DE102008039956B4 - Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von symmetrischen und asymmetrischen, sinusförmigen und nichtsinusförmigen Wanderwellen und deren Anwendung für verschiedene Prozesse. Wanderwellengenerator und Wanderwellenmotor - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erzeugung und Anwendung von Wanderwellen, Wanderfeldern (Wanderwellengenerator und Wanderwellenmotor), mit m Druckschwingungserzeugern (m=2,3...beliebig), die zusammen einen Druckschwingungsgenerator (Wanderwellengenerator) bilden und die über jeweils versetzte Einleitungsstellen an einen Arbeitsraum (Wanderwellenmotor) angeschlossen sind, wobei die Einleitung an aufeinanderfolgenden Einleitungsstellen mit einer Phasenverschiebung von $\frac{2*\pi }{m}$

unmittelbar oder über ein Fluidpolster in m das Arbeitsfluid erfolgt und bei der sich die Einleitungsstellen mindestens einmal periodisch wiederholen, gekennzeichnet dadurch, dass
• durch ein m-phasiges (m=2...beliebig) ein- oder zweipulsiges System schwingfähiger Elemente Wanderwellen der Stoffmassendichte gem. Formeln Punkt 1.6.I erzeugt werden
• die schwingfähigen Elemente sinusförmig oder nichtsinusförmig symmetrisch erregt werden
• die schwingfähigen Elemente sinusförmig oder nichtsinusförmig asymmetrisch erregt werden
• aus der Theorie der elektrischen Maschinen bekannte Effekte genutzt werden (Fourier-Synthese in Umkehrung zur Fourier-Analyse, um unterschiedliche Bestandteile unterschiedlich anzuregen; Asymmetrien, um Mit-, Gegen- und Null-Dichtewanderwellen/- felder zu erzeugen)
• die asynchrone Betriebsart genutzt werden kann, bei der die Wanderwelle in einem Medium homogener Dichte erzeugt wird
• die synchrone Betriebsart genutzt werden kann, bei der entweder entsprechend geformte Körper höherer Dichte ins Fluid eingebracht werden oder vor Eintritt in den Wanderwellenmotor die Dichte des Fluids durch Pulsationen entsprechend vorgeprägt werden. Dadurch kann der Fluidstrom sogar rekuperativ abgebremst werden
• die Wanderwelle mit einer gleichgerichteten oder entgegengesetzten konstanten Vorströmung „vorgespannt“ werden kann
• beliebig viele unterschiedliche Wanderwellen gemäß der Superposition auf ein und denselben Stoff, Fluid, Medium usw. einwirken können
• bei der elektromagnetischen Ausführung des Generators
• Polumschaltungen durch elektrische/ elektromechanische/pneumatische Schalthandlungen bzw. die übergeordnete Steuerung erfolgen kann.
• (Magnetventile). Durch Polumschaltungen kann bei gleicher Leistung die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit stufenweise geändert werden (das berührt nicht die ohnehin schon vorhandene Möglichkeit der stufenlosen Parameteränderung)
• die Einleitung der Schwingungen an den Einleitungsstellen über Fluidpolster erfolgt.

