Grundlagen Kulissenwelle

Technischer Nachweisstand Prototyp 1 

Technischer Nachweisstand Prototyp 2

NEU: Das Dreifach-Kulissenwellen Konzept

Die folgenden drei Animationen zeigen die Dreifach-Kulissenwellen-Architektur vom reinen Bewegungsprinzip bis zur konkreten Kammer-/Portüberdeckung. Sie verdeutlichen, warum die Dreifach-Einheit die bevorzugte Entwicklungsplattform darstellt: hohe Taktung, gleichmäßiger Arbeitsverlauf, großer Volumenstrom bei niedriger Drehzahl und eine klare geometrische Grundlage für die weitere strömungs- und thermodynamische Optimierung.

Video 1: Dreifach-Kulissenwellen-Kinematik ohne Zylindergehäuse

Dieses Video zeigt die Dreifach-Kulissenwellen-Architektur ohne Zylindergehäuse in der Draufsicht auf die Getriebeseite. Sichtbar sind die drei um 120° versetzten Kulisseneinheiten, die über eine gemeinsame Abtriebsebene miteinander gekoppelt sind. Dadurch wird die Grundidee der Architektur besonders deutlich: Die Arbeitsbewegung der drei Flügelscheibenpaare wird nicht über eine klassische Kurbelwelle erzeugt, sondern über eine definierte Kulissenführung.

Durch die dreifache Anordnung entsteht eine sehr feine zeitliche Abstufung der Arbeitsereignisse. Die Kinematik erzeugt ein 15°-Raster, wodurch sich 24 Arbeitstakte pro Umdrehung ergeben. In Verbindung mit den jeweils vier Arbeitskammern pro Flügelscheibeneinheit entsteht daraus eine sehr hohe Kammer- und Taktfrequenz.

Diese Architektur ist eine wesentliche Grundlage für die angestrebten Systemeigenschaften: hoher Volumenstrom bei niedriger Drehzahl, gleichmäßiger Drehmomentverlauf, reduzierte Pulsation und die Möglichkeit eines getriebelosen Direktantriebs, beispielsweise mit einem Scheibenläufergenerator. Gerade die Dreifach-Einheit zeigt damit den besonderen Systemwert der Kulissenwellentechnologie.

Video 2: Dreifach-Flügelscheiben-Einheit mit transparenten Gehäusen und Portfenstern

In dieser Ansicht ist die Dreifach-Flügelscheiben-Einheit von der Arbeitsseite dargestellt. Die angedeuteten transparenten Gehäuse machen die Kammerbildung sichtbar; die grün markierten Bereiche zeigen die vorgesehenen Einlass- und Auslassports. Dadurch lässt sich erstmals der Zusammenhang zwischen Flügelbewegung, Kammergeometrie und Portsteuerung nachvollziehen.

Die Flügelpaare bilden während der Drehbewegung fortlaufend geschlossene und sich verändernde Arbeitskammern. Je nach Winkelstellung werden diese Kammern mit dem Einlassport verbunden, anschließend eingeschlossen, über die vorgegebene Kinematik verdichtet und schließlich mit dem Auslassport verbunden. Die Arbeitsgänge Ansaugen, Einschließen, Verdichten und Ausstoßen entstehen damit nicht durch Ventile, sondern durch die geometrische Überdeckung zwischen Kammer und Portfenster.

Die dargestellten Portformen sind als erste konstruktive Annäherung zu verstehen. Sie zeigen das Funktionsprinzip und die zeitliche Abfolge, bilden aber noch nicht die endgültige strömungsoptimierte Portgeometrie. Gerade hier liegt ein wichtiger Entwicklungsschritt: Öffnungs- und Schließkanten, Portbreite, Querschnitt und Überdeckungswinkel müssen so ausgelegt werden, dass ein verlustarmer, gleichmäßiger und effizienter Arbeitsprozess entsteht.

Besonders deutlich wird in dieser Gesamtansicht die hohe Taktung der Dreifach-Architektur. Durch die 15°-Teilung entstehen 24 Arbeitstakte pro Umdrehung; bezogen auf die mehrfach parallel arbeitenden Kammern ergibt sich eine sehr hohe Anzahl von Kammerereignissen pro Umlauf. Dadurch kann die Maschine trotz niedriger Drehzahl einen großen Volumenstrom mit hoher Gleichmäßigkeit erzeugen.

Video 3: Detailansicht der Portüberdeckung an einer Arbeitskammer

Dieses Video zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines einzelnen Kammer-/Portbereichs. Der Fokus liegt auf der Überdeckung zwischen Arbeitskammer, Flügelbewegung und Portfenster. Damit wird sichtbar, wie sensibel die spätere Funktion von der exakten Lage der Öffnungs- und Schließkanten abhängt.

Die Kammer wird zunächst mit dem Einlassbereich verbunden, anschließend durch die weiterlaufende Flügelbewegung vom Port getrennt und damit eingeschlossen. Danach folgt der interne Verdichtungsabschnitt, bevor die Kammer im richtigen Winkelbereich mit dem Auslassport verbunden wird. Diese Abfolge zeigt, dass die Portgeometrie bei der Kulissenwellenmaschine eine zentrale Rolle übernimmt: Sie bestimmt die Steuerzeiten, den Füllgrad, den Einschlusszeitpunkt, den Ausstoßbeginn und damit den gesamten thermodynamischen Prozess.

Die Detailansicht verdeutlicht zugleich die Bedeutung der Dichttechnik im Portbereich. Beim Überfahren der Portkanten muss die Dichtlinie jederzeit so geführt sein, dass keine unerwünschte Kurzschlussströmung zwischen Einlass, Arbeitskammer und Auslass entsteht. Die später beschriebene Corner-Seal-Technologie ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil der Gesamtfunktion.

Dieses Video dient damit als Grundlage für die weitere strömungstechnische Auslegung. Die dargestellte Portform zeigt den aktuellen Funktionsansatz; die endgültige Auslegung von Portbreite, Querschnitt, Kantenlage und Überdeckungswinkel ist ein zentraler Bestandteil der nächsten Entwicklungsstufe.

Erweitertes technisches Konzept einer Dreifach-Kulissenwellen-Verdichter/Expander-Einheit als isothermnahe Prozessmaschine und Direktgenerator-Aggregat

Thermodynamische Annäherung 

FAZIT

Konzept 2:
Isothermnaher Flügelscheiben-Verdichter auf Kulissenwellenbasis