Drehmoment-Wandler
Der Antrieb erfolgt z.B. durch einen Verbrennungsmotor, wobei das ganze Gehäuse einer Pumpe P (hellgrün) in Drehung versetzt wird. Die Schaufeln (dunkelgrün) dieser Pumpe fördern Öl von innen nach außen. Diese Strömung wird durch Schaufeln einer Turbine T (rot) umgelenkt und die Drehbewegung über die Abtriebs-Welle weiter gegeben. Das Fluid wird durch Schaufeln eines Leitrads (L) wieder in ursprüngliche Richtung gelenkt. Beim Anfahren steht das Leitrad still und durch die scharfe Umlenkung ergibt sich Rückstau, woraus erhöhtes Drehmoment resultiert. Im Bild rechts ist dieser ´verschlungene Weg´ des Fluids F (blau) skizziert. Im laufenden Betrieb jedoch dreht das Leitrad mit, so dass praktisch die Pumpe, das Öl, die Turbine und das Leitrad gleichsinnig und fast gleich schnell um die Systemachse drehen. Ähnlich ist der Bewegungsablauf in folgenden Ring-Wirbel-Maschinen, allerdings wird dabei Strömung nicht durch Druck sondern Sog-Effekte generiert.
Ring-Wirbel
Bei B ist schematisch ein Schnitt durch den oberen Teil des Rings skizziert mit der prinzipiellen Bewegung von innen nach außen im Bereich der Pumpe P und der Bewegung von außen nach innen im Bereich der Turbine T.
Bei C ist ein Schnitt durch den unteren Teil des Rings skizziert. Das Fluid bewegt sich außen schneller im Raum als innen und außen ist zudem der Umfang länger. Darum ist hier schematisch angezeigt, dass die schnelle Fluidströmung außen nur relativ wenig Querschnittsfläche beansprucht. Wenn die Strömung verzögert wird und zum kürzeren inneren Umfang geführt wird, muss die Querschnittsfläche entsprechend erweitert werden zu einem breiteren ´Kanal´. Erst im Zuge erneuter Beschleunigung und nach außen hin wird der Kanal wieder schmaler anzulegen sein.
In dieser Animation sind vier Punkte des Fluids hervor gehoben, die sich synchron auf vorigen Bahnen bewegen, einerseits beschleunigt (rot) und andererseits jeweils verzögert (blau). Synchron dazu bewegt sich aber alles Fluid neben diesen Punkten und ebenso weiter vorn oder weiter hinten auf diesen Bahnen.
Spiralig gewundene Kanäle
Dieser Ring-Sektor von 90 Grad ist bei F noch einmal gezeichnet, hier allerdings als gerader Zylinder F. An seinem Umfang sind je ein blauer und ein roter Abschnitt voriger Bahn markiert. Darunter ist eine Abwicklung dieses Mantels gezeichnet mit dem Bereich der Pumpe G und dem Bereich der Turbine H. Der gewünschte Bahnverlauf um diesen Zylinder bzw. obigen Ring würde erzwungen, wenn senkrecht auf der Oberfläche Leitbleche installiert würden exakt entlang dieser Bahnen.
Voriger Zylinder F ist als ´Bewegungskern´ (hellrot) in dieser Maschine wieder als Ring anzuordnen, wobei die Distanz zur Pumpe und Turbine so zu wählen ist, dass oben angesprochene Querschnittsflächen zustande kommen. Obiges Bewegungsmuster wird erreicht, wenn um diesen Ring-Kern F herum Schaufeln S (hellblau) mit diesem gekrümmten Verlauf angelegt werden. Die Schaufeln füllen praktisch den ganzen Raum zwischen diesem Ring-Kern, der Pumpe und der Turbine aus, so dass zwischen den Schaufeln Kanäle mit jeweils entsprechender Querschnittsfläche und entsprechendem Verlauf gebildet werden.
Im Bereich K streicht die Oberfläche der Pumpe P über die Kanäle hinweg, so dass per Haftreibung das Fluid auf dieser lang gestreckten Bahn nach außen beschleunigt wird. Im Bereich L sind die Kanäle weniger gestreckt bzw. weisen mehr in radiale Richtung, so dass das Fluid darin verzögert wird. Im Bereich K gleitet also die Pumpe entlang der Vorderkante der Schaufeln. Im Bereich L dagegen sind die Schaufeln fest verbunden mit der Turbine. Die Verzögerung der Strömung ergibt praktisch einen Schub auf die Schaufeln, der als Drehmoment an der Turbinenwelle verfügbar ist.