Description

• Wanderwellengenerator: Teil, in welchem die Wanderwelle, z.B. auf elektromagnetischem oder mechanischem Wege erzeugt wird.
• Wanderwellenmotor: Teil, in welchem die Wanderwelle mit dem Medium in Kontakt tritt. Bei direkt wirkenden Wanderwellenantrieben haben Wanderwellenmotor und Wanderwellengenerator die gleichen Teile.
• Pol des Wanderwellenmotors: Entweder ein beliebig schwingendes Element, Austrittsöffnung o.ä. oder zwei benachbarte beliebig schwingende Elemente, Austrittsöffnungen o.ä.
• Puls: Anzahl der Erreger in Gegentaktung pro Pol und Phase
• Vorströmung: Anhebung/ Absenkung der Wanderwelle um einen konstanten Teil (Verschiebung der x-Achse); entweder durch konstante Fluidzufuhr beim indirekten Wanderwellengenerator oder durch entsprechende elektromagnetische oder andere Anregung des direkten Wanderwellengenerators. In einigen Fällen kann die Vorströmung durch die Nullkomponente beim asymmetrischen Betrieb oder durch das Nullglied der Fourier-Reihe erzeugt werden.
• Wanderwelle im Sinne der Erfindung = Stoffdichtewanderwelle
• Wanderwelle alias Wanderfeld .
• 1.2 Anwendungsgebiete der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich:
1. I. auf die Erzeugung von Wanderwellen beliebiger Amplitude, Frequenz, Phase und Form in Stoffen und Fluiden
2. II. auf die Anwendungen der Wanderwellen für verschiedene technische Prozesse
• Prozesse und Anwendungen, bei denen Wanderwellen vorteilhaft verwendet werden können, sind:
1. a. Transport von Flüssigkeiten, Gasen, Pulvern, Feststoffen
2. b. Mischen und Trennen von Stoffen
3. c. Anwendung für Sichterprozesse
4. d. Anwendung zum Zentrifugieren und Separieren
5. e. Anwendung in Wärmetauschern
6. f. Filtration
7. g. Fahrzeugantrieb
8. h. Dosieranlage
9. i. Waffensystem
• 1.3 Charakteristik des bekannten Standes der Technik
• Bisher erfolgt der Einsatz von Wanderwellen entweder in rotierenden und linearen elektrischen Maschinen, bezogen auf das elektromagnetische Wanderfeld, oder in mechanischen Anwendungen (Schwingförderer) als einphasige Art der Welle. Bei Schwingförderern erfolgt der Transport des Gutes durch asymmetrische Schwingungen.
• Von Gennadi Kopytow vom Bogoslowskower Aluminiumwerk wird vorgeschlagen eine Art Wanderwelle für die Anwendung in Heissdampfreaktoren zu erzeugen, bei der jedoch die negativen Halbwellen des sinusförmigen Druck- und Volumenstromverlauf fehlen. Aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung ist das Wanderfeld nicht sinusförmig, sondern erfolgt in Form von drei um 120° versetzten Impulsen verschiedener Breite, wobei lediglich die positiven Impulse an das Medium weitergegeben werden. Dieser Wanderpulsgenerator besteht aus zwei Rohren, Das innere Rohr rotiert und hat auf seiner Mantelfläche spiralförmige Durchführungen, durch welche Fördermedium je nach Stellung des inneren Rohres in das äussere Rohr gedrückt wird, von welchem Düsen in den eigentlichen Förderstrom eintauchen und hier versetzte Pulsationen erzeugen, welche zur Förderung des Mediums genutzt werden.
• Eine weitere Anwendung von Wanderwellen sind Rohrpumpen, bei denen die Welle durch eine mechanische Vorrichtung entlang eines flexiblen Schlauches erzeugt wird. Auch hier fehlen meist die negativen Halbwellen der Wellenformationen.
• In EP 1 317 626 B1 wird eine Maschine zur Erzeugung von Wanderwellen beschrieben, welche auf der Anwendung einer Membran (elastisch verformbares Wandteil) und auf dem Formschluss angewiesen ist. Nachteilig ist hierbei, dass Wanderwellenmotor und Wanderwettengenerator räumlich nicht getrennt sind und dass eben diese Zwischenmembran gegenständliche benötigt wird. Weiterhin werden gelagerte Krafteinlenkungspunkte benötigt, die maschinentechnisch vorhanden sein müssen, um die Wanderwelle zu erzeugen.
• Diese Nachteile werden erfindungsgemäß behoben, indem
• 1.die Membran durch die natürliche Grenzschicht zwischen zwei Medien oder zwischen Fläche des Schwingkolbens o.ä. und dem Medium ersetzt wird
• 2. Wanderwellengenerator und Wanderwellenmotor gegenständlich getrennt werden
• 3. die Krafteinlenkungspunkte einfache Düsen/ Öffnungen in der Wandung zum Fördermedium sind bzw. beim Transport von Pulvern usw. durch Rohrenden gebildet werden.
• In DE 10 2004 063 549 A1 wird eine Piezoelektrische Antriebseinheit und Verfahren zur Erzeugung einer vorzugsweisen rotatorischen Antriebsbewegung einer solchen Antriebseinheit beschrieben. Hier wird ein mit Nuten versehener Rotor benötigt, der dann seinerseits über eine Welle o.ä. die Vorschubkraft bzw. das Moment auf die Arbeitsmaschine überträgt. Dieser muss gelagert sein.
• Diese Nachteile werden erfindungsgemäß behoben, indem auf den Rotor (bzw. Sekundärteil) verzichtet wird- das Fluid selbst ist der Rotor/Sekundärteil. Weitere mechanische Elemente werden nicht benötigt.
• In DE 198 34 536 A1 wird eine Vorrichtung, Mikrosystem und Verfahren zum Transportieren und/oder Entmischen von Flüssigkeiten vorgestellt. Auch hier wird eine Membrane als Bauteil benötigt. Diese Erfindung arbeitet nach dem Verdrängerprinzip und stellt aufgrund der verwendeten Zentrifugalkräfte eine Art Kreiselpumpe dar. Vermutlich funktioniert diese Erfindung nur für viskose und weniger Viskose Flüssigkeiten, nicht jedoch für Gase oder pulverförmige Stoffe. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß behoben, indem auf die Membran und die rotatorische Bewegung (Anwendung von Zentrifugalkräften) verzichtet wird. Die rotatorische Fluidbewegung ist nicht zwingend für den Stofftransport notwendig. Ebenso kann das geförderte Medium auch Gas oder Pulver sein.
• Zusammenfassung zum Stand der Technik:
• Allen genannten Veröffentlichungen liegt zugrunde, dass piezoelektrische Aktoren genutzt werden und eine Membran vorhanden ist (wenn auch nicht immer ausgebildet). Das beschränkt zum einen die Amplitude der Wanderwelle, zum anderen die Leistung. Effekte, wie sie von herkömmlichen elektrischen Motoren bekannt sind, sind damit nicht ohne weiteres nutzbar.
