Ist ein Strömungsring in Verlängerung
von Nikola Teslas Erfindungen möglich?

Der folgende Text beschreibt hoffentlich ein neues mechanisches Funktionsprinzip basierend auf Ideen von Nikola Tesla bzw. deren konsequentes Weiterdenken .

In diesem Sinne wird die Theorie des "Teslaschen Strömungsrings" aufgestellt, der,- wenn funktionfähig, was zu zeigen wäre.- völlig neue Dimensionen in Sachen Antriebstechnik erschließt.
 
 

Vorweg:

Ein herkömmliches Ventil wirkt nur punktuell und hat Öffnungsschwellen durch Federdrücke, Membranelastizität usw. und bleibt daher oszillierenden Anwendungen vorbehalten (zB. eine Zirkulationspumpe läßt sich mit nur zwei passiven Ventilen aufbauen, wenn im Bereich dazwischen pulsierende Dampfblasenentwicklung möglich ist). Ein Tesla-Ventil hat keinerlei Öffnungsschwellen und zeigt erst mit einer "räumlich auseinandergezogenen" und sicher vielfachen Anordung Wirkung. Für jeden Punkt (!)eines solchen Ventils,-besser Ventilkammer.-, oder speziell des vorgeschlagenen Teslarings gilt niedriger Strömungswiderstand in die eine Richtung und ein hoher in die andere (Strömungsrichtung). Wenn ein darin befindliches Gas oder zB. Dampf anliegenden Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt werden, dann führt die aufgenommene /abgegebene Wärmemenge zu Volumenänderungen des Betriebsmediums. Weil aufgrund der Ventilstruktur dieser Massen nur eine gerichtete Bewegung entsteht, kommt eine kontinuierliche (!!!)Kreisströmung zu stande, die für kontinuierlichen Vorschub des Betriebsmediums in jeweils andere Temperaturzonen sorgt. Ein solcher Kreislauf ohne bewegte Teile müßte sich u. a damit auch als Motor verwenden lassen.

Der hier niedergelegte folgende Text ist mindestens dreimal angedacht und zweimal verworfen worden........

Funktioniert es nun oder nicht?

Der Ausschlag zur letztendlichen Publizierung war die Überlegung, daß trotz gleichem Gesamtdruck innerhalb eines Tesla-Rings thermisch bedingt sich eben doch örtliche Druckdifferenzen ausbilden, deren Gasdynamik eben doch zu einer gerichteten Strömung führen...........

Ist Nikola Tesla nicht darauf gekommen? Wir denken weiter!

Ist ein Strömungsring in Verlängerung von Nikola Teslas Erfindungen möglich?

Sind Pumpen ohne bewegte Teile möglich?

Neues thermodynamisches Motorprinzip auf Gas-/ Dampfblasenbasis basierend auf TESLA-Ventiltechnik ?

Ist der solare Schaummotor/ Dualphasenmotor technisch möglich?

Aktuelle Hintergründe:
Photovoltaische Solaranlagen haben immer noch das Problem, daß die tatsächlich erzielten Wirkungsgrade immer noch zu gering sind. So ist die tatsächliche Nutzleistungsabgabe etwa von solarelektrischen Motorantrieben oft deutlich unter 10 % trotz guter elektronischer Möglichkeiten. Schuld daran ist der Wirkungsgradzusammenbruch von Solarmodulen durch passive Zellerhitzung, schlechter Quantenwirkungsgrad usw.. Als Weg aus diesem Dilemma werden heute etwa mit großem Aufwand die Möglichkeiten erforscht, mit großen Brennspiegeln Solarenergie zu bündeln und auf Hochtemperaturniveau konventionelle Dampferzeuger zu betreiben, die dann zB. Turbinen (zur Stromerzeugung) antreiben. Wie Voraus zusehen, werden die Anlagenwirkungsgrade nicht sonderlich berauschend sein, weil innerhalb der jetzigen technischen Konventionalität. Wie auch zu hören, bestehen auch erhebliche Technologieprobleme in Sachen hochtemperaturfester Wärmetauscher u. ä..

