Im vorigen Kapitel Don Martin und Eck-Ring-Generator wurde das Bewegungsprinzip dargestellt, bei welchem durch phasenweise Umlenkung wirksame Masse im Drehsinn beschleunigt wird. Als Masse wurden dort elastisch geführte Körper eingesetzt. Es liegt nahe, dieses Prinzip auf Masse in Fluidform anzuwenden, z.B. entsprechende Wasserkraftanlagen zu konzipieren.
Phasenweises Zurück-Halten wurde auch als das essentielle Bewegungsprinzip der Schauberger ´Repulsine´ dargestellt, z.B. bei der Rückschlag-Turbine wie auch der Puls-Turbine, bei welchen das bekannte Prinzip des ´Hydrostatischen Widders´ angewandt wird.
Basierend auf diesen Prinzipien werden hier nochmals Konstruktionen zweckmäßiger Turbinen dargestellt, wobei eine Version eine selbstlaufende Turbine darstellen könnte durch Nutzung von Hubarbeit durch Fliehkraft.
Grundprinzip
In Bild EV ERG 21 ist der prinzipielle Aufbau einer einfachen Turbine skizziert, oben im Querschnitt und unten im Längsschnitt. In einem Gehäuse (GE) ist ein Einlaßbereich (EB) gegeben in Form eines runden Zylinders. Unten in diesem Zylinder ist eine Öffnung angebracht, aus welcher das Wasser in Aussparungen eines Turbinenrads (TR) eintreten kann. Das Turbinenrad dreht sich, so daß nachfolgend das Wasser durch einen Auslaßbereich (AB) frei abfließen kann.
Das Wasser sollte bereits oben in den Einlaßbereich tangential eingeleitet werden, so daß sich die gesamte Wassersäule in Drehung befindet. Das Wasser wird dann unten durch die Öffnung in vorwiegend tangentialer Richtung in das Turbinenrad einströmen. Durch geeignete Formgebung der Aussparungen im Turbinenrad (hier sind drei Versionen von ´Turbinen-Schaufeln´ schematisch skizziert) wird dieses in Drehung versetzt.
Das Turbinenrad nimmt phasenweise eine bestimmte Wassermenge entgegen, d.h. dieser tangentiale Abfluß wird zeitweilig unterbrochen. Die erhöhte Strömung wird damit zwangsläufig umgelenkt, d.h. das Wasser wird unten im Einlaßbereich sehr viel schneller rotieren als oben beim Zufluß. Die gesamte Bewegung des Wassers ist somit schraubenförmig pulsierend mit unten zunehmend schnellerer Drehung.
Auf diese ´Schaufeln´ des Turbinenrads wirkt also nicht nur der statische Druck der Wassersäule, sondern zusätzlich die kinetische Energie dieser automatisch sich beschleunigenden Drehbewegung der Wassermasse. Innerhalb des Einlaßbereiches ergibt sich praktisch eine stehende Druckwelle, welche aber in vertikaler Richtung asymmetrisch und zudem in horizontalen Ebenen zunehmend verdrallt ist.
Die Umlenkung fester Masse per Umlenkrad aus vorigem Kapitel ist mit diesem Zylinder des Einlaßbereichs und diesem seitlichen Turbinenrad in direkter Weise übertragen auf die Nutzung von Wasser als wirksame Masse. Dieses Bewegungsprinzip kann natürlich durch zweckmäßigere Konstrukte sehr viel fluid-gerechter und damit effektiver angewandt werden.
Eck-Rohr-Turbine
In Bild EV ERG 22 ist wiederum ein Gehäuse (GE) gegeben und darin ein Einlaßbereich (EB). Die Turbine ist hier konzentrisch zum Einlaßbereich angelegt, wobei z.B. die Welle durch den gesamten Einlaßbereich nach oben geführt sein kann. Das Turbinenrad (TR) weist nun Schaufeln bzw. Öffnungen auf, durch welche das Wasser in den Auslaßbereich (AB) abfließen kann.
In meiner Fluid-Technologie wurde u.a. erläutert, warum Wasser durch eckige Rohre (mit gerundeten Ecken) mit geringstem Reibungswiderstand fließt. Dieses ist z.B. in der Kurzfassung zu den Rohr-Erfindungen beschrieben bzw. in der Zeichnung Potentialdrallrohr dargestellt.
