DE10147335A1 - Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen - Google Patents

Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen

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DE10147335A1
DE10147335A1 DE2001147335 DE10147335A DE10147335A1 DE 10147335 A1 DE10147335 A1 DE 10147335A1 DE 2001147335 DE2001147335 DE 2001147335 DE 10147335 A DE10147335 A DE 10147335A DE 10147335 A1 DE10147335 A1 DE 10147335A1
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Frank Weisbrodt
Daniel Weisbrodt
Michel Weisbrodt
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

Anwendungsgebiet der Erfindung: DOLLAR A a) Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sollen es ermöglichen, Wasserkraftanlagen zu betreiben, die eine hohe Leistungsabgabe permanent an der Turbine bzw. am Generator bereitstellen können. DOLLAR A b) Des Weiteren lassen sich Kraftvervielfachungs- und/oder Druckerhöhungsanlagen mit diesem Verfahren errichten, die extrem hohe Kräfte oder Drücke erzeugen. DOLLAR A Grundsätzliche technische Lösung der Erfindung: DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Arbeitszylinder, der mit Wasser/Fluid gefüllt ist, von mehreren Gegenkraftkomponenten A, B und C kraftseitig beeinflusst, so dass das Wasser/Fluid im Arbeitszylinder unter einen sehr hohen Druck gesetzt wird. Dieses Druckwasser(-fluid) im Arbeitszylinder, definiert als Druckenergie = E¶a¶, wird entweder direkt zur Kraftvervielfachung oder Druckerhöhung genutzt oder in kinetische Energie = E¶k¶ des ausströmenden Fluidstrahls umgewandelt. An der Turbine wird die kinetische Energie in mechanische Energie und diese wird im Generator in elektrische Energie umgewandelt. DOLLAR A Vorzugsweiser Einsatz der Erfindung: DOLLAR A Die Vorrichtung wird vorzugsweise in Wasserkraftanlagen eingesetzt (Fig. 2). DOLLAR A Deskriptoren: Energieumwandlung, Kraftvervielfacher, Druckerhöher, Pumpenanordnung, Wasserkraft-/Feuerlösch-/Wasserstrahlanlagen, Stütz-/Spannvorrichtung, Höchstdruckapparatur, Hydraulikmotor.

Description

  • Die Erfindung beinhaltet Vorrichtungen zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlungen in:
    • - statischen Anlagen, wie Verspannungsvorrichtungen im Brückenbau oder als Hochwasserschutz-Gegenkraftabsicherung, die für die Verspannkraft der quertragenden Stahlseile im Brückenbau oder die Gegenkraftabsicherung der Hochwasserschutzwände, insbesondere in der Kurvenführung, der hochwasserführenden Gewässer mit hoher kinetischer Energie, eine ebensogrosse Gegenkraft erfordern
    • - Maschinen, die eine kurzzeitige Kraftvervielfachung und Druckerhöhung, wie in hydraulischen Pressen und Kalt-Umformungsmaschinen, Biege-, Abkant- oder Prüfmaschinen für den Press- oder Umformvorgang benötigen
    • - Maschinen, die eine längere Kraftvervielfachung und Druckerhöhung erfordern, wie in Höchstdruckapparaturen zur Diamantsynthese oder zur Züchtung von Kristallen, die Drücke von ca. 80.000 bar oder noch höhere Presskräfte benötigen
    • - Maschinen, wie in Energieumwandlungsanlagen (Wasserkraftanlagen), die auch bei kleinsten Gefällen der Fließgewässer einsetzbar sind.
  • A) Grundsätzlich ist der Stand der Technik der, dass
    • a) Druck- und Kraftverstärker fast ausschließlich über hydraulische Pumpen wie Axialkolbenmaschinen oder Reihenpumpen betrieben werden. Die Leistungsgrenze dieser Pumpen ist auf Grund von Antriebs-, Leckage- und/oder Volumenproblemen beschränkt.
      Mechanische Antriebsvorrichtungen bleiben ausgeklammert, da sich diese Vorrichtungen auf Grund der Zahnverflankungsübertragung noch weit unter den hydraulischen Pumpen leistungsseitig bewegen.
    • b) die potentielle Energie von Wasserkraft wird in kinetische Energie umgewandelt, wobei (in der Regel) eine größere Wassermenge bei einer kleineren Fallhöhe (ebenfalls in der Regel) umgesetzt wird.
  • Die Nutzung der potentiellen Energie setzt das Vorhandensein folgender Elemente voraus:
    • - den Wasserzufluss m - dieser wird in m3/s (bei kleineren Wassermengen in Liter/s) angegeben; 1 Liter Wasser = 1 kg (Masse)
    • - die vorliegende Fallhöhe h in Meter
    • - die Gravitationskonstante mit g = 9,8 m/s2
  • Diese 3 Faktoren definieren die Grösse der potentiellen Energie, die mit Epot = m.g.h errechnet wird und die somit zu fast 90% in elektrische Energie umgewandelt wird. Die dabei eingesetzten Turbinentypen wie Kaplan-, Francis-, Durchström- oder Peltonturbine und die Generatoren bestimmen die Grösse des Wirkungsgrades einer Wasserkraftanlage. Potentielle Energie wird vorrangig in Laufwasserkraftwerken genutzt, indem über einen Oberwasserkanal das aus dem Fluss abgezweigte Wasser der Turbine zugeführt wird, dort die Turbine beaufschlagt und Strom erzeugt und anschließend im Unterwasserkanal dem Fluss wieder zugeführt wird.
  • Die Druckenergie, die auch in der Energierzeugung mit Wasserkraft genutzt wird, findet ausschließlich in Staukraftwerken Anwendung, indem am tiefsten Punkt der Staumauer die Turbinen angeordnet sind.
  • Die Masse des aufliegenden Wassers bedingt einen dementsprechenden Druck, der mit 10 Meter Wassersäule den Druck von 1 bar erzeugt. Die größten Staumauern mit über 100 m Höhe bedingen somit einen Druck über 10 bar.
  • Die Formel zur Berechnung der Druckenergie ist mit Ea = p.dV festgelegt, wobei p den Druck in bar (1 bar = 100.000 N/m2) und dV die pro Sekunde umgesetzte Wassermenge in m3/s (oder in Liters) darstellen.
  • Diese Druckenergie des Wassers wird beispielsweise in einer Peltonturbine in der Düse in Geschwindigkeit umgewandelt und die Druckenergie wandelt sich somit von dieser Energieform (Druckenergie) in kinetische Energie um, die durch die Formel:


    festgelegt ist.
  • Die Umwandlung von Druck- in kinetische Energie erfolgt annähernd verlustfrei. Dabei ist m durch den sekündlichen Zufluss bekannt und die Geschwindigkeit w berechnet sich aus der Ausflussformel nach Toricelli folgendermaßen:

    w = √2.g.h g = Gravitationskonstante h = Höhe der aufliegenden Wassermasse
  • Eine Staumauerhöhe von 100 m bedingt demzufolge eine Geschwindigkeit des ausströmenden Wassers von 44 m pro Sekunde.
  • Eine Staumauerhöhe von 1.000 m bedingt demzufolge eine Geschwindigkeit des ausströmenden Wassers von 140 m pro Sekunde und bei einem Druck von 200 bar (entspricht einer Staumauerhöhe von 2.000 m) besitzt der Druckwasserstrahl eine Geschwindigkeit von 198 m pro Sekunde.
  • Da die Geschwindigkeit potenziert in die Berechnung der Leistung einfließt (zum Quadrat), wirkt sich somit jede Druckerhöhung in potenzierter Form auf die Leistungssteigerung aus.
  • Aus 1 Liter Wasserzufluss pro Sekunde lässt sich somit verlustfrei eine Energie von:
    • a) 98 Joule = 0,1 kW bei 10 m Wassersäule = 1 bar: w = 14 m pro Sekunde
    • b) 980 Joule = 1,0 kW bei 100 m Wassersäule = 10 bar: w = 44 m pro Sekunde
    • c) 9.800 Joule = 10,0 kW bei 1.000 m Wassersäule = 100 bar: w = 140 m pro Sekunde
    • d) 19.600 Joule = 19,6 kW bei 2.000 m Wassersäule = 200 bar: w = 198 m pro Sekunde erzielen.
  • Bisher ist Stand der Technik, dass bei Laufwasserkraftwerken der Druck überhaupt keine Rolle gespielt hat und die Druckenergie nur in Staukraftwerken genutzt werden konnte.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, in einem typischen Laufwasserkraftwerk mit einer Fallhöhe von ca. 3 m eine Wasserkraftanlage zu installieren, die unter hohen Druckbedingungen > 160 bar arbeitet.
  • Wie kann beispielsweise in einem Fluss eine Fallhöhe von 3 Metern dazu genutzt werden, einen Druck von 10 bar (100 Meter Wassersäule) oder 160 bar (1.600 Meter Wassersäule) oder gar mehr Druck zu erzeugen? Auf den ersten Blick ist dies unmöglich, denn bei 3 Metern Fallhöhe ist nur ein Druck von 0,3 bar zu erzielen. In der weiteren Beschreibung der Erfindung, insbesondere unter Punkt F) "Technische Wirkung und gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung" und den Patentansprüchen werden hierzu nähere Details benannt.
  • Weiterhin sind Vorrichtungen zur Energieumwandlung bekannt, die als Kolben-Zylinder-System arbeiten und mit denen ebenfalls eine Druckerhöhung im Pumpenraum erzeugt wird.
    • 1. Nach DE-PS 3 29 700 ist eine Kraftanlage mit Druckpumpe bekannt, bei der ein vertikal beweglicher Treibkolben unter der Last einer größeren Menge Oberwasser auf das Unterwasserniveau abgesenkt wird und nach Abgabe dieser Wassermenge im unbelasteten Zustand mittels eines kleineren, unterhalb angeordneten und vom Oberwasser getriebenen, Pumpenkolbens in seine obere Ausgangslage gelangt.
      Das System hat den Nachteil, daß ein hinreichend großer Niveauunterschied zwischen Ober- und Unterwasser notwendig ist, die Vorrichtung nur diskontinuierlich arbeitet und die Aufwärtsbeförderung des Druckwassers in den Hochbehälter entgegen dem Gesetz der Schwerkraft erfolgt.
    • 2. Nach der DE-PS 10 02 699 ist eine Gezeiten-Wasserstands-Gleichrichteanlage bekannt, die den Gezeitenperioden zugrunde liegenden wechselnden Wasserstand in einer Vorrichtung ausnutzt, und mittels Druckluftbehältern eine Kompensation von Hochwasserbehältern und Niedrigwasserbehältern gewährleistet, wobei eine Turbine ständig angetrieben wird.
    • 3. Nach den DE-PS 2 35 300 und DE-PS 2 58 444 ist ein Verfahren und Vorrichtung bekannt, bei der eine schwimmfähige Druckplatte in einem flutungsfähigen Verdrängungsraum höhenbeweglich geführt ist und in der Arbeitsphase durch die aufliegende Wassermasse einen unteren Druckkolben antreibt. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die Pumpenanordnung unterhalb der Druckplatte als Kolben-Zylinder-System ausgebildet ist. Je kleiner die Querschnittsfläche des Kolben-Zylinder-Systems ist, um so höher wird zwar der erzeugte Druck, aber die zur Energieumwandlung nutzbare Wassermenge verringert sich proportional mit der Druckerhöhung, da sich durch die Zylinderform der Pumpenanordnung das Volumen der Pumpe verkleinert. Demzufolge wird die nutzbare Wassermenge des Kolben-Zylinder-Systems ebenfalls verkleinert und die Energieausbeute (Leistung) bleibt konstant (ohne Berücksichtigung von Verlusten).
