Leif Andersson Henriksbergsvägen 104 136 67 Vendelsö 2011-09-10
Linjära maskiner
================
Under 1600-talet började man ana att värme kunde omvandlas till mekaniskt arbete.
Under 1700-talet lärde man sig förstå sambanden mellan temperatur, tryck och volym för en gas.
För att kunna utnyttja det man lärt sig om värme och mekaniskt arbete måste man bygga någon
typ av maskin som kunde omvandla värme, till exempel från en förbränning, till användbart arbete.
Och man måste utveckla någon maskin som kunde drivas och producera något användbart.
Under 1800-talet insåg man att det skulle innebära väsentliga fördelar om man kunde utveckla
drivande maskiner och drivna maskiner var för sig. Båda uppgifterna var svåra nog men de blev
betydligt enklare om de kunde separeras från varandra.
Under 1800-talet standardiserades kopplingen mellan en drivande och en driven maskin genom
att man introducerade den roterande axeln som kopplingselement. En drivande maskin skulle
alltid avslutas med en roterande axel och en driven maskin skulle utgå från en roterande axel.
Den som utvecklade en drivande maskin behövde inte bekymra sig om maskinen skulle driva
en gruvpump, ett tröskverk eller ett fordon. Den som utvecklade en driven maskin behövde inte
bekymra sig om den skulle drivas av en handvev, en ångmaskin eller en otto-motor.
Möjligheten att använda ett standardiserat kopplingselement mellan drivande och driven
maskin fick en enorm betydelse för utvecklingen av hopkopplingsbara maskiner. Det blev
allt mer självklart att drivande maskiner avslutades med en roterande axel. Detta hade även
fördelen att man kunde sätta ett svänghjul på utgående axel och hålla maskinen igång även
om inte alla arbetstakter var drivande.
Man lärde sig att omvandla en kolvs fram- och återgående rörelse till rotation via vevstake och
vevaxel. Man lyckades få fram lager och smörjoljor som tålde påfrestningarna under tusentals
drifttimmar. Grundkonstruktionen av en motor sågs alltmer som självklar.
Men omvandling via kolvstake och vevaxel var inte helt gratis. Även om man producerade delarna
i långa serier blev tillverkningskostnaderna inte försumbara. Och deras vikt blev en betydande del
av hela motorns vikt. Även om man lärt sig mycket om hur man åstadkom låg lagerfriktion blev
inte friktionsförlusterna i lagren helt försumbara och vevstaksrörelsen gav sidokrafter på kolven
som orsakade friktion och slitage. Och en vevaxel med svänghjul som roterade med konstant
hastighet gav en kolvrörelse där kolvhastigheten i varje ögonblick var helt låst. Det fanns alltså
ingen möjlighet att anpassa kolvrörelsen till ett lämpligt förbränningsförlopp.
Under 1900-talet började man alltmer använda elektrisk kraftöverföring.
En stor fördel med elektrisk kraftöverföring är att den kan fungera över stort avstånd. Om man
har en fors som kan driva en kvarn är det inte alltid lämpligt att lägga kvarnen i direkt närhet
av forsen. Men axlar, stång-gångar och dylikt tillåter bara några få meters överföringsavstånd.
Med elektrisk kraftöverföring kunde man placera kvarnen miltals ifrån forsen.
Man utvecklade roterande turbiner som fick driva roterande generatorer som gav sinusformad
trefas växelström som togs enot av roterande elmotorer.
Av historiska skäl hade man alltså förbränningsmotorer som avslutades med en roterande axel
och elektriska generatorer som drevs via en roterande axel. Man kunde alltså åstadkomma
en kemoelektrisk omvandlare i form av en motorgenerator genom att koppla samman en befintlig
förbränningsmotor med en befintlig generator. Så gjorde man bland annat för att få tillgång
till ström i bilar där man satte en roterande generator på bilmotorns utgående roterande axel.
Man kan idag ganska enkelt göra en motorgenerator genom att koppla samman en gräklipparmotor
med en bilgenerator. Eller köpa en färdig motorgenerator för 230 V.
Men vad man då får är ett par hundra års lösningar av inaktuella problem. Om man vill komma
från den kemiska energin i ett bränsle till elektrisk energi behöver man inte gå via rotation.
Man kan ta bort hela vevpartiet och använda en linjär generator som drivs av ett par kolvars
fram- och återgående rörelse.
Elektrisk kraftöverföring har utvecklats till att bli motiverad för allt kortare överföringsavstånd.
Redan vid någon meters överföringsavstånd som till exempel mellan drivmotor och drihjul i en
bil börjar det nu bli aktuellt att använda elektrisk kraftöverföring. Det börjar bli dags att överge
den roterande axeln som kopplingselement mellan drivande och driven maskin för att i stället
se en elektrisk överföring som kopplingselementet mellan drivande och driven maskin. En
drivande maskin skall alltså inte längre avslutas med en roterande axel utan med ett eluttag.
Och en driven maskin skall inte utgå från en roterande axel utan från en elanslutning.
Exempel på linjär motorgenerator
Vi har nu sett hur mobiltelefonen gett oss en ny syn på telenätet.
En liten och lätt motorgenerator som kan rymmas i en vanlig hushållsbudget skulle kunna bli
elförsörjningens mobil. Genom att ta med den i elbilen kan man åka hur långt som helst. Genom
att ta med den på båtsemestern får man tillgång till el i båten. En molnig vecka när solcellerna
på sommarstugan inte förmår hålla batterierna laddade kan man komplettera med motorgeneratorn.
Rötgasen från toalett-, hushålls- och trädgårdsavfallet kan man omvandla till el som man kan
sälja till elnätet. När vi under vintern eldar för att hålla varmt i våra hus kan vi göra det via
motorgeneratorn och sälja elöverskottet till nätet.
Men det behövs några steg innan utvecklingen kan ta fart. Först måste någon bygga en fungerande
prototyp. Nästa steg blir att ta fram en säljbar produkt. Nästa steg att ta fram en lönsam produkt.
Nästa steg att ta fram en storsäljare. Först därefter kan utvecklingen ta fart och dra med sig de
stora pengarna.