WO2007054354A1 - Antriebseinheit - Google Patents

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WO2007054354A1
WO2007054354A1 PCT/EP2006/010862 EP2006010862W WO2007054354A1 WO 2007054354 A1 WO2007054354 A1 WO 2007054354A1 EP 2006010862 W EP2006010862 W EP 2006010862W WO 2007054354 A1 WO2007054354 A1 WO 2007054354A1
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WO
WIPO (PCT)
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drive unit
unit according
individual
turbines
rotor
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/010862
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
R. Erich MÜLLER
Andreas Förster
Dieter Girlich
Original Assignee
Orbiter Gears Marketing & Finance Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Orbiter Gears Marketing & Finance Ag filed Critical Orbiter Gears Marketing & Finance Ag
Publication of WO2007054354A1 publication Critical patent/WO2007054354A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power

Definitions

  • the invention relates to a drive unit with in particular turbomachinery with blade-less design of the basic components rotor and stator, of which have a basic components nozzles and each have other basic components on a porous matrix, which is flowed through by the gas or liquid medium.
  • the nozzles of the rotor or stator operate on the recoil principle, and in cooperation of rotor and stator, the rotor is set in motion.
  • Turbomachines of this type are the subject of the earlier German patent application 10 2005 044 470.9.
  • the porous matrix of the rotor or stator is a metal foam, as described in the German patent application DE 10 2004 026 959.9 (corresponding to EP 050 11 668.0).
  • the turbomachines according to the earlier German patent application can advantageously serve as turbines of small to medium power, which are used as a drive unit for power supply in mobile or combined heat and power plants, serving as a drive medium primarily water vapor. These turbines can be produced in a simple manner and with comparatively low costs. They require only a small footprint and have a high efficiency; They are also characterized by low vibration and low noise.
  • the invention has the goal of turbomachines according to the earlier German patent application 10 2005 044 470.9 while retaining all their To provide advantages in a wider range of applications, where standard components are to be maintained as far as possible and in particular a decentralized, independent power supply in graduated power units is possible.
  • the rotors of several turbines act on eccentrically arranged pinion on the intermediate member of a circular thrust mechanism, wherein the intermediate member in a known manner, a circular displacement movement, the so-called orbital motion, receives and remains parallel to itself. This movement leads to a rotational movement of the common output shaft.
  • Circular push gears are known and described for example in DE 195 15 146 C2, DE 100 59 069 A1 or US 4,674,361. You have u.a. the advantage that the torque transmission takes place without a rolling of tooth flanks, whereby the teeth of the transmission elements are less heavily loaded.
  • the assembly of several turbine units of the type mentioned via a circular thrust gear leads to unexpected synergistic effects.
  • the invention is a logical development to a complete machine for torque, power and heat generation and based on the patent application 10 2005 044 470.9.
  • the invention represents the consistent further development of a complex .Strömungsmaschine, the components of the engine technology (Wankel engine), turbine technology (recoil principle, bottom effect, nozzle design, etc.) and the transmission technology by the particular task of the invention
  • SSE Spiral Steam Engine
  • the SSE is a heat engine with closed circuit and external heat supply. This energy supply allows the use of all energy sources that can be converted into heat or use of existing heat sources.
  • the thermal utilization of energy sources is in principle more effective than expansive recycling, and also associated with significantly lower emissions.
  • the application is planned for stationary and mobile plants, primarily for the decentralized energy supply, but also for the drive of vehicles and aggregates.
  • the size of the systems can be gradually adapted to the needs due to their modular design and the corresponding combination with the Orbiter gearbox (Multi-SSE), as well as power control by activating and deactivating individual modules, so that optimal operating conditions can be permanently achieved.
  • Multi-SSE Orbiter gearbox
  • the first self-developed component of the SSE is the orbiter turbine according to the principle of action described above, which we have given the name Förster principle and thus are the prerequisites for the problem solving according to the invention.
  • This can already be used and sold as a single product in existing steam processes; the other components are available on the market and may be adapted to the requirements of the present invention.
  • the shovel-free turbine according to the Förster principle is a complete new development that realizes several essential principles of operation in one machine (momentum, tangential repulsion, flow absorption, defined flow, heat mixing, condensation, flat flow, etc.).
