angepassten Konzeptsteuerung, wie man sie aus dem Bereich der Systemtechnik kennt, war der Weg zu meiner Konzeptidee für ein supraleitendes Auto gelegt.
Das Vorhandensein von Hochtemperatursupraleitern (HTSL), deren Kühlung mit flüssigem Stickstoff erfolgen kann, war mein Motiv, supraleitende Autos ins Visier zu nehmen. Meine Erfahrungen durch eine Reihe von Projekten wie unsere Kooperationsforen zu diversen Gebieten, in denen ich mich mit meinen Mitarbeitern durch die von uns eingeladenen Fachleute zu Kernelementen wie Kühlung von HTSL und Umgang mit flüssigem Stickstoff unterrichten ließ, untermauerten das.
Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die sich mit der Kühlungsthematik mit flüssigem Stickstoff beschäftigen, waren meine Quelle zum Stand der Technik. Flüssigen Stickstoff gewinnt man durch Luftzerlegung nach dem sogenannten Linde-Verfahren. Carl von Linde entwickelte 1895 die nach ihm benannte Methode zur Gastrennung, welche die Verflüssigung von Gasgemischen wie Luft und einzelnen atmosphärischen Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff und Argon in großen Mengen ermöglicht und so der Kälteerzeugung im Temperaturbereich von minus 196,15 Grad Celsius bis minus 173,15 Grad Celsius dient.
Die Firma Linde Gas ist führender Gasanbieter in Deutschland und Europa und produziert ihre Industriegase an einer Reihe von Standorten. Ein weiteres führendes Unternehmen im Bereich Gase ist die Firma Air Liquide. Kryobehälter sind von diesen Firmen ebenfalls beziehbar. Flüssigstickstoffbehälter werden in Form von Lagerbehältern und Transportbehältern von der Cryotherm GmbH & Co. KG in Kirchen/Sieg zur Verfügung gestellt. Supraleitende Elektromotoren wurden und werden von der im bayrischen Miltenberg ansässigen mittelständischen Firma Oswald Elektromotoren GmbH entwickelt und produziert. Radnabenantriebe, wie sie ursprünglich von Ferdinand Porsche zur Weltausstellung 1900 präsentiert wurden, werden heutzutage von der Firma Schaeffler mit beachtlichen Drehmomenten von bis zu 700 Newtonmetern angeboten.
Mein Vorschlag zur Umsetzung eines supraleitenden Konzeptfahrzeugs enthält fünf Bauelemente:
B1): Mikroprozessorbasierte Konzeptsteuereinheit
B2): Supraleitender Elektromotor
B3): Tieftemperaturkühlsystem
B4): Tieftemperaturtankanlage
B5): Radnabenantriebe
Diese Elemente stehen miteinander in konzeptionellen und funktionalen Interdependenzen in Verbindung. Der Stand der Technik der aufgeführten Elemente stellte sich Anfang des zweiten Quartals des Jahres 2019 wie folgt dar:
Die Aufgabe der Konzeptsteuerung beinhaltet das Management aller Elemente des supraleitenden Konzeptfahrzeugs auf Basis der der Konzeptsteuerungseinheit zur Verfügung stehenden Ein- und Ausgabeparameter. Ihr Input sind die Ausgangswerte der Subsysteme. Der Algorithmus der Konzeptsteuerung ist in einem Mikrorechner realisiert. Die Kommunikation zwischen der Konzeptsteuereinheit und den anderen Elementen des Konzeptfahrzeugs erfolgt über aktuelle Bluetooth-Punkt-zu-Punkt-Übertragung. Sie basiert auf einem Mikrochip samt Sende- und Empfangseinheit sowie einer den Datentransfer steuernden Software. Diese sorgt für gegenseitige Erkennung der ebenfalls über Bluetooth-Einrichtungen verfügenden anderen Elemente des Konzeptfahrzeugs. Die im Bluetooth-Mikrochip zur Steuerung des Datentransfers implementierte Software umfasst den kompletten Steuerungsalgorithmus einschließlich den der obigen Bauelemente B2) bis B5). Die Funktionsweise des Konzeptmanagementsystems wird elektronisch in der entsprechenden Fahrzeugelektronik realisiert. Dies kann zum Beispiel durch Mikrochips beziehungsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltungen erfolgen. Das Managementsystem hat die Organisation des Zusammenwirkens der Interdependenzen der Einzelelemente zur Aufgabe. Deren Zustandssituation dient als Input zur Durchführung der Managementaktivitäten. Die dadurch erzielten Ergebniszustände bilden die Gesamtheit des Outputs. Diese wiederum bilden die Eingangswerte der Zustände für den nächsten Iterationsschritt.