    • 4. Nach den DE 40 03 684 A1 und DE 41 24 899 A1 sind Vorrichtungen bekannt, die eine Druckerhöhung mit einem Komprimierbehälter in Form eines Prismen- oder Kegelstumpfes als Pumpenanordnung mittels einer aufliegenden Wassermasse beschreiben. Der Druck im Komprimierbehälter wird aber abgebaut, je weiter sich die Druckplatte mit der aufliegenden Wassermasse vom oberen zum unteren Endpunkt verschiebt, weil der Komprimierbehälter seine ursprüngliche Form durch die Entleerung nicht mehr beibehält und sich die obere Fläche zwangsläufig vergrößert. Zum anderen ist das Problem einer Gegenkraft zur Druckabsicherung im Pumpensystem nicht gewährleistet, so dass die angestrebten Wirkungen nicht erreicht werden.
    • 5. Nach der DE-PS 197 23 231 sind Vorrichtungen bekannt, die eine Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen beschreiben. Der Druck im Arbeitszylinder wird ebenfalls über die in dieser Erfindung benannten Gegenkraftsysteme A, B und C erbracht. Das erste Gegenkraftsystem A sind Gegenkrafthebel, deren Aufbau so gestaltet ist, dass Massen m freischwingend die obere Platte belasten und dort einen Druck im Druckübertragungszylinder erzeugen.
  • Unterstützt wird das Gegenkraftsystem A durch die Gegenkraftsysteme B und C.
  • Das Gegenkraftsystem B stellen beidseitig am Arbeitszylinder angebrachte Festarretierungshebel dar, die die Querlagerplatte - auf der sich die Umlenkvorrichtungen der Gegenkrafthebel mit den Elementen Querlageraufnahmebügel und Querlagerfuß befinden - in der jeweiligen Höhenposition arretieren.
  • Das Gegenkraftsystem C stellt die kinematische Umsetzung der Abwärtsbewegung der Querlagerplatte und somit des Arbeitszylinders von einer jeweils oberen Ausgangslage in die darunter befindliche nächste Ausgangslage dar, indem die Kraft der gespeicherten Energie von Pneumatik-Gegenkraftzylindern immer paarweise mittels beweglicher Arretierungshebel auf die Querlagerplatte einwirken und damit absichern, dass die Hebelwirkung der Gegenkrafthebel wirksam bleibt.
  • Die Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen (A, B, C) hat zum Inhalt, dass ein wassergefüllter Arbeitszylinder durch diese drei miteinander kooperierenden Gegegenkraftsysteme beeinflusst wird, die absichern, dass dieser Druck p des Wasservolumens im Arbeitszylinderraum konstant hoch gehalten wird.
  • Bei statischen Anlagen wird dieser hohe Druck im Arbeitszylinder dazu genutzt, um als Kraftverstärker des Arbeitskolbens beispielsweise Stahlseile zu spannen, die quertragende Brückenelemente aufnehmen und somit längstragende Pfeiler überflüssig werden lassen. Bei Maschinen, die einen kurzzeitigen, aber sehr hohen Druck erfordern, wird der Arbeitskolben durch die Gegenkraftsysteme A und B kraftseitig beeinflusst, indem die Massen m das Gegenkraftsystem A aktivieren und an der oberen Platte mit der Kraft F* angreifen. Die Kraft F* greift über die Vorrichtungen: obere Platte - Druckübertragungskolben/-zylinder - oberer Arbeitszylinderdeckel - Fluid im Arbeitszylinder am Arbeitskolben, der beweglich geführt ist, an. Das Gegenkraftsystem B wirkt dabei unterstützend und sichert ab, dass das Gegenkraftsystem A in der beschriebenen Art wirkt. Der Ausgangszustand wird erreicht, indem das Gegenkraftsystem A wieder in die Ausgangslage zurückbewegt wird.
  • Bei dynamischen Systemen, die sich von einer oberen zur unteren Endlage des Arbeitszylinders bewegen - beispielsweise in Energieerzeugungsanlagen - wird dieser Druck des Wassers im Arbeitszylinder in der Düse in Geschwindigkeit w umgewandelt. Das ausströmende Wasser des Druckwasserstrahls besitzt eine kinetische Energie, deren Grösse der Druckenergie adäquat ist.
  • Die Ursache des hohen Drucks im System des Arbeitszylinderraumes und der umzusetzenden Wassermenge ist durch physikalische Gesetze geklärt. Mit dieser Vorrichtung sind zwar die Voraussetzungen zur Energieumwandlung abgesichert, da ein hoher Druck im System des Arbeitszylinderraumes auf Grund des verfahrenstechnischen Ablaufs und vorrichtungsseitigen Aufbaus in Verbindung mit einer kleineren umzusetzenden Wassermenge vorliegt, aber sowohl das Gegenkraftsystem A ist grundsätzlich zu verbessern als auch das Gegenkraftsystem C hat konstruktive Schwachstellen, die nur eine kurzzeitige Leistungserhöhung absichern, aber keine durchgängig höhere Leistung erwarten lassen. Insbesondere sind die beweglichen Arretierungshebel als konstruktiver Schwachpunkt einzuordnen, da die wirkenden Kräfte dieser Arretierungshebel am Druckpunkt auf dem Querlagerträger zu Hertzschen Pressungen auf Grund der Linienpressung führen und die Gefahr der Kaltverschweißung vorliegt. Die mit diesem Patent angestrebte Wirkung einer dauerhaft höheren Leistung wird somit nicht erreicht.
    • B) Aufgabenstellung
  • Das Ziel der Erfindung ist es, Energie zu speichern und bei Bedarf in eine hohe Kraft, einen hohen Druck bzw. dauerhaft in eine hohe Leistung umzuwandeln.
    • C) Lösung der Aufgabenstellung
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1.
    • D) Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung
    • 1. Dieses Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen sind überall dort anwendbar, wo Kraft, Druck oder Energie entweder dauernd oder kurzzeitig benötigt werden. Mit einer wesentlich kleineren Ausgangskraft wird über die erfindungsgemäße Lösung eine wesentlich höhere Kraft erzeugt, deren Nutzung den jeweils konkreten Einsatzbedingungen angepasst wird. Der Faktor der Kraftvervielfachung ist sowohl vom Hebelarmverhältnis des langen Hebelarmes zum kurzem Hebelarm und - insbesondere bei dynamischen Systemen - vom Gegenkraftsystem C abhängig.
    • 2. Die Kraftverstärkung ist das primäre Element und die Einsatzbereiche der Erfindung ergeben sich aus den Notwendigkeiten, in denen eine hohe Kraft, ein hoher Druck oder Energie benötigt wird.
      Das können neben den Einsatzfelder in statischen Anlagen als Kraftvervielfachungs- oder Druckerhöhungsanlagen im Brückenbau oder zum Schutz von wichtigen Gebäuden, Hochwasser- oder Lawinenschutz-Gegenkraftabsicherungsanlagen auch Einsatzfelder als:
      • - Spannvorrichtungen an Werkzeugen und Maschinen, Rettungsscheren als Spann- oder Spreizvorrichtungen
      • - Kraftverstärkeranlagen in Pressen, Kaltumformerungs- und Werkstoffprüfmaschinen, Biege- und Abkantvorrichtungen
      • - Grabenwandsicherungen im Tief- und Wasserbau, Stützvorrichtungen an Bauwerken
      • - Verankerungen für Kräne oder andere Geräte, um bei Sturmeinwirkung nicht umzukippen
      • - Fahrzeugen, um eine zusätzliche Kraft auf Achsen zu erreichen, um die Bodenhaftung zu erhöhen
      • - Höchstdruckapparaturen, bei denen ein extrem hoher Druck zeitweise oder dauernd vorhanden sein muss, um unter diesen Extrembedingungen unter anderem synthetische Diamanten aus Graphit zu "erzeugen"
      oder in Einsatzfelder in dynamischen Systemen wie:
      • - in Energieerzeugungsanlagen
      • - als Feuerlöschanlagen und
      • - Wasserstrahlanlagen sein.
    • 3. Die Leistungswerte dieser Erfindung - bezogen auf statische Systeme mit Kraftvervielfachungs- und Druckerhöhungsanlagen - sind bereits an praktischen Modellen erprobt und zu 100% bewiesen worden. Es ist somit möglich, jede beliebige Kraft oder jeden Druck zu erzeugen. Die Grenze liegt nur in den Belastungsgrenzen der eingesetzten Materialien. Mit dieser Erfindung können derart hohe Kräfte oder Drücke erzeugt werden, die es ermöglichen, Prozesse abzusichern, die bisher nicht oder nur ungenügend beherrschbar waren. Dies betrifft Prozesse zur Höchstdrucksynthese, aber unter anderem auch neue Brückenkonstruktionen oder den wirksamen Schutz von Gebäuden, die unter Pkt. 3.1.6. näher beschrieben sind.
    • 4. Die Leistungswerte dieser Erfindung - bezogen auf dynamische Systeme - liegen bei einem Wirkungsgrad von ca. 63% (vgl. Pkt. 3.1.1.) und somit werden die dem System zugeführten Kraftkomponenten zu mehr als die Hälfte zur Energieerzeugung genutzt. Diese Beweisführung wird derzeit an einem praktischen Modell zu erprobt, wobei die dem System zugeführte Energie nur zur Überwindung von Differenzkräften und der Reibungsverluste notwendig wird und wesentliche Kräfte im Gegenkraftsystem C gespeichert und somit immer abrufbereit zur Verfügung stehen.
    • 5. Es treten beider Energieumwandlung nach dieser Erfindung weder Neben- noch Abprodukte auf (wie bei allen anderen Wasserkraftanlagen auch), die die Umwelt und uns selbst vergiften. Der aktive Schutz der Umwelt ist mit dieser Erfindung abgesichert und die Probleme der Energiegewinnung werden auf einer qualitativ völlig neuen Ebene gelöst.
    • 6. Schlussfolgernd aus Punkt 5. sind Energieerzeugungsanlagen einzusetzen, die ausschließlich auf regenerativer Basis funktionieren und ohne die fossilen Brennstoffe wie Diesel, Benzin, Kohle oder Erdgas auskommen. Neben den wichtigen ökologischen Wirkungen und ihrer positiven Beeinflussung des Weltklimas sind die zusätzlichen ökonomischen Auswirkungen wie die Unabhängigkeit von den Lieferbedingungen der Förderländer der fossilen Brennstoffe und damit die positive Gestaltung der Außenhandelsbilanz und des privaten Konsums von ganz erheblicher Bedeutung.
    • 7. Die zur Verfügung stehende (Sekundär)Energie aus Energieerzeugungsanlagen in Form der Druckenergie Ea oder als elektrische Energie kann in anderen Anlagen universell anderweitig genutzt werden, so dass Antriebe für Maschinen oder Fahrzeuge sowie Anlagen zur Wasserentsalzung, Hebevorrichtungen, Last- oder Montageaufzüge, Pressen für Müll oder Baustoffe, Feuerlösch- und Pumpstationen für Wasser oder andere Medien betrieben werden können, ohne dass eine zusätzliche Energiequelle - ausser der Erfindung zur Energieerzeugung - zur Anwendung gelangt.
    • 8. Je höher der Druck im Arbeitszylinder gestaltet werden kann, wobei die aufliegenden massebelasteten Gegenkrafthebel und ihr Hebelarmverhältnis sowie das auf die Querlagerplatte wirkende Druckpotential der permanenten Energiespeicher proportional die Druckhöhe beeinflussen, und je größer die umzusetzende Wassermenge im Arbeitszylinder ist, um so höher ist die Energieausbeute einer Vorrichtung.
    • 9. Ein positiver Nebeneffekt ist weiterhin, dass durch die extrem hohe Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahls und die Zerteilung dieses Wasserstrahls an der Turbine eine Vermischung des Wassers mit der Luft erfolgt. Diese Vermischung des Wassers mit der Luft hat zur Folge, dass eine sehr hohe Sauerstoffbindung des Wassers erfolgt, so dass ein positiver Einfluss auf das ökologische Umfeld zusätzlich gegeben ist.
    • 10. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist, dass durch die extrem hohe Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahls und die Zerteilung dieses Wasserstrahls an der Düse und einer Verteilungseinrichtung für Feuerlöschanlagen eine Löschung von Brandherden mit sehr wenig Wasser möglich ist, da eine hohe Vermischung des Wassers in der Luft erfolgt und jeder Brand in kürzester Zeit ohne nennenswerte Schäden gelöscht wird.