  • the foundation is defined nozzles and a specially developed, only the Applicant available metal foam according to patent application DE 10 2004 026 959.9 (corresponding to EP 050 11 668.0), and the axial pressure supply via a hollow shaft.
  • the new technology is light, simple, efficient.
  • the aim of the development was the reduction of moving parts, a continuous cycle, easy reproducibility, the use of standard components and a high degree of efficiency.
  • External heat supply, closed circuit The drive source for the machine is heat, which is converted to work in the completely closed system via volume differences and removed from the outside by a shaft.
  • Multi-substance-capable All known energy sources can be used to generate heat. Geo-, solar- and waste heat can also be used.
  • the permanent cyclic process acts on the main shaft, which, as the only moving part in the machine, performs a rotational movement.
  • Agricultural and forestry residues as well as thermally recoverable waste can thus be used for energy purposes.
  • biomass technology provides the so-called base load.
  • Figure 1 is a - schematic representation of a turbomachine according to the invention in the axial direction, the parts are shown partially transparent to illustrate their interaction.
  • FIG. 2 is a side view of the turbomachine according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the relationship between a target price per power unit generated and the efficiency as a function of the electrical power.
  • FIG. 4 explains the principle of the individual turbine unit used in the turbomachine according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates in principle a variation of such a power unit.
  • FIG. 6 shows various possibilities for carrying out the interconnection of turbine units and circular thrust gears, also in several stages in the manner of a cascade.
  • a supply line 1 via a valve 2 for overall control leads to a ring line, which consists of the four sections 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • a ring line which consists of the four sections 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • the ring conduit 3a, 3b, 3c, 3d connects four individual turbines or turbine systems 6.
  • the ring conduit ends in a discharge 5.
  • each of the individual turbines or turbine systems 6 has a turbine output shaft 7 with an eccentric 8.
  • an eccentric 9 is actuated, which may be formed, for example, as a pinion.
  • the four eccentrics 9 of the various turbines 6 act together on the intermediate member 12 of a circular thrust gear 11 a.
  • the intermediate member 12 is offset by the four eccentric 9 in a circular displacement movement, wherein the intermediate member 12 always remains parallel to itself. This movement is also referred to as orbital motion and the intermediate member 12 as an orbital link.
  • the intermediate member 12 has an external toothing 13, which has a common immersion region 18 with the internal toothing 15 of a driven wheel 14.
  • On the output gear 14 is the common output shaft 16 of the entire arrangement. With the output shaft 16, an electric generator 17 is coupled in the embodiment.
  • the supply line 1 steam is to be supplied according to the embodiment, while on the derivative 5 condensate is discharged.
  • the individual turbines 6 can be optionally switched on or off.
  • Figure 3 provides a first clue to a cost consideration.
  • the information entered depends on the energy carrier, heat generator, overall performance, operating conditions as well as infrastructure and similar boundary conditions.
  • the rotor 22 is designed for a turbine annular or hollow cylindrical. It encloses a conventional, thus not formed of metal foam stator 19, to which by means of a shaft 20 in their
  • Orifice-adjustable nozzles 21 are arranged so that the fluid flows tangentially to the rotor 22 and flows through from the inside to the outside.
  • FIG. 5 shows the use of a stator 23 according to the invention for a turbine; he is designed, for example, ring or hollow cylindrical.
  • the stator 23 concentrically surrounds a pulse-driven (conventional) rotor 24, which here is S-shaped - has two nozzles, through which it is tangentially flowed through and flows through from the inside to the outside.
  • the nozzles of the stator 23 are in this case via a
  • Hollow shaft 25 is acted upon by steam. By the flow direction from the inside to the outside of any friction or forced operation is avoided by the housing 26. It can also be seen from FIG. 5 that it is advantageous it is possible to enhance the effect of the turbine by the use of an intermediate wheel 27, on which the energy can be removed.
  • FIGS. 6a to 6d show an interconnection of different stages in the sense of the invention.
  • FIG. 6a again explains the force flow diagram between individual drive machines on a circular slide transmission 11 with summed output forces.
  • Figure 6b explains the same principle, but vice versa for splitting forces.
