ 014 463
`
`A1
`A1
`
`A1
`A
`A2
`
`PrUfungsantrag gemélS § 44 PatG ist gestellt.
`
`Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
`
`(54) Bezeichnung: Propeller und damit ausgestattete Strémungsmaschine undloder Antriebsmaschine
`
`
`
`(57) Zusammenfassung: Es wird ein Propeller (1) vorge—
`schlagen, der Uber mindestens einen von einem Dreh-
`zentrumsabschnitt (5) abstehenden Propellerflflgel (4) ver-
`ngt, dereine eine Rahmenoffnung (18) umrahmende éulSe—
`re Rahmenstruktur (13) aufweist. Die Rahmenoffnung (18)
`ist vorspannungsfrei von einer biegeflexiblen Membran be-
`deckt. deren Membranfléche groBer ist als die von der Mem—
`bran (22) bedeckte Ofinungsfléche der Rahmenoffnung (18),
`sodass die Membran (22) abhéngig von der Drehrichtung
`des Propellers (1) in einanderentgegengesetzte Richtungen
`auswolbbar ist. Dieses adaptive Verhalten ermoglicht eine
`effektive Nutzung des Propellers (1) bei beiden Drehrichtun-
`gen (3a, 3b).
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`DE 10 2014 003 887 A1
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`Beschreibung
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`[0001] Die Erfindung betrifft einen Propeller, mit min-
`destens einem von einem Drehzentrumsabschnitt
`
`abstehenden Propellerfliigel. Ferner betrifft die Erfin-
`dung eine mit einem solchen Propeller ausgestattete
`Stromungsmaschine und/oder Antriebsmaschine.
`
`[0002] Aus der US 3,354,965 ist ein Propeller der
`vorgenannten Art bekannt, der als Bestandteil einer
`Antriebsmaschine zur Schuberzeugung verwendbar
`ist und der mehrere Propellerfliigel aufweist, die von
`einem im Betrieb des Propellers urn eine Drehach-
`se rotierenden Drehzentrumsabschnitt des Propel-
`lers radial abstehen. Jeder Propellerfliigel besteht
`aus einem starren Material und ist derart stromungs-
`giinstig profiliert, dass er bei einer bevorzugten Dreh—
`richtung einen optimalen Schub erzeugt. Die Profilie—
`rung. auEert sich darin, dass von den einander ent-
`gegengesetzten Fliigelflachen jedes Propellerfliigels
`die in der Schubrichtu ng orientierte Fliigelflache kon-
`kav und die entgegengesetzt orientierte Fliigelflache
`konvex gewolbt ist. Um den Schub des Propellers
`beeinflussen zu konnen, lasst sich der Anstellwinkel
`der Propellerfliigel, der sogenannte Pitch, durch Ver-
`drehen der Propellerfliigel um ihre Langsachse ver-
`andern. Dies geschieht mittels einer Getriebeverbin-
`dung zwischen den Propellerfliigeln und einer zuge—
`ordneten Antriebswelle. Somit verandert sich der An-
`
`stellwinkel bei einer Anderung der Drehrichtung des
`Propellers. Der mit dieser Ausgestaltung verbundene
`konstruktive Aufwand ist erheblich und ist mit hohen
`Kosten sowie mit einem hohen Gewicht verbunden.
`
`[0003] Aus der WO 02/081906 A2 ist ein Gestal-
`tungselement fiir aero— oder hydrodynamische Bau—
`teile bekannt, das aus einem eine spezielle Form-
`gebung aufweisenden ebenen Zuschnitt gewonnen
`wird, der unter raumlicher Verformung zu dem ge—
`wiinschten Bauteil umgeformt wird.
`
`[0004] Die DE 72 43 851 U beschreibt ein Wurf-
`Flugspielzeug, das einen von einer kompakten Mas-
`se wegragenden langgestreckten diinnen Fliigel auf-
`weist. Die kompakte Masse und der Fliigel kénnen
`einstl'ickig aus Kunststoff gespritzt sein. Ferner wird
`eine Ausfiihrungsform mit einer den Fliigel rahmenar-
`tig umgebenden Verstarkungsrippe beschrieben, wo-
`bei innerhalb einer solchen rahmenartigen Verstar-
`kungsrippe liegendes Material membranartig diinn
`sein kann.
`
`[0005] In der DE 299 13 625 U1 ist eine Windkraftan-
`lage beschrieben, die iiber eine durch Windkraft an-
`treibbare Stromungsmaschine verfiigt, die einen als
`Rotor verwendeten Propeller aufweist, dessen Rotor—
`blatter ein innenliegendes Gerippe und eine darauf
`ruhende Bespannung aufweisen konnen.
`
`[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei-
`nen kostengiinstig und gewichtsparend aufgebauten
`Propeller zu schaffen, der bei beiden Drehrichtungen
`effizient betreibbar ist. Ferner soll(en) eine mit einem
`solchen Propeller ausgestattete Stromungsmaschine
`und/oder Antriebsmaschine vorgeschlagen werden.