    E) Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1 die Vorrichtung in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom oberen Hubendpunkt zum unteren Hubendpunkt und der Druckerzeugung mittels der massebelasteten Gegenkrafthebel F* unter folgenden Voraussetzungen, dass:
    • - der Druckwechselzylinder den größten Druck im 0°-Punkt der Kurbelwelle aufbaut und
    • - damit der Druck des kooperierenden Gegenkraftzylinders aufgehoben wird, so dass
    • - der Pumpenkolben der hydraulischen Presse sich abwärts bewegt, Hydrauliköl aus dem Hydraulikzuführungssystem zufließt und
    • - über die abwärts gleitende Gegenlagerplatte über die nächste Arretierungssicherung hinweg die Voraussetzung zur Wirkung der permanenten Druck- und Energiespeicher bei Druckerhöhung der Gegenkraftzylinder schafft.
  • Fig. 2 die Vorrichtung in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom oberen Hubendpunkt zum unteren Hubendpunkt und der Druckerzeugung mittels der massebelasteten Gegenkrafthebel mit der Kraft F* unter den weiteren Voraussetzungen, dass:
    • - der Druckwechselzylinder den kleinsten Druck im Punkt 180° der Kurbelwelle erzeugt
    • - und damit die permanent gespeicherte Druckkraft des Gegenkraftzylinders auf den Pumpenkolben wirkt und - da die Gegenlagerplatte an der Arretierungssicherung fixiert wird -
    • - diesen Druck in der hydraulischen Presse auf den größeren Arretierungskolben überträgt, der über die Arretierungsstangen die Querlagerplatte nach unten bewegt und kraftseitig mit der Kraft F** beeinflusst.
  • In dieser Phase der Gegenkraftzylinder ist die Kraft der Gegenkrafthebel mit F* = F** der permanenten Druck und Energiespeicher gleichgroß, so dass die Druckenergie Ea im Medium des Arbeitszylinders erzeugt wird. Die Energieumwandlung der Druckenergie = Ea wird in kinetische Energie = Ek des ausströmenden Wasserstrahls dargestellt. An der Turbine wird die kinetische Energie in mechanische Energie und diese wird im Generator in elektrische Energie umgewandelt. Fig. 1 und 2 stellen vorzugsweise Energieerzeugungsanlagen dar.
  • Fig. 3 die Vorrichtung in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom oberen Hubendpunkt zum unteren Hubendpunkt und der Druckerzeugung mittels der medienbeaufschlagten Verspannzylinder und somit der kraftbetätigten Gegenkrafthebel unter der Voraussetzung, dass:
    • - entweder die Festarretierungshebel (auf der rechten Seite der Fig. 3 dargestellt) die Querlagerplatte und den oberen Arbeitszylinderdeckel in der jeweiligen Position arretieren und ihr Einsatz vorzugsweise bei kurzen Arbeitshüben (zum Beispiel Pressen mit kleinen Nennhüben) die Druckerhöhung oder Kraftvervielfachung über den Arbeitszylinder und der Kolbenstange auf die jeweils zu beeinflussende Vorrichtung
    • - oder die permanten Energiespeicher über die hydraulische Presse die kinematische Umsetzung der Querlagerplatte (auf der linken Seite der Fig. 3 dargestellt) bei größeren erforderlichen Hüben der Kolbenstange auf die zu beeinflussende Vorrichtung mittels Kraft oder Druck absichern.
  • Fig. 4 die Vorrichtung in der Phase der Aufwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom unteren Hubendpunkt zum oberen Hubendpunkt mittels der medienbeaufschlagten Rückführungszylinder, die aus dem jeweils arbeitenden Arbeitszylinder mit dem notwendigen Druck und Volumenstrom versorgt werden und die gesamte Vorrichtung vom unteren zum oberen Hubendpunkt befördern. Alle Arretierungssicherungen, -hebel und -ventile sind geöffnet und sichern ab, dass die Aufwärtsbeförderung der Vorrichtung ungehindert erfolgt.
    Fig. 4 ist in allen Anlagen einsetzbar, da diese Form der Aufwärtsbeförderung die energetisch günstigste Form der Rückführung der Vorrichtungselemente in den oberen Hubendpunkt darstellt.
  • Fig. 5 die Vorrichtung der Kurbelwelle mit dem oberschlächtigem Wasserrad inklusive aller Druckwechselzylinder in den verschiedenen Positionen, wobei zum Beispiel die Kurbelzapfen der Druckwechselzylinder B und H jeweils um 45° von der 0°-Achse angreifen und B nach rechts und H nach links zieht und diese Kräfte sich gegeneinander aufheben. Das oberschlächtige Wasserrad wird aus dem Zulaufwasser angetrieben und liefert das Drehmoment, um die Kurbelwelle mit den jeweils symmetrisch zueinander angeordneten Druckwechselzylindern in einer Rotationsbewegung zu halten. Weiterhin sind das Getriebe vom Wasserrad zur Kurbelwelle, das Schwungrad und der Antrieb des Schwungrades mit einem Elektromotor (bei zu geringem Wasserzulauf) dargestellt.
  • Fig. 6 die Vorrichtung der Druckerzeugung über die Baugruppen der Gegenkraft- und Druckwechselzylinder auf der Kurbelwelle über die Druckweiterleitung mittels der hydraulischen Presse auf den oberen Arbeitszylinderdeckel und damit der Erzeugung der Druckenergie Ea im Arbeitszylinder. Diese Druckenergie kann in einem Hydraulikmotor in mechanische Energie umgewandelt werden, die beispielsweise in Fahrzeugen zum Direktantrieb dienen. Als Initial- oder Hilfsenergie zum Zwangsdrehung der Kurbelwelle können Brennstoffzelle, Photovoltaik (in bewegten Systemen) oder zusätzlich in stationären Systemen Wasser- oder Windkraft zur Anwendung eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und besteht aus folgenden Elementen:
    • a) den Gegenkrafthebeln 1, deren:
      • - langer Hebelarm an dem Last-/Kraftaufnahmepunkt 2 entweder über das Stahlseil 3 mit den Massen m 4 belastet wird und die Kraft F = m.g erzeugt oder mittels pneumatik- oder hydraulikbetriebener Verspannzylinder 5 kraftseitig mit der Kraft F = p.A betätigt werden.
      • - kurzer Hebelarm gebogen ist und mit seinem Angriffspunkt mit der wesentlich größeren Kraft F* = F.L1/L2 an der oberen Platte 12 angreift, die fest mit dem Kolben am Übertragungszylinder 13 verbunden ist.
      • - Umlenkpunkt des Hebels auf der Querlagerplatte 15 angeordnet und mittels eines schwenkbar gelagerten Querlageraufnahmebügels 17 und eines verschiebbaren Querlagerfußes 16 abgesichert ist.
        Dieser Umlenkpunkt der Gegenkrafthebel 1 auf der Querlagerplatte 15 ist notwendig, da diese Zwischenplatte zwischen oberer Platte 12 und oberem Arbeitszylinderdeckel 18 separat durch die Festarretierungshebel 90 und die Arretierungsstangen 72 der hydraulischen Presse 67 abgefangen und kraftseitig beeinflusst werden muss.
    • b) dem Druckübertragungszylinder 14, der aus folgenden Elementen besteht:
      • - der oberen Platte 12, an dem die kurzen Hebelarme der Gegenkrafthebel 1 mit der Kraft F* angreifen.
      • - dem Kolben 13 am Druckübertragungszylinder, der fest mit der oberen Platte 12 verbunden ist und diese Kraft F* an
      • - das Hydrauliköl 14a des Drückübertragungszylinder 14 weiterleitet und den Druck p1 in diesem Zylinder 14 erzeugt.
      • - über das Hydrauliköl 14a wird die Druckweiterleitung des Drucks p1 und die Kraftübertragung von F* an den oberen Arbeitszylinderdeckel 18 abgesichert.
        Der Druckraum zwischen dem Kolben 13 und dem oberen Arbeitszylinderdeckel 18 ist vorzugsweise mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt, um die Kompressibilität dieses Fluids auf ein Minimum zu begrenzen. Durch die Gegenkrafthebel 1 wird eine Kraft F* erzeugt, die auf die obere Platte 12 wirkt. Aufgrund dieser Kraft F* wird ein Druck p1 im Zylinderraum des Druckübertragungszylinders 14 erzeugt, der von der Kraft F* und der Kolbenfläche des Kolbens 13 am Drückübertragungszylinder 14 abhängig ist. Dieser Druck p1 wirkt auch am Zylinderboden des Druckübertragungszylinders 14 und damit auf den oberen Arbeitszylinderdeckel 18, wobei die Kraft F* immer gleichgross bleibt. Der Druckübertragungszylinder 14 ist auf dem oberen Arbeitszylinderdeckel 19 angebracht und mit Rund- oder Profilringen dicht abgesichert. Der Kolben am Druckübertragungszylinder 13 ist mit der oberen Platte 12 verbunden und mit Profilringen hydraulikdicht zum Druckübertragungszylinder hin abgesichert.
    • c) dem Arbeitszylinder 19, der aus folgenden Elementen besteht:
      • - dem oberen Arbeitszylinderdeckel 18, auf den die Kraft F* mittels der Gegenkrafthebel 1 einwirkt und als Aufnahme der Entlüftungsleitung 29 mit dem integrierten Entlüftungsventil 30 und des Manometers 31 dient.
      • - dem Arbeitszylinder 19 selbst, in dem entweder das Medium Wasser 19a, das bei Energieumwandlungsprozessen eingesetzt wird, oder eine Hydraulikflüssigkeit 19a aufnimmt, die vorrangig bei Kraftvervielfachungs- oder Druckerhöhungsanlagen Anwendung findet, und der zwischen einer oberen und unteren Endlage verschiebbar ist, wobei das im Arbeitszylinderraum befindliche Medium 19a unter einen sehr hohen Druck mittels der verschiedenen Gegenkraftsystemen gesetzt wird und diese Druckenergie Ea = p.dV zu den unterschiedlichsten Energieumwandlungsformen und Anwendungsfällen genutzt werden kann.
      • - dem Arbeitskolben 20, der entweder über die Kolbenstange 22 fest auf dem Fundament 26 verankert ist oder beweglich über die Kolbenstange 22 auf eine druck- oder kraftseitig zu beeinflussende Vorrichtung 26 kraftseitig mit der Kraft F* einwirkt. In den Arbeitskolben 20 ist bei dynamischen Systemen die Zulaufleitung 27 vorzugsweise integriert, um eine möglichst kurzfristige Flutung des Arbeitszylinders 19 mit dem Fluid 19a abzusichern.
        Die Zulaufleitung 27 in Systemen zur Kraftvervielfachung und Druckerhöhungsprozessen wird vorzugsweise als separate Zuführungsleitung im Arbeitskolben 20 angeordnet, um die Kolbenstange 22 nicht stabilitätsseitig zu schwächen.
        Die Druckleitung 32 wird generell in den Arbeitskolben 20 eingeordnet, um die Druckmittelableitung des Druckwasserstrahls 36 auf eine Einrichtung zur Energieumwandlung, zum Beispiel auf die Turbine 37, möglichst kurz zu halten und damit Strömungsverluste zu begrenzen.
      • - dem unteren Arbeitszylinderdeckel 21, der über die Zuganker 25 mit dem oberen Arbeitszylinderdeckel 18 verbunden wird. Der untere Arbeitszylindereckel 21 führt über die Kolbenstangenführung 23 die Kolbenstange 22. Dieser Arbeitszylindereckel 21 weist eine Entlüftungsbohrung auf, um weder Kompression noch Unterdruck zuzulassen.
      • - der Kolbenstange am Arbeitszylinder 22 ist das verbindende Element zwischen Arbeitskolben 20 und dem Fundament 26 oder der zu beeinflussenden Vorrichtung 26 und wird über den Kolbenstangenfuß 24 vorrichtungsseitig umgesetzt. Die Zulaufleitung 27 wird bei Energieerzeugungsprozessen vorzugsweise in die Kolbenstange 22 integriert, um über einen größeren Querschnitt einen schnelleren Wasserzulauf aus dem Zulaufwasser 46 abzusichern.
