Post on 14-Jun-2020
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Gaia-AuKW aus technischer Sicht
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Aus dem Video123
ermittelte Daten:
Generator:
Zahnriemenrad T5 (R1)
Außendurchmesser da: 56,45mm
Wirkdurchmesser d0: 57,30mm
Außenbordscheibe bB: 64mm
Zahnscheibenbreite b1: 21mm
Zähnezahl z: 36
Getriebeausgang:
Zahnriemenrad T5 (R2)
Außendurchmesser dA: 94,65mm
Wirkdurchmesser d0: 95,49mm
Zahnscheibenbreite b1: 21mm
Zähnezahl z: 60
Riemen T5 16-545 (Polyurethan mit Stahlzugstrang)
Breite: 16mm
Länge: 545mm
Zähnezahl: 108
Max. zul. Leistung bei 750U/min: 0,29kW
Getriebeeingang:
Zahnrad (K2)
Kopfkreisdurchmesser da: 77mm
Teilkreisdurchmesser d: 66,37mm
Kettenteilung p: 25,40mm
Teilungswinkel : 45°
Zähnezahl z: 8
Zahnrad (K1)
Kopfkreisdurchmesser da: 205,50mm
Teilkreisdurchmesser d: 194,50mm
Teilungswinkel : 15°
Zähnezahl z: 24
1 http://gaia-energy.org/liveticker-aukw-besichtigungen-30-04-2015/
2 https://youtu.be/3-Lp8Kp3rrI
3 Anhang A, Seite
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Rollenkette nach DIN 8181 ISO 1275-208A
Teilung p: 25,40mm
Rollendurchmesser d1: 7,95mm
Gelenkfläche f: 0,50cm²
Laschenhöhe g: 12,00mm
Bruchkraft FB: 14.100N
Getriebe
Zahnrad (Z1, Z3)
Modul: 1
Werkstoff: C45 (1.0503)
Kopfkreisdurchmesser D: 80mm (82mm)
Teilkreisdurchmesser D1: 78mm (80mm)
Breite B: 15mm
Zähnezahl z: 78 (80)
Eingriffswinkel: 20°
Zahnrad (Z2, Z4)
Modul: 1
Werkstoff: C45 (1.0503)
Kopfkreisdurchmesser D: 22mm
Teilkreisdurchmesser D1: 20mm
Breite B: 30mm
Zähnezahl z: 20
Eingriffswinkel: 20°
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Die Behauptung seitens GAIA/Rosch, das GAIA-AuKW würde
geringe Wartungskosten und minimalen Wartungsaufwand
erfordern, steht (nicht nur) im Widerspruch zum gewählten
Kettentrieb. Die Eignung eines Kettentriebes hängt vom Ver-
wendungszweck ab, und ob er die auftretenden Beanspru-
chungen während eines angenommenen Zeitraums erfüllt.
Bei der Dimensionierung müssen daher alle Einflüsse berück-
sichtigt werden, die in ihrer Gesamtheit die Lebensdauer
einer Kette bestimmen. Einen Eindruck von der Vielseitigkeit,
Größe und Abhängigkeit voneinander, soll durch nachfolgen-
de (unvollständige) Aufzählung vermittelt werden.
Kettenspezifische Wirkfaktoren
Gelenkbewegung, Triebanordnung, Spannung/Führung,
Schmierung, Kettenzugkraft, Fliehkraft, Belastungsstöße,
Polygoneffekt, Einlaufbeanspruchung, Lastwechsel/Frequenz,
Schwellbelastung, Bruchfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Dau-
erfestigkeit, Werkstoff (Art, Qualität, Wärmebehandlung,
Oberflächenbehandlung), und nicht zuletzt die Verarbeitung
und Montagepräzision4. Hier soll aber nur auf die drei we-
sentlichen Faktoren, welche die Gebrauchseigenschaften
einer Kette kennzeichnen, näher eingegangen werden.