In diesem Bild unten links ist durch rote und blaue Kurven schematisch skizziert, wie die Schaufeln in der Maschine spiralig angeordnet sind. Alle Schaufeln sind mit der Turbine fest verbunden und auch der Ring-Kern ist damit fester Bestandteil der Turbine. Die Pumpe dagegen stellt im Prinzip nur diese halbkreisförmige Vertiefung dar, an deren Oberfläche per Haftreibung die Beschleunigung des Fluids erfolgt. Nach außen hin bewegt sich die Oberfläche schneller im Raum, die Strömung wird zunehmend beschleunigt, so dass der ´Tornado-Effekt´ wirksam wird (wie detailliert beschrieben in vorigen Kapiteln).
Keine hydraulische Kupplung
Beim Drehmomentwandler (und analog dazu bei einer hydraulischen Kupplung) rotiert auch das Pumpenrad mit fast gleicher Geschwindigkeit. Im Gegensatz dazu dreht hier die Pumpe sehr viel schneller. Wenn die Pumpe z.B. mit 6000 oder 12000 Umdrehungen rotiert, wird die Turbine z.B. nur 1500 Umdrehungen je Minute ausführen. Die Turbine sollte also nur ein Zehntel oder maximal ein Viertel der Pumpen-Geschwindigkeit aufweisen, damit das Fluid innerhalb der Turbinen-Schaufeln (voriger Bereich L) mit wesentlich geringerer Fliehkraft nach außen drängt als im Bereich der Pumpe (voriger Bereich K).
Während beim Drehmomentwandler oder einer hydraulischen Kupplung die Drehung der Pumpe mittels Motor erfolgt, wird hier der Sog-Effekt der schnelleren Strömung als wesentliche Antriebskraft verwendet. Der mechanische Antrieb der Pumpe muss hier nur Haftreibung überwinden bzw. direkt nur eine dünne Grenzschicht beschleunigen. Dieser Antrieb wird vermutlich nur ein Zehntel des am Abtrieb anliegenden Drehmoments beanspruchen. Der wesentliche Teil des Drehmoments ergibt sich hier aus der autonomen Beschleunigung des Fluids von langsamer Strömung hin zur schnelleren (wie in vorigen Kapiteln mehrfach dargelegt).
Sog- und Druckschaufeln
In Bild 06.05.05 ist links ein Längsschnitt durch eine entsprechende Maschine dargestellt. Die Pumpe P (rot) weist wiederum diese rundum laufende Aushöhlung auf, in welcher nun aber die Sog-Schaufeln S (hellrot) angelegt sind. Entsprechende Form weist die Turbine T (blau) auf, in deren Aushöhlung gegenläufig abgestufte Druck-Schaufeln D (hellblau) angeordnet sind (Details siehe voriges Kapitel). Bei dieser Konzeption könnte der ringförmige Kern F vollkommen frei bleiben, so dass das Fluid sich frei bewegen kann.
In diesem Bild in der Mitte sind schematisch Querschnitte dargestellt, im linken Halbkreis die Pumpe und im rechten die Turbine. Jeweils die Kanten der Schaufeln sind durch Kurven eingezeichnet. Die Sogschaufeln S (rot) verlaufen hier beispielsweise in seinem Sektor von 60 Grad, während die Druckschaufeln D (blau) praktisch quer in der Aushöhlung der Turbine angeordnet sind.
Die Pumpe und Turbine müssen nicht unbedingt an axialer Ebene einander gegenüber stehen. Im Bild rechts ist z.B. eine alternative Anordnung skizziert, bei welcher die Pumpe nahe der Achse weiter nach rechts reicht und umgekehrt die Turbine das Fluid schon vor dem äußersten Radius weiter links entgegen nimmt. In jedem Fall wird bei dieser Konzeption ein Bewegungsmuster analog obigem gegeben sein mit Beschleunigung der Strömung von innen nach außen, einerseits weil das Fluid der zurückweichenden Wand der Sogschaufel folgt, zum andern aufgrund der Fliehkraft. Umgekehrt wird das Fluid an den Druckschaufeln der sehr viel langsamer drehenden Turbine verzögert und nach innen umgelenkt.
