AT512828A2

AT512828A2 - Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen

Info

Publication number: AT512828A2
Application number: ATA9526/2011A
Authority: AT
Inventors: Vladimir Ing Stollmann; Stefan Ing Ilcik; Jozef Ing Suchomel; Peter Ing Smal
Original assignee: Stollmann Vladimir; Ilcik Stefan; Suchomel Jozef; Smal Peter
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-11-15
Also published as: US20130241315A1; DE212011100176U1; RU2013130656A; SK288179B6; CZ2013465A3; NO20130885A1; CZ27533U1; SK500532010A3; US9490657B2; DE112011103952T5; WO2012074494A1

Abstract

Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen (10) zur Lastenbeförderung über ein Tragseil (1), insbesondere zum Holzrücken (19) - welche sich die Gravitationsenergie des Laufwagens (18) und der Last (19) zum Antrieb des Stromgenerators (8) zu Nutze macht - und zwar mittels der Seilwinde (3) und Kupplung (5), wobei die elektrische Spannung vom Stromgenerator (8) zur Wasserelektrolyse in den Brennstoffzellen (10) dient, bei welcher Sauerstoff und Wasserstoff freigesetzt werden, die beim Heraufziehen des leeren Wagens bergauf wieder in den Brennstoffzellen (10) zusammengeführt werden (unter Entstehung von Wasser) - bei gleichzeitiger Erzeugung elektrischer Spannung, welche über den Umschalter (13) zum Elektromotor (9) geleitet wird - und dieser treibt über die Kupplung (6) die Seilwinde (3) an und dadurch kommt es zum Hinaufziehen des leeren Wagens zurück bergauf.

Description

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Annotation

Name der Erfindung: Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen

Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen (10) zur Lastenbeforderung über ein Tragseil (1), inbesondere zum Holzrücken (19) - welche sich die Gravitationsenergie des Laufwagens (18) und der Last (19) zum Antrieb des Stromgenerators (8) zu Nutze macht -und zwar mittels der Seilwinde (3) und Kupplung (5), wobei die elektrische Spannung vom Stromgenerator (8) zur Wasserelektrolyse in den Brennstoffzellen (10) dient, bei welcher Sauerstoff und Wasserstoff freigesetzt werden, die beim Heraufziehen des leeren Wagens bergauf wieder in den Brennstoffzellen (10) zusammengeführt werden (unter Entstehung von Wasser) - bei gleichzeitiger Ergzeugung elektrischer Spannung, welche über den Umschalter (13) zum Elektromotor (9) geleitet wird - und dieser treibt über die Kupplung (6) die Seilwinde (3) an unddadursch kommt es zum Hinaufziehen des leeren Wagens zurück bergauf. 6 PCT/SK2011/050021 « · · » · · · · ····· * t+ Φ • · · · * · · · ♦ Φ ♦ Φ · φ Φ ··#· φφ«φ I φφφφ Φ · Φ · · φ · 4 ΦΦ · # · φ φφφ Φ

Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft die ergierückgewinnende Seilanlage (inbesondere zur Holzrückung), bestehend aus einer Antriebseinheit mit Brennstoffzellen.

Ist-Stand

Die bislang verwendeten Forstseilbahnen verschwenden die überschüssige kinetische und potentielle Energie der Last, welche über einen Tragseil bergab gerückt (abgeschleppt) wird, denn diese wird im Bremssystem der Antriebstrommeln in Wärme umgesetzt. Diese Bremssysteme sind von der Bauart her meistens Trommel-, Scheiben- oder Bandbremsen. Diese erhitzen sich stark beim Betrieb und unterliegen einem starken Verschleiß, weshalb auch Entlastungsbremsen eingesetzt werden. Entlastungsbremsen sind von der Bauart her meistens aerodynamische Bremsen, bzw. elektrische Bremsen basierend auf Wirbelströmen.

Bekannt ist auch die Lösung (nach der Erfindung von Prof. Roska Nr. 261066, 1988, B 61 B 7/00) mit der Bezeichnung Hängende Aufseilungsanlage. Diese hängende Aufseilungsanlage ist eine Einrichtung, welche es ermöglicht die überschüssige Energie der Last zum aufseilen einer weiteren Last (unter das Tragseil) zu nutzen - und zwar zeitgleich.

Auf dem Gebiet der energierückgewinnenden Seilanlagen ist auch die Lösung nach der Erfindung Nr. 286944 bekannt und zwar mit der Bezeichnung Energierückgewinnende Seilanlage zur Holzforderung. Diese energierückgewinnende Seilanlage zur Holzforderung besteht aus einer Antriebseinheit mit Energierückgewinnung mittels eines Drehgenerators für elektrische Spannung.