Bruchfestigkeit
Steigert man die Belastung einer Kette bis oder über ihrer
Bruchlast hinaus, führt das zu einem Gewaltbruch. Die Bruch-
last FB der, Allerwahrscheinlichkeit nach von Rosch, verwen-
deten Kette liegt bei 14.100N.
Teilung p: 25,40mm
Rollendurchmesser d1: 7,95mm
Gelenkfläche f: 0,50cm²
Laschenhöhe g: 12,00mm
Bruchkraft FB: 14.100N
Würde das Volumen der Auftriebsbehälter (≈5,3 Liter) voll-
ständig genutzt, beträgt die Zugkraft F bei Vernachlässigung
der Fliehkraft:
4 Anhang B, Seite
Das liegt zwar unterhalb der Bruchlast, allerdings auch weit
unterhalb dem durch Auftrieb zu erzeugenden und der Kette
zu übertragenden Wunschleistung von ≈4.8kW. Das zulässige
Drehmoment des Kettentriebes ergibt sich aus:
Die Drehzahl wurde durch Zählen der Kettenglieder anhand
der veröffentlichten Videos5 bestimmt. Insgesamt konnten 56
Kettenglieder in 14,3s beobachtet werden. Daraus folgt für
die maximal übertragbare Leistung des Kettentriebs:
Der Kettentrieb kann folglich nur ≈3% der behaupteten Leis-
tung von 4,8kW übertragen. Die Kettenzugkraft bei voller
Volumennutzung der Auftriebsbehälter entspricht einer Leis-
tung von:
Das sind lediglich ≈1,9% der erforderlichen Leistung, die über-
tragen werden müsste, und das bei erreichen von ≈6,63% der
Bruchlast.
Welche Kettenzugkraft vorliegt, bei einer Leistung des Gene-
rators von 4.8kW, lässt sich wie folgt berechnen:
Dieses Drehmoment müsste an der Welle des ersten Ketten-
rades anliegen. Da gilt, beträgt das
Drehmoment an der Welle des Generators:
5 Video1
Eignung des Kettentriebes
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Daraus folgt für die Kettenzugkraft:
Die Bruchlast der Kette wird folglich um das 3,5-fache
überschritten. Unabhängig davon erfordert diese Kraft, er-
zeugt durch Auftrieb, eine Verdrängung je Auftriebsbehälter
von ≈280 Liter, bzw. insgesamt 5,04m³ Wasser (Säule hat
nur ein Volumen von 2,9m³). Das Raumvolumen eines der 18
Auftriebsbehälter beträgt allerdings nur ≈5,3 Liter, womit
maximal insgesamt ≈81 Liter verdrängt werden können:
Verschleißfestigkeit Kettentrieb
Unter optimalen Verhältnissen beträgt die Lebensdauer einer
Rollenkette ca. 15.000 Betriebsstunden. Bei mangelhaften
Schmierverhältnissen muss eine Kette entsprechend überdi-
mensioniert werden, sofern man sich nicht mit einer geringe-
ren Lebensdauer begnügen möchte. Ebenfalls zu erwähnen,
durch mangelhafte Schmierung sinkt die zulässige Gelenkflä-
chenpressung einer Kette extrem. Die zulässige Gelenkflä-
chenpressung (immer bezogen auf das kleinste Ketten-
rad im System) der Verwendeten Kette beträgt unter optima-
len Verhältnissen 7.700N/cm².
Bei voller Volumenausnutzung der Auftriebsbehälter beträgt
die Gelenkflächenpressung:
Bei Übertragung der behaupteten Leistung von 4,8kW beträgt
die Gelenkflächenpressung:
Damit würde der zulässige Wert für die Gelenkflächenpres-
sung, bei einer optimalen Schmierung, um mehr als das Drei-
fache überschritten. Warum Rosch und GAIA unter diesen
Voraussetzungen von Wartungsarm reden kann, und pro-
blemlosen 24 Std. Betrieb an 365 Tagen zusichert, bleibt wohl
deren ungeklärtes Geheimnis.