So liefert die Konzeptsteuerung in ihrer Aufgabe des Managements aller Elemente des supraleitenden Konzeptfahrzeugs auf Basis der der Konzeptsteuerungseinheit zur Verfügung gestellten Ein- und Ausgangsparameter als Input die Ausgangswerte der Subsysteme. Als Output der Konzeptsteuerung dienen deren Ausgangswerte als Eingangswerte für die Subsysteme. Das Programm der Konzeptsteuerung liest zunächst die Statusparameter der Elemente B2) bis B5) ein. Diese sind die Temperaturbestimmung des HTSL und des flüssigen Stickstoffs, die Mengenbestimmung des Tankinhalts für den flüssigen Stickstoff sowie die Zustandsermittlung und -anzeige der Radnabenantriebe.
Der erfindungsgemäße Programmablauf zur Konzeptsteuerung umfasst folgende Schritte: Der Start des Programms wird durch Drehen des Zündschlüssels oder Drücken des Startknopfes ausgelöst. Mittels einer Abfrage wird durch die Konzeptsteuereinheit über eine Bluetooth-Sende-und-Empfangseinheit festgestellt, ob die Ausgangswerte der Systemsteuerung als Eingangswerte für die Subsysteme vollständig zu Verfügung stehen. Daraufhin erfolgt das Einlesen der Ist-Werte der Subelemente supraleitender Elektromotor (B2), Kühlsystem (B3), Tankanlage (B4) und Radnabenantriebe (B5).
Öffentlich zugängliche Informationen über supraleitende Elektromotoren und patentierte Konzepte zum Antrieb von Elektrofahrzeugen unter Ausnutzung supraleitender Eigenschaften wurden recherchiert. Diese waren ein Beitrag zum Nachweis der prinzipiellen Machbarkeit eines supraleitenden Elektroautos. So findet sich eine am 15. November 2011 eingereichte Offenlegungsschrift über eine „Vorrichtung zum Antreiben eines Elektrofahrzeuges“ beim deutschen Patent- und Markenamt, in der die Vorteile supraleitender Antriebe aufgeführt sind. Betont werden beispielsweise eine lange Reichweite von rund tausend Kilometern, kurze Ladezeiten von einigen Minuten, hohe Energiedichten und hohe Wirkungsgrade von ca. 99 Prozent. All das ermöglicht Vorteile der supraleitenden Fahrzeugantriebe im Vergleich zu konventioneller Batterietechnik.
Auch der im Jahr 2019 stark emotional fortgeführte Diskurs über die Mobilität der Zukunft könnte durch den angeführten Konzeptvorschlag bereichert werden. Dieselfahrverbote und Feinstaub standen im Vordergrund der öffentlich geführten Diskussion. Wären den Diskutanten die Vorteile eines supraleitenden Autos wie hier beschrieben bekannt gewesen, hätte der Diskurs vielleicht einen anderen oder zusätzlichen Verlauf genommen …
Denn die Reichweiten von Elektroautos betrügen nicht mehr nur einige Hundert Kilometer, sondern wie in der Patentschrift beschrieben rund 1.000 Kilometer. Die Elektroautos wären absolut abgasfrei. Eine Tankinfrastruktur für flüssigen Stickstoff müsste natürlich aufgebaut werden, wie dies für andere batteriebetriebene Elektroantriebe auch nötig wäre.
Kapitel 2: Bionik
„Natürliche Repliken“
Die Schöpfung bietet die besten Vorbilder für technologische Innovationen. Bereits Leonardo da Vinci erkannte und beschrieb die wesentlichen Merkmale des Vogelfluges und begründete so die Technische Biologie, die man auch Bionik nennt. Der Begriff Bionik geht auf eine Wortprägung des amerikanischen Luftwaffenmajors Jack Ellwood Steele im Jahr 1958 zurück. Der Begriff wurde offiziell 1960 als Titel für ein diesbezügliches dreitägiges Symposium benutzt.
Ab Mitte der 1980er-Jahre begann ich, mich für bionische Themen zu interessieren. Speziell hatte ich mir zum Ziel gesetzt, eine Expertenkommission aufzubauen und zu betreuen, die mit renommierten und anerkannten Fachleuten der unterschiedlichen Sparten der Bionik interdisziplinär besetzt sein sollte.
Hier möchte ich eine in meinen Augen relevante Auswahl bionischer Themengebiete näher beleuchten. Dabei wird uns der ein und andere Experte samt zugehöriger Bionik-Disziplin begegnen. Auf dem Gebiet der Evolutionsstrategie ließ ich mich zu eigenen Anwendungen inspirieren, um diese für die Bestimmung des minimalen Radarquerschnitts von Objekten anzuwenden, also lax gesagt zur Radartarnung, was ich in diesem Kapitel näher ausführe.
Hinsichtlich des angesprochenen Falls von Leonardo da