`
`[0007] Zur Losung dieser Aufgabe ist bei einem Pro-
`peller der eingangs genannten Art vorgesehen, dass
`der Propellerfliigel eine auBere Rahmenstruktur auf-
`weist, die eine Rahmenoffnung umrahmt, die von ei-
`ner an der Rahmenstruktur fixierten biegeflexiblen
`Membran vorspannungsfrei bedeckt
`ist, wobei die
`die Rahmenoffnung bedeckende Membranflache der
`Membran grolser ist als die von der Membran bedeck-
`te Offnungsflache der Rahmenoffnung, sodass die
`Membran abhangig von der Drehrichtung des Propel-
`lers durch Zusammenwirken mit dem sie umgeben-
`den Medium unter Veranderung ihrer Gestalt in ein-
`ander entgegengesetzte Richtungen auswolbbar ist.
`
`[0008] Die Aufgabe wird ferner gelost durch eine
`Stromungsmaschine zur Fluidforderung, die mindes-
`tens ein durch eine Antriebsquelle in Rotation ver-
`setzbares Fluidforderelement aufweist, das von ei-
`nem in dem vorgenannten Sinne gestalteten Propel-
`ler gebildet ist. Eine solche Stromungsmaschine ist
`beispielsweise als Geblase oder als Ventilator ein-
`setzbar.
`
`[0009] Ferner wird die Aufgabe durch eine fluidge-
`triebene Stromungsmaschine gelost, die mindestens
`ein durch Fluidbeaufschlagung in Rotation versetzba-
`res Antriebselement aufweist, das von einem in dem
`vorgenannten Sinne ausgestalteten Propeller gebil-
`det ist. Eine solche Stromungsmaschine ist beispiels-
`weise als Windkraftmaschine zur Nutzung der Wind-
`energie ausgebildet, bei der der Propeller als Rotor
`eingesetzt wird.
`
`[0010] Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine
`Antriebsmaschine zur Schuberzeugung gelost, die
`mindestens ein mit einer Antriebsquelle gekoppel-
`tes Schuberzeugungselement aufweist, das von ei-
`nem in dem vorgenannten Sinne gestalteten Propel-
`ler gebildet ist. Eine solche Antriebsmaschine ist ins-
`besondere als Flugzeugantrieb oder als Schiffs- bzw.
`Bootsantrieb nutzbar.
`
`[0011] Der erfindungsgemaBe Propeller zeichnet
`sich durch ein drehrichtungsabhangig adaptives Be-
`triebsverhalten aus. Bei einer Nutzung als aktives
`Element ist der erzeugbare Schub bei beiden mog-
`lichen Drehrichtungen zumindest
`im wesentlichen
`gleich groB, ohne dass aktiv irgendwelche Verstell-
`malsnahmen hervorgerufen werden miissten und oh-
`ne die die Grundstruktur des mindestens einen Pro-
`
`pellerfliigels vorgebende auBere Rahmenstruktur in
`ihrer Formgebung und/oder in ihrem Anstellwinkel zu
`variieren. Der Propellerfliigel bildet mittels seiner bie-
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`geflexiblen Membran durch kraftemaBige Wechsel—
`wirkung mitdem ihn umgebenden Medium —zum Bei-
`spiel Luft oder eine Fliissigkeit — bei beiden Dreh-
`richtungen ein aerodynamisch effizientes Profil aus,
`so dass unabhangig von der Drehrichtung stets eine
`konkave Membranwolbung an der Schubseite bzw.
`Wirkseite und eine konvexe Membranwolbung an der
`abgewandten Membranseite vorliegt. Dadurch, dass
`sich die biegeflexible Membran ohne Vorspannung
`iiber die zugeordnete Rahmenoffnung hinweg er-
`streckt und die Membranflache der Membran grélSer
`gewahlt ist als die Flache der von der Membran be-
`deckten Rahmenoffnung, kann die Membran im Zu-
`sammenhang mit einem Drehrichtungswechsel des
`Propellers ihre Gestalt verandern und sich je nach
`Drehrichtung des Propellers mit Bezug zu der sie
`tragenden Rahmenstruktur automatisch in der glei—
`chen Richtung auswolben, in der die Stromungskraft
`auf sie einwirkt. Bei einem Drehrichtu ngswechsel des
`Propellers schlagt die wolbung der Membran augen—
`blicklich um. In Ermangelung aufwendiger mechani-
`scher MaBnahmen zur Realisierung derAdaption des
`Fltigelprofils lasstsich der erfindungsgemafie Propel-
`ler unabhangig von der Anzahl der Propellerfliigel mit
`geringem Kostenaufwand und geringem Gewicht um-
`setzen.
`
`[0012] Die Gestaltung der aulseren Rahmenstruktur
`ist prinzipiell beliebig. Der Kontun/erlauf kann partiell
`oder durchgangig gebogen sein und kann pro Pro-
`pellerfliigel zum Beispiel eine schlaufenartige Struk-
`tur haben. Moglich sind aber ebenso geradlinige Ab-
`schnitte der Rahmenstruktur, die abgerundet oder
`winkelig in andere Rahmenstrukturabschnitte iiber—
`gehen, wobei beispielsweise auch eine trapezformi-
`ge Rahmenstruktur realisierbar ist.