Da hier keine Kettenschmierung vorgesehen ist, und auch der
Kettenlängung nicht durch Spannvorrichtungen rechnung
getragen wird, ist mit extrem starken Verschleiß und letzt-
endlich Zerstörung der Kette innerhalb kürzester Zeit auch
dann zu rechnen, wenn keiner der zulässigen Grenzwerte
überschritten wird. Ein weiterer Kritikpunkt in Bezug auf
fehlende Kettenspanner; Die im Rohr sich gegenüberliegen-
den Ketten erfordern einen synchronen Lauf. Durch Ketten-
längung besteht die Gefahr, das früher oder später die Ketten
überspringen, was zu einer Schrägstellung der Auftriebsbe-
hälter, und letztendlich zum Stillstand durch verkeilen führt.
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Z1 Z2 Z3 Z4
Allgemeine Einflussgrößen bei 4,8kW:
Drehmoment je Eingriff: 1.680,00 430,77 430,77 110,45 Nm
Drehzahl: 28,60 111,54 111,60 435,24 U/min
Nennumfangskraft: 42.642 45.842 10.934 11.754 kN
übertragene Wälzleistung: 5,032 5,034 kW
Abschätzung der Geräuschanregung: 31.4 43,2 dB
Wirkungsgrad: 97,48 98,08 %
Verlustleistung: 0,127 0,096 kW
Tragfähigkeit nach ISO 6336
Grübchendauerfestigkeit: 0,11 0,10 0,21 0,20
Drehmomentsicherheit: 0,01 0,01 0,05 0,04
Zahnfuß-Dauerfestigkeit: 0,04 0,05 0,15 0,20
statische Festigkeit: 0,09 0,10 0,34 0,39
Geschätzte Lebensdauer (Zahnfuß): 0,00 h
Eignung des Getriebes
Man muss weder Getriebespezialist sein, noch über Inge-
nieur-Grundwissen verfügen um zu erkennen, das das Ge-
triebe nicht für eine Dauerlauffähigkeit ausgelegt ist. Es ist
offen, verfügt über keinerlei Schmierung, und selbst bei den
Lagern handelt es sich um Standard-Kugellager. Auf einigen
Bildern sind recht deutlich, trotzt der kurzen Betriebszeit,
Grauflecken zu erkennen. Grauflecken sind mikroskopisch
kleine Ausbrüche an der Flankenoberfläche, welche die Zahn-
flanken mattgrau erscheinen lassen. Ursache ist ein ungünsti-
ger Schmierungszustand im Zahnkontakt. Die Graufleckigkeit
führt zu einer Veränderung der Profilform, was sich nicht nur
negativ auf das Geräuschverhalten auswirken kann, sondern
auch die Flankenform negativ verändert. Unter Umständen
können aus der Graufleckigkeit großflächige Ausbrüche ent-
stehen, die das Getriebe zerstören. Da sich eine Tragfähig-
keitsberechnung des Getriebes sehr komplex gestaltet, gebe
ich hier nur die wichtigsten Ergebnisse bekannt. Die komplet-
te Auswertung der Tragfähigkeitsberechnung, inkl. der ver-
wendeten Gleichungen, befinden sich im Anhang C.
