DE3934461A1 - Antriebskoerper - Google Patents

Antriebskoerper

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DE3934461A1
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Klaus-Peter Dipl Ing Priebe
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/006Motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/10Combination of electric propulsion and magnetic suspension or levitation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/411Electric propulsion
    • B64G1/417Electromagnetic fields or flux without mass expulsion

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Description

Das Grundverfahren für die Ausbildung der Vorrichtung zur Ausnutzung elektromagnetischer Wechselwirkungen zwischen mindestens einer entsprechend ausgebildeten Arbeitsspule und den die Vorrichtung umgebenden Umweltmedien beruht auf der bewußten Ausnutzung der Kräfte zwischen der Arbeitsspule und den die Vorrichtung umgebenden magnetischen und elektrischen Medien oder elektromagnetischen Feldern zur Erzielung einer gerichteten Vortriebskraft auf die Vorrichtung.
Der Stand der Technik wird im wesentlichen durch die amerikanische Patenterteilung 35 04 868 vom 7. April 1970 beschrieben. Das in dem amerikanischen Patent beschriebene Space Propulsion System ist ausgelegt auf die Ausnutzung der Kräfte auf eine gleichstrombelastete Spule in einem inhomogenen oder homogenen Magnetfeld zur Lageregelung des Flugkörpers. Andere Anmeldungen wie in der deutschen Offenlegungsschrift DE 29 34 445 A1 scheitern an inneren Widersprüchen hinsichtlich der Ausnutzung elektromagnetischer Wechselwirkungen zur Erzielung gerichteter Vortriebskräfte, da die in der genannten deutschen Offenlegungsschrift beschriebenen Kräfte nahezu ausschließlich zwischen Teilkomponenten des Systems wirksam werden.
Nach dem bekannten Stand der Technik stellt kein Verfahren zur Erzeugung von Vortriebskräften auf die bewußte Ausnutzung der Wechselwirkungskräfte zwischen einer elektromagnetischen Spule, die ein gepulstes Gleich- oder Wechselfeld erzeugt, und magnetisch beziehungsweise elektrisch empfindlichen Umweltmedien ab. Diese Aufgabe war im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu lösen.
Der vorliegenden Erfindung liegen eine Reihe von Voraussetzungen zugrunde, von denen folgende Annahmen für die Lösung der gestellten Aufgabe hervorzuheben sind:
  • - theoretisch vermag ein Supraleiter bis zu 7,9 · 10⁷ A/cm² zu tragen;
  • - elektromagnetische Spulen mit einer magnetischen Induktion von B = 30 T sind herstellbar;
  • - entsprechend der Lenz'schen Regel sind mit der in Anspruch 1 und 2 beschriebenen Arbeitsspule beträchtliche Feldinhomogenitäten auf einem beliebigen Radius um die Vorrichtung darstellbar;
  • - durch geeignete Ansteuerung der koaxialen Leiter ist eine um die Arbeitsspule rotierende Feldinhomogenität darstellbar;
  • - die Wechselwirkungskraft zwischen der gleichstrombelasteten Arbeitsspule und einem magnetischen Umweltmedium wie z. B. H₂O ist berechenbar;
  • - die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Gleich- bzw. Wechselfeld der Arbeitsspule und freien elektrischen Ladungsträgern genügt den Induktionsgesetzen;
  • - schließlich ist bei geeignetem Betrieb der Vorrichtung die gerichtete Abstrahlung elektromagnetischer Felder möglich.
Die Vorrichtung erlaubt im Grundsatz drei unterschiedliche Möglichkeiten zur Erzeugung von Vortriebskräften:
  • 1. Die Wechselwirkung zwischen der Arbeitsspule und magnetischen Umweltmedien, also Medien, die ein ur ungleich 1 aufweisen, also beliebigen ferro-, para- und diamagnetischen Medien, von denen insbesondere Stickstoff und das Dipolmolekül des Wassers zu erwähnen sind.
  • 2. Die Wechselwirkung zwischen der Arbeitsspule und freien Ladungsträgern in der nahen Umgebung der Vorrichtung, die den Induktionsgesetzen entspricht und mit Analogien zu dem Thomson'schen Ringversuch oder dem Betatron zu vergleichen ist.
  • 3. Die gerichtete Abstrahlung elektromagnetischer Felder bei Wechselstrombetrieb der Arbeitsspule, die aufgrund bewußt herbeigeführter Feldinhomogenitäten möglich wird.
Zu 1.)
Die magnetische Wechselwirkung mit den die Vorrichtung umgebenden Umweltmedien ist wie folgt darstellbar.