Zurück-greifender Sog
Es ist uns bewusst, dass Druck sich umgehend in einem Fluid ausbreitet. Bei herkömmlichen Druck-Pumpen wandert die Schaufel aber immer in den vor ihr aufgebauten Stau hinein, so dass großer Widerstand gegeben ist. Umgekehrt wandert die Sog-Seite der vorliegenden Pumpe immer vom generierten Sog-Bereich weg. Indem nachfolgende Partikel nur geringen Widerstand erfahren, fliegen diese hinterher und kommen ebenfalls nur verspätet und verzögert zurück. Genau so schnell wie Druck und ebenso unabdingbar breitet sich Sog aus, hier allerdings rückwärts im Drehsinn des Systems. Selbst diese relativ kleine Sog-Wände werden darum auch seitlich (hier oberhalb dieser Scheibe) und weit zurück in den Einlassbereich (hier also zur Achse hin) starken Sog bewirken. Daraus (und aufgrund Fliehkraft) ergibt sich Strömung von innen diagonal nach außen.
Umsetzung von Strömungsdruck
Bei den Drehmomentwandlern werden sowohl bei der Pumpe als auch bei der Turbine Druck-Schaufeln eingesetzt. Allerdings sind dort die Druck-Wände nicht senkrecht wie in diesem Bild angeordnet, sondern werden praktisch durch ´V-förmige Taschen´ gebildet (siehe z.B. obiges Bild 06.05.01). Auch hier könnte diese gängige Form als Turbine eingesetzt werden.
Als Pumpe jedoch wird eine ´rückwärts-laufende´ Druck-Pumpe kaum optimal sein, sondern die vorstehend beschriebene Sog-Pumpe mit ihren Hufeisen-Schaufeln die weit bessere Lösung sein. Natürlich bewirken auch diese Schaufeln einen gewissen Druck auf das Fluid, allerdings nur mit den flachen Seiten dieser Zähne. Die Beschleunigung der Strömung erfolgt aber per Haftreibung und im wesentlichen aufgrund autonomer Selbst-Beschleunigung.
Kavitation und Kälte
Bei jedem Aufprallen auf die zurückweichende Sog-Wand wird diese erwärmt, wobei dem Medium Wärme entzogen wird. Wenn die Pumpe diese Wärme nicht an die Umwelt abgeben kann, wird die Wärme umgehend an das Medium zurück übertragen.
Die Geschwindigkeit aller Partikel, die von der zurückweichenden Wand reflektiert werden, wird aber permanent reduziert, so dass das Medium tatsächlich abkühlt. Auch die Turbine weicht relativ zur Fluid-Strömung zurück, so dass auch dort keine Beschleunigung molekularer Geschwindigkeit auftritt. Während druck-ausübende Maschinen heiß werden, wird dieser Motor abkühlen. Anstelle von Nebenaggregaten wie Kühlrippen oder eines Kühl-Kreislaufes wird dieser Motor also ´Heizrippen´ bzw. einen Heiz-Kreislauf erfordern.
Nun wird vermutlich sofort die Analogie zur Wärmepumpe auffallen, die üblicherweise nur ein paar kW-Heizleistung zustande bringt. Hier aber ist diese Abkühlung nur ein Nebeneffekt, diese Maschine arbeitet nicht aufgrund Wärme-Entzug aus der Umwelt. Die Leistung dieser Maschine basiert vielmehr auf der latent existierenden kinetischen Energie molekularer Bewegung - und ein paar Liter Öl in diesem Motor enthalten mehr Energie als die stärksten Triebwerke der größten Flugzeuge an Schubkraft erzeugen können.
Ein Teil dieser Energie wird extern nutzbar indem per Sog geordnete Strömung generiert wird, also Bewegung nur nach Vektoren ´sortiert´ wird. Diese Strömungsenergie wird durch die Turbine umgesetzt in Drehmoment - dabei aber wird die molekulare Bewegungsenergie keinesfalls ´verbraucht´, sondern lediglich wieder zurück überführt in weniger geordnete Strömung, d.h. in Bewegung mit originärer chaotischer Verteilung der Vektoren.