Eine weitere bekannte Lösung basiert auf der Erfindung Nr. 287413 mit der Bezeichnung Thermoelektrische energierückgewinnende Seilanlage. Es handelt sich dabei um eine energierückgewinnende Seilanlage mit Elektroantrieb bzw. Hybridantrieb, welche thermoelektrische Elemente im Bremssystem der Seilwinde zur Energierückgewinnung nutzt.

Eine weitere bekannte Lösung basiert auf der Erfindung Nr. 287411 mit der Bezeichnung Hydraulische energierückgewinnende Seilanlage. Dabei handelt es sich um eine energierückgewinnende Seilanlage mit Hydraulikantrieb, welche zur Energierückgewinnung einen Druckölspeicher u nutzt.

Eine weitere bekannte Lösung basiert auf der Erfindung Nr. 287412 mit der Bezeichnung Pneumatische energierückgewinnende. Dabei handelt es sich um eine energierückgewinnende Seilanlage, welche zur Energierückgewinnung einen Druckluftspeicher nutzt.

Eine weitere bekannte Lösung basiert auf der Erfindung Nr. 287441 mit der Bezeichnung Mechanische energierückgewinnende Seilanlage mit Schwungrad. Dabei handelt es sich um eine energierückgewinnende Seilanlage mit einem Schwungrad-Energiespeicher.

Diese energierückgewinnende Seilanlagen nutzen für die Energierückgewinnung der Gravitationsenergie des Laufwagens (mit Last) keine Brennstoffzellen. Zur Speicherung (Akkumulation) der Energie des Laufwagens samt Last werden in der Phase der Gravitationsrückung Prinzipien genutzt, welche sich durch eine niedrigere Wirksamkeit der Energietransformation auszeichnen, durch eine niedrigere Leistung oder durch eine höhere konstruktionstechnische Komplexität. 1 » · * · · PCT/SK2011/050021

Basis der Erfindung

Weiter oben genannten Nachteile eliminiert zum beträchtlichen Teil die energierückgewinnende Seilanlage inbesondere beim Holzrücken mithilfe eines Tragseils in voller Aufhängung bergab, welche aus Brennstoffzellen besteht. Die Anlage basiert darauf, dass bei der Bergafahrt des Laufwagens samt Last die überschüssige Gravitationsenergie des Laufwagens und der Last zur Wasserelektrolyse in der Brennstoffzelle genutzt wird. Der durch diese Elektrolyse entstehende Wasserstoff und Sauerstoff werden in Tanks gespeichert, welche als Energiespeicher dienen. Die erneute Umwandlung in Energie erfolgt durch die Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff durch eine so.g "kalte Verbrennung", bei welcher elektrische Spannung in den Brennstoffzellen entsteht. Die erzeugte elektrische Spannung wird zur Stromspeisung der Seilanlage genutzt, z.B. zum Heraufziehen des leeren Wagens am Tragseil bergauf.

Die Anlage zeichnet sich im Sinne dieser Erfindung dadurch aus, dass sie sparsam und ökologisch ist. Übersicht der Abbildungen auf den Zeichnungen

Die Erfindung wird näher anhand der Abb. 1 erläutert, aus welcher die konstruktionstechnische Anordnung der Anlage ersichtlich ist.

Realisierungsbeispiele der Erfindung

Die Seilanlage gemäß Abb. 1 besteht aus einer Seilwinde 3, aus einem Zugseil 2, einer Bremse 4, Kupplung 5 und 6, Getriebe 7, Stromgenerator 8, Elektromotor 9, einem elektrischen Umschalter 13, einer Batterievon Brennstoffzellen 10, Sauerstofftank 15, Wasserstofftank 16, Wassertank 17, stehen Geschwindigkeitssensor 14 des Zugseils 2, einem Bedienpaneel 12 und einem Steuersystem IT.

