American Wind: Mikro-Fußabdruck und Makro-Leistung - QuickParts
sls manufactured turbine

American Wind: Mikro-Fußabdruck und Makro-Leistung

American Wind: Mikro-Fußabdruck und Makro-Leistung durch 3D-Druck von Quickparts

Mit On-Demand-Fertigung durch 3D-Druck von Quickparts widerlegt American Wind das Argument «Je größer, desto besser» für Windkraftanlagen.

Der Gründer von American Wind, Robert Yost, kann sich zurecht mit Nikola Tesla vergleichen – dem genialen Erfinder, der das Wechselstromprinzip gegenüber Thomas Edisons Gleichstromtechnik verteidigte. Genau wie Tesla hat auch er eine ambitionierte Vision: den Einsatz von ultrakompakten Turbinen namens MicroCubes, um Wind in elektrischen Strom zu verwandeln.

Anregen ließ Yost sich dabei von einer Naturgewalt: einem Tornado, der im Frühjahr 2011 durch den Norden von Alabama zog. «Meine Frau und ich saßen nach dem Sturm auf unserer Terrasse, und der Wind ließ einen Standventilator wie wild rotieren», berichtet Yost. «Sie wollte wissen, ob wir nicht so ein kleines Gerät wie einen solchen Ventilator nutzen können, um elektrische Energie zu gewinnen.»

Durch seinen beruflichen Hintergrund ‒ er arbeitete für große Luft- und Raumfahrtunternehmen wie Boeing, GE Aircraft Engines und Pratt & Whitney ‒ hatte Yost das Know-how, um die Idee einer ultrakompakten Windkraftanlage in die Praxis umzusetzen. Im Februar 2012 gründete er American Wind, um seine Vision zu verwirklichen.

Ein wichtiger Partner bei Yosts Abenteuer war der cloud-basierte Fertigungsservice von Quickparts. Er bietet etwas, das noch vor einem halben Jahrzehnt nur wenige Produktionsexperten für möglich gehalten haben: den 3D-Druck von Kunststoffteilen und  ̵baugruppen, die sich in Bezug auf Festigkeit, Haltbarkeit und Flexibilität nicht von Spritzgussteilen unterscheiden lassen, deren Fertigung jedoch lediglich etwa ein Viertel der Zeit benötigt.

«Wir haben eine sehr gute Beziehung zu Quickparts aufgebaut», sagt Yost und erklärt: «Der 3D-Druck ermöglicht es uns, mit der besten Konfiguration für das Gesamtdesign zu experimentieren. Wir haben mehr als 20 verschiedene Versionen des MicroCube gebaut, von denen jede eine Verbesserung gegenüber ihrem Vorgänger darstellte.»

Große Leistung aus kleinem Gehäuse

sls manufactured turbine

American Winds Microcube ist eine etwa 22 x 22 x 22 Zentimeter große Turbine, die bei Windgeschwindigkeiten von 1,6 bis zu mehr als 180 Kilometern pro Stunde elektrische Leistung erzeugen kann. Die hohe Zahl von Schaufelblättern gewährleistet, dass die durch das Gerät strömende Luft zu einem sehr großen Anteil genutzt wird, so dass das zur Stromerzeugung erforderliche Drehmoment steigt.

Yost ist nicht der erste, der mit einer Miniatur-Windkraftanlage experimentiert. Er ist auch nicht der erste, der mehrere kleine Turbinen kombiniert, um die elektrische Leistung zu erhöhen. Der Unterschied zu ähnlichen Konzepten liegt in der Auslegung der Turbinenschaufeln des patentierten MicroCube sowie in der Effizienz des elektrischen Generators bei der Erzeugung von Drehstrom.

«Andere Varianten funktionieren nicht, weil sie nicht die Menge an Strom produzieren, die unsere Einheit erzeugt», sagt Yost. «Ein US-Patentprüfer sagte uns, dass es noch nie einen Generator mit den Eigenschaften des MicroCube gegeben habe. Diese besondere Effizienz macht den Unterschied.»

Schnell vom Konzept zur Produktion

Der 3D-Druck-Prozess und die Verwendung von Werkstoffen, die exakt an die den Funktionalität des Produkts angepasst sind, ermöglicht es American Wind, die Produktentwicklungszeit um Tage, teilweise sogar um Wochen zu verkürzen. Quickparts kann hochwertige, langlebige und vollständig prüfbare Teile direkt aus CAD-Dateien und ohne aufwändige Werkzeuge herstellen.

Robert Yost: «Quickparts ermöglicht uns, den 3D-Druck zu nutzen, um herauszufinden, was bei einem Produktionsteil funktioniert und was nicht. Wir können immer wieder iterative  Änderungen vornehmen und direkt drucken, ohne Tausende von Dollar und viel Zeit in Formen oder Bearbeitungsteile aus teuren Materialien zu investieren.“ Auf diese Weise konnte American Wind den Prozess vom Konzept über die Konstruktion bis zum Prototyp und zur Kleinserienproduktion auf ein Viertel der Zeit abkürzen, die ein traditionelleren Prozess erfordert hätte.