  • FIG. 6c shows how initially a plurality of individual drive units, in exemplary embodiment turbine systems 6, act on first circular slide transmissions 11, their output shafts 16 being combined to form a single output drive shaft 16 via a further common circular slide transmission 11.
  • This arrangement can be described as a cascade solution.
  • FIG. 6d again explains the same principle, but conversely for splitting forces.
  • Orbital gearboxes offer the possibility of entering / removing force at at least three eccentric points and of removing a multiplied force on the main shaft or of entering a total force and of removing forces split at the eccentrics. These possibilities arise purely from the function of the orbital gearboxes.
  • the application Multi-SSE refers to the use of the turbine as a force carrier on the eccentrics of the orbiters.
  • the number of individual turbines is, depending on the design, congruent with the number of eccentrics. The number is arbitrary.
  • the system can be constructed in cascade, ie a multi-SSE system can in turn be arranged as a force input into the eccentric of a downstream orbital transmission, etc. applications:
  • a main force can be split into different individuals, e.g. B. can operate a wind turbine over the orbit gear multiple generators means easier installation, partial load shuts without loss of efficiency u. ä.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Es werden mehrere Strömungsmaschinen mit schaufelloser Ausführung der Grundbauteile Rotor und Stator zu einer größeren Einheit zusammengefasst. Rotor und Stator besitzen jeweils entweder Düsen oder eine poröse Matrix, die von dem gas- oder flüssigförmigen Medium durchströmt wird. Die Düsen des Rotors oder Stators arbeiten nach dem Rückstoßprinzip, und im Zusammenwirken von Rotor und Stator setzt sich der Rotor in Bewegung. Die Zusammenfassung dieser Strömungsmaschinen erfolgt in der Weise, dass mehrere Turbinen-Rotoren in modularer ringförmiger Anordnung über ein gemeinsames Kreisschubgetriebe ein Summendrehmoment mit definierter Gesamtüber/untersetzung bewirken. Die einzelnen Turbinen der Gesamtanordnung können wahlweise ab- oder zugeschaltet werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Turbinen unter Beibehaltung aller ihrer Vorteile in einer größeren Anwendungsbreite zur Verfügung gestellt, wobei Standardbauteile beibehalten werden und insbesondere eine dezentrale unabhängige Energieversorgung in abgestuften Leistungseinheiten möglich wird.

Description

AWTRIEBSEINHEIT
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit insbesondere Strömungsmaschinen mit schaufelloser Ausführung der Grundbauteile Rotor und Stator, von denen die einen Grundbauteile Düsen besitzen und die jeweils anderen Grundbauteile über eine poröse Matrix verfügen, die von dem gas- oder flüssigförmigen Medium durchströmt wird. Die Düsen des Rotors oder Stators arbeiten nach dem Rückstoßprinzip, und im Zusammenwirken von Rotor und Stator setzt sich der Rotor in Bewegung.
Strömungsmaschinen dieser Art sind Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung 10 2005 044 470.9. Die poröse Matrix des Rotors oder Stators ist dabei ein Metallschaum, wie er in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 026 959.9 (entspr. EP 050 11 668.0) beschrieben ist. Die Strömungsmaschinen gemäß der älteren deutschen Patentanmeldung können vorteilhaft als Turbinen kleiner bis mittlerer Leistung dienen, die als Antriebsaggregat zur Energieversorgung in mobilen oder Blockheizkraftwerken eingesetzt werden, wobei als Antriebsmedium in erster Linie Wasserdampf dient. Diese Turbinen lassen sich in einfacher Weise und mit vergleichsweise geringen Kosten herstellen. Sie erfordern nur eine geringe Stellfläche und haben einen hohen Wirkungsgrad; sie zeichnen sich zudem durch Schwingungsarmut und geringe Geräuschentwicklung aus.
Die Erfindung hat zum Ziel, Strömungsmaschinen gemäß der älteren deutschen Patentanmeldung 10 2005 044 470.9 unter Beibehaltung aller ihrer Vorteile in einer größeren Anwendungsbreite zur Verfügung zu stellen, wobei Standardbauteile soweit wie möglich beibehalten werden sollen und insbesondere eine dezentrale, unabhängige Energieversorgung in abgestuften Leistungseinheiten möglich wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass mehrere Turbinen-Rotoren in modularer ringförmiger Anordnung über ein gemeinsames Kreisschubgetriebe ein Summendrehmoment mit definierter Gesamtüber/untersetzung bewirken.