• Diese Nachteile werden erfindungsgemäß behoben. Ob eine Filterpumpe für die Dialyse betrieben wird oder Erdöl in einer Pipeline oder Kühlwasser eines Reaktors (z.B. mit Inertgaspolster) ist relativ egal. Eine Membrane als konstruktives Element wird nicht benötigt.
• 1.4 Ziel der Erfindung und deren Vorteile
• Das Ziel der Erfindung gemäß 1.2.1 besteht darin, mit einem mechanischen, m-phasigen System (m=2....beliebig) Wanderwellen zu erzeugen, wobei die einzelnen Erreger einen Phasenversatz von 2*π /m haben können. Die Wanderwellen werden entweder direkt über schwingfähige Elemente oder indirekt über ein Flüssigkeits- oder Gaspolster erzeugt durch Anregung der schwingfähigen Elemente mit Kurven beliebiger Form und Amplitude (sinusförmig oder ein Fourier-Gemisch).
• Problem: Vorhandensein von Membranen.
• Lösung: mechanische Membrane oder Trennschichten werden durch das Wirkprinzip nicht benötigt oder durch die natürliche Grenzschicht zwischen zwei Fluiden, dem Erregerfluid (z.B. Gaspolster) und dem Arbeitsfluid ersetzt. Das Arbeitsfluid selber wird zur Ausbildung der Wanderwelle benutzt.
• Problem: Benötigte Ventilfunktionen zum Weiterschalten/Takten der Wellenbewegung.
• Lösung: Wird vermieden, indem die Schwingungserzeuger harmonisch (Sonderfall: sinusförmig) um einen Nullpunkt schwingen, der allerdings verschoben sein kann; die Wellenbewegung entsteht aus der Verkettung (wie beim Wechselstrom) von Einzelschwingungen.
• Das Ziel der Erfindung gemäß 1.2.II besteht darin,
1. 1. gasförmige, flüssige und feste (pulverförmige) Medien direkt oder über ein Gaspolster anzutreiben. Ausser im Wanderwellengenerator entfallen damit sämtliche mechanischen Teile (Rollen, Ketten, Bänder, Kurbeltriebe usw.).
2. 2. sämtliche bei elektrischen Maschinen bekannten Effekte technisch für gasförmige, flüssige und feste (pulverförmige) Medien anzuwenden; dazu gehört die Fourier-Synthese (gezieltes Aussetzen des Mediums mit einem Gemisch aus verschiedenen Frequenzen und Amplituden, um bestimmte Bestandteile eines Stoffgemisches unterschiedlich anzuregen und zu transportieren) und die gezielte Erzeugung von Asymmetrien, um die Bestandteile des Stoffgemisches mit unterschiedlichen Förderrichtungen (Rechts-, Linkslauf; Stillstand) und Fördergeschwindigkeiten (Synchrongeschwindigkeiten) zu bewegen. Die mechanischen Entsprechungen von der Flussdichte B,[T] und der magnetischen Feldstärke H, [A/m] sind Druck p, [N/m²] und Durchflussmenge Q, [m³/s].
3. 3. beim Transport der Medien durch ein Rohrsystem dieses durch die pulsierende Form der Wanderwelle ablagerungsfrei zu halten
• Vorteile der Erfindung und deren Anwendung
1. 1. wenig bewegte mechanische Teile benötigt, die zudem nicht besonders präzise sein müssen
2. 2. in vielen Fällen Effekte anwendbar, die in elektrischen Maschinen bereits gut erforscht worden sind
3. 3. Selbstreinigungseffekt (Venensystem, Kalkablagerungsschutz usw.)
4. 4. vermutlich keine „Pumpenschläge“
5. 5. räumliche Trennung von Wanderwellengenerator und Wanderwellenmotor (u.a. Explosionsschutz)
6. 6. gut geeignet für abrpsive Stoffe (Betonpumpen), da bei indirekter Wirkung keine Maschinenteile im Förderstrom
7. 7. durch den pulsierenden Charakter der Wanderwelle gut geeignet zum Verdichten (Betonrüttler) oder Lockern von Material
8. 8. Bei der zweipulsigen Ausführung der Pole (Puls+ und Puls-) spielt der Gegendruck im Stoff, Medium, Fluid usw. keine Rolle mehr
9. 9. Polumschaltung, Schubumkehr usw. problemlos realisierbar
10. 10. beliebig in Reihe und parallel kaskadierbar, auf beliebige Entfernungen je nach gewählter Frequenz
11. 11. Resonanzbetrieb möglich (in manchen Anwendungen vorteilhaft)
• 1.5 Darlegung des Wesens der Erfindung
• Das Wesen der Erfindung liegt gemäß 1.2.1 in Apparaten/ Maschinen, die zur Erzeugung von Wanderwellen entweder direkt oder indirekt (über Fluidpolster) dienen (Wanderwellengenerator) und Apparaturen/ Maschinen, die die Wanderwellen auf das Arbeitsmedium übertragen (Wanderwellenmotor).
• Das Wesen der Erfindung liegt gemäß 1.2.II im Verfahren der Anwendung von Wanderwellen in technischen Prozessen (Wanderwellenmotor). Dabei haben die Wanderwellen unterschiedliche Formen, Frequenzen und bestehen aus verschiedenen Teilwanderwellen. Weiterhin besteht das Wesen nach diesem Punkt darin, die Wanderwellen im Stoff so zu formen, dass die aus elektrischen Maschinen bekannten (dort zum Teil unerwünschten) Effekte gezielt ausgenutzt werden.
• 1.6 Ausführungs- und Anwendungsbeispiele
• 1.6.1 Ausführungen des Wanderwellengenerators
• Der m-phasige Wanderwellengenerator besteht aus m- oder 2*m schwingfähigen Elementen, die um einen Mittelpunkt Vollschwingungen beliebiger Kurvenform und Frequenz ausführen können. Bei m schwingfähigen Elementen ist das System einpulsig, bei 2m schwingfähigen Elementen ist das System zweipulsig.
• Ausführung nach Fig. 1
• Hier besteht der Generator aus sechs Luftfedern (1), die die Phasen A, B und C bilden. Jede Phase wird mit einer exzentrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordneten Kreisscheibe sinusförmig erregt (bei Verwendung von Kurvenscheiben- harmonische Erregung). Dabei gibt es für Phase A die Pulse A+ und A-, für Phase B die Pulse B+ und B- und für Phase C die Pulse C+ und C-. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich hohe Drücke des Mediums ausgleichen und das Antriebsmoment nur durch die eigentlich zu verrichtende Arbeit bestimmt wird. Damit gilt bei der Amplitude Ampl., der Frequenz f und der Phasenzahl m:
  (zweipulsige Ausführung: Puls+ und Puls-) $$X_i+=Amp{l}_{+i}*\text{sin}\left(2*\pi *{ƒ}_{+i}*t+\left(i-1\right)\frac{2*\pi }{m}\right)$$