      Der Druckraum zwischen dem oberen Arbeitszylinderdeckel 18 und dem Arbeitskolben 20 wird entweder - bei Energieerzeugungsprozessen - mit Wasser 19a aus dem Zulaufwasser 46 über die Zulaufleitung 27 geflutet oder bei Kraftvervielfachungs- und Druckerhöhungsprozessen aus separaten Behältnissen mit dem Medium 19a gefüllt.
      Die Flutung mit dem Medium 19a des Arbeitszylinders 19 erfolgt in der Phase des Hochbeförderung der gesamten Elemente (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) vom unteren zum oberen Hubendpunkt und der gleichzeitigen Öffnung des Zulaufleitungsventils 28 in der Zulaufleitung 27. Um die Sicherheit der vollständigen Flutung des gesamten Arbeitszylinderraumes (19) mit dem jeweiligen Medium 19a zu erreichen, wird in der Endphase der Flutung das Entlüftungsventil 30 in der Entlüftungsleitung 29 geöffnet, um mögliche Luftreste aus dem Zylinderraum zu entfernen. Erreicht die Vorrichtung den oberen Hubendpunkt, werden alle bisher geöffneten Ventile (Zulaufsleitungs-, Entlüftungsventil 28, 30) geschlossen. Anschließend werden alle Gegenkraftsysteme aktiviert und nach Einwirken aller dieser Systeme auf den Arbeitszylinder 19 und Querlagerplatte 15 wird das Druckleitungsventil 33 in der Druckleitung 32 geöffnet und das unter einem sehr hohen Druck stehende Wasser 19a wird bei Energieumwandlungsprozessen aus dem Arbeitszylinder 19 wird auf die Freistrahlturbine 37 geführt und treibt diese an.
      Die mittels der Gegenkraftsysteme A, B und C initiierten Kraftkomponenten wirken mit F* am oberen Arbeitszylinderdeckel 19 und mit F** an der Querlagerplatte 15 mit den gleichen Kraftgrößen und vektoriell in der gleichen Kraftrichtung, so dass auf das Medium 19a im Arbeitszylinderraum 19 im eine innere Energie in Form der Druckenergie Ea erzeugt wird, die durch die Formel Ea = p.dV definiert wird.
      Erreicht der obere Arbeitszylinderdeckel 18 den unteren Hubendpunkt und das gesamte Wasser 19a im Arbeitszylinder ist zur Energieumwandlung eingesetzt worden, so wird das Druckleitungsventil 33 geschlossen und der Prozess der Flutung des Arbeitszylinderraumes beginnt von vorne.
      Demzufolge müssen vorzugsweise 2 Systeme an Arbeitszylindern alternierend zueinander arbeiten, um in jeweils einem System Energie zu erzeugen und im 2. System die Voraussetzung zur Energieumwandlung zu erfüllen.
      Zusätzlich wird ein Teil der Druckenergie Ea mit dem Medium 19a des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders entnommen und für die Absicherung eines Teilprozesses des anderen Arbeitszylinders eingesetzt, um beispielsweise über das geöffnete Ventil der Druckleitung für Sekundärprozesse 34 dieses Medium 19a für:
      • - die Hochbeförderung des anderen Arbeitszylinders von der unteren zur oberen Hubendlage über die geöffneten Rückführungsventile 89 die Rückführungskolbenstangen mit integrierter Leitung 88 eine Flutung der Rückführungszylinder 85 mit dem Medium 85a genutzt wird und über die Rückführungszylinderstangen 86 eine Aufwärtsbeförderung der gesamten Vorrichtung dieses Arbeitszylinders mit den Elementen (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) mit ihrem Kraftangriff am unteren Arbeitszylinderdeckel 21 und an den Last-/Kraftaufnahmepunkten 2 der Gegenkrafthebel absichern,
      • - das kraftseitige Verspannen der Verspannzylinder 5 wird über das Öffnen des Verspannzulaufventils 7 in der Verspannzulaufleitung 6 zum Zeitpunkt des Erreichens des oberen Hubendpunktes des Arbeitszylinders mit dem Medium 5a abgesichert und damit für die Aktivierung der Gegenkrafthebel 1 des einsatzbereiten anderen Arbeitszylinders 19 mittels dieser Verspannzylinder 5 gesorgt.
        Der obere Arbeitszylinderdeckel 18 ist mit Rund- oder Profilringen zum Arbeitszylinder 19 abgesichert. Der Arbeitskolben 20 ist mit Profilringen hydraulikdicht zum Arbeitszylinder 19 hin abgesichert. Alle Ventile 28, 30, 33 und das Ventil in der Leitung 34 sind vorzugsweise als Rückschlagventile ausgeführt.
    • d) die Gegenkraftzylinder 48 durch folgende Elemente gekennzeichnet sind:
      • - die Gegenkraftzylinder 48
      • - die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder 50, die den oberen Deckel Gegenkraftzylinder 49 mit dem Pumpenkolben 69 verbindet und als Aufnahme der Kolbenstangenbefestigung 51 dient
      • - dem oberen Deckel des Gegenkraftzylinders 49
      • - dem Gegenkraftkolben 52
      • - dem unteren Deckel des Gegenkraftzylinders 55, der ebenfalls eine Entlüftungsbohrung analog der gleichen Gründe wie der untere Arbeitszylinderdeckel 21 aufweisen sollte
      • - mehrere Zuganker am Gegenkraftzylinder 56, die den oberen und unteren Deckel der Gegenkraftzylinder (49, 55) miteinander verbinden
      • - der Gegenkraftkolbenstange 53, die den Gegenkraftkolben 52 mit dem Kolbenfuß am Gegenkraftzylinder 54 verbindet und dieser Kolbenfuß 54 fest auf dem Fundament 26 verankert ist.
        Die Gegenkraftzylinder 48 sind so ausgelegt, dass ihre Druckkraft F durch den Innendruck p des Mediums Pressluft 48a und ihrer Fläche A eine Kraftwirkung F** an den Arretierungsstangeri 72 über die hydraulische Presse 67 erzeugt, indem der flächenmäßig kleinere Pumpenkolben 69 über das Hydrauliköl 67a den größeren Arretierungskolben 71 antreibt und die Kraft F** auf die Querlagerplatte 15 erbringt.
        Da F** die gleiche Kraftwirkung mit Größe und Richtung (Vektor) wie F* besitzt, die von den Gegenkrafthebeln 1 auf die obere Platte 12 erbracht wird, ist die Druckerenergieerzeugung Ea im Medium (Wasser oder Hydraulikflüssigkeit) 19a des Arbeitszylinders 19 abgesichert.
        Der Druckraum zwischen Gegenkraftkolben 52 und dem oberen Deckel 49 des Gegenkraftzylinders ist vorzugsweise auch mit Druckluft 48a gefüllt, wobei die Drücke zwischen einem Minimaldruck und einem Maximaldruck liegen, und der Minimaldruck pmin sich aus der Fläche A des Gegenkraftzylinders 48 und der Gegenkraft F = pmin.A. - unter Berücksichtigung der Kolbenflächen des Pumpenkolbens 69 und des Arretierungskolbens 71 der hydraulischen Presse 67 - errechnet und ergibt. Der Maximaldruck pmax ergibt sich aus dem Druckaufbau infolge der Verschiebung des kooperierenden Druckwechselzylinders 60 zur Extremposition = 00.
        Zwischen beiden kooperierenden Zylindern: Gegenkraftzylinder 48 und Druckwechselzylinder 60 wirkt das 3. Newtonsche Axiom, indem die Kräfte beider Zylinder vom jeweiligen Druckzustand abhängig sind. Ist der Druck im Medium 60a des Druckwechselzylinders 60 größer als der Druck des Mediums 48a im Gegenkraftzylinder 48, dann wird die Druckkraft des Gegenkraftzylinders 48 aufgehoben und die Kolbenstange für Druckwechselzylinder 61 zieht an der Kolbenstangenbefestigung 51 die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder 50 nach unten und entlastet somit den Pumpenkolben 69 der hydraulischen Presse 67.
        Ist der Druck im Medium 60a des Druckwechselzylinders 60 wesentlich kleiner als der Druck des Mediums 48a im Gegenkraftzylinder 48, dann wirkt der Druck- und Energiespeicher des Mediums 48a des Gegenkraftzylinders 48 über die Zylinderstange 50 auf die hydraulische Presse 67 ein und bewirkt die Erzeugung der Kraft F** auf die Querlagerplatte 15.
        Die Anzahl der Gegenkraftzylinder 48 ist von der Anzahl der Druckwechselzylinder 60 abhängig, es sollte mindestens die gleiche Anzahl vorhanden sein.
    • e) den Druckwechselzylindern 60, die aus folgenden Elementen bestehen:
      • - dem Druckwechselzylinder 60 selbst
      • - dem oberen Deckel 62 für DWZ
      • - dem unteren Deckel 64 für DWZ, der fest mit der Zylinderstange 65 für DWZ verbunden ist und diese am Kurbelzapfen an der Kurbelwelle 57 angreift, wobei eine kraftseitige Beeinflussung der Kurbelwelle einen veränderten Innendruck im Medium 60a im Druckwechselzylinder 60 hervorruft, der von der Kreisbahn des jeweiligen Kurbelzapfens abhängig ist. Der untere Deckel 62 für DWZ sollte ebenfalls eine Entlüftungsbohrung aufweisen, da analoge Gründe wie beim unteren Arbeitszylinderdeckel 21 vorliegen.
      • - dem Kolben 63 für DWZ, der mittels der Kolbenstange 61 für DWZ mit der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder 50 an der Kolbenstangenbefestigung 51 befestigt ist und die Zylinderstange 50 infolge des Innendrucks des Mediums 60a im Druckwechselzylinder 60 vertikal bewegt
      • - den Zugankern 66, die eine feste Verbindung zwischen dem oberen Deckel 62 und dem unteren Deckel 64 für DWZ gewährleisten.
      Der Druckraum zwischen Kolben 63 und dem oberen Deckel 62 ist vorzugsweise mit Druckluft und Hydrauliköl 60a gefüllt, wobei die Drücke zwischen fast Null und mindestens dem Maximaldruck pmax des Mediums 48a im Gegenkraftzylinder 48 liegen müssen, wobei der Druck nur durch die Kreisbahn der Kurbelzapfen an der Kurbelwelle 57 bedingt ist, deren Zwangsumlauf durch das oberschlächtige Wasserrad 47 bewirkt wird. Die Anzahl der Druckwechselzylinder 60 selbst ist von der Anzahl der Kurbelzapfen abhängig. Es ist vorteilhaft, mindestens 2 Druckwechselzylinder 60 zum Extrempunkt = 0° einzuordnen, damit auch 2 Druckwechselzylinder 60 zum Minimaldruck wechseln und im Gegenzug die paarweisen Gegenkraftzylinder 48 den Maximaldruck auf die Arretierungsstangen 72 mittels der hydraulischen Presse 67 und damit auf die Querlagerplatte 15 und damit auf das Medium 19a im Arbeitszylinder 19 ausüben.
      Für die Druckwechselzylinder 60, die sich spiegelbildlich - von der Mittelachse der Kurbelwelle 57 an den jeweiligen Kurbelzapfen aus gesehen - gegenüberliegen, wirkt ebenfalls das 3. Newtonsche Axiom. Die Kräfte dieser spiegelbildlichen Druckwechselzylinder 60 heben sich auf, da sie sowohl links als auch rechts vom Drehpunkt der Kurbelwelle 57 mit den gleichen Innendrücken im Medium 60a als auch den gleichen Flächen und somit gleiche Druckkräfte aufweisen, die aber jeweils in die entgegengesetzte Richtung wirken. Die resultierende Kraftkomponente ist somit = 0.
      Die einzigen Druckwechselzylinder 60, die eine zusätzliche Kraftzufuhr erfordern, sind die Druckwechselzylinder 60, deren Kreisbahn auf den Extrempunkt = 0° der äusseren Kreisbahn der Kurbelwelle 57 wechseln. Diese notwendige Kraftzufuhr zur Überwindung der "Totpunkte" in diesen Druckwechselzylindern 60 wird über die Zwangsdrehung der Kurbelwelle 57 mittels der Beaufschlagung von Zulaufwasser 46 im oberschlächtigen Wasserrad 47 abgesichert.