Die relative Leere an der zurückweichenden Wand wirkt als Ordnungsfaktor und zufällig und autonom fallen dort hinein die Partikel und aufgrund der jeweils etwas längeren Distanz bis zur nächsten Kollision ergibt sich die Strömung. Dass dabei einige Partikel nur mit geringerer Geschwindigkeit reflektiert werden, ist sekundäre Erscheinung - und für den Dauer-Betrieb muss diese Wärmedifferenz aus der Umwelt wieder nach-gefüllt werden. Die Netto-Leistung dieser Motoren entspricht aber keinesfalls nur dieser relativen Abkühlung.
Doppel-Schaufelkranz
In Bild 06.05.07 ist links ein Längsschnitt dargestellt und rechts in Ausschnitten zwei Querschnitte. Die Pumpe P (rot) weist wiederum eine rundum laufend Aushöhlung auf, hier wieder mit halbkreisförmigem Querschnitt gezeichnet (wobei diese Kontur z.B. auch gestreckter sein könnte). Diese Wölbung könnte glatte Oberfläche aufweisen, vorteilhaft werden jedoch in dieser Wölbung vorige Hufeisen-Schaufeln S (hellrot) mit relativ niedrigen Sog-Wänden sein.
Dieser Ring F ist fest verbunden mit der Welle der Turbine T (dunkelblau) durch einige Speichen E (hellblau). Diese ´Speichen´ erfüllen die Funktion des Leitrads im Drehmomentwandler. Diese Speichen sind also Leitbleche bzw. Leitschaufeln, welche das Fluid diagonal-auswärts lenken, so dass es rechtwinklig zu den Sog-Schaufeln der Pumpe strömt.
Auch die Turbine hat wiederum eine rundum verlaufende Aushöhlung, die im Prinzip jedoch größeren Querschnitt hat, weil darin das Fluid (gelb) wieder langsamer nach innen strömt. Die durch die Pumpe generierte Strömung wird nur noch durch relative kurze Schaufeln D (hellblau) in Drehmoment umgesetzt. Diese Schaufeln sind zwischen dem Ringkern F und dem äußeren Teil der Turbine angeordnet. Zwischen den Schaufeln sollten durchaus Engpässe im Sinne von Laval-Düsen existieren, die extrem beschleunigte Strömung danach jedoch sofort umgelenkt werden, ziemlich steil in Richtung radial-einwärts (der Querschnitt dieses Schaufeln sollte z.B. einen Fisch mit zur Seite gekrümmter Schwanzflosse abbilden).
Die Turbine T besteht im Prinzip also aus einer Scheibe mit rundum laufender Aushöhlung, einem äußeren Schaufelrad D, dem ringförmigen Kern F, dem inneren Schaufelrad E sowie der Abtriebswelle. Das Fluid wird per Sogwirkung entlang der Pumpe P mit ihren Sogseiten S von innen nach außen auf lang gestreckter Bahn beschleunigt. Innerhalb des äußeren Schaufelkranzes wird die Strömung nochmals beschleunigt, möglicherweise auf Überschallgeschwindigkeit, und sofort danach scharf nach innen umgelenkt. Im relativ weiten Raum des Rücklaufs kann sich das Fluid frei bewegen, um anschließend wieder in Richtung der diagonalen Auswärtsbahn durch den inneren Schaufelkranz gelenkt zu werden.
Rechts im Bild ist schematisch ein Querschnitt durch die Pumpe P (rot) skizziert, darin markiert sind die Kanten der Sogseiten S sowie per gestricheltem Pfeil der generelle Weg der Strömung von innen nach außen. Ganz rechts ist schematisch der Querschnitt durch die Turbine T (blau) skizziert. Innen am Ringkern F zur Welle hin sind der Bereich der Leitschaufeln E und außerhalb davon der äußere Schaufelkranz D angelegt. Der gestrichelte Pfeil zeigt den generellen Weg des Rückflusses an.
