Energieübertragung nach Nikola Tesla

Diplomarbeit der 5CEE

HTL Wels 2001/2002

3.Projektziel:

Nikola Tesla war sicherlich einer der größten Erfinder des letzten Jahrhunderts. Geboren in Kroatien (* 1856) studierte er Elektrotechnik an der TU Graz und der Universität in Prag. 1884 wanderte er nach Amerika aus und arbeitete kurze Zeit für Thomas Alva Edison, wandte sich aber bald der experimentellen Forschung zu. 700 Patente hat er im Laufe seines Lebens angemeldet (= 1943)
Seine Erfindungen lassen sich grob in drei Kategorien einteilen:

Das erste Drittel hat ihn selber weltberühmt gemacht. Es betrifft die Drehfeldtheorie, den Asynchronmotor und die heute gebräuchliche Drehstromtechnik, die wir ihm verdanken.

Das zweite Drittel betrifft Technologien und Erfindungen, die von anderen Leuten zum Teil erst Jahre später wiederentdeckt oder unter fremden Namen als Neuheit Verbreitung fand. So sprach der amerikanische oberste Gerichtshof die Erfindung des Radios Tesla und nicht Marconi zu. Weiters zählen zu diesen Elektrolytkondensator, Leuchstofflampe, Schmelzsicherung, Koaxkabel, Funkfernsteuerung und vieles weitere mehr, welche in seinen Patenten und Schriften bereits erwähnt wurden, zu seiner Zeit aber nicht auf Beachtung gestoßen sind.

Das letzte Drittel hingegen betrifft Technologien und Erfindungen, die bis zum heutigen Tag noch unverstanden sind. Dazu gehören die Erfindungen rund um das Thema der alternativen Energieübertragung zum Drehstromnetz. Tesla verwendete viel Zeit und Geld um sein System der drahtlosen Energieübertragung zu verwirklichen. Schließlich hatte er vor, einen riesigen Sendeturm (Wardenclyff) zu bauen um eine weltweite Informations- und Energieübertragung zu ermöglichen. Seine Investoren zogen aber dann ihr Kapital zurück, da es keine Möglichkeit gab, die übertragene Energie zu messen und entsprechendes Entgelt zu verlangen. Tesla hatte aber im Laufe seines Lebens viele vielversprechende Experimente durchgeführt.

Der Aufbau des Drehstromsystems ist bekannt. Tesla hatte sich in etlichen Patentschriften die Rechte an diesem System sichern lassen. Dazu gehörten Motoren, Generatoren, (Drehstromasynchronmaschinen), Transformatoren...
Die Systeme zur Einleiter- und drahtloser Energieübertragung sind gleich aufgebaut. Hier handelt es sich im Prinzip um einen spiralförmig gewickelten Luft-Transformator, der sog. Teslaspule, der mit einer hochfrequenten Spannung versorgt wird und einer kugelförmigen "Antenne". "Sender" und "Empfänger" sind gleich aufgebaut.
Zusätzlich wird der Trafo geerdet und beim Einleitersystem die "Antennen" leitend miteinander verbunden.

Ziel ist die Reproduzierung der Versuche von Tesla zu den Themen "Energieübertragung durch einen Leiter" und "drahtlose Energieübertragung".
Prof. Dr.-Ing. K. Meyl, der die Energieübertragung nach Tesla "wiederentdeckt" und theoretisch erklärt hat, hat im Rahmen einer Diplomarbeit der FH Furtwangen die Eigenschaften dieser Arten der Energieübertragung überprüft und ist zu sensationellen Erkenntnissen gekommen.
Außerdem entwickelte er ein Demonstrationsset, um seine Erkenntnisse von weiteren Personen überprüfen zu lassen. Uns steht dieses Demonstrationsset zur Verfügung.
Zuerst wollen wir mit diesem Set die Experimente nachvollziehen und Messungen durchführen und diese protokollieren. (Teilweise wurde dies schon letztes Jahr getan).
Weiters soll eine Übertragungsstrecke mit höheren Leistungen verwirklicht werden. Angestrebt werden ca. 50 W bei einer Spannung von ca. 15 V (Demoset: max. 1 W).
Dazu notwendig wird der Bau einer hochfrequenten Quelle, die die geforderte Leistung zur Verfügung stellt, Abschirmungsmaßnahmen, um Empfänger und Sender in der Umgebung nicht zu stören sowie die Dimensionierung und den Bau der Strecke selbst.
Die Einarbeitung in das Gebiet der HF- Technik ist notwendig, um Meßfehler zu vermeiden und die Umwelt nicht zu stören. (EMV)
Grob aufgezählt soll die Projektgruppe im gegebenen Zeitraum folgende Aufgaben bewältigen:

