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Heißdampfballon

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Ein Heißdampfballon ist ein Ballon, der als Traggas Heißdampf aus Wasser nützt. Wasserdampf von deutlich über 100 °C Temperatur besitzt wegen des niedrigeren Molekulargewichts von 18 bei Atmosphärendruck nur etwa die Hälfte der Dichte von typischer Umgebungsluft. Dieser Dichteunterschied führt gemäß archimedischem Prinzip zu einem statischen Auftrieb wie bei Gas- oder Heißluftballons. Das erste Versuchsmodell eines Heißdampfballons ist 2006 in Deutschland aufgestiegen.

Funktionsweise

Aerostaten erfahren einen Auftrieb, da ihr Traggas eine geringere Dichte besitzt als die umgebende Luft. In trockener Luft bei Normalbedingungen benötigt man zum Entwickeln einer Auftriebskraft zum Heben von 1 kg Masse 0,877 m³ Wasserstoff, 0,947 m³ Helium, 3,633 m³ Heißluft von 100 °C oder 1,567 m³ Heißdampf (aus Wasser) bei 100 °C.<ref name="BHS">Alexander Bormann, Jan Philipp Herrmann, Skutnik Stefan: Alternative Buoyancy Concepts: First Numerical and Experimental Results from a Hot Steam Balloon (HeiDAS). AIAA’s 3rd Annual Aviation Technology, Integration, and Operations (ATIO) Forum, Denver, Colorado, 17. November 2003. {{#invoke:Vorlage:Handle|f|scheme=doi|class=plainlinks|parProblem=Problem|errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:DOI|errClasses=error editoronly|errHide=1|errNS=0 4 10 100}}.</ref> Heißdampf entfaltet pro Volumen also eine mehr als doppelt so große Auftriebskraft wie Heißluft, ist pro Auftrieb kostengünstiger als Helium und ist unbrennbar, also sicherer als Wasserstoff.

Technisch sind Heißdampfballons anspruchsvoller als herkömmliche Gas- oder Heißluftballons. Für längere Aufstiege ist eine Heizung erforderlich, da die Kondensation des Wasserdampfs infolge von Abkühlung verhindert werden muss. Auch an die Ballonhülle werden spezielle Anforderungen gestellt. Sie muss nicht nur dicht, sondern auch hitzebeständig sein und eine gute Wärmeisolation bieten. Zudem ist Heißdampf ein reaktionsfreudiges, korrosives Gas, dem das Ballonmaterial widerstehen muss.

Geschichte

Die Idee, Wasserdampf als Traggas für Ballons und Luftschiffe zu verwenden, wurde erstmals 1818 von Sir George Cayley formuliert,<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> einem englischen Ingenieur, der sich bereits in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wissenschaftlich mit dem Fliegen beschäftigte. 1908 ließ sich der deutsche Chemiker Hugo Erdmann die Idee schützen, überhitzten Wasserdampf oder ein Gemisch aus diesem und anderen Gasen als Traggas für Luftfahrzeuge einzusetzen.<ref>{{#if:{{#ifexpr:{{#if:DE|0|1}} or {{#if:214019|0|1}}|1}}|Fehlender Parameter {{#if:DE||„Land“{{#if:214019|| und }}}}{{#if:214019||„V-Nr“}}|}}{{#if: {{#invoke:Expr|TemplateBooland}}|{{#ifeq:Patent|Patentanmeldung|Patentanmeldung|{{#ifeq:Patent|Gebrauchsmuster|Gebrauchsmuster|Patent}}}} {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}|DE214019|{{#switch: {{{DB}}} | DEPATIS =DE214019 | WIPO = DE214019 | Google = DE214019 | #default =DE214019 }}}}{{#if:Füllgas für Luftfahrzeuge1908-08-141909-10-02Hugo Erdmann|:|.}}{{#if:Füllgas für Luftfahrzeuge| Füllgas für Luftfahrzeuge.}}{{#if:1908-08-14| Angemeldet am {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:1909-10-02Hugo Erdmann|,}}}}{{#if:1909-10-02|{{#if:1908-08-14| veröffentlicht am | Veröffentlicht am }}{{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:Hugo Erdmann|,}}}}{{#if:| Anmelder: {{#if:Hugo Erdmann|,}}}}{{#if:Hugo Erdmann| Erfinder: Hugo Erdmann}}{{#if:| ()}}{{#if:1908-08-141909-10-02Hugo Erdmann|.}}}}{{#invoke:TemplatePar|match |template= Vorlage:Patent |cat= {{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Patent}} |format= |preview=@@@ |1=Land= ABC+ |2=V-Nr= /^[0-9A-Z]+$/ |3=Titel= * |4=Erfinder= * |5=Anmelder= * |6=A-Datum= * |7=V-Datum= * |8=Typ= ASCII |9=Code= ASCII |10=Kommentar= * |11=KeinLink= ASCII |12=DB=ASCII }}</ref> Zur Wärmeisolation wollte Erdmann Eiderdaunen benutzen. Über erste Experimente kam er nicht hinaus.