Bei der Erfindung wirken die Rotoren mehrerer Turbinen über exzentrisch angeordnete Ritzel auf das Zwischenglied eines Kreisschubgetriebes ein, wobei das Zwischenglied in bekannter Weise eine kreisförmige Verschiebebewegung, die sogenannte Orbitalbewegung, erhält und zu sich selbst parallel bleibt. Diese Bewegung führt zu einer Drehbewegung der gemeinsamen Abtriebswelle. Kreisschubgetriebe sind bekannt und beispielsweise in DE 195 15 146 C2, DE 100 59 069 A1 oder US 4 674 361 beschrieben. Sie haben u.a. den Vorteil, dass die Drehmomentübertragung ohne ein Abwälzen von Zahnflanken erfolgt, wodurch die Zähne der Übertragungsglieder weniger stark belastet werden. Der Zusammenbau von mehreren Turbineneinheiten der genannten Art über ein Kreisschubgetriebe führt zu unerwarteten synergistischen Wirkungen.
Die Erfindung ist eine konsequente Weiterentwicklung zu einer kompletten Arbeitsmaschine zur Drehmoment-, Strom- und Wärmeerzeugung und basiert auf der Patentanmeldung 10 2005 044 470.9. Die Erfindung stellt die konsequente Weiterentwicklung zu einer komplexen .Strömungsmaschine dar, die durch die besondere erfindungsgemäße Aufgabenstellung Komponenten aus der Motorentechnik (Wankelmotor), Turbinentechnik (Rückstoßprinzip, Bodeneffekt, Düsengestaltung etc) und der Getriebetechnik
(Kreisschubgetriebe) zu überraschenden technischen Lösungen führt, die einmalige Eigenschaften besitzt und insbesondere zur Ressourcen schonenden Verwertung von nachwachsenden Rohstoffen geeignet ist. Die
Turbine selbst bezeichnen wir wegen der internationalen Vermarktung mit dem beschreibenden Begriffen Spiral Steam Engine, abgekürzt: SSE. Die komplette Arbeitsmaschine nach der vorliegenden Erfindung bezeichnen wir daher konsequent als Multi-SSE, da mehrere einzelne SSE zur kompletten Arbeitsmaschine konfiguriert werden.
Die SSE ist eine Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf und äußerer Wärmezufuhr. Diese Energiezufuhr ermöglicht den Einsatz aller Energieträger, die in Wärme umgewandelt können bzw. Nutzung vorhandener Wärmequellen.
Die thermische Verwertung von Energieträgern ist prinzipiell effektiver als die expansive Verwertung, zudem mit bedeutend weniger Emissionen verbunden.
Der Einsatz ist für stationäre und mobile Anlagen, vornehmlich für die dezentrale Energieversorgung, aber auch für den Antrieb von Fahrzeugen und Aggregaten, geplant.
Die Größe der Anlagen ist durch modularen Aufbau und entsprechender Kombination mit dem Orbiter-Getriebe (Multi-SSE) stufenweise dem Bedarf anpassbar, ebenso sind Leistungsregelungen über Zu- und Abschaltungen einzelner Module möglich, wodurch optimale Betriebszustände dauerhaft erreichbar sind .
Die erste selbstentwickelte Komponente der SSE ist die Orbiter-Turbine nach dem oben beschriebenen Wirkprinzip, dem wir den Namen Förster-Prinzip gegeben haben und damit sind die Voraussetzungen für die erfindungsgemäße Problemlösung gegeben. Diese ist schon als Einzelprodukt in vorhandenen Dampfprozessen einsetz- und verkaufbar, die übrigen Komponenten sind am Markt verfügbar und werden ggf. den Erfordernissen der vorliegenden Erfindung angepasst.