Die Welle des ersten Kettenrades müsste bei einer Leistung
von 4,8kW ein Drehmoment von ≈5.040Nm übertragen. Das
anliegende Moment der Eingangswelle W1 des Getriebes,
ergibt sich aus dem Übersetzungsverhältnis der Kettenräder
K1, K2:
Da gilt, beträgt das anliegende Moment:
Die nachfolgend ermittelten Werte setzen voraus, dass das
Getriebe über eine Tauchschmierung verfügt, und die Zahn-
räder aus gas- oder badnitrierten 42CrMo4 bestehen. (Bei der
Vorführung wurden Zahnräder aus C45 eingesetzt, welche
über deutlich schlechtere Werkstoffeigenschaften verfügen):
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Es ist folglich völlig ausgeschlossen, dass das Getriebe eine
Leistung von 4,8kW übertragen könnte. Vermutlich war es
ohnehin jedem klar, mit Ausnahme derer die Dohmen alles
ungeprüft glauben was er so Behauptet. So sicherte Dohmen
bei einem Interview Sterling D. Allan zu, das es sich bei dem
Getriebe (angeblich) um eine Spezialanfertigung eines auf
Getriebe spezialisierten namenhaften deutschen Unterneh-
men handelt, und problemlos ein Moment von 5.000Nm
übertragen kann:
“Mr. Dohmen had me be sure to take a photo of that gearbox, ex-
plaining that the gearbox was engineered by one of the leading firms
in Germany who do nothing but that kind of engineering. "It can
handle 5000 Newton-meters of force," he said.“
Quelle: http://pesn.com/2015/06/23/9602636_Rosch--We-Pulse-the-Air/
Dass das völliger Blödsinn ist, zeigen nicht nur die Berech-
nungen zu dem Getriebe, sondern lässt sich auch durch eine
Überschlagsberechnung6 für den notwendigen Wellendurch-
messer (Z4) aufzeigen:
Die Welle hat allerdings nur einen Durchmesser von 2cm, was
eine Dauerbelastung von max. 41,5Nm, ohne gesonderter
6 „Maschinenelemente“ Decker, 17. Auflage, S.368, Hanser-Verlag
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Berücksichtigung vorhandener radialer Kräfte, erlaubt. Das ist
ungefähr so als würde Dohmen behaupten einen vollgetank-
ten VW Passat CC 1,8L TSi an einer Wäscheleine aufhängen zu
können. Oder bildlich gesprochen: Der Passat CC 1,8 TSi leis-
tet max. 250Nm, bedeutet Dohmen behauptet allen Ernstes
das -Getriebe könnte das Drehmoment von zwanzig
solcher Fahrzeuge übertragen.
Wie verhält es sich mit der Dauerlauffähigkeit des Getriebes,
wenn das Volumen der Auftriebskörper vollständig genutzt
wird. Bei voller Ausnutzung des Raumvolumens (5,3 Liter) der
Auftriebsbehälter beträgt das Moment an der Getriebewelle:
Wie erkennbar, das Getriebe zerlegt sich selbst dann, wenn
die Auftriebsbehälter vollständig befüllt werden. Da stellt sich
doch die Frage, worauf sich die Behauptung von Rosch und
auch GAIA stützt, das AuKW bedarf ein minimum an War-
tungsaufwand, und läuft problemlos jahrelang rund um die
Uhr. Die Tatsache, das aus dem Drehmoment maximal eine
Leistung von ≈93 Watt resultiert, lassen wir freundlicherweise
mal außer Acht.
Betrachten wir die ganze Geschichte aus realistischer Sicht
unter Berücksichtigung der Aussage des technischen Leiters
von Gaia, Herrn Christoph Beiser, der im Video betonte das
die Auftriebsbehälter über ein Volumen von 5 Litern verfügen
und nur zu ≈30% befüllt werden, was tatsächlich der maximal
möglichen Befüllung der verwendeten Membranpumpe ent-
spricht, stellt man fest, das dem Getriebe selbst unter diesen
Bedingungen keine Dauerlauffähigkeit garantiert werden
kann. Hinzu kommt, das der Generator unter diesen Bedin-
gungen „theoretisch“ maximal 22 Watt Leisten könnte. Theo-
retisch deshalb, weil das am Generator anliegende Moment
deutlich unterhalb dem notwendigen Anlaufmoment des
Generators liegt. Das bedeutet der Generator dreht sich
ebenso wenig wie das Getriebe oder restliche Geraffel. Das
ist, der Haltbarkeit des AuKWs betreffend, natürlich ein nicht
zu unterschätzender positiver Aspekt. Allerdings würde ich
dem technischer Leiter von Gaia anraten den Bestellern des
AuKWs zu empfehlen das Blubberle nicht mit Wasser zu be-
füllen. Somit wäre garantiert, das Blubberle nicht schon wäh-
rend der Gewährleistungspflicht durchrottet. Sofern es tro-
cken und überdacht gelagert wird.
