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Das Leitermühle kann theoretisch deutlich mehr Leistung liefern als der Klassiker Windmühle. Es ist eine Erfindung von prof.DR.Wubbo Ockels auf dem er im Jahr 2000 in der Vereinigte StaatenPatent erhalten.
Beschreibung
An einer Windmühle, die kinetische Energie des Windes auf einen rotierenden Antriebsmechanismus wie z Dynamo Das Elektrizität erregt. Ein wichtiger Nachteil des bekannten Windmühle bei Klingen ist, dass die Leistung begrenzt ist, da die Länge der Klingen begrenzt ist. Der Wirkungsgrad einer Schaufelmühle wird durch die maximale Spitzengeschwindigkeit begrenzt, da Turbulenzprobleme auftreten können. Eine Mühle mit Klingen, so wie ein Wassermühle, bietet den Vorteil, dass die Klingen alle die gleiche Geschwindigkeit haben. Eine Leitermühle ist ein Beispiel für eine solche Schaufelmühle, bei der die Schaufeln mit einem Kabel anstelle einer starren Welle verbunden sind. Ein wichtiger Unterschied zur Windmühle ist der Antriebskörper. Anstelle eines Rades mit Schaufeln besteht der Antriebskörper der Leitermühle aus mindestens einem daran angeschlossenen Seil mit gleichmäßig beabstandeten Schaufeln, hier Drachen genannt. Dieses Modell ähnelt einem Leiter, daher der Name.
Das Kabel mit den Drachen wird in einer Schlaufe am Schaft befestigt. Dadurch entsteht eine Schleife mit zwei Seiten: a Luv und ein Lee-. Auf der Luvseite erzeugt der Wind eine nach oben gerichtete Kraft auf Kites und Kabel, die straff werden. Auf der Leeseite geht diese Kraft verloren (ein Effekt, der durch die Drehung der Drachen auf dieser Seite verstärkt werden kann), so dass die Kraft insgesamt nicht ausgeglichen ist. Das Ergebnis ist, dass sich die Schleife zu drehen beginnt und die Antriebswelle mitnimmt.
Der (theoretische) Vorteil der Leitermühle gegenüber der Windmühle besteht darin, dass erstere in der Höhe nicht oder kaum begrenzt ist. Dadurch kann die Leitermühle den viel stärkeren Wind in den höheren Luftschichten des Atmosphäre, was in 10 km Höhe zwanzigmal so viel ist Energie enthalten wie der Wind auf Meereshöhe. Dies bedeutet, dass die Leitermühle eine deutlich größere Leistung haben kann als eine Windmühle. Eine Leitermühle von 10 km Höhe gilt als fähig zu Leistung ab 100MW generieren. Außerdem weht der Wind in den höheren Luftschichten häufiger und konstanter, so dass eine Leitermühle im Vergleich zu einer Windmühle weniger Ausfallzeiten hat.
Herausforderungen
Einer der wichtigsten Teile der Konstruktion ist das Zugseil, das extrem stark und leicht sein muss (sonst würde es unter seinem Eigengewicht brechen). Auch die Piloten, die eine möglichst große Fläche haben müssen, stellen Anforderungen an die Leichtbauweise. Für die genannten hohen Leistungen von 100 MW muss das Kabel recht dick sein.
Angenommen, die Struktur bewegt sich linear mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 Meter pro Sekunde (dh Gehgeschwindigkeit von 3,6 km/h), dann ist die auf das Kabel ausgeübte Kraft gleich P/2 Newton, wobei P die abgegebene Leistung ist. Bei einer abgegebenen Leistung von 1 MW beträgt die Kraft ca. 500 kN. Das Zugfestigkeit eines geflochtenen Nylonfadens beträgt ca. 200MPa, so dass das Kabel einen Durchmesser von mindestens 20 cm haben muss, um nicht zu brechen (Sicherheitsfaktor 2). Bei einer gelieferten Leistung von 100 MW muss das Kabel zehnmal so dick sein, also ca. 2 Meter. Dieses 2 Meter dicke Kabel muss flexibel und leicht sein. Um eine ausreichende Kraft zu erzeugen, ist eine große Flügeloberfläche erforderlich, und die Flügel müssen ausreichend weit voneinander beabstandet sein, um den Luftstrom nicht zu stören. Nehmen wir eine Entfernung von 100 Metern an, dann werden ca. 50 Blätter mit einer Fläche von jeweils 300 m² benötigt. Die Masse der 50 Klingen beträgt ca. 10.000 kg. Die Masse der vier Seile mit einer Länge von je 5 km beträgt ca. 20.000 kg, was die Gesamtflugmasse der Mühle auf 30.000 kg bringt.
Die wenig steife Konstruktion muss schnell wechselnden Windstärken und Windrichtungen standhalten. Durch Unterschiede in Windstärke, Windrichtung und Temperatur kann es zu Torsionen der Konstruktion kommen. Torsion kann ein Ungleichgewicht verursachen und die Struktur instabil machen.
Die Übertragung der Lineargeschwindigkeit des Kabels auf eine Rotation einer Achse eines elektrischen Generators mit den genannten Kräften und Leistungen (100 MW) ist unbekannt.
Im US-Patent 6,072,245 erwähnt der Erfinder nur eine stabile (fliegende) Situation, aber nicht, wie die Konstruktion in der Luft stabil wird. Wie Hochleistungsdrachen gestartet werden können, wurde (noch) nicht veröffentlicht.
Die Sicherheit eines Drachens mit einer Masse von 30.000 kg und einer Länge von 5 km ist schwer zu garantieren und ist ein Anliegen und höchste Aufmerksamkeit.
Von März 2004 Forschung wurde an der Tu Delft von Ockels.
Externe Quellen
- Die Ingenieurin, p11
Lautstärke 116
Nummer 5
ISSN 0020-1146 - deutsches Patent DE69710675T, auch veröffentlicht als niederländisches Patent NL1004508C, europäisches Patent EP0841480 und US-Patent US6072245; Quelle: Esp@cenet