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Der Tirajator


Bild "sonstiges:VGAPegasus.JPG"
statt eines Wetterhahns -
ein Tirajator-Wetterpegasus!


Tirajator

Bild "neue Mühlen:anigif_Tirajator.gif"

(Draufsicht; Nordhalbkugel)

Mit der neuen Sjölltake-Windmühle suchte ich 2005 nach Förderern. Es war noch nicht klar, welche Winkel bei der Sjölltake optimal sind, deshalb brauchte ich Kapital, um ein stabileres Modell aus Metall zu bauen. Ich musste aber die Katze noch im Sack lassen, da ich mir ein Patent nicht leisten konnte. Und die meisten Patente werden beim Patentamt geklaut. Als Einzelperson mit wenig Geld hat man da in Deutschland rechtlich keine Chance dagegen vorzugehen. Also baute ich bemalte Mini-Chinesen aus Pappelholz, die ich verschenkte, da der Versuch, sie zu verkaufen, viel zu lange dauert und ich noch die optimalen Klappwinkel für die Chinesische Windmühle herausfinden musste. So konnte ich Kunst, Werbung und Wissenschaft unter einen Hut bringen bei gleichzeitig geringen Kosten.

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Tirajator Video
Ein Papp-Tirajator in Aktion

Ich baute viele Modelle und merkte, dass der Klappwinkel sehr wichtig ist. Es bewegte mich die Frage, was ist, wenn der Klappwinkel 0° beträgt? Ob sich das dann auch dreht, wenn der Wind in der Mitte quasi gefangen ist? Ich baute ein Pappmodell aus den Kartons alter Reis-Verpackungen und siehe da: das dreht sich wahnsinnig gut.

Ich habe das gleich so gebaut, dass ich das Modell auch auf den Kopf stellen konnte, denn ich ahnte als Physiker instinktiv, dass die Drehrichtung eine Rolle spielen kann wegen der Coriolis-Kraft. Ich leimte eben schnell viele Pappelholzmodelle zusammen mit verschiedenen Lamellen-Winkeln, die ich gegeneinander antreten ließ. Ich fand so heraus, dass im Leerlauf wohl das Modell mit einem Öffnungswinkel von 25° und einer Bedeckungszahl von 0,8 am besten ist. Die Einführung einer dimensionslosen Bedeckungszahl hat den Vorteil, dass sie unabhängig vom Radius und von der Anzahl der Lamellen ist.


Noch zu optimierende Parameter:
Bild "neue Mühlen:TirajatorToDo.png"
Lamellenwinkel α und Bedeckungszahl β = δ/ε  

Was noch zu tun ist:
Ein Prototyp mit vielen verstellbaren Lamellen ist zu bauen und die Messwerte sind aufzunehmen. Je mehr Lamellen der Tirajator hat, umso marginaler wird deren Krümmung und eine Krümmung kann man erst optimieren, wenn man weiß, was Sache ist. Dann ist auch noch die Abhängigkeit des Wirkungsgrades vom Breitenkreis der Erde zu prüfen.
Hat man die Messwerte für den Standard Tirajator, kann man anfangen, mit ihm zu experimentieren: z.B. gekrümmte Lamellen, Schlitze in ihnen (erhöhter Auftrieb), zweiter Innenring mit anderer Gradzahl, Lamellenoberfläche oben glatt, unten rauh, den einen Deckel mit einem Trichter, den Deckel überstehend, zwei Sorten Lamellen...
Aber bitte stets ohne Werbung auf ihnen!!!

Bild "neue Mühlen:2D_Maximum.png"

Das Maximum in Abhängigkeit der beiden Parameter ist zu finden.

(Nach meinem Gefühl liegt das Maximum ungefähr bei einem Lamellenwinkel von 25° und einer Bedeckungszahl von 0,8. Den Wirkungsgrad des Tirajators schätze ich dann auf 25-30%.)


Ein großer Vorteil des Tirajators ist, dass er keine großen Ansprüche an die Windströmung stellt. Ist die Windströmung turbulent oder ändert sie plötzlich die Richtung, beeinflusst ihn das kaum.