In dieser Maschine steht dem Fluid somit auf seinem Weg von innen nach außen eine angemessene Querschnittsfläche zur Verfügung, wobei die Strömung nicht durch Kanäle behindert ist, sondern lediglich durch die zur Strömung quer stehenden Wände der Hufeisen-Schaufeln per Sog beschleunigt wird. Die Umsetzung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgt an großem Radius durch ´Düsen-Schaufeln´ mit bestmöglicher Effizienz. Danach kann sich das Fluid frei bewegen, bis es wieder in zutreffendem Winkel zur Pumpe gelenkt wird. Dieser Winkel muss natürlich angepasst sein an die Drehzahl-Relation von Pumpe und Turbine (wobei die Pumpe sehr viel schneller drehen wird). Nach dieser Konzeption müssten höchst wirkungsvolle Maschinen zu bauen sein.
Bauvarianten
Das Fluid (gelb) wird dort mehr verzögert und drückt darum mit weniger Fliehkraft nach außen. Die Strömung geht mehr über in chaotische Bewegung, weist somit höheren statischen Druck auf. Dieses Druckpotential wirkt durch die Leitschaufeln E hindurch und das Fluid wird somit in den Sogbereich entlang der Pumpe geschoben. Außerdem kann das Fluid entlang der Gehäusewand Wärme aufnehmen zum Ausgleich der systembedingten Abkühlung, besonders wenn dort ´Heiz-Rippen´ angeordnet werden.
In diesem Bild rechts ist dagegen eine Variante analog zu gängigen Drehmomentwandlern skizziert, indem hier die Turbine T (dunkelblau) einen rundum geschlossenen Zylinder darstellt. Auch die Pumpenwelle könnte z.B. durch eine hohle Turbinenwelle geführt werden, so dass dieser Zylinder nur an einer Seite Öffnungen aufweist.
Zugleich ist hier angedeutet, dass diese Maschine durch symmetrische Anordnung doppelte Leistung bei geringem Bauvolumen bieten kann. Die mittige Pumpe P (rot) weist dabei zwei Sogseiten auf, so dass insgesamt zwei gegenläufige Ringwirbel gebildet werden. Der Antrieb der Doppel-Pumpe kann über einen Elektro-Motor erfolgen, während die Doppel-Turbine den Antrieb eines Elektro-Generators darstellt.
Natürlich sind bei diesen Maschinen noch entsprechende Neben-Aggregate erforderlich und natürlich können nach diesen Prinzipien viele andere Varianten realisiert werden. Natürlich werden viele Untersuchungen und Experimente zu fahren sein, bis ein Optimum erreicht wird. Diese Konzeption aber bietet auf jeden Fall geeignete Basis eines runden und weitgehend hindernisfreien Fluid-Kreislaufs. Aus der unglaublich großen und praktisch unerschöpflichen kinetischen Energie, welche latent per normaler Molekularbewegung in ein paar Litern Öl existent ist, kann mit Sicherheit eine ausreichend große Leistung für externe Zwecke bereit gestellt werden. - Mit der Beschreibung dieser Prinzipien eines Ring-Wirbel-Motors habe ich meine Job erfüllt - den Rest müssen andere leisten.
In den vorigen Kapiteln wurde aufgezeigt, dass beschleunigte Fluidströmung relativ einfach mit geringem Kraftaufwand zu erreichen ist, entweder nur per Haftreibung an der Rotoroberfläche oder mittels zurückweichender Wand voriger Sogschaufeln. Die generierte Strömung kann auch relativ problemlos durch irgend eine Turbine in mechanisches Drehmoment umgesetzt werden. In vorigen Kapiteln wurde aber mehrmals festgestellt, dass in geschlossenen Systemen die Organisation des Rückflusses problematisch ist.