  

  $$X_i-=-Amp{l}_{-i}*\text{sin}\left(2*\pi *{ƒ}_{-i}*t+\left(i-1\right)\frac{2*\pi }{m}\right)$$

  
• Bei m=3 gilt entsprechend: $$A+=Ampl*\text{sin}\left(2*\pi *ƒ*t\right)$$

  

  $$A-=-Ampl*\text{sin}\left(2*\pi *ƒ*t\right)$$

  

  $$B+=Ampl*\text{sin}\left(2*\pi *ƒ*t+\frac{2*\pi }{3}\right)$$

  

  $$B-=-Ampl*\text{sin}\left(2*\pi *ƒ*t+\frac{2*\pi }{3}\right)$$

  

  $$C+=Ampl*\text{sin}\left(2*\pi *ƒ*t-\frac{2*\pi }{3}\right)$$

  

  $$C-=Ampl*\text{sin}\left(2*\pi *ƒ*t-\frac{2*\pi }{3}\right)$$

  

  $$Amp{l}_{+i}=-\infty \dots \infty$$

  

  $$Amp{l}_{-i}=-\infty \dots \infty$$

  

  $${ƒ}_{+i}=-\infty \dots \infty$$

  

  $${ƒ}_{-i}=-\infty \dots \infty$$

  