Auch war klar erkennbar, dass sich der "Chinese ohne Klappwinkel mit Deckeln" auf der Nordhalbkugel besser von oben betrachtet im mathematischen Drehsinn dreht.

Als Namen für das Werk suchte ich mir das Wort "Tirajator" aus, das klingt wie Rotor, Motor.
Einen Tirajator fand ich in keinem Buch abgebildet.

Ich bewarb mich 2006 mit meinen Windmühlen bei den Rolex Awards 2008 und ließ die Katze aus dem Sack, da ich davon ausging, dass eine Weltfirma wie Rolex mich nicht betrügen würde. Ein großer Irrtum. Ich ging fest davon aus, dass ich gewinnen würde, denn so ein Projekt kriegt auch die beste Jury nicht alle Tage auf den Tisch. Als ich dann 2008 eine Absage bekam, war ich natürlich tief enttäuscht. 2009 begab ich mich erstmals ins Internet und suchte dort nach vertikalen Windkraftanlagen und fand dort zu meinem Erstaunen ein Video auf YouTube von "GreenPowerScience", das nicht nur die Erfindung ebenfalls zeigte, sondern auch im Aufbau meinem Bewerbungsdokument entsprach. Durch das Video führt eine gewisse Frau Rojas und in der Rolex Jury saß ebenfalls ein Herr Psychiater Rojas von der privaten New York University.
Ich meldete YouTube eine Urheberrechtsverletzung, doch die Firma reagierte einfach nicht, woraufhin ich die Firma verklagte. Den Zivil-"Prozess" habe ich natürlich verloren, da ich es angeblich versäumt hätte, YouTube vor dem Prozess eine Urheberrechtsverletzung zu beweisen!
Absolut lächerlich die korrupte und faule deutsche Justiz!
Bei einem Zivilprozess müssen sich beide Seiten erklären, Aussagen denen nicht widersprochen wird, gelten als zugestanden. Antwortet eine Seite nicht, muss ein Versäumis-Urteil ergehen zu Ungunsten dieser Seite. Ich habe nichtmals eine Klageerwiderung von YouTube erhalten.
Das Video ist über eine Millionen Mal angeklickt worden. Inzwischen haben zig Leute den Tirajator nachgebaut und u.a. auch auf YouTube als Video gestellt.

Ich suchte weiter im Internet nach Vertikal-Achs-Windkraftanlagen und entdeckte dort die Hooper- und die Paasloo Windmühle.

Bild "neue Mühlen:Hooper.png"

Hoopers windmill

Und nun weiß ich nicht, wem die Ehre gebührt, den Tirajator erfunden zu haben.

Die Hooper und die Paasloo Windmühle sind ähnlich aber nicht gleich:
beide laufen in die falsche Drehrichtung, das reduziert den Wirkungsgrad erheblich.
Die Hooper Windmühle hat so lange Lamellen, dass kaum Wind in das Innere gelangen kann. Das macht sie langsam und damit träge. Richtig ist es, die Lamellen nicht spitz aufeinander zulaufen zu lassen, denn das führt zu unerwünschten Stauchungen und damit Turbulenzen.

Bild "neue Mühlen:schlecht.gif"

schlecht - der Wind mag keine "Düsen"
und weicht aus

Da hat Herr Hooper schon ganz richtig einen zweiten (inneren) Ring mit weniger Lamellen genommen. Allerdings ist deren Winkel viel flacher, sodass der Wind nicht im Kreis sondern viel zu stark zur Mitte geführt wird. Ohne den zweiten Ring wäre der Wirkungsgrad viel höher, Herr Hooper hätte auch noch Material gespart und er wäre der Erfinder des Nicht-Coriolis-Tirajators.
Wegen des geringen Wirkungsgrades der Hooper Windmühle wendete sich Herr Hooper wieder den Horizontal-Windkraftanlagen zu und die Mühle wurde schon bald wieder abgebaut. Holz war damals teuer.

