Schukey-Motor

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Ein Schukey-Motor ist eine Rotationskolbenmaschine, die als Wärmekraftmaschine und Kältemaschine konzipiert ist. Mit ihrer Hilfe ist eine Kühlung ohne Kältemittel möglich; als Medium zum Wärmetransport wird Luft verwendet.

Entwicklung[Bearbeiten]

In der ersten Hälfte der 1970er Jahre beantragte und erhielt Jürgen Schukey (1940–2011) Patente auf einen Apparat, den er Aktionsmaschine nannte.[1] Sein entsprechendes Patent für die Vereinigten Staaten betitelt den Apparat als Heat Engine.[2] Über zehn Jahre später ließ Schukey darauf aufbauend Patente folgen, deren Inhalt ein thermodynamischer Kreisprozess,[3] eine Rotationskolbenmaschine,[4] und ein Wärmeübertrager nach dem Gegenstromprinzip ist.[5]

Im Jahr 1993 stiegen BMW und Opel aus der Entwicklung des Schukey-Motors aus, an der sie sich zuvor beteiligt hatten.[6]

Gegen Ende der 1990er Jahre legte Schukey ein weiteres Patent zur Rotationskolbenmaschine nach.[7] Bei dem Patent (bzw. das zusätzlich abhängige) handelt es sich eigentlich nicht um ein Patent, sondern um ein Gebrauchsmuster. Die Schutzrechte wurden nicht weiterverfolgt; sie sind mittlerweile erloschen.[8][9]

Im März 2007 wurde ein Testbetrieb von Demonstrationsanlagen im Jahr 2008 angekündigt.[10]

Mitte 2009 wurde die Markteinführung von Schukey-Motoren im Jahr 2010 angekündigt.[11][12][13]

Mit dem Jahr 2010 begann ein bis Ende April 2013 angelegtes Forschungsprojekt der Hochschule Hannover, um den Schukey-Motor zur Serienreife zu bringen, das zum geplanten Zeitpunkt abgeschlossen wurde.[14] Im Juni 2010 wurde die Inbetriebnahme großer Schukey-Motoren zur Nutzung von Abwärme noch im selben Jahr angekündigt.[6] Im Juli 2010 gab es zwei Schukey-Motoren, die einige hundert Stunden auf einem Prüfstand betrieben worden waren.[15] Im Jahr 2010 befasste sich auch die Volkswagen AG kurz mit dieser Technik.[16] Im Umweltbundesamt von Deutschland ist man der Auffassung, dass die Chemieindustrie die Automobilindustrie unter Druck setzt, den Schukey-Motor zu ignorieren und weiterhin Kältemittel zu kaufen.[6] Unter Leitung des Umweltbundesamts erhielt der Schukey-Motor Förderung durch die Europäische Union.[17]

Aktuell arbeitet die Firma Thermodyna Maschinen und Anlagen GmbH daran serienreife Produkte zu entwickeln.[16] [18]

Technik[Bearbeiten]

Die Konstruktion sieht weniger Bauteile als eine herkömmliche Klimaanlage vor, während sie weniger Gewicht, geringere Kosten und geringen Wartungsaufwand verspricht. Durch einen hohen Wirkungsgrad soll die Maschine zudem sehr effizient sein.

Der Schukey-Motor arbeitet nach dem gleichen thermodynamischen Prinzip wie verbreitetere Kältemaschinen, etwa in einem Kühlschrank, jedoch ohne Kältemittel. Zwei ineinandergreifende Rotoren, die im Laufe einer Umdrehung abweichende Drehwinkel einnehmen, komprimieren und expandieren gleichzeitig in mehreren Kammern die Luft. Die gekühlte Luft kann beispielsweise bei einer Anwendung im Automobil direkt in den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden – ein gesonderter Wärmetauscher ist dann nicht notwendig.

Weiterhin ist der Einsatz des Schukey-Motors in einem Organic Rankine Cycle (ORC)-Prozess möglich. Abwärme in einem Temperaturbereich bis 350 °C und einem Druckniveau bis 10 bar kann so über einen angekoppelten Generator in elektrische Energie umgewandelt werden.

Ein Einsatz[19] ist z. B. in Kraftfahrzeugen, Blockheizkraftwerken, solarthermischen Kraftwerken und zur Abwärmenutzung von Schiffsdieselmotoren projektiert.