a.) Versuche mit dem Demoset der Energieübertragungsstrecke von Prof. Dr.-Ing. K. Meyl

Die drahtlose Energieübertragung soll anhand des Demosets, das bereits fertig aufgebaut ist, nachvollzogen werden. Weiters sind in der Dokumentation zum Demoset weitere Experimente, die die Eigenschaften dieses Systems verdeutlichen, angeführt.
Das sind unter anderem:

Rückwirkung des Empfängers auf den Sender
Tunneleffekt der Skalarwelle
Überlichtgeschwindigkeit der Energieübertragung.

b.) Konstruktion eines leistungsfähigen Hochfrequenzgenerators

Um höhere Leistungen auch mit Hochfrequenz übertragen zu können, muß ein HF-Verstärker die geforderte Ausgangsleistung bereitstellen. Das Eingangssignal wird ein Funktionsgenerator liefern. Es werden Frequenzen im MHz – Bereich angestrebt, damit man unter den biologisch relevanten Frequenzen liegt.

c.) Dimensionierung und Bau von Energieübertragungsstrecken mit höherer Leistung

Das Demoset von Prof. Dr.-Ing. K. Meyl ist nur für Leistungen im 100 mW – Bereich geeignet. Um unsere Strecke mit mehreren Watt zu verwirklichen, müssen neue Teslaspulen gebaut werden. Wir werden diese ähnlich dem Demoset auf Platinen ätzen. Eventuell könnte eine Spule mit HF-Litze gewickelt werden. Da es für die Dimensionierung von Teslaspulen keine exakten Vorschriften gibt, und die Vorgänge innerhalb dieser Spulen weitestgehend unverstanden sind, wird eine Optimierung für die Resonanzfrequenz notwendig sein. Weiters müssen die Elektroden gebaut werden.
Außerdem soll eine Abschirmung für die Herz’schen Wellen des Sender gebaut werden, um die Umgebung nicht zu stören und damit einige Experimente mit dem Sender durchführen zu können.

d.) Messungen und Versuche mit den selbstgebauten Strecken

Nach abgeschlossener Konstruktion der Übertragungsstrecke werden dann Versuche und Messungen mit dieser durchgeführt. Weiters soll eine weitere Optimierung erfolgen, um die Wirkungsgrade zu erhöhen. Hierbei sind genauste Leistungsmessungen notwendig, bei denen die Tücken der HF-Technik beachtet werden müssen.
Es ist außerdem geplant, ein Seminar von Prof. Dr.-Ing. K. Meyl an der FH Furtwangen (23. bis 25.11.01) zum Thema "Elektromagnetische Umweltverträglichkeit" zu besuchen. In diesem Seminar werden die Grundlagen der drahtlosen Energieübertragung behandelt.

September 2001 bis Mai 2002

Die entstehenden Kosten begründen sich auf Materialkosten, Kosten für spezielle Messgeräte und Literatur sowie Seminarkosten. Insgesamt sollte ein Kostenrahmen von ca. 50.000,- öS (ca. 3.630 €)
Von der HTL Wels werden die Räumlichkeiten und Arbeitsmaterialen zur Verfügung gestellt. Weiters wollen wir die Rohmaterialen über die Schule beziehen.

Messreihen mit Demoset
Dimensionierung und Bau einer leistungsfähigen Strecke
Bau des Verstärkers
Bau der Abschirmung
Durchmessen der Strecke, Versuche, Optimierung
Aufarbeiten der Ergebnisse

Siehe Bibliographie

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