Strömungsgeführte Resonanzturbine
 
Unter der Nummer P 44 40 241 wurde uns am 22.11.1995 das Deutsche Patent für eine neuartige Turbine erteilt.

Die Besonderheiten dieser Turbine sind, dass
- der Rotor durch die Düsenströmung geführt wird und die Turbine im Betrieb keine weitere Lagerung benötigt,
- im Rotor ein eigenerregter Generator ohne Komutator und ohne weitere Lagerung montierbar ist,
- die Turbine schwebungsfrei beschleunigt,
- bei Reduzierung des Betriebsdrucks bremst.
- die Einzelteile keine Hinterschneidungen besitzen und auf marktüblichen Werkzeugmaschinen kostengünstig herstellbar sind,
- dadurch die Teile der Turbine auch aus dielektrischen Werkstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt werden können,
- der Antrieb durch flüssige oder gasförmige Medien erfolgen kann,
- die Turbine im Bereich eines Luftspaltes zwischen 0,05 mm und 0,5 mm keine wesentliche Leistungsdifferenz aufweist,
- das gesamte System sehr fehlertolerant ist.

Die folgenden Bilder zeigen Details eines Ausführungsbeispiels mit einer Kurzbeschreibung der Einzelteile. Die Abbildungen wurden mit Autocad realisiert.
Im Anschluss finden Sie einige Fotos der Funktionsmodelle.
Die Bauweise der Turbine ist sehr kompakt. Die Baugruppen sind symmetrisch und gegen einen, mit Abflussöffnungen versehenen Ring verschraubt.Der Generator wird entweder im Innenbereich des Rotors montiert oder an eine Abtriebswelle angekoppelt.
Pro Bauteil sind zwei bis drei Passflächen / -durchmesser vorhanden, die bei der Herstellung als Gussteile spanend nachbearbeitet werden müssen
Das nebenstehende Schnittmodell zeigt die Düsenkanäle mit angekoppelten Resonatoren.Bei Bewegung des Rotors werden die Düsen abwechselnd vom Rotor verschlossen und freigegeben.
Zum Start und zur Landung des Rotors können optional Trägerdüsen eingebaut werden, die mit dem Antriebsmedium betrieben werden können und ein Aufliegen oder Berührung des Rotors mit den Düsen verhindern.
Dadurch baut sich in der Düse und dem dahinterliegenden Kegel- oder keilförmigen Resonator eine stehende Welle auf, die im Resonanzfall zu einer Erhöhung der Düsengeschwindigkeit führt.
Wir haben einige Funktionsmuster hergestellt und suchen Partner für die Herstellung und den Vertrieb des Systems. Das Konzept der Turbine ist zum Beispiel für folgende Anwendungen modifizierbar.
- Rotordurchmesser 160 - 180 mm Durchmesser, 20 - 30 TD u/min, Leistung ca. 1 kW bei 5 bar Betriebsdruck zur Versorgung von USV oder für Dauerbetrieb.
(Herstellung abhängig vom Einsatz als Kunststoff- oder Metall-Gussteile mit Nachbearbeitung der Passflächen).
- Rotordurchmesser 50 - 60 mm, 10 - 250 TD u/min mit Fliehkraftspannung zum Einsatz auf Werkzeugmaschinen. (Herstellung abhängig vom Einsatz als Automatenteile aus Al, Kunststoff oder Verbundwerkstoff).
- Rotordurchmesser 12 - 30 mm, bis ca. 25 kHz, (abhängig vom verwendeten Werkstoff), für FK-NMR-Spektroskopie. (Herstellung aus Siliziumnitrid oder teilstabilisiertem Zirkonoxyd).
-Rotordurchmesser 1 - 5 m zur Anwendung bei Niederdruck. (Herstellung als Blechkonstruktion mit Düsenköpfen aus Gussteilen.


Die folgenden Bilder zeigen die Funktionsmodelle.
Das erste Funktionsmodell wurde aus einigen Aluminiumteilen aus der Schrottkiste hergestellt. Die Düsenaufbauten, drei auf jeder Seite waren auswechselbar und mit einem relativ steilen Winkel von 60° eingebaut.
Gegen alle Erwartungen traten beim Start keinerlei Probleme auf.
Die Turbine läuft schwebungsfrei über den gesamten Druckbereich zwischen 0,1 und 5 bar.In diesem Gehäuse wurden Rotoren mit unterschiedlicher Teilung und grösseren Fehlern in der Teilung erprobt. Dabei traten keinerlei Probleme auf.
Rotoren
Um die Grenzen auszuloten haben wir eine Reihe Rotoren mit unterschiedlicher Anzahl, Grösse und Teilung der Antriebstaschen hergestellt.
Das Bild zeigt einige Varianten des Rotors. Grundsätzlich sind die Antriebsflansche und die Rotoren austauschbar.
Der Unterschied zwischen einer kleinen und einer grossen Teilung der Antriebstaschen liegt in der Laufcharakteristik.
Bei einer grossen Teilung, (wenige Taschen), erfolgt ein kompletter Verschluss der Düse und damit eine entsprechend starke Resonanzüberhöhung im Resonator hinter der Düse, verbunden mit entsprechendem Lärm.
Bei einer kleinen Teilung, (wenige Taschen), sind Resonanzüberhöhung und Laufgeräusche wesentlich geringer.

Um die Ergebnisse vorweg zu nehmen, sämtliche Rotoren, auch ohne Antriebstaschen oder mit fehlerhafter Teilung funktionierten.
2. Funktionsmodell

Durch die Ergebnisse ermutigt, wurde ein weiteres Funktionsmodell in Angriff genommen.


 
   
Das zweite Funktionsmuster war bisher über 200 h mit Wasser im Einsatz, ohne das an den, aus Aluminium hergestellten Turbinenteilen ein Verschleiss erkennbar ist.Die Ausführung besitzt beidseitig des Rotors drei runde Düsen mit 2 mm Durchmesser.

Bei diesem Modell war im Betrieb die Schwingung der Leitung bei Berührung mit dem Finger deutlich wahrnehmbar. Ebenso die Lärmabhängigkeit der Teilung und Antriebstaschengrösse.
Trotzdem kein Teil der Turbine ausgewuchtet ist, kann das Gerät bei einem Druck von 5 bar und etwa 20.000 u/min mit zwei Fingern gehalten werden.
3. Funktionsmodell

Nach den bisherigen Ergebnissen wurde das dritte Funktionsmodell in Angriff genommen, bei dem versucht wurde, einen einfachen Generator zu integrieren.

Das dritte Funktionsmuster im montierten Zustand. Die Gewinde der Gehäuseverschraubungen die die Turbine zusammenhalten sind im mittleren Ring,
Das dritte Funktionsmuster geöffnet. Diese Ausführung besitzt beidseitig des Rotors fünf rechteckige Düsen mit einem Querschnitt von 4 x 1 mm.
Das dritte Funktionsmuster als Schnittmodell. In der Öffnung des Rotors ist ein kleiner Generator eingebaut.
Die Charakteristik dieses Modells ist mit den beiden ersten Modellen vergleichbar. Hier wurde versucht, die Einzelteile schon relativ fertigungsnah zu definieren. Gleichzeitig wurde die Notwendigkeit erkannt, bei grösseren oder gasbetriebenen Turbinen ein Hilfslager für Start und Landung des Rotors einzusetzen. Gleichzeitig müssen die Erregermagnete im Rotor gegen die Wicklung zentriert werden. Soviel zum derzeitigen Stand.

Wir werden die Seite zu gegebener Zeit aktualisieren und würden uns über Kritik und Anregungen freuen.