DE102013013993A1

DE102013013993A1 - Auftriebskörper mit einstellbarem Volumen

Info

Publication number: DE102013013993A1
Application number: DE102013013993.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-25
Filing date: 2013-08-25
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Auftriebskörper zum Anheben, Tragen und Absenken einer Nutzlast in einem Fluid, wobei der Auftriebskörper ein abgeschlossenes Volumen hat, das mit einem Auftriebsfluid gefüllt ist, welches eine geringere Dichte als das umgebende Fluid hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Auftriebskörpers reversibel variiert werden kann und damit das Volumen bzw. die Dichte des Auftriebsfluids und das Volumen des verdrängten umgebenden Fluids so eingestellt werden können, dass der Auftriebskörper und die Nutzlast in einer gewünschten Höhe schweben und diese Höhe beliebig geändert werden kann.

Description

Stand der Technik/Nachteile
Auftriebskörper dienen dazu, Nutzlasten in einem Fluid zu heben bzw. in der Schwebe zu halten bzw. kontrolliert abzusenken.
Im Bereich der Luftfahrt ist dies z. B. bei Heißluftballonen, Gasballonen oder Luftschiffen der Fall (Leichter als Luft Fluggeräte).
Im Bereich der Schiffahrt ist dies z. B. bei Tauchbooten der Fall.
Der Auftriebskörper wird hierzu mit einem Fluid gefüllt, das eine geringere Dichte hat, als das umgebende Fluid.
Das Volumen und die Dichte des Auftriebsfluids werden so gewählt, dass die Nutzlast in einem zuvor definierten Höhenbereich schwebt. Weiteres Steigen ist nur durch Abwerfen von Ballast möglich. Absinken wird in der Regel durch Ablassen einer Teilmenge des Auftriebsfluids erreicht.
Der Auftriebskörper kann starr oder elastisch ausgebildet sein. Elastische Auftriebskörper (z. B. Wetterballon) können ihr Volumen bis zu einem Grenzwert vergrößern und damit dem mit der Höhe abnehmenden Druck des umgebenden Fluids nachgeben. Sie können damit höher steigen, als starre Auftriebskörper (z. B. Luftschiff). Der Vorgang ist nach dem Stand der Technik nicht reversibel, d. h. der Auftriebskörper kann sein Volumen nicht wieder reduzieren.
Zum Absinken muss entweder Ballast aufgenommen werden (z. B. Regenwasser) oder Auftriebsfluid abgelassen werden. Ein mehrfaches Variieren der Schwebehöhe ist nicht oder nur sehr aufwendig möglich.
Im Schutzrecht DE 201 17 984 U1 wird vorgeschlagen, Umgebungsfluid mittels Pumpsystem in einem Überdruckbehälter zu speichern bzw. daraus wieder abzulassen, um die Höhe reversibel zu variieren. Hierzu müssten allerdings sehr große Volumina gefördert bzw. verdichtet werden, sodass das Pumpsystem entweder sehr groß und schwer sein müsste oder der Prozess viel Zeit in Anspruch nehmen würde.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln und geringem Energiebedarf die Schwebehöhe reversibel einzustellen bzw. zu variieren.
Hierzu ist der Auftriebskörper so zu gestalten, dass sein Volumen reversibel variiert werden kann. Damit wird auch das Volumen des verdrängten umgebenden Fluids und das Volumen/die Dichte des Auftriebsfluids variiert und kann so eingestellt werden, dass die Nutzlast in einer gewünschten Höhe schwebt. Diese Höhe kann beliebig geändert werden.
Vorteile der Erfindung
Der Auftriebskörper wird mit einer definierten Menge Auftriebsfluid (z. B. Helium, Wasserstoff) gefüllt. Im Betrieb gibt es keine Verluste des Auftriebsfluids (abgesehen von einer geringen Diffusionsrate). Die Betriebsdauer des Auftriebskörpers, während der er beliebig oft steigen und sinken kann, ist zeitlich kaum begrenzt. Die Arbeit, die erforderlich ist, um das Volumen zu reduzieren, entsprich im Wesentlichen der Erhöhung der potentiellen Energie des Auftriebsfluids (Druck * Volumen). Diese Arbeit kann mit einem sehr hohen Wirkungsgrad nahezu verlustfrei verrichtet werden. Diese Energie kann während der Auf-/Abwärtsbewegung durch entsprechende Trag-/Leitflächen zum Teil auch in Vortrieb umgewandelt werden. Der Antrieb zur Volumenreduzierung kann z. B. mit elektrisch betriebenen Seilwinden dargestellt werden. Die Stromversorgung kann z. B. durch Photovoltaik und/oder Brennstoffzellen erfolgen. Wird auf diese Weise ein Luftschiff konstruiert, kann es im Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen in sehr große Höhen aufsteigen und dort z. B. die Jetstreams in ca. 10–12 km Höhe für die Fortbewegung nutzen. Es ist somit möglich, große Entfernungen mit minimalem Energieverbrauch zurückzulegen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Größe des Luftschiffs beim Landen reduziert wird sich dieses somit leichter manövrieren läßt.
Ausführungsbeispiele

