Aus 570 °C Dampf wird Strom – in drei Druckstufen.
Eine Expansionsmaschine, die den Dampf des SolarSteamers mit kleinem Anfangsvolumen über drei Kolbenstufen auf großes Endvolumen entspannt. Kompakte Bauform, hoher thermischer Wirkungsgrad.
Wasserdampfmotor (SKM) · Radialstufenkolbenmotor (RSKM)
Von der Idee zur Anwendung.
Vier Phasen – von der thermodynamischen Idee bis zur Verstromungsstufe im SolarSteamer.
Eine Wärmekraftmaschine mit hohem Enthalpiegefälle.
Guter Wirkungsgrad im Wasser-Dampf-Kreislauf verlangt eine Maschine, die ein hohes Energiegefälle nutzt und zugleich kompakt baut. Dirk Besier überträgt das Stufenkolbenprinzip auf den Wasserdampfmotor: ein kleines Anfangsvolumen (V₁ ≈ 8 cm³) expandiert über drei Stufen auf ein Vielfaches – bei kurzem Hub.
- polytrope Expansion, im Betrieb auf den besten Wirkungsgrad einstellbar
- kompakte Bauform statt langer Hübe
- Auslegung für ≈ 100 bar und ≈ 570 °C Wasserdampf
Drei Stufen, ein gleichmäßiger Kraftverlauf.
Kleiner Zylinder mit hohem Druck, großer Zylinder mit niedrigem Restdruck – die Kolbenfläche wächst im Quadrat und fängt den Druckabfall auf.
Expansion über drei Druckstufen
Bei jedem Stufensprung steigt die Kraft zu Beginn der Expansion neu an. Ergebnis ist ein gleichmäßiger, mechanisch gut wirksamer Kraftverlauf.
Kleiner Zylinder, höchster Druck – kurzer Hub, große Kraft.
Mittlere Stufe – die vierfache Kolbenfläche fängt den Druckabfall auf.
Großer Zylinder, niedriger Restdruck – die neunfache Fläche nutzt das letzte Enthalpiegefälle.
Kolbentrommel und Generator.
Die radiale Weiterentwicklung ordnet mehrere Stufenkolben sternförmig in einem Rotor an – jeder Kolben durchläuft rund vier Expansionen je Umdrehung, bei neun Kolben also rund 36. Der Generator ist direkt an die Kolbentrommel gekoppelt.
Links das Gehäuse der Kolbentrommel, rechts der angekoppelte Generator.
Im runden Gehäuse sind die Stufenkolben sternförmig im Rotor angeordnet. Eine ungerade Anzahl sorgt für einen kontinuierlichen Kraftfluss – eine Schwungmasse ist nicht nötig.
3D-Renderings aus den Konstruktionsmodellen. Materialdarstellung für die Website vereinheitlicht.
Warum die Stufung funktioniert.
- 01Kraft = Druck × Kolbenfläche. Der Druck fällt mit der Expansion – die Fläche wächst im Quadrat mit dem Durchmesser.
- 02Bei jedem Stufensprung steigt die Kraft zu Beginn der Expansion neu an. Ergebnis ist ein gleichmäßiger, mechanisch gut wirksamer Kraftverlauf.
- 03Eine Linearführung am Gelenk nimmt die Horizontalkräfte auf. Die Kolben tragen nur axiale Last – das vereinfacht die Abdichtung im Zylinder.
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