Der erste frei fliegende Dampfballon der Welt wurde in den Jahren 2003 bis 2006 von Alexander Bormann und Stefan Skutnik am Institut für Luft- und Raumfahrt der Technischen Universität Berlin unter dem Namen „HeiDAS UH“ entwickelt, wobei HeiDAS für Heiß-Dampf-Aerostat steht, UH für ultraheiß. Ein Prototyp stieg am 7. Mai 2003 erstmals im Labor auf.<ref name="BHS"/> Bis 2006 entstand ein unbemannter Ballon von 2,35 m Durchmesser, der 7 Kubikmeter Dampf fasst. Der Heißdampf erreicht eine Temperatur von 150 °C, was ein besonders temperaturresistentes wie auch festes Hüllenmaterial (mit Aramid-Filamentgarn verstärkter Polyimidfilm) erforderte. „HeiDAS UH“ ist nach dem Prinzip der Rozière aufgebaut. Der Gasbehälter aus Folie wird thermisch isoliert, ein Wärmetauscher reduziert den Abfluss von Wärme. Wie ein Heißluftballon oder eine Rozière besitzt „HeiDAS UH“ einen Brenner, der zur Steuerung von Steigen und Sinken eingesetzt wird, so dass kein extra Ballast benötigt wird.

Literatur

  • Alexander Bormann, Jan Philipp Herrmann, Stefan Skutnik: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20131202235453
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  }} (PDF; 2,64 MB), DGLR-Workshop VI: „Flugsysteme leichter als Luft“, Stuttgart 09./10. Mai 2003.

Weblinks

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       | #default= Der Wert des Parameters {{#if: webciteID | webciteID | ID }} muss entweder ein Zeitstempel der Form YYYYMMDDHHMMSS oder ein Schüsselwert mit 9 Zeichen oder eine 16-stellige Zahl sein!Vorlage:Webarchiv/Wartung/webcitation{{#if:  || }}
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                      | Vorlage:Webarchiv/Generisch
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                 }}}}}}}}{{#if:
    | Vorlage:Webarchiv/archiv-bot
  }}{{#invoke:TemplatePar|check
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     |cat      = Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Webarchiv
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     |template = Vorlage:Webarchiv
     |format   = *
     |preview  = 1
  }}{{#ifexpr: {{#if:20070926221751|1|0}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}}{{#if:|+1}} <> 1
    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Genau einer der Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive-today', 'archive-is' oder 'archiv-url' muss angegeben werden.|1}}
  }}{{#if: 
    | {{#switch: {{#invoke:Webarchiv|getdomain|{{{archiv-url}}}}}
        | web.archive.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von Internet Archive erkannt, bitte Parameter 'wayback' benutzen.|1}} 
        | webcitation.org = 
          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von WebCite erkannt, bitte Parameter 'webciteID' benutzen.|1}} 
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          {{#if:  || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von archive.today erkannt, bitte Parameter 'archive-today' benutzen.|1}}
      }}{{#if: 
         | {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}
             | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Wert des Parameter 'archiv-datum' ist ungültig oder hat ein ungültiges Format.|1}}
          |  }} 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Pflichtparameter 'archiv-datum' wurde nicht angegeben.|1}}
      }}
    | {{#if: 
         | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Parameter 'archiv-datum' ist nur in Verbindung mit 'archiv-url' angebbar.|1}}
      }}
  }}{{#if:{{#invoke:URLutil|isHostPathResource|http://weltderwunder.rtl2.de/wdw/LuftfahrtWelt/Fluggeraete/MitVolldampfInDieLuefte/}}
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    | {{#if:  || }}Vorlage:Webarchiv/Wartung/Linktext_fehlt
  }}{{#switch: 
    |addlarchives|addlpages= {{#if:  || }}{{#if: 1 |Vorlage:Webarchiv/Wartung/Parameter}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: enWP-Wert im Parameter 'format'.|1}}
  }}{{#ifeq: {{#invoke:Str|find|http://weltderwunder.rtl2.de/wdw/LuftfahrtWelt/Fluggeraete/MitVolldampfInDieLuefte/%7Carchiv}} |-1
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              | abendblatt.de | daserste.ndr.de | inarchive.com | webcitation.org = 
              | #default = {{#if:  || }}{{#if: 1 |Vorlage:Webarchiv/Wartung/URL}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Archiv-URL im Parameter 'url' anstatt URL der Originalquelle. Entferne den vor der Original-URL stehenden Mementobestandteil und setze den Archivierungszeitstempel in den Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive.today' oder 'archive-is' ein, sofern nicht bereits befüllt.|1}}
            }} 
       }}
  }}, RTL II, Welt der Wunder, TV-Thema vom 27. April 2003

Einzelnachweise

<references />