Es muss praktisch ein ausgewogener Kreislauf gegeben sein, um die Freie Energie der molekularen Bewegung optimal nutzen zu können. Zielsetzung dieses Kapitels ist nun die Konzeption einer Maschine mit einem ´runden´ und möglichst hindernisfreien Kreislauf. Als Vorbild kann der Bewegungsablauf eines Drehmomentwandlers dienen, dessen prinzipielle Bauweise in Bild 06.05.01 mittig schematisch dargestellt und dessen prinzipieller Bewegungsablauf wohl bekannt ist:
Eine andere bekannte Erscheinung kann als zweites Beispiel des gewünschten runden und geschlossenen Kreislaufs dienen: ein ´Rauchwirbel´, der nach seiner Ausbildung meterweit durch den Raum wandern kann unter Beibehaltung seines Bewegungsmusters. In Bild 06.05.02 ist ein ähnliches, ringförmiges Bewegungsmuster skizziert. Bei A ist zunächst eine diagonale Sicht dargestellt, wobei der Bahnverlauf im Hintergrund dünn und die Bahnabschnitte im Vordergrund dick gezeichnet sind.
Der rote Bereich stellt die Pumpe P dar, in welcher das Fluid beschleunigt wird. Dieser Bahnabschnitt ist im Drehsinn des Systems vorwärts gestreckt und beschreibt zudem eine halbkreisförmige Bahn nach außen um die Längsachse dieses Rings. Der blaue Bereich stellt die Turbine T dar, bei welcher das Fluid verzögert wird, d.h. die halbkreisförmige Bahn wieder zurück nach innen auf wesentlich kürzerer Distanz verläuft.
Bei D sind rot die lang gestreckten Kurven der Bahnabschnitte im Bereich der Pumpe und blau die kürzeren Bahnabschnitte im Bereich der Turbine eingezeichnet. Um den gesamten Ring fließt alles Fluid praktisch auf parallelen Bahnen, wie hier schematisch durch mehrere Kurven skizziert ist. Eine Bahn im roten Bereich und im blauen Bahn ist hervor gehoben, wobei sich das Fluid ein mal um die Systemachse dreht und zugleich vier mal um die Ringachse windet.
In Bild 06.05.04 ist dieser Bewegungsablauf noch einmal skizziert und die Grundkonzeption einer entsprechenden Maschine dargestellt. Das Fluid rotiert also einerseits um die Systemachse, wie durch Pfeil A markiert ist. Andererseits dreht das Fluid um die Längsachse des Rings, zum einen nach außen (Pfeil B) und wieder einwärts (Pfeil C). Die verzögerte Einwärtsbewegung (blau) im Bereich der Turbine erfolgt auf kürzerer Distanz, z.B. in einem Sektor von 30 Grad (D) um die Systemachse. Die beschleunigte Auswärtsbewegung im Bereich der Pumpe kann z.B. in einem Sektor von 60 Grad (E) um die Systemachse erfolgen.
Unten rechts in diesem Bild ist schematisch ein Querschnitt durch diese Maschine dargestellt. Um die Systemachse drehend gelagert ist die Pumpe P (rot). Sie stellt praktisch eine Scheibe dar mit einer rundum verlaufenden halbkreisförmigen Aushöhlung. Ihr gegenüber ist auch die Turbine T (blau) drehbar auf der Systemachse gelagert. Auch die Turbine weist rundum eine Aushöhlung auf, die ebenfalls eine etwa halbkreisförmige Vertiefung darstellt.
Die relativ quer-stehenden Schaufeln im Bereich der Turbinen-Aushöhlung (in vorigem Bild bei L) haben also gleiche Funktion wie beim Drehmomentwandler. Auch beim Drehmomentwandler gibt es einen ringförmigen Kern, um welches das Öl sich windet. Hier ist dieser Ring-Kern (F) fest mit der Turbine verbunden. Die Schaufeln zur Pumpe hin (in obigem Bild bei K) sind mehr längs-gestreckt und erfüllen eine Funktion analog zum Leitrad des Drehmomentwandlers. Im laufenden Betrieb des Drehmomentwandlers dreht dessen Laufrad praktisch synchron zum Turbinenrad und entsprechend sind hier diese Schaufeln direkt mit der Turbine verbunden.