Funktionsprinzip[Bearbeiten]

Der Schukey-Motor gehört zum Typ der Katz-und-Mausmaschinen[20]. Der Name rührt von den zwei ineinander verschränkten Rotationskörpern her, bei dem sich ein Rotationskörper dem anderen in Umlaufrichtung annähert, bevor der andere in Umlaufrichtung davonläuft. Die dazu notwendingen Schwankungen in der Rotationsgeschwindingkeit werden durch ein entsprechendes Getriebe erreicht, über welches beide fix verbunden sind. Verfolgt also man einen der beiden Rotationskörper in seiner Bewegung und legt diesen als Bezugsystem fest, so rotiert die Außenwand in schwankender Geschwindigkeit an der Außenseite des Rotationskörpers vorbei. Gleichzeitig beobachtet man, daß sich der andere Rotationskörper wie bei einer Kolbenmaschine abwechselnd annähert und wieder entfernt. Es ist nun nicht schwer, sich z. B. einen Vier-Takt-Zyklus zwischen den beiden Rotationskolben vorzustellen (Kauertz-Maschine [21]). Die Notwendigen Ein- und Auslässe werden so in das Gehäuse eingelassen, dass sie stets zum richtigen Zeitpunkt an die notwendige Stelle rotieren. Das Konzept von Schukey ist eine Verallgemeinerung des Kauertz-Motors zu einem Motor mit externer Verbrennung; in der U.S. amerikanischen Patentschrift [22] werden allerdings nur Poirmeur, Kolko und Dedieu angeführt. Nimmt man wie oben einen der Rotationskörper als Bezugssystem, rotiert ein Auslass in der Außenwand genau dann vorbei, wenn der andere Rotationskörper sich ausreichend angenähert hat. Das Arbeitsmedium entweicht über den Auslass in eine Wärmequelle (Wärmetauscher, Brennkammer). Der Auslass rotiert weg und an seine Stelle bewegt sich ein Einlass durch den nun das expandierende Arbeitsmedium zwischen beide Rotationskörper strömt und Arbeit verrichtet, d.h. den Abstand zwischen beiden Rotationskoerpern vergrößert. Ist der größte Abstand zwischen beiden Körpern erreicht, ist der Einlass wegrotiert und ein Auslass rotiert zwischen die beiden Rotationskoerper, durch den das Arbeitsmedium mit Hilfe des sich wieder annähernden Rotationskörpers in eine Wärmesenke gepumpt wird. Nach dem gleichen Prinzip wird aus dem sich anschließend annähernden Einlaß das kalte Medium angesaugt. Der Arbeitsgang beginnt von vorne.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. DE2360865 (A1) – Aktionsmaschine. Europäisches Patentamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  2. US3978680 (A) – Heat Engine. Europäisches Patentamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  3. EP0309467 (B1) – Thermodynamic Cycle. Europäisches Patentamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  4. EP0316346 (B1) – Rotating Piston Machine. Europäisches Patentamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  5. EP0386131 (B1) – Countercurrent Heat-Exchanger. Europäisches Patentamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  6. a b c Diese Maschine stellt Kälte her – nur mit Luft. Die Welt. 19. Juni 2010. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  7. EP0945592 (A1) – Rotary Piston Machine. Europäisches Patentamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  8. 1. Abgerufen am 10. Oktober 2014.
  9. 2. Abgerufen am 10. Oktober 2014.
  10.  Daniel Hautmann: Mehr als heiße Luft. In: Hamburger Wirtschaft. Handelskammer Hamburg, März 2007 (online, abgerufen am 16. Dezember 2012).
  11. Sascha Rentzing: Kälte, die aus der Sonne kommt. Spiegel-Verlag. 21. Juni 2009. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  12. Sascha Rentzing: A Greener Solution to Air Conditioning?. Bloomberg Businessweek. 23. Juni 2009. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  13.  Freie und Hansestadt Hamburg (Hrsg.): Hamburg illustrates expertise in climate issues by innovations. In: Hamburg News. August 2009, S. 2 (PDF-Datei online, abgerufen am 16. Dezember 2012).
  14. Entwicklung der Schukey-Technologie zur Serienreife. Hochschule Hannover. Abgerufen am 19. August 2014.
  15. Volker Bergholter: Market launch of the Schukey technology (PDF; 6,58 MB) Umweltbundesamt. S. 22. Juli 2010. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  16. a b Jürgen Pander: Revolutionäre Klimaanlage: Echt cool. Spiegel Online. 14. Dezember 2012. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  17. Schukey – power and cooling from waste or solar heat. Umweltbundesamt. Abgerufen am 16. Dezember 2012.
  18. Website. Thermodyna Maschinen und Anlagen GmbH. Abgerufen am 9. August 2013.
  19. „Schukey-Technik revolutioniert Thermodynamik“ (http://www.energie-experten.org/experte/meldung-anzeigen/news/schukey-technik-revolutioniert-thermodynamik-4074.html)
  20. "Ungewöhnliche Verbrennungsmotoren (Englisch)" (http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/unusualICeng/unusualICeng.htm)
  21. "Kauertz Maschine (Englisch)" (http://www.aqpl43.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/unusualICeng/cat&mouse/cat&mouse.htm)
  22. "US1458950 A" (http://www.google.com.ag/patents/US1458950)