Die schaufellose Turbine nach dem Förster-Prinzip ist eine komplette Neuentwicklung, die mehrere wesentliche Wirkprinzipien in einer Maschine realisiert (Impuls, tangentiale Abstoßung, Strömungsabsorption, definierte Durchströmung, Wärmemischung, Kondensation, Flachströmung u. ä.). Die Grundlage sind definierte Düsen und ein besonders entwickelter, nur dem Anmelder zur Verfügung stehender Metallschaum nach Patentanmeldung DE 10 2004 026 959.9 (entspr. EP 050 11 668.0), sowie die axiale Druckzufuhr über eine Hohlwelle.
Mit der SSE existiert eine neue Technologie, die besonders im Zusammenhang mit der universellen Nutzung vieler Energieträger eine große Anwendungsbreite ermöglicht.
Die Eigenschaften der Erfindung lassen sich wie folgt beschreiben:
Die neue Technologie ist leicht, einfach, effizient.
Ziel der Entwicklung war die Reduzierung beweglicher Teile, ein kontinuierlicher Kreisprozess, einfache Reproduzierbarkeit, die Verwendung von Standartbauteilen und ein hoher Wirkungsgrad.
Ferner sind folgende Stichworte zu nennen:
äußere Wärmezufuhr, geschlossener Kreislauf: Antriebsquelle für die Maschine ist Wärme, diese wird in dem komplett geschlossenen System über Volumendifferenzen in Arbeit umgewandelt und außen von einer Welle abgenommen.
vielstoff-fähig: Zur Erzeugung von Wärme können alle bekannten Energieträger zum Einsatz kommen, ebenfalls sind Geo-, Solar- und Abwärme nutzbar.
geräuschlos, schwingungsfrei: Der permanente Kreisprozess wirkt auf die Hauptwelle, die als das einzig bewegliche Teil in der Maschine, eine Rotationsbewegung ausführt.
emissionsarm, wartungsarm: Die äußere Verbrennung von Energieträgern ist bedeutend effizienter als die innere Verbrennung in bekannten Kolbenmaschinen. Zudem muss der Brennstoff nicht an den Motor angepasst werden. es tritt in der gesamten Maschine keine Schub- und Dichtungsreibung auf.
- preisgünstig: Alle genannten Argumente führen logisch zu einer extrem preisgünstigen Arbeitsmaschine.
Der sich nachhaltig vollziehende Energieträgerwechsel und die damit einhergehende Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen ermöglicht es vielen kleinen Wirtschafträumen, eine eigene dezentrale Energiewirtschaft zu entwickeln.
Land- und forstwirtschaftliche Reststoffe sowie thermisch verwertbare Abfälle können damit energetisch genutzt werden.
In dezentral strukturierten Regionen steigt zwangsläufig der Gesamtwirkungsgrad der Energieversorgung. Die Energieträger werden, direkt am Bedarf orientiert, effizienter eingesetzt und die verlustreichen Übertragungswege großer zentraler Infrastrukturen entfallen. Der Abbau von Emissionsbelastungen ist eine logische Folge in dieser Konstellation.
Im Vergleich mit anderen regenerativen Energieträgern wie Windkraft und Solarenergie, stellt die Biomasse-Technologie die so genannte Grundlast.
Während Wind- und Solarangebote zyklischen Schwankungen unterliegen, ist die Energiebereitstellung durch Biomasse genau planbar.
In den Figuren 1 bis 5 sind weitere Einzelheiten gezeigt, die zur besseren Erläuterung der Erfindung dienen.
Figur 1 ist eine - schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine in axialer Blickrichtung, wobei die Teile teilweise transparent dargestellt sind, um ihr Zusammenwirken zu verdeutlichen.
Figur 2 ist eine Seitenansicht zu der Strömungsmaschine gemäß Figur 1. Figur 3 stellt den Zusammenhang zwischen einem Richtpreis je erzeugter Leistungseinheit und des Wirkungsgrades in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung dar.
Figur 4 erläutert das Prinzip der bei der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine zur Anwendung kommenden einzelnen Turbineneinheit.
In Figur 5 ist eine Variation einer derartigen Leistungseinheit im Prinzip veranschaulicht.
Figur 6 zeigt verschiedene Möglichkeiten, die Zusammenschaltung von Turbineneinheiten und Kreisschubgetrieben vorzunehmen, auch in mehreren Stufen nach Art einer Kaskade.
