4.0. Tesa-Turbine - Tesla-Resonanzturbine /- Duplex- und Triplex-Version

Hinweise / Zusammenfassung / vorläufige Abschlußbemerkungen


Die, in den vorhergehenden Seiten beschriebenen Varianten einer modifizierten Tesla-Turbine sollen lediglich eine Anregung für den interessierten Bastler darstellen und gleichzeitig die Idee mal zur Diskussion stellen. Da ich's nicht so sehr mit tiefgründigen wissenschaftlichen Betrachtungen habe, sondern eher was will, das man in die Hand nehmen kann, sind die Betrachtungen auf meinen Seiten etwas einfacher gehalten und gehen mehr in die Richtung einer fehlertoleranten Umsetzung.

Zur Erklärung nachfolgend noch einige Punkte, auf die in den vorhergehenden Seiten nicht eingegangen wurde, bzw. welchen beim Entwurf und beim Bau besonders beachtet werden sollten.


Bei den Entwürfen zu meiner Resonanzturbine entstand Anfang der 90'er Jahre die Idee, derartige Resonatorformen als Hohlkörper darzustellen und mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium zu füllen, welches den eigentlichen Resonanzkörper bildet.

Bedingung für den Resonanzbetrieb dieser Bauform ist lediglich, daß auf der Eintrittsseite des Mediums ein Druck ansteht und die Austrittsöffnung, möglichst durch einen entsprechend ausgebildeten Rotor zyklisch verschlossen wird. Die Länge der Verschluß- / Öffnungs-Zyklen sollte der Resonanzfrequenz des Resonators entsprechen, bzw. sollte die Geometrie dieses Resonators in der Baulänge auf die sich aus der Bauweise ergebende Resonanzfrequenz abgestimmt werden.


4.0.1 - Die Definition des keilförmigen Resonators leitet sich aus den seit über 50 Jahren bekannten Festkörperresonatoren aus der Ultraschalltechnik ab.
Der Resonator, (blau), wird durch einen Hohlraum aus dem Betriebsmedium gebildet. Die Einspeisung erfolgt bei A. Das Medium fließt nach B. Bei einem zyklischen Verschluß von B, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz des Mediumkörpers entspricht, bildet sich eine stehende Welle aus, die durch die Grenzfläche C reflektiert wird.
Das Bild zeigt einen Festkörper-Kegelresonator, wie er in der Ultraschalltechnik zur Bearbeitung, zum Fügen und Dispergieren verwendet wird.
Das Bild zeigt einen Festkörper-Keilresonator, (eine vereinfachte Form des, im vorhergehenden Bild gezeigten Kegelresonators), wie er in der Ultraschalltechnik ebenfalls zur Bearbeitung, zum Fügen und Dispergieren verwendet wird. Da der Düsenquerschnitt bei einer Teslaturbine bauartbedingt etwa flach-rechteckig ist, wurde die entsprechende Sonotrodenform gewählt.
Die beiden, in den vorhergehenden Bildern gezeigten Bauformen von Festkörper-Resonatoren, werden in der Ultraschalltechnik seit den 40'er Jahren des vergangenen Jahrhunderts für unterschiedliche Aufgabenstellungen eingesetzt. Eine weitere Stabilisierung des Schwingverhaltens wird erreicht, wenn die Geometrie einer Exponentialkurve entspricht. Da jedoch der Aufwand für die Realisierung derartiger Kurven relativ hoch ist, sollte die Sache nur aufgenommen werden, wenn die Kegelgeometrie beherrscht wird. Wird ein derartiger Körper in eine resonante Längsschwingung versetzt, ergeben sich an den beiden Enden unterschiedliche Schwingweiten, deren Größe umgekehrt proportional etwa dem Verhältnis der Querschnitte an beiden Enden entsprechen.

Der Schwingungsknoten liegt bei beiden Körpern etwa im Schwerpunkt. In der Ebene des Schwingungsknotens entsteht bei einer Anregung auf der Grundwelle eine Dickenschwingung. Zu diesen Resonatoren ist anzumerken, daß zwar beliebige Querschnittsverhältnisse gerechnet und dargestellt werden können, jedoch im Hinblick auf die Übersetzungsverhältnisse Grenzen gesetzt sind.

Erfahrungsgemäß sind Übersetzungsverhältnisse, (Querschnittsverhältnisse), bis etwa (Eingang) 5 : 1 (Ausgang) relativ unproblematisch und beherrschbar. Bei der Definition sollte jedoch unbedingt darauf geachtet werden, daß der Resonator eindeutig bleibt, d.h. daß die Querabmessungen des Profils nicht in den Bereich einer Lambda/4 Funktion kommen, weil sich sonst unterschiedliche Schwingungsmoden ausbreiten können und die Sache etwas schwer durchschaubar wird.