Ein gerader, strombelasteter Leiter bildet ein rotationssymmetrisches magnetisches Feld aus, daß nach der Beziehung
B = µr I/2πr
bestimmt werden kann. Für ein B von 0,4 × 10-4 T ergibt sich bei einem angenommenen Radius von 7500 m eine erforderliche Stromdichte von 1,5 × 10⁶ A. Dies ist eine Stromdichte, die mit verfügbaren Supraleitern mit einer Gesamtquerschnittsfläche von rund 20 cm² dargestellt werden kann und die auch die Reichweite technisch darstellbarer magnetischer Gleichfelder unterstreicht.
Dieses rotationssymmetrische Magnetfeld um einen geraden Leiter kann während einer Sekunde beispielsweise 20 000mal mit einem gepulsten Gleichstrom auf- und abgebaut werden, ohne daß bei entsprechender Leiterlänge ein wesentlicher Energieverlust in Rechnung gestellt werden muß.
Das auf die Achse des Mittelleiters bezogene rotationssymmetrische Feld kann durch geeignete Maßnahmen, z. B. durch koaxiale Leiter mit entgegengesetzter Stromrichtung so überlagert werden, daß in der zum Mittelleiter achsensenkrechten Betrachtung Feldinhomogenitäten auftreten. Diese können nach der Lenz'schen Regel berechnet werden.
Durch die Ausbildung der Spule mit einem Mittelleiter und koaxialen Leitern ergibt sich im Grundsatz folgende auf magnetische Medien wirksame Feldgeometrie (Abb. 1 und Abb. 2).
Abb. 1
ohne Koaxialleiter
Abb. 2
mit Koaxialleiter
Wird jetzt angenommen, daß das derart inhomogene Magnetfeld innerhalb eines Gleichstromimpulses, also z. B. innerhalb einer 1/20 000stel Sekunde eine volle Umdrehung um den Leiter beschreibt, so ist offensichtlich, daß ein magnetisch empfindliches Medium einem Wechsel der magnetischen Feldrichtung unterworfen wird. Einem Dipolmolekül wie H₂O wird durch diese Feldrotation also eine Veränderung der räumlichen Ausrichtung aufgezwungen, diese erfolgt nicht trägheitslos, sondern aufgrund der notwendigen Massenbeschleunigung mit einer, wenn auch kleinen Zeitverzögerung. Solange jedoch das magnetische Moment des Magnetfeldes des einzelnen Wassermoleküls und des technischen Magnetfeldes der Arbeitsspule in der gegenseitigen Ausrichtung nicht übereinstimmen, wird neben der in diesem Fall abstoßenden Kraft ein magnetisches Moment wirksam. Das magnetische Moment der Wassermoleküle und des technischen Magnetfeldes der Vorrichtung überlagern einander, so daß um die Vorrichtung nicht ein Magnetfeldverlauf entsprechend der Abb. 3 sondern entsprechend der Abb. 4 angenommen werden muß.
Abb. 3
nicht zulässig
Abb. 4
zulässig
Die durch die Feldrotation verursachte Feldverzerrung führt zu einer Rückstellkraft auf die Vorrichtung bzw. zu einer Beschleunigung der magnetisch empfindlichen Umweltmedien wie in einfachen Versuchen mit Eisenfeilicht auch für niedrige magnetische Induktionen gezeigt werden kann.
zu 2.)
Die elektromagnetische Wechselwirkung mit den die Vorrichtung umgebenden Medien entspricht den möglichen Kraftwirkungen auf freie Ladungsträger entsprechend den Induktionsgesetzen.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach den Ansprüchen erlaubt die Erzeugung sehr starker rotierender Gleich- und Wechselfelder ohne bewegte Teile der Vorrichtung.
Entsprechend der Beziehung U = -n × ΔΦ/Δt werden auf freie Ladungsträger im Umfeld der Vorrichtung je nach Ansteuerung und Strombelastung des Mittelleiters und der umgebenden Koaxialleiter auf unterschiedliche Weise beschleunigende Spannungen verursacht. Es gilt hier zu unterscheiden zwischen dem bei der Rotation über ein Kreissegment anwachsenden Gleichfeld bei Gleichstrombetrieb und dem bei der Rotation über ein Kreissegment abwechselnden Wechselfeld bei Wechselstrombetrieb.
In jedem Fall werden auf freie Ladungsträger beschleunigende Kräfte wirksam wie sie aus der Konstruktion eines Betatrons oder nach dem Thomson′schen Ringversuch abgeleitet werden können. Im Hinblick auf den Zweck der Vorrichtung zur Erzielung gerichteter Vortriebskräfte ist allein die bewußte räumliche Anordnung zwischen den wechselnden Feldgradienten und den freien Ladungsträgern herbeizuführen.
Der Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9 der Anmeldung für das bei der Rotation über ein Kreissegment anwachsende Gleichfeld ist in seinem steuerungstechnischen Ablauf wie folgt zu beschreiben.