`
`[0013] Der Propeller lasst sich als aktives Element
`zur Schuberzeugung in einem gasformigen oderflus-
`sigen Medium einsetzen, beispielsweise bei einem
`Fluggerat oder bei einem Schwimmgerat. Dabei kann
`mittels einer Drehrichtungsumkehr eine Schubum-
`kehr und mithin eine prompte Bewegungsumkehr des
`Flug- bzw. Schwimmgerates herbeigeftihrt werden.
`
`[0014] Ein Einsatz als aktives Element ist insbeson-
`dere auch in der Klimatechnik vorstellbar, um klimati-
`sierende Luftstromungen zu erzeugen. Grundsatzlich
`kann der Propeller bei beliebigen Anwendungen als
`Forderelement zur Forderung gasférmiger oder fliis-
`siger Medien eingesetzt werden.
`
`[0015] Als passives Element ist der Propeller be-
`vorzugt als Antriebselement eines Generators zur
`Nutzung der Stromungsenergie von Wind und/oder
`Gewassern einsetzbar. Die selbstandige Adaption
`des Membranprofils an die Stromungsrichtung des
`die Rotation des Propellers hervorrufenden Mediums
`bietet hier die vorteilhafte Moglichkeit einer selbstan-
`
`digen Anpassung an die jeweilige Stromungsrich-
`tung.
`
`[0016] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
`gehen aus den Unteranspriichen hervor.
`
`[0017] Je nach gewiinschter Effizienz kann die
`Membran des Propellerfliigels die zugeordnete Rah-
`menoffnung nur zu einem Teil oder vollsténdig be-
`decken. In dem Bestreben nach einer bestméglichen
`Energieeffizienz wird bevorzugt eine Gestaltung ge-
`wéhlt, bei der die Membran die gesamte Rahmen-
`offnung bedeckt, wobei sie aber dem Grundsatz der
`Erfindung entsprechend insgesamt eine grolsere Fla-
`che aufweist als die Rahmenoffnung, so dass man
`nicht von einer Bespannung sprechen kann, sondern
`von einer ungespannten, biegeschlaffen Bedeckung,
`die je nach Drehrichtung eine Auswolbung der Mem-
`bran in der einen oder anderen Richtung beziiglich
`der Rahmenstruktur gestattet.
`
`[0018] Jeder Propellerfltigel hat eine beziiglich des
`im Betrieb des Propellers rotierenden Drehzentrums-
`abschnittes zumindest im Wesentlichen radial orien-
`
`tierte Langsachse. Dabei istjeder Propellerfliigel zur
`Optimierung des Wirkungsgrades bevorzugt mit einer
`in sich um die Langsachse tordierten oder verdrehten
`Formgebung versehen.
`
`[0019] Bei jedem Propellerfliigel definiert die éuBe-
`re Rahmenstruktur zweckméBigenNeise eine Rahme-
`nebene, die in sich um ihre Langsachse tordiert oder
`verdreht sein kann. Abhéngig von der Drehrichtung
`des Propellers ist die Membran durch die Reaktions-
`kraft des mit ihr kooperierenden Mediums zur einen
`Seite oder zur anderen Seite der Rahmenebene aus-
`
`ln Verbindung mit einer Drehrichtungsum-
`gewolbt.
`kehr des Propellers schlagt die Membran von der ei-
`nen zur anderen Seite um, wobei sie durch die Rah-
`menebene hindurchtritt.
`
`[0020] Als besonders effektiv hat sich eine dahinge—
`hende Auslegung des Propellerfliigels ergeben, dass
`der rechtwinkelig zur Rahmenebene gemessene Ab-
`stand zwischen der Rahmenebene und dem am wei-
`
`testen zu ihr beabstandeten Bereich der ausgewélb-
`ten Membran im Bereich von 5% bis 15% des gréB-
`ten Abstandes zwischen sich in einer Breitenrichtu ng
`des Propellerfliigels gegeniiberliegenden Léngshol-
`men der augeren Rahmenstruktur betrégt.
`
`[0021] Die Membran kann durchaus aus einem elas-
`tischen Material bestehen, beispielsweise aus Latex.
`ZweckmaBigerweise ist sie aber ungeachtet der in-
`harenten Biegeflexibilitat unelastisch. Auf diese Wei-
`se kann sie den an ihr angreifenden Stromungskraf-
`ten am besten widerstehen und ist eine direkte Kraft-
`
`Ubertragung zwischen der Membran und der diesbe-
`ziiglich steifen Rahmenstruktur gewahrleistet. Es ist
`auch vorteilhaft, wenn die Membran luftundurchlés-
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`sig ist, wenngleich sie zur Beeinflussung der erziel—
`baren Antriebswirkung durchaus auch eine gewisse
`Luftdurchlassigkeit aufweisen kann.