Darum sollte auch hier der Einlaßbereich eckig angelegt sein, allerdings mit gerundeten Ecken und von oben nach unten zunehmend verdrallt im Drehsinn der Turbine. Hier ist der Einlaßbereich beispielsweise acht-kantig dargestellt. Im Gegensatz zu vorigem Potentialdrallrohr soll hier allerdings eine umgekehrte Potentialdrallströmung erreicht werden mit geringster Drehbewegung innen-oben und schnellster Drehung außen-unten.
Oben im Einlaßbereich sollte dazu der Zufluß wiederum tangential erfolgen. Die mittige Drehung wird durch die mittige Turbinenwelle ausgelöst. Die schnelle Drehung unten-außen wird wiederum durch phasenweises Austreten von Wasser wie das Abstoppen dieser Bewegung erreicht (wie bei obigen Erläuterungen zur Schauberger Repulsine erläutert).
Unten im Einlaßbereich sind in den Ecken schlitzförmige Öffnungen angebracht, durch welche das Wasser in die Schaufeln des Turbinenrads fließen kann. An den Vorderseiten der Schaufeln wird das Wasser nach hinten umgelenkt, womit sich das Drehmoment der Turbine ergibt. Die Rückseiten der Schaufeln sind sehr stark nach hinten gekrümmt, so daß das Wasser nicht entlang dieser Flächen umgelenkt wird.
In der Fluid-Technologie wurde die optimale Kraftübertragung einer Strömung auf feste Körper beschrieben (siehe z.B. Maschinen-Erfindungen mit den Gegebenheiten zwischen Sog / Druck und Körper / Fluid). Danach sollte möglichst jedes Molekül des Fluids am festen Körper umgelenkt werden, nicht aber durch bereits in rückwärtige Richtung weisende Strömung. Darum sollte hier durch schlitzförmige ´Düsen´ ein möglichst flacher Strahl erzeugt werden, der nur kurzfristig gegeben ist, also keinen kontinuierlichen Fluß darstellt.
Wenn die Öffnung der Turbinenschaufel an der Öffnung des Einlaßbereichs vorbei läuft, kommt es zum tangentialen Abfluß aus dem Einlaßbereich. Die vordersten Moleküle werden dort sogar mit Schallgeschwindigkeit der allgemeinen Strömung voraus fliegen (siehe Fluid-Technologie) und auf die Vorderwand der Schaufel treffen. Die nachfolgende geschlossene Fläche des Turbinenrads stoppt allerdings bald wieder diese Strömung bzw. lenkt deren kinetische Energie im Drehsinn des Systems um.
Hier ist beispielhaft und nur schematisch das Grundprinzip einer solchen Eck-Rohr-Turbine aufgezeigt, welche im Detail noch viele Möglichkeiten der Optimierung bietet. So kann z.B. im Einlaßbereich ein Deckel angebracht werden, welche die Druckwelle des Rückschlags zu einer resonanten, stehenden Welle spiegelt, allerdings asymmetrisch und z.B. in Richtung der Düsen fokusiert. Darüber hinaus sind diverse Varianten dieser Konzeption denkbar.
Der Durchsatz an Wasser durch diese Turbine wird vergleichsweise gering sein. Aber die Drehgeschwindigkeit des Wassers unten bei den Düsen wird weit höher sein als es der Fallhöhe des Wassers entspricht. Bei gegebenem Anfall von Wasser und gegebener Fallhöhe erzeugen darum diese Eck-Rohr-Turbinen vielfach mehr Energie als herkömmliche Turbinen. Es wird damit auch Wasserkraft nutzbar sein, die bislang nicht wirtschaftlich verwertbar war.
Fliehkraft-Turbine
Auch per Fliehkraft lässt sich potentielle Energie der Lage erreichen, also müßte auch möglich sein, dieses Bewegungsprinzip unter Nutzung von Fliehkraft und Wasser zu realisieren. In Bild EV ERG 23 ist der prinzipielle Aufbau einer solchen Maschine skizziert, oben eine Draufsicht und darunter der Längsschnitt durch einen Rotor bzw. dieses Turbinenrad (TR).