Nach diversen Versuchen und laufender Feinabstimmung wählten American Wind und Quickparts für den MicroCube das 3D-Druck-Verfahren des  präzisen selektiven Lasersinterns (SLS) mit drei verschiedenen Materialien:   

  • Das Polyamid DuraForm PA wird für die meisten Baugruppen verwendet. Es ist ideal für Teile, die eine sehr hohe Oberflächengüte und feine Details erfordern.
  • Glasfaserverstärktes Polyamid (DuraForm GF) wird aufgrund der erhöhten Festigkeit des Materials und der hohen Wärmebeständigkeit für die Generatoreinheiten eingesetzt. Es kann über längere Zeit Temperaturen bis 135°C aushalten.
  • Der Verbundwerkstoff DuraForm HST wird wegen seiner hohen Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit für die Rotorblätter der Windkraftanlagen verwendet.

Schnellere Validierung der Konstruktion

Yost nennt mehrere Verbesserungen, die der 3D-Druck ermöglichte, um über Design-Iterationen schnell neue Prototypen zu generieren:   

  • Verkleinerung des MicroCube-Gehäuses für eine effizientere 3D-Druck-Fertigung   
  • Verbesserung der Montageprozesse und der Funktionalität für den Stator, den stationären Teil des Generators   
  • Definition der Anforderungen an die Magnete und die Abstände zwischen Rotor und Stator   
  • Optimierung der Leitungsführung im Gehäuse und zwischen den Statoren   
  • Ermittlung des optimalen Materialeinsatzes bei Statoren, Rotoren und Lagern   
  • Optimierung der Spulenkonfiguration und der Montageprozesse für den Magnetdraht, der die Elektrizität erzeugt.

«Typisch für Quickparts ist auch, wie die meisten unserer Entwürfe validiert werden», erzählt Yost: «Nach Abschluss der Entwurfsphase verwenden wir das cloudbasierte Angebotsverfahren von Quickparts, um Kosten und Machbarkeit des Designs zu ermitteln. Und sobald wir das optimale Design- /Kosten-Verhältnis gefunden haben, können wir die Fertigung leicht an Quickparts übergeben.»

Quer durchs Land ohne Aufladen

Das erste Objekt, das von American Wind´s MicroCube umgestaltet wird, ist ein Elektroauto vom Typ Ford C-Max Energi: Auf dem Dach des Fahrzeugs hat American Wind vier MicroCubes  installiert, die pro Stunde 2.800 Watt liefern, um die Lithium-Ionen-Batterie während der Fahrt aufgeladen zu halten. Yosts Ziel ist es, einmal quer durch die Vereinigten Staaten und zurück zu reisen, ohne dabei jemals die Batterie des Autos aufladen zu müssen.

Während seiner Reise wird Yost auch vorführen, was er eine «Wind Wall» nennt: eine Baugruppe aus mehreren MicroCubes, die im Umfeld von Wohnungen oder Industrieanlagen platziert werden könnte, um Strom effizienter zu erzeugen, ohne die Umwelt mit riesigen Windkraftanlagen zu belasten.

Persönliche Herausforderung

Mit neuen Designstudien in Händen und seinem teilweise windgetriebenen Auto, das bereit ist für die Fahrt quer durch die USA, kann Yost es kaum erwarten, gegen Zweifler anzutreten und sein Ziel zu erreichen: eine kostengünstige Energiealternative zu schaffen, die keine wertvollen natürlichen Ressourcen verbraucht.

«Ja, ich weiß, dass alle Kritiker sagen, dies wäre ein Perpetuum mobile und damit unmöglich», weiß Yost. «Ebenso hören wir, dass derart kleine Windkraftanlagen wie der MicroCube nicht genug Energie erzeugen könnten. Zugegebenermaßen brechen wir mit dem MicroCube keine physikalischen Gesetze, aber wir stoßen an die Grenzen dessen, was heute machbar ist. Und Tests haben bereits bewiesen, dass es funktioniert.»

Auf die Frage, warum er sich dieser Herausforderung stellt, gibt Yost eine einfache Antwort, die eines Tesla würdig wäre: «Wenn ich es nicht mache, wer macht es dann?»

Technology Used


Fragen? Wir sind für Sie da

Unser On-Demand-Supportnetzwerk bietet Ihnen alles, was Sie brauchen

USA: +1 931 766 7290
France: +33 (0) 2 43 52 04 37
Germany: +49 (0) 6073 689 6000
Italy: +39 0121 390310
United Kingdom: +44 (0) 1494 479 690

Kontaktieren Sie eines unserer Büros, und wir besprechen Ihr nächstes Projekt.

Email
Scroll to Top