Az 1800-as évek elején növekedett meg először az érdeklődés a vízi energia hasznosításának újszerű lehetőségei iránt. A hagyományos vízkerekek évszázadok óta használt megoldásán az ipari forradalom segítségével előállított eszközök és a tudományos elvek módszeres és következetes alkalmazásával sikerült túllépni. A turbina kifejezést egyébként a latin örvény (turbo) szó alapján a francia Claude Bourdin (1788-1873) javasolta egy 1826-ban kiírt vízenergia-hasznosítási pályázatra beadott tervében, az örvénylés erejét felhasználó szerkezetek elnevezésére.
Ehavi cikkünkben a szabadalmi adatbázisok segítségével a vízturbinák történetére tekintünk vissza, egy magyar szabadalomból kiindulva, az időben egyre távolabbi előzmények felkutatásával.
-
A Kaplan-turbina és a Bánki-féle „határ-turbina”
A magyar szabadalmi adatbázisban ezen a területen a legkorábbi évek bejelentései között két név hívja fel magára a figyelmet, egyikőjük külföldi a másik pedig a korabeli magyar műszaki élet kiemelkedő alakja. Elsőként Viktor Kaplan neve ismerős, aki a mai napig leggyakrabban alkalmazott, ún. „reakciós” vízturbina, a Kaplan-turbina feltalálója. Az 1913. október 16. elsőbbségi dátummal bíró bejelentéshez (HU77849) további kettő kapcsolódik még a feltaláló nevéhez, ugyanabból az évből: HU78467; HU85583.
-
ábra
Kaplan-féle vízturbina állítható lapátokkal
Jellemző ábra az elsőbbségi bejelentést (AT73820 – 1913.10.16)
követően beadott harmadik osztrák pótszabadalomból
Bánki Donát 1917. augusztus 18-án benyújtott „Vízturbina a keréken szabadon átfolyó vízsugárral” című bejelentését, amelyet a Bánki-Csonka-féle porlasztó után ez a legjelentősebbnek tekinthető Bánki-találmány. Új turbináját 1917-ben a „Neue Wasserturbine” című kéziratában közölte, 1918-ban magyar nyelven is közölte. (Magyar Mérnök és Építész Egylet Közlönye - LII. kötet 13.szám)
2. ábra
Bánki-féle vízturbina
Turbinája kétszeres átömlésű szabadsugár turbina volt. A már korábban létező Pelton-turbina és Francis-turbina között foglal helyet, amelyeket a mérnökközlönyben példaként megemlít. Bánki saját megoldását egyébként „határturbinának” is nevezte.
Közleményeinek jelentős külföldi visszhangja volt. A magyar szabadalmi bejelentés jogait a turbina gyártására alakult részvénytársaság birtokolta, amelynek neve nemes egyszerűséggel: Bánki-féle „viziturbinát” értékesítő Részvénytársaság. Ez a vállalat, bár több szabadalmat nem jegyez, 1928-ig állítólag 853 turbinát gyártott és helyezett üzembe. A vízturbina gyártásába később a Ganz gyár is bekapcsolódott, a megoldást Németországban és a Szovjetunióban is még sokáig alkalmazták. Ezeknek a momentumoknak a részletesebb felkutatása további erőfeszítéseket igényelne, amire most nincs mód.
Visszatérve a szabadalmi bejelentésre, uniós elsőbbségét Németországban, Ausztriában, Svájcban, majd a háborús viszonyok miatti eltolódásra adott derogáció igénybevételével Bánki később Hollandiában és Franciaországban is érvényesítette. Érdekes, hogy az elsőbbség napja az eredeti magyar bejelentéstől eltérően számos bejelentésnél augusztus 16. lett, valószínűleg ügyvivői pontatlanság okán. (DE 326274(C); AT90872 (B); CH76839 (A) Wasserturbine mit radialer Ein- und Ausströmung am aeusseren Radumfang und freier Durchströmung des Radinnern - FR516954 (A); Turbine à eau avec écoulement libre à travers le tambour; NL 9477(C);). Svájcban egyébként két bejelentést is találhatunk az adatbázisban, egy alapbejelentést és egy pótszabadalmat (Zusatzpatent - CHD88328), mindkettőnél a bejelentés napja az elsőbbség igénylése nélkül: 1917. augusztus 20.