Es ist folglich völlig ausgeschlossen, dass das Getriebe eine
Leistung von 4,8kW übertragen könnte. Vermutlich war es
ohnehin jedem klar, wie aber sieht die Dauerlauffähigkeit des
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Allgemeine Einflussgrößen bei 31Nm, (5,3 Liter je Auftriebsbehälter):
Drehmoment je Eingriff: 31,057 7,963 7,963 2,042 Nm
Drehzahl: 28,60 111,54 111,60 435,24 U/min
Nennumfangskraft: 788,29 847,44 202,12 217,28 N
übertragene Wälzleistung: 93,015 93,061 W
Abschätzung der Geräuschanregung: 31.4 43,2 dB
Wirkungsgrad: 98,62 98,62 %
Verlustleistung: 1 1 W
Tragfähigkeit nach ISO 6336
Grübchendauerfestigkeit: 0,71 0,66 1,39 1,31 *
Drehmomentsicherheit: 0,50 0,44 1,95 1,71 **
Zahnfuß-Dauerfestigkeit: 1,67 2,14 5,84 7,44
statische Festigkeit: 4,13 4,88 15,49 18,06
Geschätzte Lebensdauer (Zahnfuß): 143 18 h***
*Verschleißgefahr
**Betrieb bei Grenzschmierung: Graufleckengefahr
***Bei Trockenlauf abrasiver Verschleiß, Überhitzung
Geschätzte Lebensdauer: 0,00h
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Eignung des Riementriebs
Korrosion Durch Wasser ohne Zusatzmittel
Umweltrechtliche umbauten bei Wasser mit Korro-
sionsschutzmittel
Potentialdifferenz von Materialien
Maschinenrichtlinie
UVV
CE-Zeichen
Garantie
Gewährleistung
Produkthaftung
Vertrag StGB, StPO, BGB, ZPO
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Sicht/" target="_blank">Gaia-AuKW aus technisch Sicht</a>
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Sicht/" target="_blank"><img
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alt="Gaia-AuKW aus technisch Sicht"></a>
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Sicht/" target="_blank"><img
src="http://www.youblisher.com/files/publications/195/1164881/200x300.j
pg" alt="Gaia-AuKW aus technisch Sicht"></a>
Z1 Z2 Z3 Z4
Allgemeine Einflussgrößen bei befüllung mit 1,5 Liter je Auftriebsbehälter:
Drehmoment je Eingriff: 7,527 1,930 1,930 0,495 Nm
Drehzahl: 28,60 111,54 111,60 435,24 U/min
Nennumfangskraft: 191,05 205,39 48,99 52,66 N
übertragene Wälzleistung: 22,543 22,555 W
Abschätzung der Geräuschanregung: 31.4 43,2 dB
Wirkungsgrad: 98,62 98,46 %
Verlustleistung: 0 0 W
Tragfähigkeit nach ISO 6336
Grübchendauerfestigkeit: 1,43 1,34 2,74 2,57 *
Drehmomentsicherheit: 2,05 1,81 7,51 6,62 **
Zahnfuß-Dauerfestigkeit: 6,31 8,10 22,53 28,92
statische Festigkeit: 16,39 19,33 63,92 75,40
Geschätzte Lebensdauer (Zahnfuß): Dauerlauffähig 1) h***
*Verschleißgefahr
**Betrieb bei Grenzschmierung: Graufleckengefahr
***Bei Trockenlauf abrasiver Verschleiß, Überhitzung
1)Nur bei Tauch- oder Spritzschmierung
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https://www.allmystery.de/themen/gw113123
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http://www.overunity.de/1797/rosch-auftriebskraftwerk-gaia-auftriebs-kraftwerk-wie-es-funktioniert/
http://gaia-energy.org/tag/aukw
http://www.rosch.ag/