Gemäß Figur 1 führt eine Zuleitung 1 über ein Ventil 2 zur Gesamtregelung zu einer Ringleitung, die aus den vier Teilstücken 3a, 3b, 3c, und 3d besteht. In der Ringleitung liegen vier Ventile 4, die der Einzelregelung dienen. Die Ringleitung 3a, 3b, 3c, 3d verbindet vier einzelne Turbinen oder Turbinensysteme 6. Die Ringleitung endet in einer Ableitung 5.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat jede der einzelnen Turbinen oder Turbinensysteme 6 eine Turbinen-Abtriebswelle 7 mit einem Exzenterantrieb 8. Über eine Exzenterführung 10 wird ein Exzenter 9 betätigt, der beispielsweise als Ritzel ausgebildet sein kann. Die vier Exzenter 9 der verschiedenen Turbinen 6 wirken gemeinsam auf das Zwischenglied 12 eines Kreisschubgetriebes 11 ein. Wie es für Kreisschubgetriebe bekannt ist, wird das Zwischenglied 12 durch die vier Exzenter 9 in eine kreisförmige Verschiebebewegung versetzt, wobei das Zwischenglied 12 stets parallel zu sich selbst bleibt. Diese Bewegung wird auch als Orbitalbewegung bezeichnet und das Zwischenglied 12 als Orbitalglied.
Das Zwischenglied 12 weist eine Außenverzahnung 13 auf, die einen gemeinsamen Eintauchbereich 18 mit der Innenverzahnung 15 eines Abtriebsrades 14 hat. An dem Abtriebszahnrad 14 befindet sich die gemeinsame Abtriebswelle 16 der gesamten Anordnung. Mit der Abtriebswelle 16 ist in dem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Generator 17 gekoppelt.
Über die Zuleitung 1 soll gemäß dem Ausführungsbeispiel Dampf zugeführt werden, während über die Ableitung 5 Kondensat abgeleitet wird. Über die Ventile 4 können die einzelnen Turbinen 6 wahlweise zu- oder abgeschaltet werden.
Figur 3 bietet einen ersten Anhaltspunkt zu einer Kostenüberlegung. Die eingetragenen Angaben sind abhängig von Energieträger, Wärmeerzeuger, Gesamtleistung, Betriebsbedingungen sowie Infrastruktur und ähnlichen Randbedingungen.
Das Grundprinzip der in Frage kommenden einzelnen Turbinen gemäß der älteren deutschen Patentanmeldung 10 2005 044 470.9 ist in den Figuren 4 und 5 gezeigt. Gemäß Figur 4 ist der Rotor 22 für eine Turbine ringförmig oder hohlzylinderförmig gestaltet. Er umschließt einen konventionellen, also nicht aus Metallschaum gebildeten Stator 19, an den mittels einer Welle 20 in ihren
Öffnungen verstellbare Düsen 21 so angeordnet sind, dass das Fluid den Rotor 22 tangentiell anströmt und von innen nach außen durchströmt.
Aus Figur 4 kann gleichzeitig die Ermittlung von Strömungswinkel und Strömungsfläche und damit die Basis von Drehmoment und Drehzahl und letztlich die Leistung der Turbine entnommen werden.
In Figur 5 ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Stators 23 für eine Turbine dargestellt; er ist beispielsweise ring- oder hohlzylinderförmig gestaltet.
Der Stator 23 umschließt konzentrisch einen impulsgetriebenen (konventionellen) Rotor 24, der hier s-förmig ausgebildet - zwei Düsen aufweist, über die er tangentiell angeströmt und von innen nach außen durchströmt wird. Die Düsen des Stators 23 werden hierbei über eine
Hohlwelle 25 mit Dampf beaufschlagt. Durch die Strömungsrichtung von innen nach außen wird jegliche Reibung oder Zwangsführung durch das Gehäuse 26 vermieden. Aus der Figur 5 kann auch entnommen werden, dass es vorteilhaft möglich ist, die Wirkung der Turbine durch den Einsatz eines Zwischenrades 27, an dem die Energie abgenommen werden kann, zu verstärken.
