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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer durch hin-und hergehende Bewegung eines Antriebselementes aufgebrachten Energie in eine durch rotierende Bewegung eines durch das Antriebselement angetriebenen Elementes gespeicherte Energie und zur Umsetzung dieser kinetischen Rotationsenergie in kalorische oder elektrische Energie oder dgl.
In unwegsamen Gebieten oder Notsituationen ergibt sich oftmals das Problem, mit einfachen Hilfsmitteln kalorische oder elektrische Energie oder dgl. erzeugen zu müssen, wobei ein Anschluss an entsprechende, zumeist öffentliche Versorgungsnetze nicht ohne weiteres oder überhaupt nicht möglich ist. So ist es zumeist mit überaus hohen bzw. praktisch wirtschaftlich nicht sinnvollen Kosten verbunden, entlegene Häuser, beispielsweise in Gebirgsgegenden, an öffentliche Versorgungsnetze anzuschliessen, so dass für eigene "Klein kraftwerken " Sorge getragen werden muss. Auch in Not- bzw. Krisensituationen kann eine eigenständige und von Versorgungsnetzen unabhängige Versorgung mit beispielsweise kalorischer oder elektrischer Energie notwendig sein, wenn die öffentlichen Versorgungsnetze nicht einsatzfähig sind.
Derartige autarke Anlagen sind insbesondere auch für Schutzräume erforderlich, welche den zur Zeit steigenden Anforderungen nach einem verbesserten Zivilschutz für Not- und Krisenzeiten entsprechen.
Aus der WO-87/00585 A1 ist eine Antriebsvorrichtung bekanntgeworden, wobei ein radförmiges Element in eine Vielzahl von Kammern unterteilt ist und wenigstens eine Kammer mit einem mit einem Fluid gefüllten, zentralen Zylinder in Verbindung steht und das Volumen der Kammer sowie der Druck in der Kammer durch eine bewegbare Wand veränderbar ist. Zur Unterstützung der Drehbewegung sind zusätzliche Verschlusselemente vorgesehen, weiche in Abhängigkeit von der Drehstellung eine Befüllung einzelner Kammern mit Fluid aus dem zentralen Zylinder ermöglichen.
Der FR-2 295 260 A ist eine abgewandelte Ausführungsform einer radartigen Antriebsvorrichtung zu entnehmen, wobei eine Vielzahl von zylinderförmigen Kammern jeweils paarweise über zentral miteinander gekoppelte Gelenkmechanismen zusammenwirken und durch exzentrische Lagerung des Rades sowie unter Ausnutzung der Schwer- und Fliehkraft eine Energiegewinnung ermöglicht werden soll.
Darüberhinaus ist beispielsweise aus der GB-2 262 793 A eine Vorrichtung zur Energiegewinnung bekanntgeworden, wobei ein von einem Motor angetriebenes Rad mit einer Mehrzahl von schwenkbar gelagerten Gewichten nach entsprechender Übersetzung einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Nachteilig bei dieser bekannten Ausbildung ist jedoch die Tatsache, dass ein klein dimensionierter Antriebsmotor vorzusehen ist, welcher einen von öffentlichen Versorgungsnetzen unabhängigen Einsatz dieser bekannten Vorrichtung unmöglich macht.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, eine baulich einfache und einfach herzustellende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher unabhängig von zumeist öffentlichen Versorgungsnetzen kalorische oder elektrische Energie oder dgl. erzeugt werden kann. Die vorliegende Erfindung zielt hiebei insbesondere darauf ab, diese Energie durch entsprechende Umwandlung unterschiedlicher Energieformen ineinander, beispielsweie auch In einfacher Weise durch Einsatz von Muskelkraft, in ausreichender Menge zur Verfügung stellen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs genannten Art Im wesentlichen gekennzeichnet durch - ein das Antriebselement bildendes Stangen- oder Hebelelement, - einen das zu einer Rotationsbewegung angetriebene Element bildenden, scheibenförmigen Hohlkör- per, welcher mit einem Fluid gefüllt ist und welcher in seinem Inneren eine durch das Antriebselement beaufschlagbare, exzentrisch zur Drehachse des Hohlkörpers gelagerte Scheibe aufweist, wobei an der Exzenterscheibe Einrichtungen zur wenigstens teilweisen Verdrängung des Fluids im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers angreifen,
- und eine durch eine Abtriebswelle des scheibenförmigen Hohlkörpers antreibbare Vorrichtung zur
Umwendlung der Rotationsbewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers in kalorische oder elektri- sche Energie oder dgl.
