{"id":2016,"date":"2017-04-17T16:54:06","date_gmt":"2017-04-17T16:54:06","guid":{"rendered":"http:\/\/www.mark3d.de\/?p=2016"},"modified":"2017-09-06T19:58:35","modified_gmt":"2017-09-06T19:58:35","slug":"nachbau-einer-tesla-turbine-mit-3d-gedruckten-bauteilen-teil-1","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.mark3d.com\/de\/anwenderberichte\/nachbau-einer-tesla-turbine-mit-3d-gedruckten-bauteilen-teil-1\/","title":{"rendered":"Nachbau einer Tesla-Turbine mit 3D-gedruckten Bauteilen \u2013 Teil 1"},"content":{"rendered":"

Herzlich Willkommen zu einer zweiteiligen Serie \u00fcber das Nachr\u00fcsten einer Tesla-Turbine mit Marktforged-Teilen. Wir werden mithilfe bereits erkl\u00e4rter Techniken designen und drucken, um am Ende eine funktionierende, schnell rotierende Tesla-Turbine zu erhalten. Im ersten Teil geht es um Grundlagen und den Druck des Turbinengeh\u00e4uses.<\/p>\n

Was ist eine Tesla-Turbine?<\/strong><\/h2>\n

\"\"<\/p>\n

Eine Tesla-Turbine ist eine schaufellose Zentripetalflussturbine, die im fr\u00fchen 20. Jahrhundert von Nikola Tesla patentiert wurde. Genau wie Turbinen mit Schaufeln wandelt sie Str\u00f6mungen in
\nEnergie um, wird jedoch von glatten parallelen Scheiben angetrieben. Fluide treten tangential zur Scheibe am \u00e4u\u00dferen Rand der Turbine ein und bringen aufgrund ihrer Viskosit\u00e4t und Oberfl\u00e4chenhaftung Rotation mit sich. Unter Verlust von Geschwindigkeit und Energie treiben sie spiralf\u00f6rmig in das Turbinenzentrum, wo sie durch den Auslasskanal wieder austreten. Das folgende Bild zeigt die Flie\u00dfbewegung und den Energietransfer in einer Tesla-Turbine.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Nikola Tesla beschrieb seine Tesla-Turbine zun\u00e4chst als \u201ewichtigste\u201c Erfindung. Sie k\u00f6nne 90% Effizienz aufrechterhalten und die Energiegewinnung mit ihrer simplen Konstruktion
\nrevolutionieren. Tats\u00e4chlich waren ihre beiden Konkurrenten zu der Zeit – der Kolbenmotor und die Schaufelturbine – teuer, kompliziert und oft reparaturbed\u00fcrftig. Die Praxis lieferte ern\u00fcchternde Ergebnisse. Die Effizienz lag in Realit\u00e4t nur bei 40%. Damit zwar noch h\u00f6her als bei Schaufelturbinen (25-30%), dazu kam aber, dass sich die Scheiben der Tesla-Turbine bei ihren hohen Drehzahlen drastisch verformten, was sie unbrauchbar machte. Heutzutage werden nur noch kleine Tesla-Turbinen zu Lehrzwecken gebaut. Obwohl die Turbinen den Erwartungen nicht standhalten konnten, sind sie doch faszinierende Maschinen.<\/p>\n

Nachbauen einer Turbine mit 3D-gedruckten Teilen<\/strong><\/h2>\n

F\u00fcr dieses Projekt haben wir Olin College Machine Shops Design einer Tesla-Turbine mit drei Kernsystemen benutzt: Welle und Rotor, ein Lagergeh\u00e4use und ein Turbinengeh\u00e4use. Welle und
\nRotor werden sind im Lagergeh\u00e4use eingezw\u00e4ngt und vom Turbinengeh\u00e4use umfasst. Lager- und Turbinengeh\u00e4use passen mit einem Fixierfeature und acht Schrauben zusammen.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Es bietet sich an, die ben\u00f6tigten Teile zu drehen. Man braucht nicht mehr, als eine 2-achsige CNCMaschine.<\/p>\n