`
`[0027] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der
`beiliegenden Zeichnung naher erlautert. In dieser zei-
`gen:
`
`[0022] Bevorzugt hat die Membran einen einlagigen
`Aufbau. ZweCkmaBigerweise ist eine einzige Mem-
`bran in der von der Rahmenstruktur begrenzten Rah-
`menoffnung angeordnet.
`
`[0023] Als Material fiir die Membran empfiehlt sich
`sowohl Textilmaterial als auch Kunststoffmaterial wie
`auch Verbundmaterialien. Selbst diinne Metallfolien
`
`konnen bei entsprechender ReiBfestigkeit zur An-
`wendung gelangen.
`
`[0024] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist
`die Rahmenof‘fnung des Propellerflijgels an der
`dem Drehzentrumsabschnitt zugewandten Innensei—
`te durch den Rand einer bevorzugt einstijckig mit der
`Rahmenstruktur ausgebildete plattenformige Stabili—
`sierungswand begrenzt. Der von der Rahmenstru ktur
`umrahmte Bereich setzt sich hier zweckmaBigerwei-
`se aus der von der Membran bedeckten Rahmenoff-
`
`nung und einem durch die Stabilisierungswand be-
`grenzten Abschnitt zusammen.
`
`[0025] Insbesondere wenn mit hohen Belastungen
`der Membran zu rechnen ist, sieht eine vorteilhafte
`Ausgestaltung des Propellers vor, dass der Propel-
`lerfliigel zwei die Rahmenéffnung diesseits und jen-
`seits iiberbriickende gitterartige Stiitzstrukturen auf-
`weist, die zueinander beabstandet sind und zwischen
`denen sich die biegeflexible Membran befindet. Je
`nach Drehrichtung kann sich die Membran im ausge-
`wolbten Zustand an der einen oder an der anderen
`
`Stiitzstru ktur abstiitzen. Der Gitteraufbau gewéhrleis—
`tet, dass das Strémungsmedium ungeachtet des Vor—
`handenseins der StUtzstruktur in der gewiinschten
`Weise mit der Membran zusammenwirken kann.
`
`[0026] Die aufsere Rahmenstruktur kann insgesamt
`starr sein. Als vorteilhaft wird es jedoch angesehen,
`wenn sie [iber biegeelastische Eigenschaften verfiigt,
`wobei die Biege-Widerstandsfahigkeit allerdings aus-
`reichend grols ist, um im Betrieb des Propellers durch
`die einwirkenden Stromungskrafte nicht oder nur ge-
`ringfiigig elastisch verbogen zu werden. Die Biege—
`elastizitat der Rahmenstruktur hat den Vorteil einer
`
`Naohgiebigkeit bei einer unbeabsichtigten Kollision
`mit Hindernissen, seien es Gegenstande oder auch
`menschliche GliedmaBen. Mithin wird Verletzungen
`und/oder Beschadigungen vorgebeugt. Es hat sich
`auBerdem erwiesen, dass eine biegeelastische Rah-
`menstruktur die Geréuscharmut des Propellers im
`Einsatz begiinstigt. Die Rahmenstruktur kann bei—
`spielsweise aus Kunststofimaterial oder aus Metall,
`insbesondere aus Draht bestehen.
`
`1 ein erfindungsgemai3er Propeller be-
`[0028] Fig.
`vorzugten Aufbaus in einer Seitenansicht mit Blick-
`richtung gemaB Pfeil | aus Fig. 2, wobei die in mit ei-
`ner durchgezogenen Linienschraffur versehene, un-
`terhalb der Drehachse liegende Membran zum Be-
`trachter hin ausgewolbt und die oberhalb der Mittelli-
`nie angeordnete, mit einer gestrichelten Linienschraf-
`fur versehene Membran vom Betrachter weg ausge-
`wélbt ist,
`
`in einer Vor-
`[0029] Fig. 2 den Propeller aus Fig. 1
`deransicht mit Blickrichtung gemals Pfeil || aus Fig. 1,
`wobei wiederum durch eine durchgehende Linien-
`schraffur die zum Betrachter hin ausgewdlbte Mem-
`bran und mittels einer gestrichelten Linienschraffur
`die vom Betrachter weg ausgewolbte Membran ge-
`kennzeichnet ist,
`
`[0030] Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemaB Schnitt-
`Iinie |||-||| aus Fig. 2, wobei
`insgesamt eine An-
`triebsmaschine zur Schuberzeugung illustriert ist, de-
`ren den Propeller rotativ antreibende Antriebsquelle
`strichpunktiert angedeutet ist, und
`
`[0031] Fig. 4 in einer mit Fig. 2 vergleiohbaren Vor-
`deransicht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltu ng
`des Propellers, dessen Propellerfliigel zusatzlich mit
`gitterartigen Stiitzstrukturen fiir die Membran ausge-
`stattet sind, wobei zur Vereinfachung nur ein Propel-
`lerfliigel gezeigt ist.
