Der „Penguin Walk“: Mit > 1000 Schritten pro Sekunde in die Zukunft

Hier ist ein Katamaran Objekt mit dem GMP-Antrieb ausgestattet worden. In diesem Falle besteht der GMP-Antrieb aus zwei schräg nach vorne zeigenden Luftspulen die schräg gegenüber liegend and dem Objekt angebracht wurden, das damit bewegt werden soll.

Der Bewegungsablauf eines Pinguins mit seinen Fußspuren im Schnee sichtbar gemacht. Die gelben Pfeile stellen die vorwärtstreibenden Kräfte dar die von den zwei Luft-Spulen nacheinander auf das zu bewegende Objekt wirken.

Der Begriff „Penguin-Walk“ ist von TOMO gewählt worden, da er visuelle Ähnlichkeit mit der Fortbewegungs-Art von dem GMP-Antrieb hat. Dieser Begriff bezieht sich auf eine GMP-Antriebs-Einheit, die mit zwei schräg gegenüberliegenden Luftspulen ausgestattet wurde. Der GMP-Antrieb ist von außen an dem Objekt angebracht, das bewegt werden soll, zum Beispiel ein Satellit oder ein kleineres Wasserfahrzeug.

Wenn eine der beiden Luftspule mit elektrischem Strom versorgt wird, entsteht räumlich gesehen ein relatives großes, nahezu Kugelförmiges Magnetfeld (von 2 oder mehr Meter im Durchmesser). Dieses Magnetfeld interagiert mit einem externen homogenen Magnetfeld, was in diesem Fall das Erd-Magnet-Feld ist. Diese Interaktion führt dazu das eine Drehmoment-Kraft erzeugt wird die asymmetrisch auf den mechanischen Ramen des zu bewegenden Objektes wirkt.

Dadurch wird eine kaum merkliche Drehbewegung in dem Objekt erzeugt (weniger als 0.04 grad) und eine kleine vorwärts Bewegung von wenigen Millimetern. Dieser Vorgang wird nun mit der zweiten Luftspule wiederholt, nachdem die Stromzufuhr zur ersten Luftspule unterbrochen wurde. Das von der zweiten Luftspule in Gegenrichtung erzeugte Drehmoment führt nun dazu das eine kaum merkliche Drehbewegung (in der Gegenrichtung als zuvor) in dem Objekt erzeugt wird und wieder eine kleine vorwärtsbewegung von wenigen Millimeter entsteht in der gleichen Bewegungsrichtung wie zuvor.

Dieser Prozess kann mehrere tausendmal pro Sekunde wiederholt werden wodurch eine lineare Fortbewegung entsteht mit steigender Geschwindigkeit.

Mikroskopisch betrachtet macht der GMP-Antrieb schrittartige Vorwärtsbewegungen, so ähnlich wie ein Pinguin, wenn er auf dem Festland geht: Erst der linke Fuß dann der rechte Fuß, und wideer der linker Fuß, und so weiter. Nur mit dem Unterschied, dass der GMP-Antrieb dabei immer schneller wird.

Tomorrow’s-Motion: 30-mal höhere Antriebsleistung

Lutz May bei dem Befüllen des GMP-Antriebs Experiment mit flüssigem Stickstoff.

TOMO ist ein weiterer eklatanter Durchbruch gelungen: Die ersten Versuche mit einer supraleitenden Luftspule erreichte eine Steigerung der Antriebsleistung um den Faktor 30. Dabei konnte das Team gleichzeitig eine Reduzierung der elektrischen Leistung um 50 Prozent bewirken.

Ausgestattet mit Schutzkleidung und dicken Thermo-Handschuhen füllt Lutz May den Versuchsaufbau mit mehreren Kilo flüssigem Stickstoff, bevor der Versuch in Gang gesetzt wird. Der Innenwiderstand der supraleitenden Luftspule ist dann auf Null Ohm gesunken, was zu einer eklatanten Effizienzsteigerung führt. Zum Vergleich: Zuvor betrug der Innenwiederstand einer vergleichbaren Aluminium-Draht Luft-Spule 2 Ohm.

Nach mehreren Experimenten hat das TOMO-Team gelernt, an welchen „Stellschrauben“ gedreht werden muss, um weitere Effizienz Steigerung zu ermöglichen. Man plant schon das nächste Design einer neuen supraleitenden Luftspule mit weiteren Optimierungen, etwa durch mehr Windungen für einen effektiveren Strom-Durchfluss. Dasselbe gilt für den elektrischen Leistungs-Treiber, der die Luft-Spule versorgt. Hier steht als Erweiterung an, den Versorgungsstrom zu verdoppeln, was zu einer Steigerung der Antriebsleistung um den Faktor 10 bewirken könnte.

Tomorrow’s Motion – Antriebleistung Steigerung mit Supraleitern

Abb.: Anlieferung von 60 kg flüssigen Stickstoff für die ersten Experimente.

Der GMP-Antrieb erzeugt die benötigten Drehmoment-Pulse unter Verwendung von mit elektrischem Strom betriebenen Luft-Spulen. Bisher verwendeten wir isolierten Kupfer- oder Aluminium-Draht, um die „Standard“ Luft-Spulen zu bauen. Um das erzeugte Drehmoment spürbar zu steigern haben wir mit Hilfe eines Partner-Unternehmens mit flüssigem Stickstoff gekühlte Supraleitende Luft-Spulen in der Erprobung.

Mit diesen Hochleistungsspulen soll die elektrische Verlust-Leistung drastisch gesenkt werden was dazu führt, dass die Antriebskraft wesentlich gesteigert wird. Dazu werden die Spulen mit flüssigem Stickstoff extrem heruntergekühlt. In der Vergangenheit haben die TOMO-Ingenieure noch nicht mit flüssigem Stickstoff gearbeitet. Für die Versuche müssen nun spezielle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Flüssiger Stickstoff hat eine Temperatur von -196 Gard Celsius und muss in einem speziellen Kühlbehälter gelagert werden.

Durch die Verwendung von flüssigem Stickstoff erhöht sich das Gewicht des ersten GMP-Test Systems um fast 10 Kilo. Später kann das Team durch Design Optimierungen das Gewicht wieder reduzieren. Um das zu erreichen, muss ein neuer Geräte-Aufbau konstruiert werden, um den Pendelversuch vibrationsfrei tragen zu können.

Abb.: Die für uns (TOMO) gefertigte supraleitende Luftspule und der notwendigen Hoch-Strom Leistungs-Treiber Elektronik.

Alternative Antriebe – Wie Autos das Fliegen lernen.

Starnberg, 28.11.2022 – Die Antriebstechnologien, die TOMO entwickelt, „haben das Potenzial, die Welt der Mobilität komplett zu verändern“

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