  Ausführung nach 2
• In 2 ist eine Phase des Wanderwellengenerators gezeigt, welcher die Pulse Puls+ und Puls- erzeugt. Die Maschine besteht nach der Abbildung aus zwei Luftfedern (1), die mit einem Sekundärteil (3) eines Linearaktors verbunden sind (z.B. mit Permanentmagneten bestückt). Dieses Sekundärteil läuft gelagert im Spulenträger (2) mit einer oder mehreren Spulen, welche alternierend oder gegenpolig geschaltet werden um das Sekundärteil alternierend zu bewegen und die Luftfederen/ Membrane zu betätigen. (4) kennzeichnet jeweils die Austrittsöffnungen der Luftsäulen). Sind die Luftfedern vorgespannt, dann hat der äussere Druck keinen Einfluss auf die Antriebskraft. Diese Ausführung hat gegenüber einer Ausführung gemäß 1 den Vorteil, beliebig kaskadierbar zu sein. Durch Kaskadierung wird die Luftmenge erhöht, durch Erhöhung der Anzahl der Pole des Wanderwellenmotors, mit denen die Wanderwelle in das eigentliche Arbeitsmedium eingetragen wird, wird die Kraft des Wanderwellenmotors erhöht (2).
• In einem anderen Fall kann der Wanderwellengenerator (direkt wirkend) als Schwingkolben (Sekundärteil des Aktors) ausgeführt werden, der von der Wicklung (Primärteil) erregt wird. Das eine Ende des Schwingkolbens bildet Puls+, das andere Ende des Schwingkolbens, welches im Abstand τ (Polteilung des Motors/ Generators) mit dem Medium in Kontakt tritt, den Puls-.
• Nichtsinusförmige Wanderwellen können entweder durch die Superposition sinusförmiger erzeugt werden (Fourier-Synthese) oder durch nichtsinusförmige Anregung des Wanderwellengenerators (z.B. Kurvenscheibe bei harmonischen Generatoren, Sägezahn-, Trapez-, Rechteckerregung bei elektromagnetischem Generator).
• Hinweise zur Ausführung von Wanderwellenmaschinen
1. 1. Mit einem m-phasigen, einpulsigen Schwingersystem kann es je nach Viskosität des Arbeitsmediums zu einer unbefriedigenden Arbeit des Wanderwellenmotors kommen. Grund dafür ist die Tatsache, dass eine Massenwanderwelle dann zustande kommt, wenn gezielt die Dichte manipuliert wird. Deshalb wird empfohlen, die Wanderwelle mit einem 2-pulsigen, verkettetem System zu erzeugen, ähnlich wie in elektrischen Maschinen. Die Pulsbezeichnungen und Reihenfolge der einzelnen Erregerstellen sind dann z.B. A+, B-, C+, A-, B+, C-, A+, B-, ...usw.
2. 2. Genau wie in elektrischen Linearmaschinen sind Endrandeffekte auch bei Wanderwellenmaschinen mit offenen Enden ein Thema. Pol n kommuniziert mit Pol n-1, aber auch mit:Pol n+1. Der letzte und der erste Pol eines Wanderwellenmotors hat aber nur einen Bezugspol, und zwar der jeweils den letzten oder den zweiten. Um starke Pulsationen zu vermeiden, die die Wanderwelle abschwächen können, muss daher der erste und der letzte Pol entsprechend geschwächt werden, z.B. durch Eintrittsöffnungen mit halben Durchmesser.
• 1.6.2 Transport von Flüssigkeiten, Gasen, Pulver, Feststoffen gem. Fig. 3, Fig. 4
• Beim Transport von Medien mit Hilfe von Wanderwellen kann sich das Medium auf einer unflexiblen Oberfläche befinden. In diesem Fall wird ein gasförmiges Medium (Umgebungsluft) durch die Düsen A,B,C usw. gemäß Patentanspruch pulsiert. Je nach Pulsationsfrequenz f und Polteilung τ stellt sich die Synchrongeschwindigkeit der Wanderwelle v=2*τ*f ein.
• Der gleich Effekt wird erreicht, wenn die Transportoberfläche flexibel gestaltet wird, die Luftdüsen durch Magnetspulen ersetzt wird und gegenüber dem Magnetpol entweder Magnete oder Teile aus ferromagnetischem Material fest mit der flexiblen Transportoberfläche verbunden werden. Idealerweise sind die Magnetspulen eisenlos.
• Werden die einzelnen Pole gemäß Anspruch mit einer vollen Schwingung erregt, dann sind die Gegenpole (mit einem Minus gekennzeichnet) nicht zwingend. In diesem Fall entspricht die Polteilung der Grösse eines Poles (Düse, Magneten usw.).
• Um beim Transport von bestimmten Medien ein Verstopfen der Düsen zu vermeiden, kann die x-Achse der Sinusschwingung auf das Niveau der Amplitude der Schwingung angehoben werden, z.B. durch Zuführen von Druckluft (9, Vorströmung). Wird die x-Achse der Schwingungen weiter angehoben, so kann der Wanderwellenmotor z.B. als Mehrphasenpumpe in der Abwasserreinigung eingesetzt werden (Einmischen von Luftbläschen in eine Flüssigkeit), zum Einmischen und Zudosieren von anderen Medien und zum Gaseintrag bei verschiedenen chemischen (z.B. Flotation) und abwassertechnischen Prozessen. Durch Wahl der Pulsationsfrequenz und Kurvenform der Schwingung (ggfs. „Fourier-Synthese“-Frequenz- und Amplitudengemisch) können bei den unterschiedlichen Bestandteilen des resultierenden Mediums verschiedene Effekte bewirkt werden, z.B. eine „Zerstäubung“ der Luftbläschen.
• Bei der Anwendung zum Transport von Medien über lange Wege unter Verwendung von verschiedenen Pumpstationen (Pipelines) empfiehlt es sich, vor dem Wanderwellenantrieb die Lage der Wanderwelle mit Sensoren (um 90° bezogen auf die Polteilung des nachfolgenden Wanderwellenmotors versetzt) zu erfassen, um den nachfolgenden Wanderwellenmotor- genau wie einer elektrischen Synchronmaschine- zu „kommutieren“, d.h. die einzelnen Phasen der nachfolgenden Wanderwellenmaschine werden so geschaltet, dass sich eine Verstärkung und keine Abschwächung der ankommenden Wanderwelle ergibt.
• Der Einsatz von Wanderwellenantrieben zum Fluidtransport hat den Vorteil, dass die Rohrleitungen frei von Ablagerungen gehalten werden. Verstärkt wird der Reinigungseffekt durch die Überlagerung von Wanderwellen verschiedener Frequenz oder durch die Verwendung von Asymmetrien.
• 1.6.3 Mischen/ Trennen von Stoffen