`
`[0032] Aus der Zeichnung ist ein insgesamt mit Be-
`zugsziffer 1 bezeichneter Propeller ersichtlich, der
`ausgebildet ist, um bei seinem Betrieb um eine strich-
`punktiert angedeutete Drehachse 2 zu rotieren. Ei-
`ne Besonderheit des Propellers 1 besteht darin, dass
`er fiir eine Drehbewegung 3 in einander entgegen-
`gesetzten Richtungen geeignet ist, wobei die Effizi-
`enz in den beiden einander entgegengesetzten ers-
`ten und zweiten Drehrichtungen 3a, 3b gleich gut ist.
`Der Grund hierfiir ist ein adaptives, selbsteinstellen-
`des Verhalten der Propellerfliigel 4 des Propellers
`1, wobei sich das Fliigelprofil drehrichtungsabhangig
`selbsttétig einstellt.
`
`[0033] Der Propeller 1 hat einen beispielsweise als
`Nabe oder als Welle gestalteten Drehzentrumsab-
`schnitt 5 mit einer Langsachse 6, die mit der Dreh-
`achse 2 zusammenfallt. Von dem Drehzentrumsab-
`
`schnitt 5 ragen bei dem beispielhaften Propeller 1
`zwei Propellerfliigel 4 an einander diametral ent-
`gegengesetzten Umfangsseiten jeweils im Wesentli-
`chen in einer radialen Richtu ng weg, wobeijeder Pro-
`pellerfliigel 4 eine radial und insbesondere rechtwin-
`kelig zu der Drehachse 2 ausgerichtete Langsachse
`7 aufweist.
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`[0034] Soweit der Propeller 1 mit zwei oder mehr als
`zwei Propellerfliigeln 4 ausgestattet ist, sind die Pro-
`pellerfliigel 4 zweckmaBigerweise in gleicher winkel-
`mafiiger Verteilung rings um den Drehzentrumsab-
`schnitt 5 angeordnet. Der Propeller 1 kann aber auch
`[iber nur einen einzigen Propellerfliigel 4 verfiigen.
`
`zumindest geringfiigig tordiert oder verdreht ware, so
`dass auch die Rahmenebene 16 eine in sich tordier-
`
`te bzw. verdrehte Gestalt hat. Jeder Propellerfliigel 4
`hat zwei auf einander entgegengesetzten Seiten der
`Rahmenebene 16 liegende erste und zweite FlUgel-
`seiten 4a, 4b.
`
`[0035] In einem bevorzugten Anwendungsfall, der in
`Fig. 3 illustriert ist, wird der Propeller 1 als Schuber-
`zeugungselement genutzt, wobei er mit einer zur Er-
`zeugung der Drehbewegung 3 dienenden Antriebs-
`quelle 8 in Antriebsverbindung steht. Die Antriebs-
`quelle 8 ist insbesondere ein Elektromotor oder Ver-
`brennungsmotor.
`lnsgesamt ist der Propeller 1 so-
`mit Bestandteil einer zur Schuberzeugung dienen-
`den Antriebsmaschine 12, die in Verbindung mit Flug-
`apparaten oder Schwimmapparaten aber auch mit
`Landfahrzeugen zur Fortbewegung einsetzbar ist.
`Die Antriebsquelle 8 oder ein zwischen der Antriebs—
`quelle 8 und den Propeller 1 eingeschaltetes Getrie-
`be ist in der Lage, wahlweise die erste Drehrichtung
`3a oder die zweite Drehrichtung 3b des Propellers 1
`vorzugeben.
`
`[0036] Anstatt zur Schuberzeugung, die eine Fortbe-
`wegung bezweckt, kann die illustrierte Antriebsma-
`schine 12 auch als Stromungsmaschine zur Fluid-
`forderung genutzt werden, wobei der Propeller 1 als
`Fluidforderelement eingesetzt wird, dessen Rotation
`je nachdem, urn welches Medium es sich handelt, ei-
`ne Gasstromung oder Flflssigkeitsstromung hervor-
`rufen kann.
`
`[0037] Ein weiteres Anwendungsfeld des Propellers
`1 ist derjenige als Bestandteil einer fluidgetriebenen
`Stromungsmaschine 12a, deren sohematischer Auf—
`bau demjenigen aus Fig. 3 entsprechen kann, wo-
`bei die Antriebsquelle 8 beispielsweise durch einen
`Generator 8a oder durch eine sonstige Stromungs—
`energieverwertungseinheit ersetzt wird. Hier wird die
`Drehbewegung 3 des Propellers 1 durch ein die Pro-
`pellerfliigel 4 beaufschlagendes Medium hervorge—
`rufen, beispielsweise durch eine Gewasserstromung
`oder durch Windkraft.
`
`[0038] Jeder Propellerfliigel 4 verfl'igt [iber eine die
`randseitige AuBenkontur des Propellerfliigels 4 vor-
`gebende aufiere Rahmenstruktur 13. Die Rahmen-
`struktur 13 hat einen inneren Endbereich14, mit dem
`sie an dem Drehzentrumsabschnitt 5 angeordnet ist,
`und einen in der Achsrichtung der Langsaohse 7 von
`dem Drehzentrumsabschnitt 5 wegweisenden auBe-
`ren Endbereich 15.