Im folgenden wird daher ein neuer konzeptioneller Ansatz dargestellt, der prinzipiell nicht nur für die Konzeption neuer Solaranlagen jeder Größe vielleicht neue Möglichkeiten eröffnet, sondern insbesondere ein völlig neues Motorkonzept vorschlägt. Bisher waren Motorkonstruktionen speziell für den Niedertemperaturbereich in der Technikgeschichte vernachlässigt,- selbst der legendäre STIRLING-Motor ist in Wahrheit ein ausgesprochener Hochtemperaturmotor.

Ausgangspunkt der Überlegungen war, daß herkömmliche Motoren heute immer noch sozusagen ein Sammelsurium des Interieurs einer Schmiede des 18. Und 19. Jahrhunderts darstellen: Das einzig intelligente am Ottomotor und die Erklärung seines technischen Erfolges ist einzig und allein nur die Tatsache, daß der Ottomotor per "beweglichem Explosionsraumbodens" starke Temperatur und Druckwechsel schnell hintereinander produzieren kann. Daß Kolben, Zylinder, Kurbelwellen, Nockenwellen usw. aufgrund pulsierenden Betriebes nur kurzzeitig innerhalb Nennauslegung genutzt werden, war den Konstrukteuren schon in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts klar und führte zur Herstellung kontinuierlichen Betriebes zur Entwicklung der Strahltriebwerke. Klar, daß diese Alternative den hochenergetischen Antriebsmaschinen vorbehalten bleibt, weil diese Maschinen nur funktionieren, wenn Verbrennungsflammen unter hohem Druck die kinetische Energie an Turbinenschaufeln abgeben. Eine Niedertemperaturlösung für schwache und mittlere Energieumschläge steht bis heute aus.

Hier nun die neuartigen Gedankengänge, die einen neuen Motortyp skizzieren:

Arbeitsmedium von mechanischen Antriebsmaschinen ist immer direkt oder indirekt ein (Verbrennungs-) Gas oder Dampf. Das hat nach den Gesetzen der Thermodynamik den Vorteil großer Volumen- oder Druckänderungen, die sich in Bewegungen zur Arbeitsabgabe umsetzen lassen.. Gase / Dämpfe haben jedoch den Nachteil (manchmal auch Vorteil!), daß sie relativ wenig Masse aufweisen und der spezifische Energieinhalt trotz großer Delta T immer noch um zwei Zehnerpotenzen zu unbefriedigend ist. Eine rein auf Gasexpansion und Kontraktion beruhende Antriebsmaschine hätte mehrere Kubikmeter Größe, bräuchte dickwandige schwere Drucktanks und könnte nur ein paar Watt leisten.

Trotzdem ist das Ausdehungsverhalten der Gase/ Dämpfe unverzichtbar und interessant, wenn mit hohen Drücken oder Temperaturen gearbeitet wird und mechanische Arbeit schon vor einer Expansion abgenommen wird.

Ideal wäre es, wenn es eine Flüssigkeit gäbe, die sich bei Energiezufuhr oder Erhitzung bewegt und die gibt es schon lange,- das zB. ist das berühmte kochende Wasser mit aufsteigenden Dampfblasen. Auch die aufgeschraubte Mineralwasserflasche "kocht", obwohl kalt, weil durch Druckabfall gelöstes Kohlendioxid frei wird. Bekannte Phänomene wie der gefürchtete Siedeverzug zeigen, daß eine Paarung von Flüssigkeiten (Massen) und Gasen/Dämpfen (treibende Kräfte) die schöne Eigenschaft besitzen "in Bewegung" zu kommen. Der Energieinhalt von Dampfblasen beim zitierten kochenden Kochtopf dürfte immerhin schon bei mehreren hundert Watt liegen und das bei Normaldruck! Das ist ermutigend.

Wunderschöne Beispiele in "gefrorener Form" solcher 2 Phasen-Stoffgemische mit wunderschönen gleichmäßigen Gasporen kennt jeder zB als Schaumstoff: Dort ist ein zunächst flüssiges etwa honigartiges Polyurethanharz mit einem niedrigsiedendem Treibgas (früher Flurkohlenwasserstoffe R12/13, heute zB. Propan u.ä.) aufgeschäumt und schnell erstarrt, weil das Harz abgebunden hat.