      In diesen Druckwechselzylindern 60, die zur Extremposition = 0° wechseln, steigt der Druck im Medium 60a zwar extrem hoch an, aber die zuzuführende Hilfsenergie, die zur Überwindung dieser "Totpunkte" notwendig ist, wird durch folgende Faktoren minimiert:
      • - die Druckwechselzylinder 60, die den Extrempunkt verlassen, versorgen die zum Extrempunkt ankommenden Druckwechselzylinder 60 mit dem größten Teil der Hilfsenergie, da sie an der "anderen Seite" der Kurbelwelle 57 angreifen
      • - die Überwindung der "Totpunkte" erfordert nur die Überwindung der Druckdifferenz dieser Druckwechselzylinder 60, die zum Extrempunkt wechseln, da die Summe aller Drücke im Medium 60a der links und rechts angreifenden Druckwechselzylinder 60 sich aufheben
      • - je größer die Anzahl der Kurbelzapfen an der Kurbelwelle 57 ist, desto kleiner ist der Differenzwert des Höhenunterschiedes vom Vorgänger zum Extrempunkt = 0°, da die Kosinusfunktion dies so festlegt. Auf der anderen Seite erhöhen sich natürlich mit der Erhöhung der Kurbelzapfen auch die Anzahl der Zylinder und damit die Reibungsverluste, so dass hier über Versuche eine optimale Lösung zu finden ist.
        Das Zusammenwirken von Druckwechselzylinder 60 und Gegenkraftzylinder 48 und ihrer kraftseitigen Wechselbeziehungen wurde unter Pkt. d) des "Ausührungsbeispiels" bereits beschrieben.
    • f) der Kurbelwelle 57, die auf ihrem Umfang eine symmetrisch zueinander versetzte Anzahl von Kurbelzapfen aufweist, die als Aufnahme der Zylinderstange 65 für DWZ dienen. Die Kurbelwelle 57 ist über Festlager 58 und Festlagerarretierungen 59 mit dem Fundament 26 verankert und wird durch das oberschlächtige Wasserrad 47 mittels beaufschlagtem Zulaufwasser 46 angetrieben.
      Auf Grund der zur Überwindung der "Totpunkte" der zur Extremposition = 0° wechselnden Druckwechselzylinder 60 wird Energie in der Form benötigt, indem diese Druckwechselzylinder 60 ein Drehmoment zuzuführen ist, dass sich mathematisch mit der Hilfsenergie dW = dp.dV + FRC beschreiben lässt. Je mehr Druckwechselzylinder 60 auf der Kurbelwelle 57 angeordnet sind, umso niedriger wird die Differenzkraft dieser Druckwechselzylinder 60. Bei der Anordnung von mehr als 72 Druckwechselzylindern 60 auf einer Kurbelwelle 57 geht diese Druckdifferenzkraft gegen Null.
      dW = Hilfsenergie (Arbeit), dp = Druckdifferenz der zur Extremposition wechselnden Druckwechselzylinders, dV = Volumenänderung des vorletzten Druckwechselzylinders des zur Extremposition wechselnden Druckwechselzylinders (von Höhendifferenz abhängig), FRC = Coulombsche Reibung aller betroffenen Zylinder (48, 60) und der Lager der Kurbelwelle 57.
    • g) die Zuführung der notwendigen Hilfsenenergie wird durch das Zulaufwasser 46 im oberschlächtigen Wasserrad 47 erzeugt, indem die Schaufelzellen 47a das oberschlächtigen Wasserrad 47 mit Zulaufwasser 46 beaufschlagen und dieses antreiben. Das Wasserrad 47 sollte vorzugsweise oberschlächtig sein, um grosse Drehmomente zu erzeugen. Dadurch bedingt, sollte eine Fallhöhe von mindestens 2,5 m vorhanden sein, um dementsprechende Grössenordnungen zu erreichen. Das Wasserrad 47 sollte weiterhin mit Getriebe 47b, dem Schwungrad 47c und einem Elektromotor 47d ausgestattet sein, um die notwendigen Übersetzungungen zu erzielen und Maximalbelastungen unproblematisch auszugleichen. Das Wasserrad 47 treibt die Kurbelwellen 57 mittels des Getriebes 47b an, auf dessen Kreisbahn Druckwechselzylinder 60 an den Kurbelzapfen der Kurbelwellen 57 angeordnet sind. Sollte der sekündliche Wasserzufluss des Zulaufwassers 46 nicht ausreichend vorhanden sein, um das notwendige Drehmoment am Wasserrad 47 zu erbringen, dann kann über einen Elektromotor 47d eine Zusatzenergie dem Wasserrad 47 zugeführt werden, die dem Generator entnommen wird und zur temporären Überbrückung von Energiedefiziten für das notwendige Drehmoment am Wasserrad 47 sorgt. Es können natürlich auch externe Energiequellen als Lieferant der Zusatzenergie herangezogen werden wie: Solarzellen, Wind-, Wasserkraft, Brennstoffzellen oder andere Quellen.
    • h) der Zulaufrinne 44, die das Zulaufwasser 46 dem Wasserrad 47 zuführt. Mittels der Schützentafel 45 in der Zulaufrinne wird der Zulaufquerschnitt und damit die Zulaufwassermenge 46 gesteuert. In der Zulaufrinne 44 befindet sich auch die Zulaufleitung 27, die vorzugsweise strömungsmittig angeordnet ist, um so wenig wie möglich Verunreinigungen aufnehmen zu können und die einen Feinfilter aufweisen sollte, um die letzten Verunreinigungen aus dem Zulaufwasser rauszufiltern.
    • i) der hydraulischen Presse 67, die ursächlich bedingt durch die beidseitig am Arbeitszylinder 19 paarweise wirkenden, luftgefüllten Gegenkraftzylinder 48 kraftseitig betätigt wird, indem diese Gegenkraftzylinder als permanente Energiespeicher eine Druckkraft F mit den Faktoren Innendruck der Pressluft 48a und der Fläche des Gegenkraftzylinders 48 in dem Moment bereitststellen, wenn der Druck im korrespondierenden Druckwechselzylinder 60 extrem abfällt. Diese Druckkraft mit F = p.A mit der Hubhöhe H der Gegenkraftzylinder 48 wird über die Zylinderstangen am Gegenkraftzylinder 50 in eine Bewegung eines flächenmäßig kleineren Pumpenkolbens 69 in der hydraulischen Presse 67 über das Medium des Hydrauliköls 67a dieser Presse 67 auf einen einen flächenmäßig größeren Arretierungskolben 71 mit der Druckkraft F** übertragen.
      Diese Druckkraftübertragung in der hydraulischen Presse 67 vom Arretierungskolben 71 erfolgt auf die Arretierungsstangen 72, die diese Kraft F** auf die Querlagerplatte 15 übertragen und somit bewirken, dass eine kontinuierliche Bewegung des Arbeitszylinders 19 nach unten gegen den Arbeitskolben 20 erfolgt und damit für einen kontinuierlichen Ausstoss von Druckwasser 36 zur Beaufschlagung der Turbine 37 oder zur Druck- oder Kraftverstärkung am Arbeitskolben 20 bzw. an der Kolbenstange 22 sorgen.
      Die hydraulische Presse 67 besteht aus folgenden Einzelvorrichtungen:
      • - dem Pumpenkolben 69 in der Presse 67, der von der Zylinderstange 50 am Gegenkraftzylinder entweder angetrieben oder entlastet wird
      • - dem Pumpenventil 76 in der Presse 67, das in der Arbeitsphase des Arbeitszylinders 19 immer geöffnet und in der Aufwärtsbeförderungsphase des Arbeitszylinders 19 immer geschlossen ist
      • - dem Arretierungsventil 75 in der Presse 67, das in Abhängigkeit von der Stellung des Kurbelzapfens des jeweiligen Gegenkraftzylinders 48 auf der Kreisbahn der Kurbelwelle 57 entweder geöffnet oder geschlossen wird. Geöffnet wird dieses Arretierungsventil 75 dann, wenn der Gegenkraftzylinder 48 die Druckkraft F zum Antrieb des Pumpenkolbens 69 erbringt, und geschlossen wird dieses Ventil 75 dann, wenn der Gegenkraftzylinder 48 seine Druckkraft F verliert, indem der kooperierende Druckwechselzylinder 60 die Kraft F*** erlangt. Grob skizziert wird das Arretierungsventil 75 nach Erreichen des Kurbelzapfens des jeweiligen Gegenkraftzylinders 48 von ca. 1/3 auf dem Kurbelwellenumfang geöffnet und vor Erreichen von ca. 2/3 des Kurbelwellenumfangs des Gegenkraftzylinders 48 wieder geschlossen. Dies betrifft aber immer nur die Arbeitsphase des Arbeitszylinders 19. In der Aufwärtsbeförderung des Arbeitszylinders 19 ist das Arretierungsventil 75 immer geöffnet. Das Arretierungsventil 75 ist in der Pumpleitung 68 der hydraulischen Presse 67 angeordnet.
      • - einem Hydraulikzuführungskolben 77 in der Presse 67, der das Hydrauliköl 67a dem Pumpenkolben 69 zuführt, wenn die Druckkraft F des Mediums 48a im Gegenkraftzylinder 48 durch den größeren Druck F*** des Mediums 60a im Druckwechselzylinder 60 kompensiert wird. Dadurch bedingt zieht die Kolbenstange für DWZ 61 die Kolbenstangenbefestigung 51 nach unten, so dass sowohl die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder 50 und synchron der Pumpenkolben 69 kraftseitig nach unten bewegt werden. Der Hydraulikzuführungskolben 77 quert dabei mit seiner Gegenlagerplatte 79, die über die Hydraulikzuführungskolbenstange 78 mit dem Hydraulikzuführungskolben 77 verbunden ist, die jeweilige Arretierungssicherung 81 in der Führung für Gegenlager 80, so dass abgesichert wird, dass bei einer späteren Aufwärtsbeförderung des Pumpenkolbens 69 die Arretierung der Gegenlagerplatte 79 an der Arretierungssicherung 81 erfolgt und der Pumpenkolben 69 das Hydrauliköl 67a in den Arretierungszylinder 70 pumpt und den Arretierungskolben 71 nach unten drückt
      • - einem Arretierungspunkt 74, der als Festpunkt der hydraulischen Presse 67 an den Vertikalstützen 97 am Arbeitszylinder 19 angeordnet ist und der über die Arretierungsverstrebung 73 den Arretierungszylinder 70 in einer festen Position über den Arbeitszylinder 19 fixiert.
      • - im Arretierungszylinder 70 befindet sich der Arretierungskolben 71. Dieser Kolben 71 wird mittels des Hydrauliköls 67a auf der Oberseite beaufschlagt. An seiner Unterseite besitzt dieser Kolben 71 Arretierungsstangen 72, die wiederum die Kraft des Kolbens 71 auf die Querlagerplatte 15 weiterleiten.
      • - die Funktion der hydraulische Presse 67 basiert auf den physikalischen Gesetzen dieses Pressentyps, indem ein kleinerer Pumpenkolben 69 das Hydraulkiköl 67a auf eine größeren Arretierungskolben 71 weiterleitet, so dass aus der Druckkraft F mit F = p.A des Gegenkraftzylinders 48, die ebenfalls am Pumpenkolben 69 wirkt, eine größere Kraft F** am Arretierungskolben 71 erzeugt, die aus den unterschiedlichen Kolbenflächen resultiert.
      • - die hydraulische Presse 67 weist fixierte Festpunkte auf, die als Arrtierungspunkt 74, der Führung für Gegenlager 80, dem Pumpengehäuse der hydraulischen Presse 67 zur Aufnahme des Pumpenkolbens 69 und des Hydraulikzuführungskolbens 77 und dem Arretierungszylinder 70 ausgebildet sind und deren Fixpunkte an den Vertikalstützen 97 und an der Quertraverse 98 mittels der Arretierungsverstrebungen 73 am jeweiligen Arbeitszylinder 19 angeordnet sind.