`
`[0039] Durch die Rahmenstruktur 13 wird eine Rah-
`menebene 16 des Propellerfliigels 4 definiert, die sich
`zwischen dem inneren Endbereich 14 und dem au—
`
`Beren Endbereich 15 erstreckt. Bevorzugt ist der Pro-
`pellerfliigel 4 so ausgebildet, dass er eine Formge—
`bung hat wie wenn er um seine Langsachse 7 in sich
`
`In der abgebildeten bevorzugten Ausfijh-
`[0040]
`rungsform setzt sich die auflere Rahmenstruktur 13
`des Propellers 1 aus einer in sich bevorzugt einstij-
`ckigen Holmeinheit 17 zusammen. Die Holmeinheit
`17 hat zwei Langsholme 17a, 17b, die jeweils ei-
`nenends an dem Drehzentrumsabschnitt 5 befestigt
`sind und sich ausgehend von dort, also beginnend an
`dem inneren Endbereich 14, in Richtung zu dem au-
`Eeren Endbereich 15 nach auBen erstrecken, wobei
`sie an dem aul3eren Endbereich 15 mittels eines au-
`
`Beren Abschlussholmes 17c ineinander Ubergehen.
`Bevorzugt sind die Langsholme 17a, 17b und der
`Abschlussholm 17c einstiickig miteinander ausgebil-
`det. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Holmeinheit
`17 in ihrem Langsverlauf gebogen ist, was sich beim
`Ausfl'ihrungsbeispiel darin aufiert, dass sowohl die
`beiden Langsholme 17a, 17b eine zumindest leichte
`Kriimmung haben als auch der Abschlussholm 17c
`einen bogenférmigen Verlauf hat, wobei er allerdings
`wesentlich starker gekrflmmt ist als die beiden Langs-
`holme17a, 17b.
`
`[0041] Die beiden Langsholme 17a, 17b definieren
`die Langskanten des Propellerfliigels 4. Der Abstand
`zwischen den beiden Langsholmen17a, 17b definiert
`die Breite des Propellerfliigels 4, die sich zwischen
`dem inneren Endbereich 14 und dem auBeren End-
`bereich 15 verandern kann.
`
`[0042] Jede aulsere Rahmenstruktur 13 umrahmt
`eine Rahmenoffnung 18, die den Propellerfliigel 4
`rechtwinkelig zu der Rahmenebene 16 durchsetzt
`und vorbehaltlich einer noch zu beschreibenden
`
`Membran 22 zu den beiden Fliigelseiten 4a, 4b hin
`offen ist. Man kann sich die Rahmenoffnung 18 als ei-
`ne Durchbrechung des Propellerfltigels 4 vorstellen.
`
`[0043] Die Rahmenoffnung 18 erstreckt sich [iber ei-
`ne Flache hinweg, die als Offnungsflache bezeich-
`net sei. Beim Ausfijhrungsbeispiel ist die Rahmenoff-
`nung 18 entlang des gréBten Teils ihres Umfanges
`von der Rahmenstruktur 13 bzw. von der Holmein-
`
`heit 17 begrenzt, insbesondere an ihren in der Brei-
`tenrichtung des Propellerfliigels 4 einander gegen-
`iiberliegenden Langsseiten und an ihrer dem auBe-
`ren Endbereich 15 zugeordneten AulSenseite. An der
`dem Drehzentrumsabschnitt 5 zugewandten lnnen-
`seite ist die Rahmenoffnung 18 beim Ausfiihrungs-
`beispiel durch den Rand einer plattenformigen Stabi-
`lisierungswand 23 begrenzt, die sich ausgehend von
`dem Drehzentrumsabschnitt 5 zwischen den beiden
`
`Langsholmen17a,17b ein Stiick weit in Richtung des
`auBeren Endbereiches 15 erstreckt und mit einem in
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`Richtung zu dem auEeren Endbereich 15 weisende
`augeren Abschlussrand 24 endet, der in die beiden
`Langsholme 17a, 17b iibergeht.
`
`— dies trifft beim Ausfiihrungsbeispiel auf die Stabili-
`sierungswand 23 zu — ist die Membran 22 an diesem
`Bestandteil angebracht und dadurch wiederum — in-
`direkt — an der Rahmenstruktur 13 fixiert.
`
`[0044] Insofern nimmt beim Ausfiihrungsbeispiel die
`Rahmenoffnung 18 nur einen Anteil der von der Rah-
`menstruktur 13 insgesamt umrahmten Flache ein.
`Der verbleibende Anteil ist durch die bevorzugt starr
`ausgebildete Stabilisierungswand 23 bedeckt bzw.
`verschlossen.
`
`[0045] Bei einem nicht gezeigten Ausfiihrungsbei-
`spiel belegt die Rahmenoffnung 18 die gesamte von
`der Rahmenstruktur 3 umrahmte Flache.