Die Anlage der Abb. 1 arbeitet folgendermaßen. Wenn vom Steuerpaneel 12 ins elektrische Steuersystem H der Befehl zum Gravitationsrücken bergab kommt, so löst das elektronische Steuersystem U. die Kupplung 6, das Steuersystem schließt die Kupplung 5, lost mithilfe der Bremse 4 die Seilwinde 3 und legt den elektronischen Umschalter 13 in die Position I um. Das Zugseil 2 wird dann durch den Einfluss der Gravitationsenergie, bzw. der Schwerkraft (Graviation) des Laufwagens und der Last von der Seilwinde 3 aufgeseilt (nach oben gezogen) und die Seilwinde 3 wird in Rotationsgewegung versetzt. Die Rotationsbewegung der Seilwinde 3 wird über die Kupplung 5 und das Getriebe 7 in den Stromgenerator 8_übertragen. Während des Rückens der Last überwacht das elektronische Steuersystem ü die Abspulgeschwindigkeit des Zugseils 2 von der Seilwinde 3 mithilfe des Geschwindigkeitssensors 14 (für das Zugseil 2). Aufgrund der Daten vom Geschwindigkeitssensor 14 für das Zugseil lenkt das elektronische Steuersystem H das Schalten der einzelnen Gänge im Getriebe 7 so, damit die Bewegungsgeschwindigkeit des Laufwagens samt Last die vorgeschriebene Geschwindigkeit erreicht. Falls das Umschalten der Gänge im Getriebe nicht ausreichend ist und die Geschwindigkeit des Wagens samt Last weiter ansteigt, aktiviert das elektronische Steuersystem IT die Bremse 4. Der Stromgenerator 8 erzeugt in dieser Phase elektrische Spannung, welche zur Elektrolyse von Wasser verwendet wird, welches sich im Speicher 17 befindet. Bei der Elektrolyse entsteht Wasserstoff, welcher dann zur späteren Verwendung im Speicher 15 aufbewahrt wird und Sauerstoff, welcher dann für spätere Verwendung im Speicher 16 aufbewahrt wird. Nach dem Ende des Holzrückens löst das elektronische Steuersystem IT schließlich die Kupplung 5 und aktiviert die Bremse 4.

Falls vom Steuerpaneel 12 ins elektrische Steuersystem Π. der Befehl zum Hinaufziehen des leeren Laufwagens zurück bergauf kommt, so löst das elektronische 2 * · Μ ·· · · • · * * · » • ♦ ♦ · » * » t • ·· «····**** • · · · · t ·· »· · » PCT/SK2011/050021

Steuersystem U. die Kupplung 5, schließt die Kupplung 6, löst mithilfe der Bremse 4 die Seilwinde 3 und setzt den elektrischen Umschalter 13. in die Stellung II um. Zum Elektromotor 9 wird dann über den elektrischen Umschalter 13 elektrische Spannung geleitet, die in den Brennstoffzellen 10 beim Zusammenführung von Wasserstoff und Sauerstoff aus den Speichern 15 und 16 entsteht. Das Ergebnis dieser chemischen Reaktion ist Wasser, welches dann im Speicher 17 aufbewahrt wird. Das Drehmoment des Elektromotors 9 wird dann über die Kupplung 6 auf die Seilwinde 3 übertragen. Die Aufspulgeschwindigkeit des Zugseils 2 wird über ein elektronisches Steuersystem ü aufgrund der Angaben des Sensors 14 für die Geschwindigkeit des Zugseils 2 überwacht und für den geforderten Sollwert über das elektronische Steuersystem ü (mit eingebautem Frequenzwandler) einreguliert.

Die Bremse 4 wird nicht nur für das Abbremsen des Laufwagens benutzt, sondern auch für die Verankerung des Laufwagens auf dem Tragseil 1.

Die Anlage kann überall dort eingesetzt werden, wo Lasten, bzw. Holz bergab gerückt werden. 3