Ergänzend ist in den Figuren 6a bis 6d eine Zusammenschaltung verschiedener Stufen im Sinne der Erfindung dargestellt. Figur 6a erläutert noch einmal das Kraftflussschema zwischen einzelnen Antriebsmaschinen auf ein Kreisschubgetriebe 11 mit summierten Ausgangskräften. Figur 6b erläutert das gleiche Prinzip, aber umgekehrt zum Splitten von Kräften.
In Figur 6c ist dargestellt, wie zunächst mehrere einzelne Antriebseinheiten, in Ausführungsbeispiel Turbinensysteme 6, auf erste Kreisschubgetriebe 11 einwirken, wobei deren Ausgangswellen 16 über ein weiteres gemeinsames Kreisschubgetriebe 11 zu einer einzigen Abtriebswelle 16 zusammengefasst werden. Diese Anordnung lässt sich als Kaskadenlösung bezeichnen. Figur 6d erläutert wieder das gleiche Prinzip, aber umgekehrt zum Splitten von Kräften.
Sinn der Anmeldung ist die Nutzung mehrerer An- Abtriebspunkte am Orbitergetriebe, d.h. Orbitergetriebe bieten die Möglichkeit an mindestens drei Exzenterstellen Kraft einzutragen/abzunehmen und an der Hauptwelle eine multiplizierte Kraft abzunehmen bzw. eine Gesamtkraft einzutragen und an den Exzentern gesplittete Kräfte abzunehmen. Diese Möglichkeiten ergeben sich rein aus der Funktion der Orbitergetriebe.
Die Anwendung Multi-SSE bezieht sich auf den Einsatz der Turbine als Krafteinträger an den Exzentern der Orbitergetriebe . Die Anzahl der einzelnen Turbinen ist je nach Ausführung deckungsgleich mit der Anzahl der Exzenter. Die Anzahl ist beliebig.
Übersteigt die baumögliche Anzahl den Bedarf an Energieumsetzung, kann das System kaskadenförmig aufgebaut werden, d. h. ein Multi-SSE-System kann wiederum als ein Krafteintrag in den Exzenter eines nachgeordneten Orbitergetriebes angeordnet werden, usw. Anwendungen:
Als Multi-Orbiter-System ist anzusehen:
Die Verbindung Turbine - Orbitergetriebe (OG) - Verbrennungmotor - OG
Elektromotor - OG
- Windkraftrotor - OG
- Wasserkraftrad - OG
- Alle eingetragenen Drehmomente - OG
In Kaskadenform:
Alle og. Antriebssysteme mit OG => auf OG.
Umgekehrt kann eine Hauptkraft, wie oben, in verschiedene Einzelkräfte gesplittet werden, z. B. kann ein Windkraftrotor über das Orbitergetriebe mehrere Generatoren betreiben, bedeutet einfachere Montage, Teillastabschaltungen ohne Wirkungsgradverlust u. ä.
Natürlich sind zudem, je nach Anforderung, multivalente Über- und Untersetzungen möglich.
Bezugsziffernliste
1 Zuleitung
2 Ventil zur Gesamtregelung
3a, b, c, d Ringleitung
4 Ventil zur Einzelregelung
5 Ableitung
6 Turbine/Turbinensystem
7 Turbine-Abtriebswelle
8 Exzenterantrieb
9 Exzenter 10 Exzenterführung
11 Kreisschubgetriebe
12 Zwischenglied für Orbitalbewegung
13 Außenverzahnung
14 Abtriebszahnrad
15 Innenverzahnung
16 gemeinsame Abtriebswelle
17 elektrischer Generator
18 Eintauchbereich
19 Stator
20 Welle
21 Düse
22 Rotor
23 Stator
24 Rotor
25 Hohlwelle
26 Gehäuse
27 Zwischenzahnrad

Claims

Patentansprüche
1. Antriebseinheit mit insbesondere Strömungsmaschinen, insbesondere Turbinen, mit schaufelloser Ausführung der Grundbauteile Rotor und
Stator, von denen die einen Grundbauteile Düsen besitzen und die jeweils anderen Grundbauteile über eine poröse Matrix verfügen, wobei mittels gas- oder flüssigförmiger Medien die Düsen nach dem
Rückstoßprinzip die Rotoren in Drehung versetzen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Turbinen-Rotoren in modularer ringförmiger Anordnung über ein gemeinsames Kreisschubgetriebe (11) ein Summendrehmoment mit definierter Gesamtüber/untersetzung bewirken.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) gleich groß hinsichtlich Durchmesser und Breite sind und auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sind.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) unterschiedlich groß hinsichtlich
Durchmesser und Breite sind und auf unterschiedlichen Teilkreisen angeordnet sind.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) je nach Leistungsbedarf einzeln abschaltbar sind.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) elektronisch, mechanisch oder strömungstechnisch hinsichtlich der Leistungsabgabe untereinander synchronisiert werden .
6. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) ein gemeinsames System für die Zu- und Ableitung des Strömungs-Mediums haben.
7. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) ein variables System für die Zu- und Ableitung des Strömungs-Mediums haben.
8. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) ein gemeinsames Abtriebssystem haben, das vorzugsweise als Kreisschubgetriebe (11) arbeitet und über eine zentrale Welle (16) auf den Generator (17) oder eine andere Arbeitsmaschine das Drehmoment mit der gewünschten Drehzahl überträgt.
9. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) ein gemeinsames Abtriebssystem haben, das vorzugsweise als Kreisschubgetriebe (11) arbeitet und über eine zentrale Welle (16) auf eine Kupplung und ggf. Getriebe wirkt, das wiederum mit Antriebsrädern (Landfahrzeug) oder Propeller (Wasserfahrzeug/Luftfahrzeug) verbunden ist.
10. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) eigene Abtriebssysteme mit
Kupplung haben, die als Kreisschubgetriebe fungieren, das mit einer zentralen Welle auf eine Kupplung und ggf. Getriebe wirkt, das wiederum mit Antriebsrädern (Landfahrzeug) oder Propeller (Wasserfahrzeug/Luftfahrzeug) verbunden ist.
11. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Turbinensysteme (6) eigene Abtriebssysteme mit Kupplung haben, deren Abtriebswellen als Antriebswellen vorzugsweise in einem Kreisschubgetriebe (11) fungieren, das mit einer zentralen Welle (16) auf eine Kupplung und ggf. Getriebe (16) wirkt, und in das ein oder mehrere Strömungsmaschinen der Ansprüche 1 bis 10 eingreifen und von dort aus auf einen zentralen Generator, Getriebe oder Arbeitsmaschine wirken.
12. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Strömungsmediums Gas oder Dampf ein Gas- oder Dampferzeuger vorgeschaltet ist.
13. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückführung bzw. Kondensierung des Antriebsmediums Gas oder
Dampf ein zentraler Kondensator im Turbinenauslauf nachgeschaltet ist.
14. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung einzelne Turbinen mittels Kupplung vom System getrennt werden können.
15. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung einzelne Turbinen mittels Druckregelung manipuliert werden können.
16. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung das gesamte System mittels Druckregelung manipuliert werden kann.
17. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, das zur Umkehrung der Drehrichtung die Düsenrichtung geändert werden kann.
18. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abbremsung des Systems die Düsenrichtung geändert werden kann.
19. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung die Düsenrichtung geändert werden kann.
20. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungsregelung der Düsendurchlass geändert werden kann.
21. Antriebseinheit nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass durch Druckreduzierung inaktive Turbinen als Schwungmassespeicher für aktive Turbinen fungieren.
22. Antriebseinheit, insbesondere in Turbinen, Lüftern und Pumpen in modularer ringförmiger Anordnung von mehreren schaufellosen
Turbinenrädern, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor und/oder der
Stator keine Schaufeln besitzt, sondern jeweils ein Bauteil Düsen besitzt, die nach dem Rückstoßprinzip über das korrespondierende
Bauteil, das über eine poröse Matrix (5) verfügt, das System mittels gas- oder flüssigförmige Medien in Drehung versetzt und die
Drehbewegung aller Turbinenräder über ein gemeinsames
Kreisschubgetriebe (11) ein Summendrehmoment mit definierter
Gesamtüber/untersetzung bewirkt.
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