Neu belebt wurde die Technik in Paasloo/Niederlande. Hier verkürzte man die Lamellen-Breite durch Verzicht auf den zweiten Innenring der Hooper Windmühle.

Bild "neue Mühlen:Paasloo.png"

Paasloo Windmühle

Die Paasloo Windmühle hat aber eine überdimensionierte Halterung in der Mitte. Außerdem hat sie keine Deckel, sodass ein Großteil des Windes nach oben und unten einfach ausweicht. Ist die Mühle aber mehr breit als hoch wie hier, müssen da Deckel sein. Auch hier ist der Wirkungsgrad sehr mickrig, weswegen sie nicht weiter gebaut wurde.

Ich weiss beim besten Willen nicht, warum die Erbauer der beiden Windmühlen nicht auch ein paar verschiedene Mini-Prototypen erbauten und miteinander verglichen. Wollten sie einfach nur einen Savonius-Rotor mit vielen Blättern haben oder etwas neues?

Entscheidend für die Frage, wer der Erfinder des Tirajators ist, ist die Frage, ob sich im Inneren ein konstanter Wirbel wie bei einem Tornado bildet oder nicht. Das müsste man mal messen.

Eine Luftschicht haftet immer den Lamellen an. Diese wird aber durch die Drehung nach außen gedrückt. So entsteht in der Mitte ein Tiefdruck-Gebiet wie bei einem Tornado. Und kompressible Strömungen sind empfindlich abhängig von der Coriolis-Kraft, da die innere Reibung gering ist, rotieren die Luftmoleküle um sich selbst und um die Mitte des Wirbels millionenfach in der Sekunde. Und da macht sich dann eben die Coriolis-Kraft dann anders als bei inkompressiblen Strömungen bemerkbar. In einigen Physikbüchern ist das falsch beschrieben. Die Moleküle rotieren eben millionenfach in der Sekunde, die Coriolis-Kraft ist damit eben nicht vernachlässigbar!

Bild "neue Mühlen:Tirajator3.png"

Tirajator mit ungefähren Strömungslinien

Zu beachten ist, dass sich im Inneren des Tirajators ein Luftwirbel wie bei einem Tornado bildet. Da die Kreisbahn zur Mitte hin kleiner wird, rotiert die Luft dort schneller. Nach Bernoulli ergibt das einen Unterdruck, der weitere Luft anzieht. Es kommt so zu einer Art Mitnahme-Effekt von Strömungslinien. In dem obigen Bild wird der Bereich mit den beschleunigenden Strömungslinien mit einem "Plus" gekennzeichnet. Ob die oberen Strömungslinien den Tirajator wirklich bremsen, ist noch nicht gesichert. Wegen der Grenzschicht kommen sie ja gar nicht in Berührung mit den Lamellen und die Luftreibung von Luft gegen Luft ist vernachlässigbar.
An den Lamellen haftet eine Grenzschicht, diese wird mit in Rotation gebracht und treibt letzten Endes den Tirajator an. Nachströmende Luft kann nicht mehr in den Tirajator hinein, da da ja schon Luft ist und drückt damit den Wirbel enger zusammen. Der Tirajator ist damit ein Wirbelfeld-Läufer im Unterschied zu den Auftriebs- und Widerstandsläufern. Als ich ihn baute, hatte ich stets ein Bild vom Jupiter im Kopf mit seinem großen roten Fleck, der einen stabilen Wirbel darstellt.

Jupiter

Bild "neue Mühlen:Jupiter.jpg"

Jupiters- (oder Odins-) Auge -
ein stabiler Wirbel, perfekt zum Anzapfen


Weiter ist der Magnus-Effekt zu untersuchen. Dreht sich ein Zylinder in einer Strömung, so wirkt auf die Drehachse senkrecht zur Strömung die nach ihrem Entdecker benannte Magnus-Kraft. So auch hier. Sollte er gar stark sein, so ergeben sich vielleicht neue technische Anwendungen.