Durch die wenigstens teilweise Verdrängung des Fluids im Inneren des zu einer Rotationsbewegung angetriebenen, scheibenförmigen Hohlkörpers kann in einfacher Weise durch die Einwirkung des Stangenoder Hebelelements sowie unter Ausnutzung der Schwerkraft eine Rotationsbewegung dieses scheibenförmigen Hohlkörpers aufrecht erhalten werden, wenn dafür Sorge getragen wird, dass aufgrund der mit der Exzenterscheibe zusammenwirkenden Einrichtungen relativ zur Drehachse des scheibenförmigen Hohlkörpers eine ungleichmässige Verlagerung des Fluids im Inneren des Hohlkörpers erfolgt.
Um eine einfache, zumindest teilweise, exzentrische bzw. ungleichmässige Verdrängung des Fluids im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers zu erhalten, wirkt das zu einer hin-und hergehenden Bewegung veranlasste Autriebselement, welches erfindungsgemäss von einem Stangen- oder Hebelelement gebildet ist, auf die Exzenterscheibe ein, wobei durch Verdrehung der Exzenterscheibe durch die hin-und hergehende Bewegung des Stangen- oder Hebelelementes relativ zur Drehachse des scheibenförmigen Hohlkörpers wiederum über die
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im Inneren des Hohlkörpers gelagerten Einrichtungen eine ebenfalls exzentrisch zur Drehachse verlaufende Verlagerung des Fluids erfolgt.
Die Umsetzung der in der rotierenden Bewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers gespeicherten Energie in kalorische oder elektrische Energie erfolgt darüberhinaus erfindungsgemäss durch eine durch die Antriebswelle des scheibenförmigen Hohlkörpers antreibbare Vorrichtung, mit welcher in an sich bekannter Weise eine Umwandlung in kalorische oder elektrische Energie oder ähnliches vorgenommen wird.
Erfindungsgemäss lässt sich somit durch eine konstruktiv einfache und einfach herstellbare Vorrichtung eine einfache Umsetzung einer translatorischen, hin-und hergehenden Bewegung in eine Rotationsbewegung unter Ausnutzung der durch die Schwerkraft des exzentrisch im scheibenförmigen Hohlkörper aufgenommenen Fluids gespeicherten Energie vornehmen, worauf in weiterer Folge eine Energiegewinnung, beispielsweise zum Beheizen eines Hauses oder Schutzraumes und/oder zur Beleuchtung desselben bzw. allgemein zur Versorgung mit elektrischer Energie, möglich wird. Weiters ist eine Aufladung von Batterien, insbesondere Industriebatterien denkbar, wobei sich erfindungsgemäss insgesamt eine Energiegewinnung praktisch ohne Umweltbelastung verwirklichen lässt. Diese fehlende Umweltbela- stung rechtfertigt hiebei gegebenenfalls auch einen höheren Preis.
Durch entsprechende Wahl der Exzentrizität der Exzenterscheibe im scheibenförmigen Hohlkörper und damit verbunden der exzentrischen, teilweisen Verdrängung des Fluids im Inneren des Hohlkörpers sowie durch Abstimmung des Hebelarmes des Stangen- oder Hebelelementes, welches zur Aufbringung der translatorischen, hin-und hergehenden Bewegung eingesetzt wird, lassen sich somit durch Aufbringen kleiner Kräfte bei zusätzlich entsprechender Wahl des Durchmessers des scheibenförmigen Hohlkörpers und des darin aufgenommenen Fluidvolumen, auch in relativ kurzer Zeit relativ hohe Energiemengen in Form von kalorischer oder elektrischer Energie oder dgl. zur Verfügung stellen.
Für die bei Betätigung der Exzenterscheibe durch das hin-und hergehende Stangen- oder Hebelele- ment wenigstens teilweise Verdrängung des Fluids im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers ist erfindungsgemäss die Ausbildung bevorzugt so getroffen, dass die Einrichtungen zur Verdrängung des Fluids im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers von einer Mehrzahl von am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers in Zylindern geführten Kolben gebildet ist, deren Kolbenstangen an der Exzenterscheibe anliegen.