• Wenn das Mischergebnis gemäß Punkt 1.6.2 unzureichend ist, können Wanderwellen für den Einsatz in Mischerbehältern eingesetzt werden. Durch Wahl der Kurvenform und harmonischen Überlagerungen, z.B. gem. 10, 11, 12 können zudem die einzelnen Bestandteile unterschiedlich angeregt werden; bei Überlagerung mit einem zweiten System, welches Wanderwellen erzeugt und welches z.B. gegenläufig arbeitet und aufgrund der anderen Frequenz als die der Hauptwanderwelle andere Teilchen erregt (in Schwingungen versetzt), kann der Mischvorgang verbessert oder je nach Wahl der Parameter, ein Entmischvorgang eingeleitet werden.
• Ein ähnlicher Effekt kann durch eine asymmetrische Hauptwanderwelle erzielt werden, wobei im Gemisch ein Mit-, Gegen- und Nullsystem entsteht. Asymmetrien können durch unterschiedliche Ansteuerung des Wanderwellengenerators gem. 2, unterschiedliche Kurvenscheibenformen im Generator gem. 1 und durch weitere, geeignete Maßnahmen erzeugt werden.
• Es können mehrere Wanderwellenmotoren beliebig am Mischbehälter eingesetzt werden, entweder kreisförmig horizontal (Schichtenbildung) oder vertikal oder unter einem Winkel (bessere Verwirbelung) oder gegenläufig.
• 1.6.4 Sichten
• Beim Sichten/ Sieben kommt es darauf an, pulverförmiges Material über ein Sieb zu bewegen. Zur Anwendung kann entweder ein Rohrsichter gemäß 6 oder ein Plansichter kommen. Um ein Zusetzen der Austrittsöffnungen/ elastischen Elemente zu verhindern, wird mit einer konstanten Vorströmung gearbeitet. Ist diese grösser, als die resultierende Amplitude der Wanderwelle, dann wird ein Einsaugen in die Austrittsöffnungen vermieden. Unterschiedliche Anordnungen der einzelnem Pole des Wanderwellenmotors können für verschiedene Effekte genutzt werden, z.B.
• Nachschleppen des Siebgutes, Vorantrieben des Siebgutes, Querbewegen des Siebgutes, um den Weg auf dem Sieb zu vergrössern.
• Weiterhin kann mehrmals eine Umpolung der Wanderwelle erzeugen, so dass das Siebgut mehrmals über die Siebfläche hin- und herbewegt wird.
• Auch hier können sich je nach Parameterwahl positive Effekte durch Überlagern der Hauptwanderwelle mit pulsierenden Wellen einstellen, so dass eine effizientere Trennung der einzelnen Fraktionen erreicht wird.
• 1.6.5 Ausführung als Zentrifuge/Separator
• Ähnlich der Anwendung in einem Mischer gemäß Fig . 5. Der Wanderwellenmotor ist entweder als Segmentmotor oder als Vollmotor ausgebildet; bei Anordnung des Wanderwellenmotors am Boden des Behälters ist eine Einmischung von Luft durch Absenken des Fluidspiegels durch die Fliehkraft in der Mitte der Rotationsbewegung bei herkömmlichen Mischern/ Zentrifugen/ Separatoren unwahrscheinlich.
• 1.6.6 Anwendung in Wärmetauschern
• Es ist bekannt, dass sich durch ein Pulsieren eines Trägermediums um einen Wärmetauscher die Wärmeabgabe verbessert. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden, wenn das Medium in Nähe des Wärmetauschers von einer Wanderwelle (überlagert mit einer Schwingung einer entsprechend guten Wärmeübergangsfrequenz) weitertransportiert wird, so dann immer „neues“ Medium in die Nähe des Wärmetauschers geführt und die Temperaturdifferenz möglichst gross gehalten wird.
• 1.6.7 Filtration
• Dient als Antrieb des Fluids durch einen Filter (oder quer dazu) ein Wanderwellenmotor, dann kann einer schnellen Verstopfung der Filterporen entgegengewirkt werden. Zur Verbesserung des Effektes kann die Wanderwelle gem. 10, 11, 12 zusätzlich mit einer Schwingung anderer, speziell auf die Partikelgrösse angepasster Frequenz überlagert werden. Wird die Hauptwanderwelle mit einer Nebenwanderwelle anderer Frequenz asymmetrisch überlagert, dann werden die Poren des Filters immer von Partikelverstopfungen freigehalten (12). Je nach Wahl der Parameter kann die Betriebsart so eingestellt werden (es muss dann mit Vorströmungen gearbeitet werden), dass das zu filternde Medium immer nur durch die Schwingungen der Nebenwanderwelle während einer Halbschwingung der Hauptwanderwelle durch die Filterporen gedrückt wird.
• Die Filtration wird wesentlich effizienter, wenn die beiden Wanderwellen gegenläufig sind, die Partikel bleiben so länger im Filter.
• 14 zeigt das Beispiel einer Filtration, die x-Achse stellt die Filtermembran dar. Zwei Wanderwellen (gegenläufig oder nicht, mit unterschiedlicher Phase oder nicht) laufen jeweils jenseits der Membran in unterschiedlichen Filter-/Sichterbereichen. Durch Wahl der Vorströmungen (eine negativ, die andere positiv) - wird sowohl gefiltert (die Resultierende ist positiv) als auch immer wieder rückgespült.
• 1.6.8 Ausführung als Fahrzeugantrieb
• Wasserfahrzeug
• Entweder befindet sich der Wanderwellenantrieb in einem Rohr oder verteilt auf der Fläche des Schiffsrumpfes.
• Dieser Antrieb hat in der indirekten Ausführung den Vorteil, dass keinerlei mechanischen Teile aus dem Schiffsrumpf ragen. Durch entsprechende Wahl und Zusammenschaltung der einzelnen Pole entstehen mehrere lineare Antriebe, die in verschiedenen Richtungen betrieben werden können; die resultierenden Vektoren aus den Kräften und Geschwindigkeiten der Einzelmotoren bestimmt dann die Bewegung des Schiffes. Treffer an einigen Sektionen führen nicht zum Ausfall des gesamten Antriebes, sondern nur zum Ausfall von einzelnen Wanderwellenlinearmotoren. Es ist zudem zu erwarten, dass einige stabilisierende Elemente, gerade bei U-Booten, entfallen können, was zu einer zusätzlichen Betriebssicherheit führt.
• Es ist zu erwarten, dass der Bewuchs des Schiffsrumpfes mit Algen und Muscheln durch die Wanderwellen minimiert wird.
• Land- und Luftfahrzeug
• Hierbei wird vorzugsweise eine Rohrturbine verwendet. Bei einer Ausströmgeschwindigkeit von z.B. 850km/h und einer Kaskadierung von elektromagnetischen Polen gem. 2, welche mit einer Frequenz von 50Hz erregt werden, wäre hierzu ein Polabstand von ca. 2,36m erforderlich. Es ist grundsätzlich zu vermuten, dass zu Antriebszwecken die Wanderwellen eine Rechteckform besitzen sollten, um den Differentialquotienten Änderung der Stoffdichte pro Zeit $\frac{d\rho }{dt}$