Es folgt eine St\u00fcckliste der Drehteile in der Turbine.<\/p>\n

Turbinengeh\u00e4use<\/strong>: CNC-gefr\u00e4stes Aluminium
\nLagerfassung<\/strong>: gedrehtes und CNC-gefr\u00e4stes Aluminium
\nWelle<\/strong>: gedrehter Stahl
\nAbstandshalter<\/strong>: wasserstrahlgeschnittener Stahl
\nFl\u00fcgel<\/strong>: wasserstahlgeschnittener und gedrehter Stahl
\nKlammerauflageplatte<\/strong>: CNC-gefr\u00e4stes Aluminium
\nScheibe<\/strong>: gedrehtes Aluminium
\nZuflussblock<\/strong>: CNC-gefr\u00e4stes Aluminium<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

F\u00fcr einige Turbinenteile eignet sich die additive Herstellung nicht. Wir konzentrieren uns auf die druckbaren: Das Turbinengeh\u00e4use und das Lagergeh\u00e4use (letzteres im zweiten Teil). Mithilfe des 3D-Druckes k\u00f6nnen wir das Gewicht des Turbinengeh\u00e4uses drastisch reduzieren, w\u00e4hrend die Festigkeit aber erhalten bleibt.<\/p>\n

Anforderungen an das Turbinengeh\u00e4use<\/h2>\n

Das Turbinengeh\u00e4use muss perfekt mit dem Lagergeh\u00e4use zusammenpassen, damit auch bei hohen Geschwindigkeiten keine Vibrationen entstehen, die die Turbine auseinander rei\u00dfen. Au\u00dferdem braucht es 16 Gewindebohrungen, acht f\u00fcr das Lagergeh\u00e4use und acht f\u00fcr die Abdeckplatte. Die Spielpassung zwischen Turbinengeh\u00e4use und Fl\u00fcgeln muss sehr klein sein, um die Effizienz der rotierenden Fl\u00fcgel hoch zu halten.<\/p>\n

Design und Faserverlegung<\/h2>\n

Um die oben genannten Anforderungen zu erf\u00fcllen, mussten wir einige \u00c4nderungen vornehmen. Durch Einheitstests haben wir herausgefunden, dass wir die Aush\u00f6hlung im CAD-Programm um 0,002\u2018\u2018 verkleinern m\u00fcssen, um in der Toleranz zu bleiben. Danach haben wir alle Gewindebohrungen durch L\u00f6cher f\u00fcr spezielle Gewindeeins\u00e4tze, welche mithilfe von Hitze eingef\u00fcgt werden, ersetzt. <\/p>\n

Carbonfasern sollen das Teil verst\u00e4rken, damit es nicht vom Lagergeh\u00e4use und nachfolgenden Kr\u00e4ften deformiert wird. Sobald wir es in Eiger geladen hatten, konnten wir drucken.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Ma\u00dfpr\u00fcfung<\/h2>\n

Der Turbinenk\u00f6rper passt auf einen Mark Two, aber aufgrund der Laserma\u00dfpr\u00fcfung wollten wir auf dem Mark X drucken. Die Einheitstest haben uns akkurate Dimensionen zugesagt. Jetzt k\u00f6nnen wir die Genauigkeit w\u00e4hrend des Drucks mit zwei Laserscans pr\u00fcfen. Das eine kontrolliert das Verbindungsfeature mit dem Lagergeh\u00e4use und das andere den Durchmesser der Aush\u00f6hlung.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

N\u00e4chste Schritte<\/h2>\n

Als der Druck abgeschlossen war, f\u00fcgten wir die Gewindeeins\u00e4tze ein und befestigten das Aluminiumlagergeh\u00e4use. Einschlie\u00dflich der Innenteile wog die gedruckte Turbine 170 Gramm, wenig im Gegensatz zu dem 570-Gramm-schweren Aluminiumgeh\u00e4use.Nachdem sichergestellt war, dass Metallgeh\u00e4use und Welle und Rotor funktionierten, entwarfen und druckten wir das Lagergeh\u00e4use, worauf wir im n\u00e4chsten Artikel dieser Serie eingehen werden.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Herzlich Willkommen zu einer zweiteiligen Serie \u00fcber das Nachr\u00fcsten einer Tesla-Turbine mit Marktforged-Teilen. Wir werden mithilfe bereits erkl\u00e4rter Techniken designen und drucken, um am Ende eine funktionierende, schnell rotierende Tesla-Turbine zu erhalten. Im ersten Teil geht es um Grundlagen und den Druck des Turbinengeh\u00e4uses. Was ist eine Tesla-Turbine? 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