      • - die Anordnung der hydraulische Presse 67 ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Teil der Presse 67, der kraftseitig der Krafterzeugung mittels der Druckkraft F aus den Gegenkraftzylindern 48 herrührt, auch vorrichtungsseitig dort angeordnet wird. Dies betrifft sowohl den Pressenkörper 67, der den Pumpenkolben 69 aufnimmt, als auch alle Elemente der Hydraulikzuführung und der Arretierung dieser Hydraulikzuführung (76-84). Über die Pumpleitung 68 wird der Arretierungszylinder 70 mit dem Hydrauliköl 67a versorgt, das vom Pumpenkolben 69 über das geöffnete Arretierungsventil 75 in den Arretierungszylinder 70 gepumpt wird und beaufschlagt den Arretierungskolben 71. Vorzugsweise besitzt jeder Arbeitszylinder 19 vier gleichmäßig am Umfang verteilte Arretierungszylinder 70 mit allen Elementen (70-74), wobei immer 2 gegenüberliegende Arretierungszylindersysteme 70 vom gleichen Pumpenkolben 69 mit Hydrauliköl 67a versorgt werden sollten, um die Gleichzeitigkeit der Kraftzufuhr zu gewährleisten, denn die Schaltung der Arretierungsventile 75 erfolgt immer mit minimalen Differenzen.
      • - das Schließen des Arretierungsventils 75 bewirkt zum Zeitpunkt der Kompensation der Druckkraft des Gegenkraftzylinders 48 durch den ansteigenden höheren Druck im Druckwechselzylinder 60, dass der Pumpenkolben 69 nach unten gezogen wird und infolge des Druckabfalls des Hydrauliköls 67a entsteht in der hydraulischen Presse 67 ein Unterdruck, der bedingt, dass Hydrauliköl 67a nachfließt, indem der Hydraulikzuführungskolben 77 mit der Hydraulikzuführungskolbenstange 78 und der Gegenlagerplatte 79 sich auf Grundlage der Gravitation sich nach unten bewegen und die Gegenlagerplatte 79 die jeweils nächste Arretierungssicherung 81 quert und somit das zum Druckaufbau notwendige zusätzliche Hydrauliköl 67a in die hydraulische Presse 67 gelangt.
      • - die Hydraulikzuführungseinrichtung der hydraulischen Presse 67 daran gestaltet ist, dass der Hydraulikzuführungskolben 77 im Pressenkörper der hydraulische Presse 67 geführt wird. Oberhalb des Hydraulikzuführungskolbens 77 ist die Hydraulikzuführungskolbenstange 78 angeordnet, die als oberen Abschluss eine Gegenlagerplatte 79 aufweist, die in einer Führung für Gegenlager 80 geführt wird. In dieser Führung für Gegenlager 80 sind in entsprechenden Abständen Arretierungssicherungen 81 angeordnet, die eine problemlose Querung der Gegenlagerplatte 79 von einer oberen Arbeitsposition in eine darunter liegende nächste Position absichern, indem diese Arretierungssicherung 81 sowohl in der Horizontale verschiebbar sind und auf Grunde einer entsprechenden Schräge, die spiegelbildlich zu der querenden Platte 79 passt. Darüber hinaus sind Druckfedern für Arretierungssicherungen 82 in die Arretierungssicherungen 81 in die Nivellierungsbolzen mit Muttern 83 eingepasst, so dass nach der Querung der Gegenlagerplatte 79 ein Vorschieben der Arretierungssicherung 81 über die Platte 79 erfolgt und somit ein Fixieren der Gegenlagerplatte 79 in dieser neuen Arbeitsposition absichert. Wenn die Gegenlagerplatte 79 im Abschluss aller Fixierpunkte wieder in die obere Arbeitsposition gebracht werden soll, werden nach dem Schließen der Pumpenventile 76 und dem Öffnen der Arretierungsventile 75 die Anti-Arretierungshebel 84 aktiviert und alle Druckfedern 82 der Arretierungssicherung 81 werden zusammengepresst und alle Arretierungssicherungen 81 werden hinter die Führung für Gegenlager 80 zurückgeführt, so dass die Gegenlagerplatte 79 ungehindert die obere Arbeitsposition erreicht und dabei das Hydrauliköl 67a aus dem Arretierungszylinder 70 mittels der aufwärts beförderten Arretierungskolben 71 in den Pressenkörpern unterhalb der Hydraulikzuführungskolben 77 gepresst wird. Danach werden die Anti-Arretierungshebel 84 reaktiviert und die Arretierungssicherungen 81 können ihre Funktion der Fixierung der Gegenlagerplatte 79 in der nächsten Arbeitsphase des Arbeitszylinders 19 wieder aufnehmen. Die Anti-Arretierungshebel 84 sind vorzugsweise als Exzenterhebel ausgebildet.
      • - Die hydraulische Presse 67 ist im Bereich der Pumpenkolben 68 in zwei separate Leitungen und den weiteren Vorrichtungen (75-84) aufgeteilt, die das jeweilige Pumpventil 76 integrieren. Das geöffnete Pumpenventil 76 versorgt dabei den ersten Arbeitszylinder 19 mit der Druckkraft F** und synchron dazu wird im umgekehrten Fall der zweite Arbeitszylinder 19 bei geschlossenem Pumpenventil 76 in der zweiten Leitung der hydraulischen Presse 67 die ungehinderte Aufwärtsbeförderung des Gegenlagerplatte 79 der hydraulischen Presse 67 absichert. Diese separaten Leitungen der hydraulischen Presse 67 haben den Hintergrund, dass einerseits die Kurbelwellen 57 sich nur auf zwei Kurbelwellen 57 reduzieren und diese ständig betrieben werden und andererseits die Druckkraft F der Gegenkraftzylinder 48 immer als Kraftvektor auf einen Pumpenkolben 69 wirkt, der diese Druckkraft nur über das jeweilig geöffnete Pumpenventil 76 an die erste hydraulische Presse 67 oder an die zweite weiterleitet.
    • j) den Festarretierungshebeln 90, die aus folgenden Elementen bestehen:
      • - den Festarretierungshebeln 90 selbst, die in unterschiedlicher Höhenstaffelung und vom oberen zum unteren Hubendpunkt des Arbeitszylinders 19 an den Vertikalstützen 97 angeordnet sind und die auf die Querlagerplatte 15 und/oder auf den oberen Arbeitszylinderdeckel 18 kraftseitig einwirken
      • - den zwischen den jeweiligen Festarretierungshebeln 90 befindlichen Distanzstücken 94, die eine zusätzliche Stabilität der Festarretierungshebel 90 garantieren
      • - den Festarretierungshebeln 90, die in der Horizontale verschiebbar sind, damit eine Querung der Querlagerplatte 15 und des oberen Arbeitszylinderdeckels 18 unproblematisch erfolgen kann. Sie sind aus diesem Grunde mit einer entsprechenden Schräge versehen, die spiegelbildlich zu den zu querenden Platten (15, 18) passen und darüber hinaus sind Druckfedern 91 mit Nivellierungsbolzen mit Muttern 92 eingepasst, deren Funktion darin besteht, dass nach Querung der Platten (15, 18) ein Vorschieben der Arretierungshebel 90 auf die Platten (15, 18) erfolgt.
    • k) den Rückholhebeln 93, die in der unteren Hubendlage des Arbeitszylinders 19 aktiviert werden und alle Druckfedern 91 der Festarretierungshebel 90 zusammenpresst und somit alle Festarretierungshebel 90 hinter die Vertikalstützen 97 zurückgeführt, so dass die Querlagerplatte 15 und der obere Arbeitszylinderdeckel 18 ungehindert von der unteren zur oberen Hubendlage des Arbeitszylinders 19 bewegt werden kann. Nach Erreichen des oberen Hubendpunktes des Arbeitszylinders werden die Rückholhebel 93 reaktiviert und die Druckfedern 91 entlastet, so dass die Festarretierungshebel 90 ihre Funktion der Fixierung der Querlagerplatte 15 und des oberen Arbeitszylinderdeckels 18 in der jeweils nächsten Arbeitsphase des Arbeitszylinders 19 wieder aufnehmen können. Die Rückholhebel 93 sind vorzugsweise als Exzenterhebel ausgebildet.
    • l) der Düse 35, die sich im Anschluss an die Druckleitung 32 befindet. In der Düse 35 erfolgt die Umwandlung der Druckenergie Ea der Wassermenge 19a des Arbeitszylinders 19 in kinetische Energie Ek des Druckwasserstrahls 36, die durch die Druckleitung 32 strömt und in der Düse 35 die entsprechende Geschwindigkeit w des austretenden Wasserstrahls erhält.
    • m) der Turbine 37, die vorzugsweise aus einer Freistrahlturbine besteht, da hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Druckwasserstrahls 36 umgesetzt werden.
      m1) anstelle der Turbine 37 kann auch ein Hydraulikmotor (37) eingesetzt werden, der die Druckenergie Ea der Hydraulikflüssigkeit 19a entweder sofort zum Antrieb von einer Maschine oder eines Fahrzeugs nutzt oder einen Generator 42 antreibt.
    • n) dem Generator 42, der über die Turbine 37, die Riemenscheiben 39 und den Treibriemen 40 angetrieben wird.
    • o) den Wellen (38, 41), mit der Turbinenweile 38 und der Generatorwelle 41, die die Kraftübertragung von der Turbine 37 zum Generator 42 mittels ihrer Übertragungselemente (39, 40) gewährleisten.
    • p) den Verstrebungen 43, die eine Verschiebung oder ein Kippen der Vorrichtungen verhindern.
    • q) den Verspannzylindern 5, die das kraftseitige Verspannen der Gegenkrafthebel 1 über das das geöffnete Verspannzulaufventil 7 in der Verspannzulaufleitung 6 sorgt und mittels des Mediums 5a die Aktivierung der Gegenkrafthebel 1 des einsatzbereiten Arbeitszylinders 19 am oberen Hubendpunkt mittels dieser Verspannzylinder 5 absichert. Die Versorgung der Verspannzylinder 5 mit dem Spannmedium 5a kann mittels des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders 19 über eine geöffnete Druckleitung für Sekundärprozesse 34 vorgenommen werden, die diese Verspannzylinder 5 über die Verspannzulaufleitung 6 bei geöffnetem Verspannzulaufventil 7 mit dem Medium 19a versorgen und die Verspannkolben 10 von der Kolbeninnenseite beaufschlagen und nach aussen drücken und somit die Gegenkrafthebel 1 an den langen Hebelarmen kraftseitig belasten. Eine weitere Möglichkeit der Versorgung der Verspannzylinder 5 mit dem Medium 5a kann aber auch über separate Druckerzeugungsquellen, wie einer Pumpe oder einem Kompressor, abgesichert werden. Wird die Verspannkraft mittels der Verspannzylinder 5 nicht mehr benötigt, dann wird nach Öffnen des Verspannzulaufleitungsventils 7 in der Verspannzulaufleitung 6 zeitgleich die Verspannablaufventile 9 in den Verspannablaufleitungen 8 geöffnet und das Medium 5a wird aus dem System der Verspannzylinder 5 über die Verspannzulaufleitung 6 abgeleitet. Die Verspannkolben 10 werden bei diesem Prozess von der Aussenseite mit dem Medium 5a aus einer gesonderte Druckerzeugerquelle beaufschlagt, so dass die Verspannzylinder 5 ihre Ausgangsposition einnehmen, ohne eine Kraftwirkung auf die Gegenkrafthebel 1 auszuüben. Danach bleiben die Verspannablaufventile 9 offen, nur die Ansteuerung der gesonderten Druckerzeugerquelle erfolgt mittels Steuerimpuls, um die Rückführung der Verspannkolben 10 nach innen abzusichern.