Was liegt eigentlich nicht näher als solche Stoffpaarungen (Dualphasen) für Motorzwecke zu nutzen, nämlich eine Trägerflüssigkeit, die wie in einer Hydraulik für die Weitergabe von Drücken (und Masse!) sorgt und emulierten Gasen, die für dynamischen Vortrieb sorgen? Vielleicht auch die Paarung lipophiler und lipophober Stoffe (zB.Wasser und hochsiedende Fette), damit eine Blasenbildung mit "räumlichen Makroeigenschaften" zustande kommt?

Einen Beitrag, wie ein solches duales Medium temperaturabhängig eine Strömungsrichtung entwickeln kann , liefert die Wiedererinnerung an das über 100 Jahre alte Tesla-Ventil:

Dieses Ventil hat keinerlei bewegte Teile. Es beruht einzig auf der Eigenschaft, daß eine Flüssigkeits- oder Gaströmung in einem Kanal je nach Strömungsrichtung geteilt werden kann.
 

In Sperrichtung wird ein Strömungsteil per Umlenkungen so zurückgeleitet, daß er dem anderen Teil entgegenwirkt. In Durchlaßrichtung findet keine Strömungsteilung statt, weil durch Massenträgheit als Ausdruck kinetischer Energie ein Weg durch das Ventil ohne Strahlteilung möglich ist.

Für jeden Punkt im Innern eines solchen Ventil gilt, daß der Strömungswiderstand Richtung Ausgang niedrig ist und Richtung Einlaß sehr hoch.
 

Zur definierten Funktion brauchen solche Ventile die Hintereinanderschaltung vieler Ventilkammern. In manchen Anwendungen mag es gestört haben, daß so "passive Volumina" vorhanden sind. Sicherlich werden Effekte unerwünschter Wirbelbildung die positiven Eigenschaften mindern. Diese Ventile funktionieren an sich aber vorzüglich, sind aber bis heute unpopulär geblieben, vermutlich auch wegen des sicherlich vorhandenen seinerzeitigen Patentschutzes von Tesla.

Eine weitere herausragende Eigenschaft dieser Ventile ist, daß dieser Ventiltyp entgegen anderen Typen keinerlei Druckschwelle zum Öffnen aufweist!

Es kann Vorteile bringen, wenn Tesla-Ventile in viele nebeneinander liegende Einheiten aufgeteilt werden, weil sich dann zB. die Oberflächenspannung von dem Betriebsmedium vorteilhaft auswirken kann. In Zusammenhang mit Temperatur- und Druckunterschieden können Tesla-Ventil -Labyrinthe natürlich leicht auf differierende Querschnitte ausgelegt werden. Flächig können solche Ventile einfach gefräst oder gegossen, gepresst oder sonstwie geformt werden. Denkbar ist auch zB. ein radialer Scheibenaufbau als Drehteil mit eingelegten Strömungskeilen (Plattenstapel) usw. mit dem Vorteil geringerer Wirbelverluste (3D-Teil!).
 

Selbst radialzentrische Typen sind möglich.

Richtig interessant wird es erst, wenn die Eigendynamik dieser Ventile bedacht wird. Ob Nikola Tesla jemals darüber nachgedacht hat, oder er als kreativer Geist und Stromschlag-Fan damals zur Elektrotechnik wegelockt worden ist, wissen wir nicht. Jedenfalls lassen sich leicht Weiterentwicklungen vorstellen: So läßt sich ein Tesla-Ventil leicht mit einem Wärmetauscher wie zB. einem Solarabsorber kreuzen. Es leuchtet ein, daß ein solches Bauteil bei Erwärmung zB. ein eingeschlossenes Gas oder Dampfgemisch ausschließlich an seiner Ausgangsseite austreten läßt und sozusagen eine richtungspolarisierte Strömung auslöst. Letztlich der Wärmeübergang auf das Betriebsmedium in seiner thermodynamischen Reaktion bedeutet den Eintrag von Arbeit im energetischen Sinn.

Wir denken weiter: Erstaunlicherweise dürfte dies auch für den Eintrag von Kälte bzw. Abkühlung gelten! Die Abkühlung eines Gases oder Dampfes in einem Tesla-Labyrinth bewirkt ein Schrumpfen dieses Volumens, jedoch dabei bewegt es sich in gleicher Richtung weiter wie bei einer Erwärmung!!!!!..... und wieder wird "Vortriebsarbeit" als Folge eines Temperaturdifferentials frei!!!