Derartige Zylinder lassen sich in einfacher Weise am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers in gewünschter Anzahl und gewünschtem Abstand voneinander anordnen, um abgestimmt auf die umzuwandelnde Energiemenge und die durch die hin-und hergehende Bewegung des Antriebselementes aufbringbare Kraft eine einfache Umwandlung zwischen den einzelnen Energiearten zu ermöglichen.
Darüberhinaus sind Zylinder-Kolbenaggregate für sich gesehen an sich bekannt und ausreichend verfügbar bzw. leicht an für den speziellen Verwendungszweck adaptierbar.
Aus dem Durchmesser des scheibenförmigen Hohlkörpers und dem daraus resultierenden Umfang ergibt sich die Anzahl der möglichen Zylinder oder Hülsen am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers, wobei sich aus der Anzahl der Zylinder und dem Durchmesser durch die ungleichmässige Verteilung des Fluids das erzielbare Drehmoment ergibt.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist erfindungsgemäss die Ausbildung so getroffen, dass die Zylinder lösbar am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers an entsprechenden Gewindeverbindungen festlegbar sind. Durch eine derartige lösbare Festlegung der Zylinder am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpes lassen sich diese Zylinder in einfacher Weise warten und können auch an unterschiedliche Gegebenenheiten, beispielsweise durch Anpassung des maximal möglichen Hubraumes, in Abhängigkeit von der Exzentrizität der Exzenterscheibe relativ zur Drehachse des scheibenförmigen Hohlkörpers leicht angepasst werden.
Für eine entsprechend gleichmässige Verteilung der Mehrzahl der Einrichtungen zur wenigstens teilweisen Verdrängung des Fluids im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers ist darüberhinaus die Ausbildung erfindungsgemäss bevorzugt so getroffen, dass am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers wenigstens 20 Zylinder, insbesondere 29 Zylinder, angeordnet sind.
Für eine einfache und sichere Führung der Kolbenstangen der Zylinder-Kolbenaggregate im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers und zur sicheren Vermeidung eines Klemmens der Kolbenstangen bei einer raschen Bewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers ist weiters die Erfindung bevorzugt so weitergebildet, dass die Kolbenstangen in Führungen im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers geführt sind und insbesondere mit jeweils einem Gelenk ausgebildet sind. Derartige Führungen im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers können hiebei beispielsweise nach Art von die Kolbenstange über einen Bereich ihrer Länge umgebenden, rohrförmigen Hülsen ausgebildet sein, weiche auf die Position der Anordnung der jeweilige Zylinder am Aussenumfang des scheibenförmigen Hohlkörpers abgestimmt sind.
Für eine leichte und möglichst reibungsfreie Abrollbewegung bzw. Anlage der Kolbenstangen an der
Exzenterscheibe ist erfindungsgemäss die Ausbildung bevorzugt so getroffen, dass die Kolbenstangen über
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Wälz- oder Kugellager an der Exzenterscheibe angreifen.
Für eine einfache Aufbringung der Kraft zur Erzielung der hin-und hergehenden, translatorischen Bewegung des Stangen- oder Hebelelementes ist darüberhinaus die Ausbildung bevorzugt so getroffen, dass das Stangen- oder Hebelelement von einem Hebel oder einem Pendel gebildet ist. Mit einem derartigen Hebel oder Pendel lässt sich darüberhinaus in einfacher Weise die für eine ausreichende Umsetzung der translatorischen Bewegung in die Rotationsbewegung erforderliche Kraft durch entsprechende Wahl der Länge des Hebels bzw. Pendelarmes einstellen. Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist hiebei die erfindungsgemässe Vorrichtung derart weitergebildet, dass das Hebelelement durch einen Pulsgeber oder einen eine Stossbeanspruchung ausübenden Antrieb zu seiner hin-und hergehenden Bewegung beaufschlagbar ist.