Bei der Definition derartiger Resonatoren ist es sehr wichtig, die stark unterschiedlichen Wellengeschwindigkeiten zwischen flüssigen und gasförmigen Betriebsmedien zu berücksichtigen. Bei Wasser liegt die Wellengeschwindigkeit temperaturabhängig bei etwa 1.500 m/sec. Bei Luft liegt die Wellengeschwindigkeit ebenfalls temperaturabhängig bei 330 m/sec und steigt mit zunehmendem Druck an. Bei Dampf ist die Wellengeschwindigkeit in erster Linie von der Sättigung abhängig.


Außerdem ist zu beachten, daß die Düsengeschwindigkeiten bei einem hohen Betriebsdruck in Verbindung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis sehr schnell in den Überschallbereich, und bei einer weitere Steigerung in den Bereich hydrodynamischer Stoßwellen, gehen können. Hier beginnt die Sache wegen plastischer Deformation der Bauteile gefährlich zu werden. (WASSER ÜBERTRÄGT HYDRODYNAMISCHE STOSSWELLEN NAHEZU UNGEDÄMPFT !)

Mehr zu Festkörperresonatoren und zur Ultraschalltechnik finden Sie auf der deutschsprachigen Version unserer Webseite:
http://www.r-s-ultraschall.com

4.0.2 - Zur Montage der Gehäuse ist noch anzufügen, daß es sinnvoll ist, zur Abdichtung eine runde Gummischnur in die Kontur einzulegen. Hierzu wird um die Resonator- und die Turbinenkontur eine geschlossene Nut gefräst in die eine, aus O-Ring-Material hergestellte Gummischnur eingelegt wird. In den Bildern wurde zugunsten einer eindeutigen Darstellung auf die Abdichtung verzichtet, weil es sich hierbei um eine, im Maschinenbau übliche Technik handelt. Wenn die Entwicklung der Sache weiter fortgeschritten ist, werden wir auf die erforderlichen Dichtmechanismen eingehen.

4.0.3 - Eine konventionelle Turbine arbeitet im wesentlichen mit der Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Mediums. Wieweit dies auf die Tesla-Turbine und die hier dargestellten Abarten zutrifft kann ich im Augenblick nicht beurteilen. Bei einer weiteren Optimierung werden wir diesen Punkt jedoch berücksichtigen, da einige Kriterien für die Verbesserung bereits heute erkennbar sind.

4.0.4 - Die Seiten sind zur Zeit noch als relativ unabhängige Darstellungen verschiedener Wirkmechanismen anzusehen die auch unabhängig voneinander funktionieren und gebaut werden können. Beabsichtigt ist, im Laufe der Zeit, die verschiedenen Wirkmechanismen zu einen Funktionsmechanismus zusammenzuführen. (Mal sehen, wie weit ich damit komme).

Die Tesla-Patente hab ich in einer PDF-Datei, (56 MB), gesammelt, wenn jemand interessiert ist, kann er eine Kopie auf CD zum Selbstkostenpreis von 10,-- € zzgl. Versandkosten haben. (e-mail genügt).

Links zur Tesla-Turbine:

Seiten in englischer Sprache

Frank Germano http://www.frank.germano.com/tesla_turbine.htm
Jean-Louis Naudin http://www/jnaudin.free.fr/
Tesla Engine Builders Association TEBA http://my.execpc.com/~teba/index.html
Phoenix Navigation & Guidance Inc. http://www.angelfire.com/mi2/pnginc/menu.htm
Jede Menge Links http://www.energies-tech.com/Top_Science_Technology_Energy_Devices_Tesla_Turbines.html
Tesla http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/tesla.htm


Seiten in deutscher Sprache

Alexander Fuchs http://www.land.salzburg.at/htblha/ingpro99/fuchs/start.html
Thomas Gobmaier http://www.tesla-info.de/
Wikipedia Enzyklopädie http://de.wikipedia.org/wiki/Turbine
Evert Fluid-Tech http://www.evert.de/eft11.htm
Die vorstehende Link-Sammlung ist nicht vollständig. Die gelinkten Seiten beinhalten jedoch eine Menge weiterführender Links.
  Soviel für heute zu meinen Spielereien mit der Tesla-Turbine.
Wir werden die Sache weiterverfolgen und zu einem späteren Zeitpunkt die Seiten ergänzen.


Blankenhain, am 25.10.2003 - Rainer Schmieg


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