    • r) die Hochbeförderung des jeweiligen Arbeitszylinders 19 von der unteren zur oberen Hubendlage kann einerseits über die gefluteten Rückführungszylinder 85 erfolgen, indem über die geöffneten Rückführungsventile 89 in den Rückführungskolbenstangen mit integrierter Leitung 88 im Rückführungskolben 87 die Rückführungszylinder 85 mit dem Medium 85a geflutet werden und über die Rückführungszylinderstangen 86 die Aufwärtsbeförderung der gesamten Vorrichtung dieses Arbeitszylinders 19 mit den Elementen (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) und ihren kraftseitigen Angriff am unteren Arbeitszylinderdeckel (21) und am Last-/Kraftaufnahmepunkt 2 der Gegenkrafthebel sorgen. Die Versorgung der Rückführungszylinder 85 mit dem Medium 85a kann mittels des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders 19 über eine geöffnete Druckleitung für Sekundärprozesse 34 vorgenommen werden, die diese Rückführungszylinder 85 über die Rückführungskolbenstangen 88 bei geöffnetem Rückführungsventil 89 mit dem Medium 85a versorgen. Die Rückführungszylinder 85 sind mit ihrer Rückführungskolbenstange 88 fest auf dem Fundament 26 verankert. Eine weitere Möglichkeit der Versorgung der Rückführungszylinder 85 mit dem Medium 85a kann aber auch über separate Druckerzeugungsquellen, wie einer Pumpe oder einem Kompressor, abgesichert werden. Wird die Rückführungskraft mittels der Rückführungszylinder 85 nicht mehr benötigt und der Arbeitszylinder 19 hat den oberen Hubendpunkt erreicht, dann wird nach Schließen der Druckleitung für Sekundärprozesse 34 dieses Ventil in der Leitung 34 geschlossen und die Rückführungsventile 89 in den Rückführungskolbenstange mit integrierter Leitung 88 geöffnet und das Medium 85a wird aus dem System der Rückführungszylinder 85 abgeleitet.
    • s) die Hochbeförderung des jeweiligen Arbeitszylinders 19 von der unteren zur oberen Hubendlage kann andererseits über die Elektrozüge 100 erfolgen, die im Moment des Erreichens des Arbeitszylinders 19 am unteren Hubendpunkt angesteuert werden und ein Hochziehen der gesamten Elemente (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) mittels der Stahlseile 101 vom unteren zum oberen Hubendpunkt absichern. Die dafür notwendige Energie des Hochziehens aller Vorrichtungselemente wird vom Generator oder einer externen Energiequelle entnommen. Die Elektrozüge 100 sind an der Quertraverse 98 oberhalb der gesamten Vorrichtungen angeordnet und die Quertraverse 98 wird von den Stützpfeilern 99 für die Quertraverse 98 fest auf dem Fundament 26 verankert. Die Quertraversen 98 dienen als Fixierungspunkte für die hydraulischen Pressen 67, den Verspannzylindern 5 und der Elektrozüge 100.
    • t) die Vertikalstützen 97 am Arbeitszylinder 19 dienen als Fixierungspunkte für die Festarretierungshebel 90, wobei die Querstützen 96, die Horizontalträger 95 und die Stützpfeiler 99 die notwendigen Versteifungs- und Tragelemente darstellen.
    F) Technische Wirkung und gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung 1. Technische Wirkung 1.1 Voraussetzung zum Ablauf
  • Der Ablauf ist durch folgende wiederkehrende und zeitlich versetzte Charakteristik gekennzeichnet:
    Auf einen mit Wasser gefüllten Arbeitszylinder (19) wirken von aussen verschiedenartige Gegenkraftsysteme (A, B, C) ein, die einen enormen Druck im Arbeitszylinder in der Energieform der Druckenergie Ea des Mediums 19a hervorrufen. Das erste Gegenkraftsystem A sind Gegenkrafthebel (1), deren Aufbau so gestaltet ist, dass entweder Massen m (4) freischwingend die obere Platte (12) belasten und am langer Hebelarm des Gegenkrafthebels 1 am Last-/Kraftaufnahmepunkt (2) über das Stahlseil (3) mit den Massen m (4) belastet wird und dort die Kraft F = m.g erzeugt wird oder mittels pneumatik- oder hydraulikbetriebener Verspannzylinder (5) kraftseitig mit der Kraft F = p.A betätigt werden. Der kurze Hebelarm ist gebogen und greift mit seinem Angriffspunkt mit der wesentlich größeren Kraft F* = F.L1/L2 an der oberen Platte (12) an, die fest mit dem Kolben am Übertragungszylinder (13) verbunden ist. Die Umlenkpunkt der Hebel (1) sind auf der Querlagerplatte (15) angeordnet und mittels schwenkbarer Querlageraufnahmebügel (17) und verschiebbarer Querlagerfüße (16) abgesichert. Diese Umlenkpunkte (16, 17) der Gegenkrafthebel (1) auf der Querlagerplatte (15) sind notwendig, da diese Zwischenplatte (15) zwischen der oberen Platte (12) und dem oberem Arbeitszylinderdeckel (18) separat durch die Festarretierungshebel (90) abgefangen oder durch die Arretierungsstangen (72) der hydraulischen Presse (67) kraftseitig beeinflusst werden muss, um den Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) zu erzeugen.
  • Unterstützt wird das Gegenkraftsystem A durch die Gegenkraftsysteme B und C.
  • Das Gegenkraftsystem B stellen beidseitig am Arbeitszylinder (19) angebrachte Festarretierungshebel (90) an den Vertikalstützen (97) dar, die die Querlagerplatte (15) - auf der sich die Umlenkvorrichtungen der Gegenkrafthebel (1) mit den Elementen Querlageraufnahmebügel (17) und Querlagerfuß (16) befinden - in der jeweiligen Höhenposition an den Vertikalstützen (97) arretieren.
  • Das Gegenkraftsystem C stellt die kinematische Umsetzung der Abwärtsbewegung der Querlagerplatte (15) und somit des Arbeitszylinders (19) von einer jeweils oberen Ausgangs- Lage in die darunter befindliche nächste Ausgangslage dar, indem die Druckkraft des Mediums (48a) dieser gespeicherten Energie von Pneumatik-Gegenkraftzylindern (48) immer paarweise mittels beweglicher mehrerer Arretierungsstangen (72) kraftseitig fixiert und angetrieben werden, die über eine hydraulische Presse (67) mit einen flächenmäßig größeren Arretierungskolben (71) mit der Druckkraft F** bewegt werden. Die hydraulische Presse (67) wird von mehreren flächenmäßig kleineren Pumpenkolben (69) kraftseitig bewegt, wobei diese Pumpenkolben (69) wiederum von den luftgefüllten Gegenkraftzylindern (48) angetrieben werden, die als permanente Energiespeicher mittels des Mediums (48a) eine Druckkraft F = p.A mit den Komponenten: Innendruck der Pressluft und Fläche des Gegenkraftzylinders (48) bereitstellen und über das Medium des Hydrauliköls (67a) in der hydraulische Presse (67) die Druckkraft F an den Pumpenkolben (69) intervallweise liefern. Da mehrere Gegenkraftzylinder (48) kontinuierlich arbeiten, wird der Arretierungskolben (71) der hydraulischen Presse (67) mit der notwendigen Druckenergie F** versorgt. Diese Kraft F** durch die Arretierungsstangen (72) wird auf die Querlagerplatte (15) übertragen und bewirkt somit, dass eine kontinuierliche Bewegung des Arbeitszylinders (19) nach unten gegen den Arbeitskolben (20) erfolgt und sorgt damit für einen kontinuierlichen Ausstoss von Druckwasser (36) zur Beaufschlagung der Turbine (37) oder zur Druck- oder Kraftverstärkung am Arbeitskolben (20) bzw. an der Kolbenstange (22) zur Weiterleitung des Drucks/Kraft auf die Vorrichtung (26).
  • Die Zuführung der Hydraulikflüssigkeit (67a) aus einem Hydraulikzuführungsystem (77-81) erfolgt immer dann, wenn die Druckkraft F des jeweiligen Gegenkraftzylinders (48) durch den korrespondierenden Druckwechselzylinder (60) mit dem größeren Innendruck des Mediums (60a) im Druckwechselzylinder mit F*** aufgehoben und kompensiert wird.
  • Die Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen (A, B, C) hat zum Inhalt, dass ein mit Wässer oder einer Hydraulikflüssigkeit (19a) gefüllter Arbeitszylinder (19) durch diese drei miteinander kooperierenden Gegegenkraftsysteme beeinflusst wird, die absichern, dass dieser Druck p des Mediums (19a) im Arbeitszylinderraum (19) sowohl erzeugt als auch in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders (19) von der oberen zur unteren Hubendlage konstant hoch gehalten wird. Bei statischen Anlagen wird dieser hohe Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) dazu genutzt, um als Kraftverstärker des Arbeitskolbens (20) beispielsweise Stahlseile zu spannen, die quertragende Brückenelemente aufnehmen und somit längstragende Pfeiler überflüssig werden lassen. Bei Maschinen, die einen kurzzeitigen, aber sehr hohen Druck erfordern, wird der Arbeitskolben (20) durch die Gegenkraftsysteme A und B kraftseitig beeinflusst, indem die Massen m (4) oder die Verspannzylinder (5) das Gegenkraftsystem A aktivieren und an der oberen Platte (12) mit der Kraft F* angreifen.
  • Die Kraft F* greift über die Vorrichtungen:
    obere Platte (12) - Druckübertragungskolben/-zylinder (13/14) - Medium (14a) im Druckübertragungszylinder (14) - oberer Arbeitszylinderdeckel (18) - Fluid (19a) im Arbeitszylinder (19) am Arbeitskolben (20) der Erfindung, der beweglich geführt ist, an.
  • Das Gegenkraftsystem B wirkt dabei unterstützend und sichert ab, dass das Gegenkraftsystem A in der beschriebenen Art wirkt. Mit der Kraft F* des Arbeitskolben (20) der Erfindung wird beispielsweise eine hydraulische Presse aktiviert und der Arbeitskolben der Presse gemäß den bekannten Gesetzen der Hydraulik bewegt. Der Ausgangszustand wird erreicht, indem das Gegenkraftsystem A und der Arbeitszylinder (19) mit allen Elementen wieder in die Ausgangslage zurückbewegt wird.
  • Bei dynamischen Systemen, die sich von einer oberen zur unteren Endlage des Arbeitszylinders (19) bewegen - beispielsweise in Energieerzeugungsanlagen - wird dieser Druck p des Wassers (19a) im Arbeitszylinder (19) in der Düse (35) in Geschwindigkeit w umgewandelt. Das ausströmende Wasser des Druckwasserstrahls (36) besitzt eine kinetische Energie, deren Grösse der Druckenergie adäquat ist.
  • Die Ursache des hohen Drucks im Medium (19a) des Arbeitszylinderraumes (19) und der umzusetzenden Wassermenge (3b) ist durch physikalische Gesetze geklärt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind diese Voraussetzungen abgesichert, da ein hoher Druck im System des Arbeitszylinderaumes (19) auf Grund des verfahrenstechnischen Ablaufs und der vorrichtungsseitige Aufbau in Verbindung mit einer kleineren umzusetzenden Wassermenge (19a) im Arbeitszylinderraum (19) vorliegt.
  • Das Zusammenwirken der Gegenkraftsysteme bewirkt folgenden Ablauf:
    • a) Durch die Massen- oder kraftseitige Belastung der Gegenkrafthebel (1) wird eine Gegenkraft erzeugt, indem die Massen m (4) freischwebend oder die Verspannzylinder (5) durch den Innendruck des Mediums (5a) kraftseitig die Gegenkrafthebel (1) in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders (19) belasten und somit eine Kraft F* auf der oberen Platte (12) erzeugen, die von folgenden Komponenten bestimmt wird:
      • - entweder den Massen m (4), die mittels der Gravitationskraft F = m.g oder der Druckkraft der Verspannzylinder (5), die mit F = p.A die Hebel (1) betätigen, als absolute Ausgangsgröße, die die Kraft F am jeweiligen Last-/Kraftaufnahmepunkt (2) exakt definieren,
      • - dem Hebelarmverhältnis, das von der ersten Hebellänge des Gegenkrafthebels (1) vom Last-/Kraftaufnahmepunktes (2) bis zum schwenkbaren Querlageraufnahmebügel (17) und der Länge des zweiten Hebels vom Querlageraufnahmebügel (17) zum Ende des Gegenkrafthebels (1) als Druckpunkt auf der oberen Platte (12) bestimmt wird,
      • - diese Kraft F* wirkt auf einen hydraulikgefüllten (14a) Druckübertragungszylinder (14) und beeinflusst über den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) das Medium (19a) im Arbeitszylinder (19) kraftseitig.