2. Futókerék szabadalmak a múltból
Bánki szabadalmi bejelentésében a technika állásánál – a Közlönnyel szemben – csak a Pelton-féle megoldást említi, a futókeréknél használatos szabad sugár kapcsán. Az időrendben korábbi előzmény a Francis-turbina, amelyet a 1848-ban James B. Francis angol mérnök valósított meg amerikai helyszíneken. Francis elsőként alkalmazott következetesen tudományos elveket és kísérleti módszereket, számítási és grafikus módszerei nagyban segítették a turbinák tervezését. (A Francis-turbina reakciós turbina, ami azt jelenti, hogy a munkaközeg (víz) nyomása a turbina járókerekén való áthaladáskor miközben energiáját átadja változik. Mivel a turbina forgórésze nyomás alatti folyadékban forog, a turbinaháznak zártnak és tömítettnek kell lenni. A turbina a nagynyomású vízbelépés és a kisnyomású vízkilépés között helyezkedik el, szokás szerint a gát alapjánál). Szabadalmi bejelentésnek nem leltem nyomát. Valójában a Kaplan-turbina tekinthető a Francis-féle megoldás továbbfejlesztésének. Más a helyzet a Bánki által is megemlített Lester A. Pelton esetén. Megoldása kitűnően alkalmas a szabadalmi jogban alapvető fogalom, a feltaláló tevékenység meglétének megítéléséhez szükséges meglepő műszaki hatás szemléltetésére. Ehhez először a korabeli technika állását kell megismernünk. Erre legalkalmasabb Samuel N. Knight szabadalma.
3. ábra
Samuel N. Knight szabadalma (US158591)
Ő volt az, aki a szabad vízsugarat a futókeréken levő síkfelületű fa lapátok helyett az ábrán látható, kerékre szerelt fém csészékre vezette, jelentősen megnövelve a hatásfokot. Pelton azonban még tovább lépett, amikor a vízsugarat a csésze kettős kialakításának közepén lévő élre vezetve optimalizálta az átáramló víz lendület-átadását. Knight szabadalma US158591. számon 1874. november 21-én, Pelton US 233692. számú bejelentése 1880. október 26-án lett benyújtva az amerikai szabadalmi hivatalba. Knight megoldása a hetvenes második felében valóban uralta a kaliforniai aranyláz által felfuttatott amerikai bányagépipart, a feltaláló tulajdonában lévő öntödében (Sutter Creek, California) tömegével készültek a vízenergia hasznosítására megrendelt öntöttvas futókerekek. A Pelton-kerék azonban néhány éven belül teljesen elhódította a piacot.
4.ábra
Lester A. Pelton szabadalma (US 233692)
1883-ban látványos rendezvénnyel egybekötött versenyt rendeztek a futókerekek hatásfokának összehasonlítására, amelyen vitathatatlanul bebizonyosodott a Pelton-kerék kialakításának előnye. A megoldás széles körben elterjedt ipari szabvánnyá vált, olyannyira, hogy 1917-ben Budapesten Bánki Donát joggal tekintette megoldása ismertetésénél hivatkozási alapnak a kaliforniai aranyláz ezt a kevéssé ismert eredményét…
Forrás:
http://www.omikk.bme.hu/banki/data.php (BME-OMIKK - Bánki hagyaték)
http://public.omikk.bme.hu/mee/fajlok/1918-101-103.pdf (MMÉE - Magyar Mérnök és Építész Egylet Közlönye - LII. kötet 13.szám)
http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5584.pdf (ASME - American Society of Mechanical Engineers)
www.uspto.gov/ USPTO Patent Full-Text and Image Database
http://worldwide.espacenet.com/ EPO Espacenet Patent search
http://www.sztnh.gov.hu/szabadalom/szab_kutat.html SZTNH Szabadalmi adatbázis
Végh László
RSS