Claims

European Patent Office P.B, 5813 Patentlaan 2 NL-2280 HV Rijswljk Betreffs: PCT/SK2011/050021 - Stellungnahme zum „International Search Report" vom 2.4.2012. Das Dokument PCT/SK2011/050021 befasst sich mit einer energierückgewinnenden Seilanlage zum Holzrücken, welche zur Akkumulierung der Gravitationsenergie bei der Abwärtsbewegung des Laufwagens Brennstoffzellen nutzt. Aus dem Wie auch aus dem „International Search Report" zum Dokument PCT/SK2011/050021 folgt, besteht zu einer genau solchen Erfindung derzeit kein Patent. Die Ähnlichkeit mit dem Patent SK 287 441 ist nicht rein zufällig, denn die Autoren sind die gleichen und durch die Einreichung der Patentanmeldung SK PP 50053-2010 (von der auch die gegenständliche PCT Anmeldung abgeleitet ist), verfolgten diese eine sog. Patentabdeckung von energierückgewinnenden Seilanlagen für die Forstwirtschaft. Wir schlagen einen neuen Wortlaut der Patentansprüche vor: PATENTANSPRÜCHE 1. Die Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen, bestehend aus einer Seilwinde (3), einem Bremssystem (4), einen Getriebemechanismus (7), Kupplungen (5, 6), einem Drehgenerator (8) für elektrische Spannung, aus einem elektrischen Umschalter (13), einem Elektromotor (9), Brennstoffzellen (10), einem Geschwindigkeitssensor für den Laufwagen (14), Steuerpaneel (12), Steuersystem (11), Sauerstoffspeicher (15) und Wasserstoffspeicher (16) zeichnet sich dadurch aus, dass die Seilwinde (3), welche mit einem Bremssystem ausgestattet ist (4), über einen Getriebe (7) mittels Kupplung (5) mit einem Drehgenerator (8) für elektrische Spannung angeschlossen ist, der über einen Umschalter (13) in der Position Imit Brennstoffzellen (10) verbunden ist, welche wiederum an den Sauerstoffspeicher (15), den Wasserstoffspeicher (16) und Wasserspeicher angeschlossen sind (17). Über den Umschalter (13) in der Position II sind die Brennstoffzellen (10) mit dem Elektromotor (9) verbunden, der mittels einer Kupplung (6) mit der Seilwinde (3) verbunden ist.
2. Die Energierückgewinnende Seilanlage mit Brennstoffzellen im Sinne des Patentanspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuersystem (11) über elektrische Leitern mit einem Bremssystem (4), Kupplungen (5, 6), einem Getriebe (7), Elektromotor (9), Geschwindigkeitssensor (14) für den Laufwagen und mit dem Steuerpaneel (12) verbunden ist.
3. Die Antriebsweise der energierückgewinnenden Seilanlage mit Brennstoffzellen gemäß Patentanspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass: a. die elektrische Spannung des Generators (8) zur Wasserelektrolyse in der Brennstoffzelle (10) verwendet wird, b. der bei der Elektrolyse in der Brennstoffzelle (10) entstehende Wasserstoff und Sauerstoff in den Speichertanks (15) und (16) gespeichert werden, welche als Akkus (Speicher) der Gravitationsenergie des Laufwagens samt Last in Form von chemischer Energie dienen, c. Sauerstoff aus dem Speicher (15) und Wasserstoff aus dem Speicher (16) zusammen in der Brennstoffzelle (10) zu Wasser reagieren und dabei elektrische Spannung erzeugen, welche dann zur Speisung des Elektromotors (9) verwendet wird, welcher wiederum den Laufwagens ohne Last antreibt.
4. Die Antriebsart der energierückgewinnenden Seilanlage mit Brennstoffzellen im Sinne des Patentanspruchs 1 und 3 zeichnet sich dadurch aus, dass: a. in der Phase des schwerkraftbedingten Bewegung des Wagens und der Last bergab die Kupplung (6) löst, die Kupplung (5) schließt, die Bremse (4) der Seilwinde (3) löst, der elektrische Umschalter (13) in die Stellung I umgelegt wird; die Gravitationsenergie sorgt für die Bewegung des Laufwagens samt Last bergab und versetzt dabei die Seilwinde (3) mittels eines Teils (2) in Drehbewegung und diese Bewegung der Seilwinde (3) setzt mittels einer Kupplung (5) und eines Getriebes (7) den Stromgenerator (8) in Bewegung, durch den Stromgenerator (8) wird elektrische Spannung erzeugt, durch diese elektrische Spannung kommt es in den Brennstoffzellen (10) zur Wasserelektrolyse, durch die Wasserelektrolyse in den Brennstoffzellen (10) wird Wasserstoff und Sauerstoff bildet, wobei der Wasserstoff dann im Speicher (15) gespeichert wird und der Sauerstoff wiederum im Speicher (16), b. in der Phase des Aufseilens des Laufwagens ohne Last bergauf löst die Kupplung (5), die Kupplung (6) schließt, die Bremse (4) für die Seilwinde (3) wird gelöst, der elektrische Umschalter (13) wird in die Position II umgelegt; in den Brennstoffzellen (10) wird durch das Zusammenfuhren des Wasserstoffs aus dem Speicher (15) und des Sauerstoffs aus dem Speicher (16) elektrische Spannung erzeugt, die elektrische Spannung wird dem Elektromotor (9) zugeführt und treibt den Elektromotor (9) an, das Drehmoment vom Elektromotors (9) wird über die Kupplung (6) in die Seilwinde (3) übertragen und treibt die Seilwinde (3) an, durch die Winde (3) wird das Seil (2) aufgespult und der Laufwagen ohne Last wird wieder bergauf gezogen.
5. Die Antriebsart der energierückgewinnenden Seilanlage mit Brennstoffzellen gemäß dem Patentanspruch 3, 4 zeichnet sich dadurch aus, dass in der Phase des schwerkraftbedingten Bewegung des Wagens samt Last bergab die Gravitationsenergie des Wagens samt Last in Wasserstoff (im Speicher (15)) und om Sauerstoff (im Speicher (16)) gespeichert wird.