Vorstellen kann man sich einen solchen Prozess wie die langsame Implosion in einem einseitig geschlossenen Rohr. Die kinetische Energie E= m *v hoch 2 , die durch gasdynamischen Eintrag via Delta T erhöht wird, kann nur zunehmen , wenn v hoch 2 größer wird bezogen auf gleiche Masse. Davon wird genau der Massenteil betroffen sein, der an der wärmeren Seite der Anordnung liegt!(Saugwirkung?)

Eingedenk dieser Überlegungen ist es naheliegend, ein lineares Tesla-Ventil zu einem Kreisring bzw. Toroid zu verbiegen und zu koppeln in dem Sinne , Eingang und Ausgang zu verbinden. Ein anliegendes Temperaturdifferenzial in Form einer kalten oder warmen Zone oder Zonen müßte dann eine gerichtete Zirkularströmung auslösen (dürfte auch für mehrere Zonen gelten)!!!!

Ein weiterer interessanter Aspekt ist, ob durch Kanalbreitenvariation durch die Gasdynamik umgekehrt Temperaturanstiege oder -Abfälle ausgelöst werden können, sodaß eine Art thermodynamisches "Peltierelement" entsteht.

Natürlich sind die möglichen Energieumschläge bei Gasen sehr gering, als Ausweg bleibt aber die Wahl hoher Betriebsdrücke. Hochinteressant in diesem Zusammenhang ist die Stoffanomalie des flüssigen Kohlendioxids. Bei Drücken von einigen zig Bar und Temperaturen von 30 Grad und sehr kleinen Delta t treten erhebliche Volumenänderungen auf!!!(Dank an die Thermodynamikfreaks im Internet!)

Auch hier stellt sich das Problem der Energieverschleppung: Ein Wärmetransport zwischen unterschiedlichen Temperaturzonen via Betriebsmedium ist eine Art "thermischer Kurzschluß" und mindert Wirkungsgrade. Sicherlich kommt es bei einer solchen Konstruktion auf ein gutes Verhältnis von thermodynamischem Energieeintrag und Verlustquellen wie Leitungswiderständen, unerwünschten Verwirbelungen etc. an.

Bis heute ist ein solcher Tesla-Toroid noch nicht gebaut worden. Ob ein solches Teil läuft und aus sich heraus zirkulationsfähig ist, ist bis heute unbekannt. Es wäre zu schön, wenn ein solches Teil in die Hand genommen, derartig zirkuliert, daß es pfeift!?

Natürliche Zirkulationen sind zB. als Konvektionsströmungen übrigens allgegenwärtig. Selbst photovoltaische Solarzellen sind im Wesen elektrische Ventile, die Elektronen zirkulieren lassen, wenn solche Elemente antiparallel verbunden werden! Die Lichtquanten erzeugen übrigens in der Ventilschicht selbst die Elektronenströme. Insoweit ist der vorgestellte Tesla- Toroid ein direktes Pondon der Mechanik und eine Rückübertragung von Verfahren und Denkweisen der Elektronik auf die Mechanik!
 

Wenn dieses Prinzip funktioniert, dann besteht zum Beispiel die Möglichkeit für den Bau pumpenloser Wärmekreisläufe für Gase und flüssige Medien als thermodynamischer Strömungsring und auch Wärmepumpen ohne bewegte Teile. Dazu müssen die Tesla-Absorber einfach antiparallel verbunden werden und für eine Wärmedifferenz gesorgt werden.

Irgendwie nahe liegend ist es, in einen solchen Kreislauf, wenn er denn funktioniert, aus der zirkulierenden Strömung mechanische Arbeit durch Zwischenschaltung zB. eines Zahnrad-Hydraulikmotors zu entnehmen. Sicherlich bedeutet dies am Eingang der Komponente eine Druckerhöhung und ausgangsseitig einen schlagartigen Druckabfall. Die zu verifizierende These ist nun, ob durch angepaßte Strömungskanalmodifikationen sich Drucktransformationen einstellen, die die Zirkulationsfähigkeit des Systems sicherstellen.