  

  so gross wie möglich zu halten.
• 1.6.9 Dosieren mit Wanderwellen
• Ausgehend von der Stoffmenge, welche von einer Wanderwelle der Länge I transportiert wird Q_x = ∫_l(p_x - ρ₀)dx (px- Dichte des Mediums in der Wanderwelle, po-Dichte des normalen Mediums) lässt sich erkennen, dass sich Wanderwellen entsprechend dem Polabstand hervorragend zum Dosieren eignen.
• 1.6.10 Ausführung als Waffensystem
• Abgesehen davon, dass sich in einem Fluid befindliche, wenig deformierbare Festkörper auf hohe Geschwindigkeiten bringen lassen und dann, wenn sich die Dichte des Fluids zwischen Wandung und Festkörper im Bereich eines Poles sprunghaft erhöht, eine zusätzliche Antriebskraft entsteht, lassen sich Wanderwellenmotoren hervorragend zur Erzeugung von Wellen im Wasser und vermutlich auch in der Luft verwenden.
• Durch den Langwellencharakter von Wanderwellen (relativ geringe Frequenzen) lässt sich die Wirkung der Wanderwellenmotoren auf einen weit entfernten Brennpunkt fokussieren. Bei geeigneter Wahl der Frequenzen der einzelnen Motoren können durch Superposition und Resonanz der einzelnen Wanderwellen im Epizentrum verschiedene Effekte hervorgerufen werden. Auch hier empfiehlt sich die Verwendung einer rechteckigen Wanderwellenform.
• Für die Anwendung an Land müssen die Wanderwellenmotoren entsprechend modifiziert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erzeugung und Anwendung von Wanderwellen, Wanderfeldern (Wanderwellengenerator und Wanderwellenmotor), mit m Druckschwingungserzeugern (m=2,3...beliebig), die zusammen einen Druckschwingungsgenerator (Wanderwellengenerator) bilden und die über jeweils versetzte Einleitungsstellen an einen Arbeitsraum (Wanderwellenmotor) angeschlossen sind, wobei die Einleitung an aufeinanderfolgenden Einleitungsstellen mit einer Phasenverschiebung von $\frac{2*\pi }{m}$