In der Vorrichtung, deren Achse senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, wird der Mittelleiter und ein koaxialer Leiter derart mit Strom belastet, daß ein magnetisches Feld mit der Achse senkrecht zur Vorrichtung und zur Bewegungsrichtung verursacht wird.
Durch geeignete Strombeaufschlagung des Mittelleiters und der koaxialen Leiter wird ein entgegen der Bewegungsrichtung anwachsendes magnetisches Gleichfeld erzeugt. Bei der Fortbewegung der Vorrichtung einschließlich des Hüllkörpers nach Anspruch 10 auf der Grenzfläche zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Medium, z. B. auf der Oberfläche zwischen Wasser und Luft und wenn die Achse des technisch durch die Vorrichtung erzeugten Magnetfeldes in der Ebene der Grenzfläche liegt, werden elektrisch positive und elektrisch negative Ladungen derart beschleunigt, daß die von dem anwachsenden Gleichfeld induzierten unvollständigen Kreisströme nach dem Induktionsgesetz abstoßend auf die Vorrichtung wirken. Dieser Anwendungsfall der Vorrichtung ist in der Abb. 5 dargestellt.
Abb. 5
Induktion abstoßender Ströme an der Grenzfläche zweier Medien
Der Effekt zur Erzielung einer Vortriebskraft auf die Vorrichtung kann wesentlich verstärkt werden durch die Einbringung freier Ladungen in den Wirkungsbereich der Vorrichtung nach Anspruch 8. In Abb. 5 sind Kathode und Anode durch das x gekennzeichnet.
Eine ähnlich gestaltete und berechenbare Abstoßung ist erzielbar für den Anwendungsfall des rotierenden elektromagnetischen Wechselfeldes, das ebenfalls mit der Spule nach den Ansprüchen 1 bis 9 erzeugt werden kann. Diese Anwendung der Vorrichtung in einem homogenen Medium setzt die räumlich gezielte, gepulste Freisetzung elektrischer Ladungsträger zur Erzielung von Vortriebskräften voraus. In der Abb. 6 wird gezeigt, wie ein Ladungsträger mit einer vorgegebenen Grundgeschwindigkeit durch das von der Arbeitsspule ausgehende rotierende Wechselfeld entsprechend dem jeweils wirksamen U beschleunigt wird.
Abb. 6
Beschleunigung elektrischer Ladungen in einem rotierenden magnetischen Wechselfeld
zu 3.)
Die Ausbildung asymmetrischer magnetischer Felder gemäß Anspruch 1 und 2 erlaubt bei hochfrequenten Betrieb mit einer Frequenz größer als 1 MHz und entsprechendem Abstand des Mittelleiters von den koaxialen Leitern die Emission gerichteter elektromagnetischer Felder. Die Abb. 2 gibt einen der möglichen Zustände der Feldinhomogenität um den Mittelleiter wider. Entsprechend der Feldverteilung um den Mittelleiter ist auch die Abstrahlungsintensität nach den entsprechenden Himmelsrichtungen zu berechnen.
Neben den drei Arbeitsweisen der Vorrichtung sind eine Reihe von weiteren Punkten zu beachten.
Der Beitrag der aus F = I × s × B folgenden Kraft auf die Vorrichtung ist für die Wechselwirkung mit schwachen homogenen Magnetfeldern im Verhältnis zu den aus der Feldrotation folgenden Kräften vernachlässigbar.
Die erforderlichen hohen Stromdichten können durch einen toroidförmig ausgebildeten Transformator bereitgestellt werden, diese Maßnahme ist notwendig, um unerwünschte magnetische Streufelder soweit wie möglich auszuschließen. Die heute verfügbaren supraleitenden Werkstoffe erlauben den Bau relativ kleiner toroidförmiger Transformatoren mit gleichwohl hoher Leistung.
Die Gleichrichtung und das Schalten der erforderlichen Ströme ist mit herkömmlichen Gleichrichtern nicht darstellbar. Es bieten sich hier Kryotrone an, die allerdings entsprechend dimensioniert werden müßten (s. a. Buckel, W.; Supraleitung - Grundlagen und Anwendungen; Weinheim 1984, S. 263 ff.).
Unter den gegebenen Vorraussetzungen ist es vorstellbar, die Vorrichtung so auszuführen, daß die Vorrichtung nicht nur als gerade, rechteckförmige Spule ausgeführt wird, sondern daß die Vorrichtung zwecks Anpassung an den Hüllkörper auch in gebogener Form ausgeführt wird.
Weiter wurde als selbstverständlich vorausgesetzt, daß die Steuerung der Stromdichten in dem Mittelleiter und den koaxialen Leitern entsprechend den Vorgaben einer Trägheitsplattform und zusätzlicher Steuerbefehle erfolgt.