Dieses Turbinenrad soll um seine Mittelachse drehen. Durch einen mittigen Einlaßbereich (EB) wird Wasser eingefüllt bzw. laufend nachgefüllt. Unten fließt das Wasser im horizontalen Kanal nach außen und steigt im vertikalen, ringförmigen Kanal außen nach oben. Durch Reibung an den Wänden wird das Wasser eine Drehgeschwindigkeit entsprechend der des Turbinenrads annehmen. Der theoetische Wasserstand ist durch die eingezeichnete Wasserlinie (WL) skizziert.
Wo der äußere Ringkanal oben abgeschlossen ist (im Längsschnitt links) wird das Wasser unterhalb dieser Wasserlinie gehalten. Wo dieser Ringkanal oben offen ist (im Bild rechts), also einen Abflußbereich (AB) aufweist, wird das Wasser nach oben hinaus gedrückt werden.
Ganz unten in diesem Bild bei C sind die Bewegungen durch Pfeile dargestellt. Gegeben ist die Drehbewegung (DB) und andererseits eine durch Fliehkraft erzeugte Hubbewegung (HB). Aus beiden ergibt sich die resultierende Bewegung (RB): eine im Raum kreisförmig gekrümmte, diagonal nach oben gerichtete Bahn. Die Geschwindigkeit der Masse auf dieser Bahn ist größer als die Drehbewegung auf entsprechendem Radius am Turbinenrad.
Wenn nun die schnelle, diagonale Strömung durch zeitweiliges Verschließen der Auslaß-Öffnungen umgelenkt wird, also die Hubbewegung abgestoppt wird, kann diese Strömung nur nach vorn ausweichen. Daraus ergibt sich der Beschleunigungseffekt, wie er in vorigen Kapiteln mit festen Körpern wie auch bei Fluiden beschrieben wurde, hier nun basierend auf einer durch Fliehkraft erzeugten Hubbewegung. Die Strömung wird vermutlich um den Faktor 1.2 bis 1.4 schneller sein als die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads.
Das phasenweise Zulassen bzw. Verhindern der Aufwärtsbewegung kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. In Bild EV ERG 24 ist dazu beispielhaft eine Möglichkeit dargestellt. Das Turbinenrad (TR) soll hierbei wieder im Gehäuse (GE) drehen. Bei A ist ein mittiger Einlaßbereich (EB) eingezeichnet, unten weist der horizontale Kanal nach links, mündet außen in den vertikalen, ringförmigen Kanal, welcher oben offen ist. Wie hier im Bild links dargestellt, wird diese Öffnung (zeitweilig während der Drehung) geschlossen durch das Gehäuse.
Andererseits wird diese Öffnung phasenweise frei gegeben durch einen Abflußbereich (AB) im Gehäuse (hier im Bild rechts skizziert). Das dort austretende Wasser wird nach innen umgelenkt, so daß durch einen Rückflußbereich (RB) ein Wasser-Kreislauf gebildet wird. Die (teilweise nur fiktiv gegebene) Wasserlinie (WL) stellt eine konkave Kurve dar. Über eine konvexe Bahn dagegen muß das Wasser von außen nach innen geführt werden.
Durch die Öffnung strömt Wasser tangential aufwärts und muß durch Leitbleche des Gehäuses nach innen abwärts umgelenkt werden. Dabei darf die Geschwindigkeit der Strömung nicht reduziert werden, so daß das Wasser mit gleicher kinetischer Energie lediglich weiter innen wieder in den Rücklaufbereich eintritt.
In diesem Bild bei B ist nochmals ein Längsschnitt dargestellt, nun aber ohne mittigen Einlaßbereich. Im Gehäuse (GE) dreht sich um die Systemachse (SA) ein Turbinenrad (TR) mit relativ großem Durchmesser, so daß auch bei geringer Drehzahl erhebliche Fliehkräfte auftreten und Wasser außen hoch gedrückt wird. Der Wasserkreislauf zwischen vertikalem Ringkanal bzw. dem Auslaßbereich (AB) außen und dem Rücklaufbereich (RB) innen kann dagegen in einem relativ kleinen Bereich angelegt sein.