`
`[0046] Die gesamte Rahmenéffnung 18 eines jeden
`Propellerfliigels 4 ist von der schon angesprochenen
`Membran 22 bedeckt. Diese Membran 22 hat bie—
`
`geflexible Eigenschaften und ist peripher, bevorzugt
`durchgangig, an der Rahmenstruktur 13 fixiert. Ein
`wesentlicher Punkt ist der, dass die Membran 22 die
`Rahmenoffnung 18 nicht unter Vorspannung stehend
`abdeckt, sondern in einem biegeschlaffen Zustand.
`Mit anderen Worten wird die Rahmenoffnung 18 bei
`Nichtgebrauch des Propellers 1 von der Membran 22
`vorspannungsfrei bedeckt.
`
`[0047] Die vorstehend enNahnten Gegebenheiten
`resultieren daraus, dass die Membranfléche der
`Membran in demjenigen Bereich, in dem sie die Rah-
`menoffnung 18 bedeckt, insgesamt groBer ist als die
`von der Membran 22 bedeckte Offnungsflache der
`Rahmenoffnung 18. Stellt man sich die Membran 22
`isoliert vor und in einem eben ausgebreiteten Zu-
`stand, so ist die von ihr eingenommene Flache gro-
`Ber als die Flache der Rahmenoffnung 18.
`
`[0048] Ein gespannter Zustand der Membran 22
`stellt sich folglich nur dann ein, wenn die Membran
`22 bezogen auf die Rahmenebene 16 entweder zu
`der ersten FIiigeIseite 4a oder zu der zweiten Flu-
`gelseite 4b ausgewolbt ist. Ein solcher ausgewolb-
`ter Betriebszustand ergibt sich dann, wenn auf eine
`der beiden einander entgegengesetzten Membranfla-
`Chen der Membran 22 eine aus dem Zusammenwir—
`
`ken mit einem den Propeller 1 umgebenden gasformi-
`gen oder fliissigen Medium resultierende Mediums-
`kraft einwirkt.
`
`[0049] ZweokméBigerweise ist die Membran 22 ent-
`Iang ihres gesamten Randbereiches an der Rahmen-
`struktur 13 befestigt. Soweit die Rahmenoffnung 18
`direkt von der Rahmenstruktur 13 begrenzt ist, ist die
`Membran 22 zweckmafsigerweise direkt an der Rah-
`menstruktur 13 fixiert. Dies gilt beim Ausfiihrungs-
`beispiel fiir die beiden Langsholme 17a, 17b und
`den Abschlussholm 17c. Soweit die Rahmenoffnung
`18 nicht direkt durch die Rahmenstruktur 13, son—
`dern mittels eines an der Rahmenstruktur 13 fixier—
`
`ten Bestandteils des Propellerfliigels 4 begrenzt ist
`
`[0050] Bei einem nicht illustrierten Ausfiihrungsbei-
`spiel bedeckt die Membran 22 nur einen Teilbereich
`der Rahmenéf‘fnung 18, wahrend ein weiterer Teilbe-
`reich der Rahmenoffnung 18 unbedeckt ist. Dadurch
`kann das den Propeller 1 umstromende Medium mit
`einem geringen Anteil durch den Propellerfliigel 4 hin-
`durchtreten. Es wird allerdings als zweckmaBiger an-
`gesehen, die Rahmenéffnung 18 mittels der Mem-
`bran 22 komplett zu verschlieBen.
`
`[0051] Alle Figuren zeigen den Propeller 1 im Be-
`trieb wahrend einer Drehbewegung 3.
`In Fig. 3 ist
`in durchgezogenen Linien illustriert, wie die Membra-
`nen 22 der diversen Propellerfliigel 4 bei einer in
`der ersten Drehrichtung 3a stattfindenden Drehbe-
`wegung 3 zu jeweils einer der beiden FIUgeIseiten
`4a, 4b ausgewolbt sind. In strichpunktierten Linien ist
`die entgegengesetzte Profilierung der Membranen 22
`angedeutet, die sich bei entgegengesetzter zweiter
`Drehrichtung 3b einstellt. Jeder Drehrichtungswech-
`sel des Propellers 1 ist mit einem einmaligen ,,Um-
`schlagen” der Membranen 22 zwischen den beiden
`Fliigelseiten 4a, 4b verbunden, wobei jede Membran
`22 durch die Rahmenoffnung 18 im Bereich der Rah-
`menebene 16 hindurchtritt. In Fig. 3 sind die zugeord-
`neten Umschlagbewegungen 25 durch Doppelpfeile
`illustriert.
`
`[0052] Es ist zu erkennen, dass eine jeweilige Mem-
`bran 22 im ausgewolbten Zustand aufderjenigen Flii-
`gelseite 4a oder 4b, die dern zu verdrangenden oder
`dem antreibend wirkenden Medium zugewandt ist, ei-
`ne konkave wolbung aufweist. Auf der entgegenge-
`setzten FIUgeIseite 4b oder 4a stellt sich dabei gleich-
`zeitig eine konvexe wolbung ein.