Anstelle der Aufbringung der Kraft für die translatorische, hin-und hergehende Bewegung des Antriebselementes durch manuelle Betätigung desselben kann somit in einfacher Weise auch durch Vorsehen eines beispielsweise unter Einsatz einer äusserst geringen Energiemenge betreibbaren Pulsgebers oder eines Stössels die hin-und hergehende Bewegung des Stangen- oder Hebelelementes bewirkt werden.
Für eine besonders effiziente Umwandlung der in der Rotationsbewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers gespeicherten Rotationsenergie in kalorische oder elektrische Energie oder dgl. unter möglichst gleichzeitiger Verringerung der gegebenenfalls auftretenden Energieverluste ist die erfindungsgemässe Vorrichtung bevorzugt so weitergebildet, dass die nachgeschaltete Vorrichtung zur Umsetzung der Rotationsenergie des scheibenförmigen Hohlkörpers von einem Verdichter oder Generator oder dgl. gebildet ist.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ansführungsform ist die Ausbildung so getroffen, dass das Fluid im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers von einer niedrig-viskosen Flüssigkeit gebildet ist. Eine derartige niedrig-viskose Flüssigkeit kann beispielsweise von einem entsprechenden Öl gebildet werden, so dass gleichzeitig eine entsprechende Schmierung der im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers bewegbaren Teile, insbesondere der Kolbenelemente sowie der auf der Exzenterscheibe ablaufenden Lager der Kolbenstange, erzielbar ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines in der beigeschlossenen Zeichnung schematisch dargestellen Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen :
Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht teilweise im Schnitt eine erfindungsgemässe Vorrichtung ; und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 durch die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Fig. 1.
In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein ein zu einer Rotationsbewegung angetriebenes Element bildender, scheibenförmiger Hohlkörper bezeichnet, welcher über ein hin-und hergehendes Antriebselement bildendes Stangen- oder Hebelelement 2 zu einer Rotation um eine Drehachse 3 antreibbar ist. Der scheibenförmige Hohlkörper 1 weist an seinem Aussenumfang eine Mehrzahl von Zylindern 4 auf, in welchen jeweils Kolben 5 geführt sind, wobei jeweils eine mit einem Kolben 5 verbundene Kolbenstange 6 an ihrem vom Kolben 5 abgewandten Ende 7 an einer Exzenterscheibe 8 anliegt. Die Kolbenstange 6 ist im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers 1, beispielsweise in jeweils einer im wesentlichen rohrförmigen Hülse 9 geführt, und weist zusätzlich ein Gelenk 10 auf, um gegebenenfalls Verkantungen der Kolbenstange in der Führung 9 entgegenzuwirken.
Der scheibenförmige Hohlkörper 1, welcher über das Stangen- oder Hebelelement 2 zu einer Rotationsbewegung um seine Rotationsachse 3 antreibbar ist, ist in seinem Inneren mit einem Fluid ungleichmässig gefüllt. Diese ungleichmässige Befüllung wird dadurch bewirkt, dass die Kolben 5 über ihre an der exzentrisch zur Drehachse 3 gelagerten Scheibe 8 anliegenden Kolbenstangen 6 angreifen und somit eine entsprechend ungleichmässige Verteilung des Fluids im Hohlkörper 1 bewirken. Der durch die Verschiebebewegung der Kolben 5 hervorgerufene Füllzustand des Innenraumes des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 mit dem Fluid ist in der Zeichnung entsprechend strichliert durch die Oberkanten der einzelnen, nicht näher dargestellten Kolben 5 in den Zylindern 4 angedeutet.
Die Exzenterscheibe 8 ist um ihre Achse 11 drehbar, wobei die Exzentrizität zwischen den Achsen 3 und 11 in Fig. 1 mit e bezeichnet ist.
Aufgrund der Tatsache, dass der Innenraum des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 ungleichmässig mit dem Fluid gefüllt ist, ergibt sich ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage, dass aufgrund der auf das Fluid im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 einwirkenden Schwerkraft eine Drehbewegung des gesamten, scheibenförmigen Hohlkörpers 1 im Sinne des Pfeiles 12 hervorgerufen wird. Gleichzeitig mit dieser Drehbewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 wird auch das Antriebselement 2 in derselben Richtung bewegt.