Aufgrund des Beschleunigungseffekts strömt das Wasser im Ringkanal vorwärts. Aus dieser Relativbewegung sollte Drehmoment erzielt werden, wobei allerdings die Strömung nicht abgebremst werden darf (wie üblicherweise durch Umlenkung nach hinten an normalen Turbinenschaufeln). Darum ist hier im Bild unten bei C eine andere Lösung vorgeschlagen.
Dieses Bild zeigt ausschnittsweise den Querschnitt durch den vertikalen Ringkanal. Rechts im Bild sind herzförmige Kammern (HK) dargestellt (nur die Innenwand ist herzförmig, die Außenwand weiterhin rund). Es werden damit Düsen gebildet sowie Bereiche mit rücklaufenden Wirbeln. Bekanntlich wird Strömung durch Querschnittsverengung beschleunigt, wobei kaum Reibungsverluste auftreten. Dies gilt besonders für herzförmigen Kanäle, weil dabei der Hauptstrom kaum in direkten Kontakt zur Wand kommt. Solche Kanäle sind besonders geeignet für pulsierende Strömung, weil Geschwindigkeitsdifferenzen durch die Nebenströme der rücklaufenden Wirbel ausgeglichen werden.
Wie bei jeder Düse bewirkt die Reduzierung der Querschnittsfläche aber dennoch, daß die Strömung einen Schub auf die Düse ausübt. Durch beschleunigte Strömung wird zudem der Wirbel des Nebenstroms beschleunigt bzw. mitgerissen, so daß an den Rückseiten der herzförmigen Kammern ein Sog gegeben ist. Durch diese Konstruktion wird also ein Drehmoment am Turbinenrad erreicht, ohne die Geschwindigkeit der Strömung zu verringern.
Diese herzförmige Kontur ist technisch ziemlich aufwendig. Es wird auch ausreichend sein, wenn die innere Wand wellenförmig (WW) gestaltet ist, wie links in diesem Bild skizziert. Auch damit ergeben sich Verengungen der Querschnittsfläche und Bereiche für rückdrehende Wirbel (lediglich die Abrißkante ist nicht gegeben).
Oftmals wurde versucht, ein Perpetuum Mobile zu bauen zur Nutzung der durch Fliehkraft erzeugten Hubarbeit. Wenn dabei die Geschwindigkeit der Strömung im Drehsinn des Systems verzögert wird, muß anschließend wieder genau so viel Energie aufgewandt werden zur erneuten Beschleunigung der wirksamen Masse. Nur durch obige herzförmige Kammern bzw. wellenförmige Wand kann Drehmoment erzeugt werden ohne Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit.
Zusammenfassung
Diese Fliehkraft-Turbine könnte allerdings nur große Leistung erbringen, wenn große Wassermassen an Rotoren großer Durchmesser eingesetzt werden. Diese relativ langsam drehende Maschine großen Gewichts würde aber beachtliche Reibungsverluste aufweisen. Andererseits gibt es Berichte von einer ´Messias-Maschine´, welche Wasser aus tiefen Brunnen fördert durch drehende Bottiche, an deren Rand Wasser empor spritzt. Insofern könnte mit dieser relativ einfachen Maschine durchaus der Beweis für die Existenz von Perpetuum Mobile erbracht werden.
Die Effekte einer Wasserkraft-Turbine nach den Prinzipien obiger Eck-Rohr-Turbine dagegen sind eindeutig. Auch bekannte Turbinen erreichen bereits Wirkungsgrade von nahezu hundert Prozent der theoretisch an der Turbine anliegenden Energie. Durch Reibung der Strömung in der Zuleitung ergeben sich andererseits Verluste bis zu einem Drittel der potentiellen Energie.
Der relativ geringe Durchsatz der Eck-Rohr-Turbine wie die pulsierende Strömung ergäben bei großen Wasserkraftwerken deutlich bessere Ergebnisse. Zudem sind mit dieser Konzeption auch Wasserkraftanlagen bei geringer Fallhöhe und wenig verfügbarer Wassermenge machbar.
Evert / 22.12.2001
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