1.) (1) Halbstarres Luftschiff, bei dem das Traggas in einer elastischen, gasdichten Ballonhülle gespeichert wird. Die äußere, formgebende Hülle (1) ist nicht elastisch, jedoch wie eine Ziehharmonika gestaltet. Mit Hilfe von Spannseilen (2), die auf elektrisch angetriebenen Seiltrommeln (3) aufgewickelt werden, wird die äußere Hülle gegen den Innendruck des Traggases zusammengezogen. Das Volumen des Traggases wird reduziert, der Druck und die Dichte des Traggases werden erhöht. Dadurch wird der Auftrieb reduziert und das Luftschiff sinkt. Zum Steigen werden die Spannseile nachgelassen. Der Innendruck des Traggases dehnt die Ballonhülle und entfaltet die äußere Hülle. Die maximal erreichbare Höhe wird durch das maximale Volumen der äußeren Hülle bestimmt.

Alternativ kann die äußere Hülle gasdicht ausgeführt sein und die innere Ballonhülle entfallen.
Alternativ kann die äußere Hülle axial und/oder radial zusammengezogen werden.

2.) (2) Gasballon mit einer elastischen, gasdichten Ballonhülle (4), die von einem ersten Tragnetz (5) umspannt wird. Dieses Tragnetz ist unten offen. Über Tragseile (6) ist die Nutzlast (Gondel) (7) an diesem Tragnetz aufgehängt. Der untere Bereich der Ballonhülle wird von einem zweiten Tragnetz (8) umspannt. Dieses zweite Tragnetz ist über Spannseile (9) an dem ersten Tragnetz aufgehängt. Die Spannseile werden von dem ersten Tragnetz umgelenkt und nach unten an die Nutzlast (Gondel) geführt. Dort können die Tragseile mit Winden (10) einzeln gegen die Gewichtskraft der Nutzlast (Gondel) gespannt werden. Dabei wird das zweite Tragnetz gegen das erste Tragnetz gezogen und die Ballonhülle zusammengepresst. Das Traggas wird komprimiert und der Ballon sinkt.

Alternativ kann ein mit Umgebungsluft gefüllter starrer oder elastischer Behälter mechanisch oder hydraulisch in das Volumen des Traggases gedrückt werden. In dem Fall kann die Anordnung z. B. die Form eines Zylinders/Kolbens haben.
Mögliche Einsatzbereiche der Erfindung

Luftschiffe, Gasballone, Wetterballone, Krane, Tauchboote

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20117984 U1 [0008]

Claims

Auftriebskörper zum Anheben, Tragen und Absenken einer Nutzlast in einem Fluid, wobei der Auftriebskörper ein abgeschlossenes Volumen hat, das mit einem Auftriebsfluid gefüllt ist, welches eine geringere Dichte als das umgebende Fluid hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Auftriebskörpers reversibel variiert werden kann und damit das Volumen bzw. die Dichte des Auftriebsfluids und das Volumen des verdrängten umgebenden Fluids so eingestellt werden können, dass der Auftriebskörper und die Nutzlast in einer gewünschten Höhe schweben und diese Höhe beliebig geändert werden kann.
Auftriebskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Volumenänderung erzeugte Auftriebs- bzw. Abtriebskraft durch entsprechend angeordnete Trag- bzw. Leitflächen zum Teil in Vortrieb umgewandelt werden kann.