Der Bewegungsprozess in einem Drehmomentwandler ist sehr komplex und nur schwer vorstellbar. Die vorige Ring-Wirbel-Konzeption ist sehr viel einfacher und die Schaufeln bilden lediglich den gewünschten Bewegungsablauf ab. Auch in vorigem Kapitel wurden Bauteile vorgestellt, deren Formgebung ziemlich komplex erscheint, andererseits klare Funktionen erfüllen. Die dortige Pumpe weist nur Sog-Seiten auf und Strömung wird praktisch nur aufgrund autonomer Beschleunigung in Richtung einer zurückweichenden Wand generiert. Umgekehrt wird die kinetische Energie einer Strömung in mechanisches Drehmoment umgesetzt ausschließlich durch Umlenkung an Druck-Seiten einer Turbine. Diese zahnförmige Schaufeln können besonders vorteilhaft in einer Rundung angelegt werden, hier z.B. in den rundum verlaufenden Aushöhlungen der Pumpe und Turbine.
In Bild 06.05.06 ist ein simples Modell einer Sog-Pumpe abgebildet, aus dem die prinzipielle Formgebung dieser ´Hufeisen-Schaufeln´ zu ersehen ist. Wenn dieses Rad gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird Fluid an den zurückweichenden Wänden mit gezogen. Diese Kanten sind hier relativ niedrig angelegt, aber dennoch wird der Sog in weiten Bereichen wirksam sein. Die zurückweichende Wand reflektiert Partikel immer etwas verzögert und diese fliegen mit etwas reduzierter Geschwindigkeit zurück.
Analog bzw. spiegelbildlich hierzu wird die Turbine mit ihren Druckseiten zu bauen sein. Die kinetische Energie einer Strömung kann in mechanisches Drehmoment nur per Druck überführt werden, wobei der Druck durch Umlenkung zu übertragen ist, so dass die Strömung aus der Turbinen auch wieder abfließen kann. Die Druck-Wände der Turbine sollten dazu wesentlich höher angelegt sein als bei der abgebildeten Pumpe und zudem sollten sie wesentlich gerader und mehr radial angelegt sein.
Die V-förmigen Schaufeln z.B. eines Drehmomentwandlers sind geeignet für Druck-Übertragung, weil in diesen Winkeln das Fluid praktisch aufgestaut wird. Natürlich würden solche V-förmige Schaufeln auch Sog erzeugen, wenn sie ´falsch´ herum gedreht werden. In diese Winkel könnte Fluid aber nicht schnell genug nach fließen, so dass Kavitation aufkommen würde. An zahnförmigen Schaufeln mit nur relativ niedrigen Sogwänden ist diese Gefahr sehr viel geringer. Zur kompletten Vermeidung von Kavitation muss das Medium aber generell unter erhöhten Druck gesetzt werden, wie praktisch bei allen hydraulischen Geräten. Bei diesem Motor müssen also auch Nebenaggregate wie Druck-Behälter und Hydraulik-Pumpen installiert werden.
In der ersten Version (obigem Bild 06.05.04) lief der gesamte Bewegungsprozess in Kanälen zwischen durchgängig gekrümmten Schaufeln ab. Solche Einschränkungen sind nicht besonders vorteilhaft für Strömungen, z.B. aufgrund Reibung an großen Oberflächen (abgesehen von der gewünschten Haftreibung an der Pumpen-Oberfläche). In voriger Version (Bild 06.05.05) steht der gesamte ringförmige Raum zwischen Pumpe und Turbine dem Fluid frei zur Verfügung, so dass dort fluid-konforme Bewegung sich entfalten kann. Die folgende Konzeption stellt eine Kombination voriger Versionen dar und realisiert deren jeweilige Vorteile.
Es gibt nun wieder einen Ring-Kern F (dunkelblau), so dass dem Fluid (gelb) entlang der Pumpe von innen nach außen ein limitierter Querschnitt zur Verfügung steht. Die Querschnittsfläche muss konstant sein entsprechend zum jeweiligen Radius und angepasst an die unterschiedlichen Geschwindigkeiten (asymmetrischer als hier in den Bildern skizziert ist).
In Bild 06.05.08 ist diese Konzeption noch einmal gezeichnet mit einigen Varianten. Links im Bild ist obiger Längsschnitt noch einmal skizziert, wobei hier die Turbine T (blau) allerdings nur aus der Welle, dem inneren Leitkranz E, dem Ringkern F, dem äußeren Schaufelrad D und einem äußeren schmalen Ring besteht. Der Rücklauf im Bereich H wird rechts aber begrenzt durch eine Wand des Gehäuses G (grau).
06.06. Zusammenfassung
Implosions-Maschinen