Tesla-Turbine

Tesla-Turbine aus Teslas Patentschrift

Eine Tesla-Turbine (auch Scheibenläuferturbine) ist eine schaufellose Turbine, die von Nikola Tesla erfunden und am 21. Oktober 1909 von ihm patentiert wurde.^[1]

Sie findet auch als Pumpe Anwendung, wenn sie angetrieben wird.

Sie besteht im Wesentlichen aus mehreren glatten, kreisförmigen Scheiben. Diese sind in definiertem Abstand zentrisch auf einer Welle montiert. Durch Schlitze fließt der Fluidstrom, der tangential eingebracht wird und den äußeren Rand der Scheibe bis nahe seiner eigenen Geschwindigkeit beschleunigen kann. Das Gehäuse der Tesla-Turbine ist so konstruiert, dass der Fluidstrom nur durch die nahe der Drehachse gelegene Auslassöffnung entweichen kann. Dies hat zur Folge, dass der vom Rand der Rotorscheibe abgebremste Strom von nachfließendem Fluid spiralförmig auf eine innere Bahn abgelenkt wird und dort ebenfalls noch Beschleunigungsarbeit auf die Scheiben leisten kann, da diese dort mit langsamerer Umfangsgeschwindigkeit läuft.

Eine Tesla-Turbine beruht auf zwei prinzipiellen Effekten bzw. Fluideigenschaften, und zwar der Adhäsion und der Viskosität des Fluids. Durch die Adhäsion zwischen Fluid und Turbinenscheiben wird soviel Energie vom Fluid an die Scheiben abgegeben, dass der Rotor gleichmäßig effektiv angetrieben wird, während das Fluid Energie abgibt und nach innen, Richtung Auslass, strömt; im Anschluss an die Energieübergabe fließt das Fluid axial durch die Aussparung von innen nach außen ab.

Das Drehmoment ist im Stillstand am größten und wird mit der Drehzahl linear kleiner, bis es bei der Leerlaufdrehzahl zu null wird. Das ist auch der Grund, warum die höchste Leistung bei halber Fluidgeschwindigkeit (halber Leerlaufdrehzahl) erreicht wird.

Der Arbeitsmaschine von Tesla wurden Pumpwirkungsgrade von 95 % bis zu 98 % und mehr nachgesagt. Diese Angaben beruhen jedoch eher auf der Legendenbildung um Nikola Tesla, als auf physikalischen Voraussetzungen. Systematische Untersuchungen von Warren Rice von der Arizona State University attestierten einen zu erwartenden Wirkungsgrad im Bereich von 40%-60%, mit einem oberen Limit bei 65%.^[2] Praktisch erreicht die Tesla-Turbine nicht den Wirkungsgrad heutiger Axialturbinen.

Die Vorteile der Tesla-Turbine sind ein einfacher Aufbau, große Vibrationsarmut durch Fehlen von Unwuchten; - nur wenn die Rotoren, genauso wie bei beschaufelten Turbinen, gut ausgewuchtet sind, ist die Maschine vibrationsfrei - und eine hohe Zyklenfestigkeit (Toleranz gegenüber Last- und Temperaturwechseln).

Die Tesla-Turbine kam im industriellen Rahmen trotzdem nicht über den Prototyp hinaus, da sie so hohe Drehzahlen erreichte, dass das Material der Scheiben sich in technisch unbeherrschbarem Maße ausdehnte.

Einzelnachweise

1. ↑ Patent US1061206: N.Tesla Turbine. Angemeldet am 21. Oktober 1909, veröffentlicht am 6. Mai 1913, Erfinder: Nikola Tesla.
2. ↑ Warren Rice: Tesla Turbomachinery, Conference Proceedings of the IV International Tesla Symposium. 22. bis 25. September 1991. Serbian Academy of Sciences and Arts, Belgrad, Yugoslawien

Weblinks

• The Tesla Boundary Layer Turbine Bau einer Teslaturbine, incl. Pläne, Berechnungen und vielen Fotos.