Möglicherweise nachteilbehaftet sind in diesem Zusammenhang die heutigen Konstruktionen, die die Strömungsenergie von Gasen ,Dämpfen und Flüssigkeiten in mechanische Arbeit umsetzen. Zahnrad-, Kolben- oder Drehschieberkonstruktionen verursachen Sekundärprobleme wie Haltbarkeit, Dichtigkeit, Reibungsverluste usw.. Turbinen auf Repellerbasis haben stattest mit Wirbelproblemen zu kämpfen und können ohne Verstellung nur auf einen Betriebspunkt ausgelegt werden und haben damit ganz schlechte dynamisch Eigenschaften.

Nikola Tesla hat schon vor 1900 einen Turbinentyp vorgeschlagen, der heute vergessen in technischen Museen zu bestaunen ist. Sein seinerzeitigen Vorschlag beruhte auf der Nutzung von Adhäsionskräften bzw.,. dem Leitungswiderstand: Man kann ihn etwa sich so vorstellen, wie ein auf einer Trommel aufgewickelter Gartenschlauch, der beginnt zu rotieren, wenn eine Flüssigkeit oder ein Gas durchgeleitet wird. Tesla hat solche Prototypen damals als Scheibenstapel mit eingefrästen Rillen, -wie bei einer Schallplatte-, gebaut und erprobt.

Was liegt also näher, als eine solche Turbine nach den vorher beschriebenen Prinzipien mit einem Tesla-Ventil-Labyrinth auszustatten? Dies hätte den Vorteil, daß die Fliehkräfte des bewegten Strömungsmediums in die thermodynamische Kalkulation in Sachen lokaler Betriebsdrücke und Temperaturdiffenziale in der Turbine selbst einbezogen werden könnten.....!

Fürwahr.......da könnten noch erhebliche Perspektiven in Sachen Motortechnik bestehen .....!

Sicher, auch solche Motorkonstruktionen haben einen begrenzten Wirkungsgrad, weil gekühlt werden muß. Vielleicht sind aber die Implementierung von Wärmerückgewinnungsverfahren etwa wie per Verdunstungskälte neue gangbare Wege. Die wirkliche Herausforderung des 3.Jahrtausend werden in diesem Sinne funktionell intelligente, weil effiziente Motortypen sein.

Jeden Tag macht die Natur uns vor, wie zB. ein Stein sich seit Jahrmillionen jeden Tag sich ausdehnt und wieder zusammen zieht und das mit 100% Wirkungsgrad. Es kann doch nicht wahr sein, daß wir heute immer noch nicht eine Motorkonstruktion mit vom Konzept her möglichen 100 % Wirkungsgrad sehen. Oder?

Ausblicke:

Runter mit den Delta T`s!

Für die Expansion/ Komprimierung eines bestimmten Gasvolumens bzw. Masse ist bei einer gegebenen Temperaturdifferenz Delta T eine genau bestimmte Energiemenge bzw, Arbeit erforderlich. Wird bei gleicher Gasmasse die Temperaturdifferenz mehrfach (n-fach) durchlaufen, so ist bezogen auf gleichen Energieumschlag die notwendige Temperaturdifferenz entsprechend kleiner (1/n!!!)!

Dies legt die Konzeption von Strömungskreisen mit vielen Kälte/ Wärmepolpaaren nahe. An sich gibt es immer zwei mögliche Bauformen: Entweder werden die Ventillabyrinthe an die Wärme-/ Kältequellen verschoben oder umgekehrt, wobei dann Polkämme entstehen.

Mit dieser Strategie können die notwendigen Temperaturdifferenzen theoretisch gegen Null getrieben werden oder aber die Energiedurchsätze bezogen auf die Gasmasse entsprechend erhöht werden.......

Vielpolige Bauarten haben eine direkte Ähnlichkeit mit Elektromotorbauformen. Der funktionelle Unterschied ist aber der, daß ein Elektromotor dynamische Feldänderungen "von außen" braucht. Ein Tesla- Strömungsring bezieht diese Dynamik aus der Thermodynamik und Kinetik des in ihm fließenden Mediums. In so weit ist die deskriptive Mathematik der ablaufenden Prozesse weitaus komplexer und vielschichtiger......!

Internetveröffentlichung: Reiner Trimborn 6.8.2002

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