   

   unmittelbar oder über ein Fluidpolster in m das Arbeitsfluid erfolgt und bei der sich die Einleitungsstellen mindestens einmal periodisch wiederholen, gekennzeichnet dadurch, dass • durch ein m-phasiges (m=2...beliebig) ein- oder zweipulsiges System schwingfähiger Elemente Wanderwellen der Stoffmassendichte gem. Formeln Punkt 1.6.I erzeugt werden • die schwingfähigen Elemente sinusförmig oder nichtsinusförmig symmetrisch erregt werden • die schwingfähigen Elemente sinusförmig oder nichtsinusförmig asymmetrisch erregt werden • aus der Theorie der elektrischen Maschinen bekannte Effekte genutzt werden (Fourier-Synthese in Umkehrung zur Fourier-Analyse, um unterschiedliche Bestandteile unterschiedlich anzuregen; Asymmetrien, um Mit-, Gegen- und Null-Dichtewanderwellen/- felder zu erzeugen) • die asynchrone Betriebsart genutzt werden kann, bei der die Wanderwelle in einem Medium homogener Dichte erzeugt wird • die synchrone Betriebsart genutzt werden kann, bei der entweder entsprechend geformte Körper höherer Dichte ins Fluid eingebracht werden oder vor Eintritt in den Wanderwellenmotor die Dichte des Fluids durch Pulsationen entsprechend vorgeprägt werden. Dadurch kann der Fluidstrom sogar rekuperativ abgebremst werden • die Wanderwelle mit einer gleichgerichteten oder entgegengesetzten konstanten Vorströmung „vorgespannt“ werden kann • beliebig viele unterschiedliche Wanderwellen gemäß der Superposition auf ein und denselben Stoff, Fluid, Medium usw. einwirken können • bei der elektromagnetischen Ausführung des Generators • Polumschaltungen durch elektrische/ elektromechanische/pneumatische Schalthandlungen bzw. die übergeordnete Steuerung erfolgen kann. • (Magnetventile). Durch Polumschaltungen kann bei gleicher Leistung die Vorschubkraft und die Vorschubgeschwindigkeit stufenweise geändert werden (das berührt nicht die ohnehin schon vorhandene Möglichkeit der stufenlosen Parameteränderung) • die Einleitung der Schwingungen an den Einleitungsstellen über Fluidpolster erfolgt.
2. Maschine nach dem Verfahren gem. Anspruch 1 zur Erzeugung von m-phasigen zweipulsigen Wanderwellen, bestehend aus einem rotativen Antrieb, welcher eine Welle mit m Kurvenscheiben, welche um den Wellenmittelpunkt um die Amplitude Ampl. der Wanderwelle und gegeneinander um $\frac{2*\pi }{m}$

   

   versetzt sind, gekennzeichnet dadurch, dass durch die Anordnung Wanderwellen auf indirektem Wege in den Wanderwellenmotor übertragen werden können.
3. Maschine nach dem Verfahren gem. Anspruch 1 zur Erzeugung von einphasigen, zweipulsigen Pulsationen, bestehend aus zwei Luftfedern, oder einem Schwingkolben (1), einem Spulenträger mit Spulen und Lagern (2), einer Welle, vorzugsweise mit Permanentmagneten (3) und den Austrittsöffnungen zur Weiterleitung der Pulse an das Medium, gekennzeichnet dadurch, dass durch Zusammenschaltung der Austrittsöffnungen von m einphasigen Maschinen und Erregung der Primärteile mit einem m-phasigen Spannungssystem eine m-phasige Wanderwelle im nachgeschalteten Motor erzeugt werden kann.
4. Maschine nach dem Verfahren gem. Anspruch 1 zur Erzeugung von einphasigen, zweipulsigen Pulsationen, bestehend aus zwei Luftfedern, oder einem Schwingkolben (1), einem Spulenträger mit Spulen und Lagern (2), einer Welle, vorzugsweise mit Permanentmagneten (3) und den Austrittsöffnungen zur Weiterleitung der Pulse an das Medium, gekennzeichnet dadurch, dass eine beliebig grosse Anzahl von Polen im nachgeschalteten Wanderwellenmotor bedient werden können, entweder durch Parallelschaltung der Austrittsöffnungen (Erhöhung der Amplitude der Wanderwelle) oder durch elektrische Reihen- oder Parallelschaltung der Primarteilspulen bei Zuordnung je einer Austrittsöffnung zu je einem Polpuls.
5. Maschine nach dem Verfahren gem. Anspruch 1 zur Erzeugung von einphasigen, zweipulsigen Pulsationen, bestehend aus zwei Luftfedern, oder einem Schwingkolben (1), einem Spulenträger mit Spulen und Lagern (2), einer Welle, vorzugsweise mit Permanentmagneten (3) und den Austrittsöffnungen zur Weiterleitung der Pulse an das Medium, gekennzeichnet dadurch, dass beliebige Frequenzen und beliebige Kurvenformen der Wanderwelle durch die Ansteuerung der Primärteilspulen erzeugt werden können.

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