Die Energieversorgung der Vorrichtung erscheint darüberhinaus nach dem Stand der Technik mit fortgeschrittenen chemischen Antrieben mit MHD-Generatorzusätzen oder durch entsprechende kerntechnische Anlagen darstellbar.
Die Ausführung der beschriebenen Vorrichtung kann mit den folgenden, wesentlichen Elementen erfindungsgemäß erfolgen. Diese sind wie folgt zeichnerisch dargestellt:
  • - Induktionsspule
    Ziffer 1, Zeichnung I und III
  • - der Mittelleiter
    Ziffer 2, Zeichnung I und III
  • - den koaxialen Leitern
    Ziffer 3 bis 10, Zeichnung I und III
  • - den Schaltkryotronen für die Ansteuerung der koaxialen Leiter
    Ziffer 11, Zeichnung I und III
  • - den Gleichrichterkryotronen
    Ziffer 12, Zeichnung I und III
  • - den Koaxialkabelverbindungen
    Ziffer 13, Zeichnung I und III
  • - dem Schaltgeber für die Feldrotation
    Ziffer 14, Zeichnung III
  • - die Vorrichtung insgesamt
    Ziffer 15, Zeichnung II
  • - einen möglichen Hüllkörper
    Ziffer 16, Zeichnung II
  • - die Kathoden und Anoden
    Ziffer 17, Zeichnung II
  • - einen vereinfachten Schaltplan
    Zeichnung III

Claims (10)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Felder und elektromagnetischer Wechselwirkungen zwischen mindestens einer, besonders ausgebildeten Arbeitsspule und den die Vorrichtung umgebenden Medien, ausführungsgemäß derart, daß mit der mindestens einen Arbeitsspule aus mindestens einem Mittelleiter und einzeln ansteuerbaren Koaxialleitern ohne bewegte Teile ein rotierendes Gleich- bzw. Wechselfeld erzeugt wird und aufgrund der Wechselwirkung mit magnetischen oder elektrischen Umweltmedien oder aufgrund der gerichteten Abstrahlung elektromagnetischer Felder auf die Vorrichtung eine Reaktionskraft bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ausführungsgemäß derart, daß die Stromrichtungen in dem die Arbeitsspule bildenden Mittelleiter und den mindestens drei koaxialen Leitern einander entgegengerichtet sind und durch die gezielte Ansteuerung einzelner oder von Gruppen der koaxialen Leiter ein rotierendes Gleich- bzw. Wechselfeld erzeugt werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 ausführungsgemäß derart, daß die Leistungsversorgung des Mittelleiters und der koaxialen Leiter über zwei getrennte Sekundärwicklungen einer toroidförmigen Induktionsspule mit wechselstrombelasteter Primärspule erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 ausführungsgemäß derart, daß die stromführenden Elemente als Supraleiter ausgeführt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 ausführungsgemäß derart, daß durch eine mit Krytronen ausgeführte Gleichrichterschaltung zwischen den Sekundärspulen und dem Mittelleiter und den koaxialen Leitern der Mittelleiter und die koaxialen Leiter mit einem gepulsten Gleichstrom belastet werden können.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und 5 ausführungsgemäß derart, daß einzeln ansteuerbare Kryotrone in Verbindung mit den einzelnen koaxialen Leitern die Ausbildung rotierender, elektromagnetischer Gleich- bzw. Wechselfelder ohne bewegte Teile ermöglichen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 3, 4, 5 und 6 ausführungsgemäß derart, daß Verbindungsleitungen zwischen der Induktionsspule, den Kryotronen und der Arbeitsspule zur Vermeidung von elektromagnetischen Streufeldern soweit möglich weitgehend als koaxiale Leiter ausgebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 ausführungsgemäß derart, daß zur Verstärkung der Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld der Arbeitsspule und den Umweltmedien durch entsprechend ausgeformte Kathoden und Anoden zusätzliche elektrische Ladungen in die Umwelt der Vorrichtung eingebracht werden können.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 5, 6, 7 und 8 ausführungsgemäß derart, daß die nach Anspruch 8 zusätzlich in die Umwelt eingebrachten elektrischen Ladungen gepulst und synchron mit der Feldrotation nach Anspruch 1, 2 und 6 derart freigegeben werden, daß die elektrischen Ladungen entgegen der Bewegungsrichtung der Vorrichtung beschleunigt werden.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9 ausführungsgemäß derart, daß die mindestens eine vollständige Vorrichtung in Verbindung mit der Energieversorgung, den elektromagnetisch geschirmten Steuerungssystemen, Versorgungssystemen und Transportbehältnissen in einem elektrisch nicht leitenden, aerodynamisch oder sonst strömungsgünstigen sowie aerodynamisch oder sonst fluidtechnisch steuerbaren Hüllkörper untergebracht wird.
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