Durch eine entgegen der Drehrichtung 12 im Sinne des Pfeiles 13 am Stangen- oder Hebelelement 2 angreifende Kraft wird das Stangen- oder Hebelelement 2 wiederum in die in Fig. 1 gezeigte Lage zurückbewegt, wobei durch die Kopplung des Antriebselementes 2 mit der Exzenterscheibe 8 gleichzeitig eine Verstellung der Exzenterscheibe 8 relativ zum scheibenförmigen Hohlkörper 1 erfolgt. Durch diese Verstellung der Exzenterscheibe 8 erfolgt gleichzeitig durch die beispielsweise über Kugel- oder Wälzlager 7 an der Exzenterscheibe 8 ablaufenden Kolbenstangen 6 jeweils eine Verschiebung
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der in den einzelnen Zylindern 4 aufgenommenen Kolben und somit eine teilweise Verdrängung des Fluids im Inneren des Scheibenförmigen Hohlkörpers 1.
Es gelangt somit das Fluid wiederum in die in Fig. 1 dargestellte Lage, so dass angetrieben durch das Stangen- oder Hebelelement 2 sowie durch Einwirkung der Schwerkraft eine Drehbewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 im Sinne des Doppelpfeiles 12 hervorgerufen bzw. aufrecht erhalten wird. Durch Einwirken auf das Stangen- oder Hebelelement 2 im Sinne des Pfeiles 13 erfolgt eine nochmalige Verdrehung der Exzenterscheibe 8, so dass insgesamt durch die jeweils teilweise Verdrängung des im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 ungleichmässig verteilten Fluids bei entsprechender Betätigung des Stangen- oder Hebelelementes 2 eine Rotationsbewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 aufrecht erhalten werden kann.
Durch eine entsprechende Wahl der Exzentrizität e zwischen den Drehachsen 3 des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 sowie der Achse 11 der Exzenterscheibe 8 und der Wahl der Länge des Hebelarmes des Stangen- oder Hebelelementes 2 lassen sich somit durch Aufbringen vergleichsweise kleiner Kräfte auch der eine grosse Masse aufweisende scheibenförmige Hohlkörper 1 samt dem darin aufgenommenen Fluid in Bewegung setzen bzw.
in Bewegung halten und es kann somit beispielsweise durch Muskelkraft oder auch durch Vorsehen einer Stossbeanspruchung auf das Stangen- oder Hebelelement 2 über einen nicht näher dargestellten Antrieb jeweils die für die Bewegung des Stangen- oder Hebelelementes 2 erforderliche Kraft aufgebracht werden, um das unter Umständen eine relativ grosse Masse aufweisende, angetriebene Element in Form des mit Fluid gefüllten, scheibenförmigen Hohlkörpers 1 zu bewegen.
Bei dem Schnitt in Fig. 2 ist die Lagerung des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 sowie die Anordnung der Exzenterscheibe 8 und die Kopplung derselben mit dem Hebelelement 2 im inneren dieses scheibenförmigen Hohlkörpers 1 nochmals im Detail dargestellt. Der scheibenförmige Hohlkörper 1 ist allgemein an einem entsprechenden Support 14 gelagert, wobei Lager 15 und 16 zur Drehlagerung der einzelnen Elemente vorgesehen sind. Im Bereich des Lagers 15 greift an der Welle 17 das Stangen- oder Hebelelement 2 an, wobei eine direkte Kopplung desselben mit der Exzenterscheibe 8 vorgesehen ist. Am Aussenumfang der Exzenterscheibe 8 liegen wiederum die einzelnen Kolbenstangen 6 über Kugel- oder Wälzlager 7 an und es erfolgt eine Bewegung der einzelnen Kolben 5 in den Zylindern 4.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die einzelnen Zylinder 4 über Gewindeverbindungen 18 am Aussenumfang des scheibeuförmigen Hohlkörpers 1 festgelegt.
Die Abtnebswelle des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 ist in Fig. 2 mit 19 bezeichnet. Mit der Abtriebswelle 19 ist beispielsweise ein Verdichter oder Generator 20 gekoppelt, um die Rotationsbewegung des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 in kalorische oder elektrische Energie oder ähnliches umzuwandeln.
Mit 21 ist eine lösbare Scheibe bezeichnet, welche zur Montage der Innenteil im Inneren des scheibenförmigen Hohlkörpers 1 abnehmbar ist.