`
`[0053] Bevorzugt hat die Membran 22 durchweg die
`gleiche Wandstarke.
`
`[0054] Wie sich gezeigt hat, arbeitet der Propeller 1
`besonders effizient, wenn der rechtwinkelig zur Rah-
`menebene 16 gemessene Abstand ,,A” zwischen der
`Rahmenebene 16 und dem am weitesten zu ihr be-
`
`abstandeten Bereich der ausgewolbten Membran 22
`zumindest im wesentliohen im Bereich von 5% bis
`
`15% des groISten Abstandes ,,B” zwischen den sich
`in der Breitenrichtung des Propellerfliigels 4 gegen-
`iiberliegenden Langsholmen 17a, 17b der Rahmen-
`struktur 13 betragt.
`
`[0055] Die Membran 22 des Ausfiihrungsbeispiels
`besteht aus einem folienartig dUnnen Kunststoff—
`material. Sie ist zweckmaBigerweise unelastisch
`und vorzugsweise auch qutundurchlassig. Bei ei-
`nem nicht gezeigten Ausfflhrungsbeispiel besteht die
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`Membran 22 aus einem Textilmaterial. Sie kann aber
`
`streben. Die Anzahl dieser Gitterstreben kann auch
`
`eine andere sein. Es besteht auch die Méglichkeit,
`die Stiitzstrukturen 25 jeweils nach Art eines Kreuz-
`gitters zu gestalten.
`
`[0063] Der erfindungsgeméilSe Propeller 1 zeichnet
`sich durch ein adaptives Verhalten aus, das gleicher—
`maBen Schub in beide Wirkrichtungen erlaubt. In je-
`der Wirkrichtung bildet die Membran 22 selbsttétig
`allein auf der Basis der auf sie einwirkenden Stré-
`
`mungskréfte ein optimal effizientes Profil aus. Zu-
`sétzlich zur Féhigkeit der Adaption ist der Propel-
`ler 1 des Ausfflhrungsbeispiels aufgrund seiner fle-
`xiblen, nachgiebigen Konstruktion gefahrlos und ge-
`réuscharm einsetzbar. Dabei vermag er selbst bei re-
`lativ Iangsamer Rotationsgeschwindigkeit einen ho-
`hen Mediendurchsatz zu leisten.
`
`auch [iber gummielastische Eigenschaften verfiigen,
`wobei sie zweckméfiigenNeise aus Latex besteht.
`
`[0056] Bevorzugt ist der Membranaufbau einlagig,
`womit ein besonders geringes Gewicht und eine op-
`timale Biegeflexibilitét verbunden ist.
`
`[0057] Vorzugsweise ist die Membran 22 mittels ei-
`ner Klebeverbindung an der Rahmenstruktur 13 be-
`festigt. Die Membran 22 kann mit einem Randbereich
`um die sie umrahmenden Abschnitte der Rahmen-
`
`struktur 13 herumgelegt werden, um einen bestmég—
`lichen Halt zu gewéhrleisten. Andere Befestigungsar—
`ten sind ebenfalls méglich.
`
`[0058] Die éulsere Rahmenstruktur 13 des Propeller-
`fliigels 4 kann in sich starr sein. Zur Vermeidung von
`Verletzungen und/oder Beschédigungen bei Kollisio—
`nen mit Fremdkérpern oder GliedmaBen von Perso—
`nen, ist es allerdings vorteilhaft, wenn die Rahmen-
`struktur 13 [iber eine gewisse Biegeelastizitét verfiigt.
`Letztere ergibt sich beispielsweise dadurch, dass die
`Holmeinheit 17 aus einem gebogenen Metalldraht
`oder aus einem diinnen, gebogenen Kunststoffmate—
`rialstrang besteht.
`
`[0059] Insbesondere in Verbindung mit einer biege—
`elastischen Rahmenstruktur ist die beschriebene In-
`
`tegration einer zusétzlichen Stabilisierungswand 23
`in den von der Rahmenstruktur 13 umrahmten Be-
`
`reich von Vorteil. Dadurch behéltjeder Propellerfliigel
`4 trotz verformbarer Rahmenstruktur 13 die fiir den
`
`Betrieb erforderliche Gesamtsteifigkeit.
`
`[0060] Insbesondere wenn auf die Membran 22
`durch das mit ihr interagierende Medium hohe Kréf—
`te einwirken und/oder wenn die Rahmenéffnung 18
`eine sehr grolSe zu bedeckende Offnungsfléche hat,
`kann es vorteilhaft sein, den Propellerfliigel 2 zusétz—
`Iich zu der Rahmenstruktur 13 mit gitterartigen Stiitz—
`strukturen 25 auszustatten, an die sich die Membran
`22 in ihren beiden ausgewélbten Betriebszusténden
`anlegen kann, um eine Abstiitzung zu erfahren. Eine
`entsprechende Ausgestaltung ist in Fig. 4 illustriert.
`
`[0061] Der Propellerfliigel 4 verfiigt hier insbesonde—
`re Uber zwei solcher gitterartiger Stiitzstru