    • b) Durch die Anordnung mehrerer dynamisch wirkender Arretierungsstangeri (72), von vorzugsweise vier diagonal gegenüberliegender Arretierungszylindern (70), die mittels Druckenergie mit F = p.A des Mediums (48a) von Gegenkraftzylindern (48) und in der weiteren Folge über hydraulische Pressen (67) mit der wesentlich größeren Kraft F** versorgt werden, belastend auf die Querlagerplatte (15) einwirken. Diese Querlagerplatte (15) fungiert als Umlenkauflage der Gegenkrafthebel (1), die gesondert kraftseitig beeinflusst werden muss, um die Hebelwirkung der Gegenkrafthebel (1) überhaupt zu bewirken.
    • c) Die Kraft F** der hydraulischen Pressen (67) muss exakt der Kraft F* entsprechen, die über die massen- oder kraftbelasteten Gegenkrafthebel (I) erzeugt wird, um die Druckenergie Ea im Medium (19a) des Arbeitszylinders (19) zu bewirken. Über die Dimensionierung der Flächen und des Drucks der Pressluft (48a) der Gegenkraftzylinder (48), der wirksamen Hubhöhe H dieser Druckkraft aus dem Medium (48a) lassen sich die Hubhöhe H des Pumpenkolbens (69) der hydraulischen Presse (67) und die Fläche des Pumpenkolbens (69) ableiten. Über die notwendige Druckkraft F** und Hubhöhe pro Sekunde der Arretierungskolben (71) an den hydraulischen Pressen (67) ist die Dimensionierung dieser beiden Komponenten F** und Weg des Mediums (67a) pro Sekunde an den Arretierungszylinder (70) zu bestimmen.
    • d) Die Querlagerplatte (15) wird durch mehrere vertikal angeordnete Festarretierungshebel (90) zeitpunktbezogen in der Horizontalen fixiert, um insbesondere bei statischen Anlagen die Hebelwirkung mittels der Kraft F* zu erbringen, wenn keine größeren Wege des Arbeitszylinders (19) oder des Arbeitskolbens (20) erforderlich sind.
    • e) Durch mehrere Druckwechselzylinder (60), deren Anzahl mit der der Gegenkraftzylinder (48) identisch ist, und die paarweise versetzt zueinander auf einer Kurbelwelle (57) angeordnet sind, wird bei der Rotation der Kurbelwelle (57) der jeweils zugeordnete Gegenkraftzylinder (48) beeinflusst, indem in diesem korrespondierenden Gegenkraftzylinder (48) der Druck im Medium (48a) entweder gar nicht oder maximal wirkt, je nach der Stellung des Druckwechselzylinders (60) auf der Kreisbahn der Kurbelwelle (57) und damit der Druckhöhe im Medium (60a) dieses Druckwechselzylinders (60). Somit werden die Arretierungsstangen (72), als letztes Glied der hydraulischen Presse (67) kraftseitig beeinflusst und die Querlagerplatte (15) von einer jeweils oberen Arbeitslage in die darunter befindliche nächste Arbeitslage in Form des nächsten Festpunktes, gleich Festarretierungshebel (90), bewegt. Mit diesem Gegenkraftsystem wird abgesichert, dass die kinematische Verschiebung des Arbeitszylinders (19) von einem oberen zum unteren Hubendpunkt erfolgt und das im Arbeitszylinder (19) befindliche Wasser (19a) unter einen ständigen Druck p gesetzt wird, der von den oben genannten Kraftkomponenten definiert ist. Dieses Druckwasser (36) im Arbeitszylinder (19) wird auf eine Vorrichtung zur Energieumwandlung (35, 37) geführt, in der vorzugsweise Elektroenergie (42) erzeugt wird.
    1.2 Verluste an Energie, die durch den Ablauf bedingt sind Die Energieverluste beziehen sich im einzelnen auf folgende Abläufe a) Antrieb der Kurbelwelle mittels des Wasserrades (inklusive des notwendigen Getriebes und des Schwungrades)
  • Ursächlich bedingt ist die notwendige Energie zum abwechselnden Bewegen der Druckwechselzylinder (60), die von einer Position des Niedrigdrucks zum Höchstdruck - und umgekehrt - auf den Kurbelzapfen der Kurbelwelle (57) angeordnet sind. Da sie sich diese paarweise um jeweils 180° versetzt zueinander auf der Kurbelwelle (57) befnden, zieht das jeweilige Paar von der 0°-Achse in die jeweils andere Richtung und die Kräfte heben sich zum überwiegenden Teil auf der Basis des 3. Newtonschen Axioms zueinander auf Die einzig wesentliche Energie, die sich nicht aufhebt, ist die Druckenergie in dem Druckwechselzylinder (60), der sich zum Extrempunkt = 0° der größten Entfernung zur Kolbenstangenbefestigung (51) bewegt und dort den größten Druck im Medium (60a) des Druckwechselzylinders (60) erzeugt. Da der Druckwechselzylinder (60), der zum Extrempunkt = 0° auf der äusseren Kreisbahn wechselt, den größten Innendruck aufbaut, ist sein Vorgänger, der den Extrempunkt verlässt, der Druckwechselzylinder (60), der den größten Teil des ankommenden Druckwechselzylinders (60) mit Energie versorgt, weil er an der "anderen" Kurbelwellenseite (57) angreift. Demzufolge ist im wesentlichen nur die Druckdifferenz des neu ankommenden Druckwechselzylinders (60) zum verlassenden Druckwechselzylinder (60) am Extrempunkt dem System zuzuführen, die mit Hilfe des oberschlächtigen Wasserrades (47) erfolgt. Je mehr Druckwechselzylinder (60) auf der Kurbelwelle (57) angeordnet sind, um so kleiner ist die zuzuführende Energie pro Druckwechselzylinder (60) durch das Wasserrad (47).
    • b) Beförderung der gesamten Elemente von den unteren Hubendpunkten in die oberen Hubendpunkte
  • Um die gesamten Elemente eines Arbeitszylinders mit den einzelnen Vorrichtungen (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) vom unteren zum oberen Hubendpunkt zu bewegen und in die obere Ausgangslage zu befördern, wird einerseits durch die Flutung des Arbeitszylinders (19) mit dem Medium (19a) dadurch gewährleistet, indem das Druckleitungsventil (33) in der Druckleitung (32) geschlossen und synchron das Zulaufleitungsventil (28) in der Zulaufleitung (27) geöffnet wird. Andererseits wird das Befördern der gesamten Vorrichtung mit den Massen m (4) und dem Arbeitszylinder (19) und seiner gesamten Elemente 1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) mittels zweier Alternativen von der unteren zur oberen Hubendlage abgesichert:
    • Variante A)
  • Die Beförderung der Vorrichtung durch die Aktivierung mittels der Rückführungszylinder (85), die über die Medien (85a) mit Druckwasser (19a) aus dem alternierend arbeitenden Arbeitszylinder (19) oder einem separat arbeitenden Druckstromerzeuger mit Pressluft oder Hydrauliköl über das geöffnete Rückführungsventil (89) in der Rückführungskolbenstange mit integrierter Leitung (88) mit dem Medium (85a) versorgt werden und über die Flutung des Rückführungszylinder (85) eine Aufwärtsbeförderung der gesamten Vorrichtung (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) über die Rückführungszylinderstangen (86) und ihren sinnvollen Einsatz vorzugsweise am unteren Arbeitszylinderdeckel (21) und an den Last- /Kraftaufnahmepunkten (2) der Gegenkrafthebel absichern, wobei alle Arretierungsventile (75) geöffnet, die Pumpenventile (76) geschlossen und alle Anti-Arretierungshebel (84) der hydraulischen Presse (67) aktiviert sind und somit eine ungehinderte Aufwärtsbewegung der Gegenlagerplatten (79) in der Führung für Gegenlager (80) möglich ist.
    • Variante B)
  • Die Beförderung der Vorrichtung erfolgt dadurch, dass durch die Aktivierung der Elektrozüge (100), die Stahlseile (101) betätigt werden und diese ziehen alle notwendigen Elemente (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) in die obere Ausgangslage. Die notwendige Energie definiert sich aus der Masse der hochzubefördernden Elemente und der Höhe dieser Hochbeförderung und der Gravitation.
    • c) Schaltung von Ventilen und Hebeln sowie Reibungsverluste
  • Die Schaltung von Hebeln und Ventilen erfordert sowohl in der Arbeitsphase vom oberen in den untere Hubendendpunkt des Arbeitszylinders (19) als auch in der Phase der Aufwärtsbeförderung des Arbeitszylinders (19) in der entgegengesetzten Richtung Energie, die zur Absicherung des Prozessablaufes notwendig sind. Dies betrifft alle Ventile (28, 30, 33, 34, 75, 76, 89) und die Hebel, die zur Arretierung der Vorrichtung notwendigerweise eingesetzt oder ausser Kraft gesetzt werden (84, 93). Weiterhin sind Reibungskräfte zu überwinden, die in den Zylindern (19, 48, 60) und an Lagern, insbesondere an der Kurbelwelle (57), wirken. Diese Reibkräfte an den drehenden Elementen - Zylindern und Lagern - können aber bei kontinuierlicher Umlaufschmierung auf ein Minimum reduziert werden.
    • d) Flutung des Arbeitszylinders aus dem Zulaufwasser
  • Die Flutung des Arbeitszylinders (19) mit dem Medium (19a) erfolgt - bei Energieumwandlungsprozessen - aus dem Zulaufwasser (46). Bei anderen Einsatzfällen erfolgt die Flutung des Arbeitszylinders (19) mit dem Medium (19a) aus gesonderten Behältern.
  • Die Zeitdauer der Flutung des Arbeitszylinders (19) mit dem Medium (19a) beträgt bei allen Prozessen annähernd die Zeit, die zur Umwandlung in der arbeitenden Vorrichtung erforderlich ist.
    • 2. Grundsätzliche technische Wirkung
  • Die Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen weicht von den bisher bekannten Verfahren zu den obengenannten Einsatzfälle in der Art ab, dass ein mit dem Medium (19a) gefüllter Arbeitszylinder (19) von mehreren Gegenkraftsystemen (A, B, C) in abgestimmter Weise beeinflusst wird, indem ein Hebelsystem (1) mit einem freischwebenden massebelasteten (4) oder kraftseitig bewegten (5) langen Hebelarm und einem kurzen Hebelarm den Arbeitszylinder (19) kraftseitig mit einer wesentlich größeren Kraft F* belastet.
  • Der Umlenkpunkt (17) der Hebelarme (1) ist auf einer Zwischenplatte (15) angeordnet, und diese wird von Druckspeichern (48) über eine hydraulische Presse (67) oder Festarretierungshebeln (90) kraftseitig gesondert abgefangen und mit der gleichen Kraft - hier F** genannt - die am kurzen Hebelarm wirkt, nach unten gedrückt. Die Kraft- und Druckkomponenten sind aufeinander abgestimmt und bewirken den gleichmäßig hohen Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) in jeder Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders (19) vom oberen zum unteren Hubendpunkt. Es wird insbesondere bei Energieumwandlungsprozessen ein sehr hoher Druck im System und eine kleinere Wassermenge zum Antrieb der Turbine genutzt.
  • Die technische Wirkung dieses Verfahrens hat die Charakteristik, dass die Funktionen der Anwendungs- und Einsatzfälle der Vorrichtungen universell miteinander gekoppelt und verbunden werden können, indem insbesondere in dynamisch arbeitenden Systemen ein Teil der Druckenergie Ea des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders (19) entnommen oder gespeichert wird und für die Absicherung eines Teilprozesses des anderen Arbeitszylinders (19) eingesetzt oder für einen völlig anderen Einsatzfall genutzt wird. Dabei wird die Druckleitung für Sekundärprozesse (34) über die Schaltung des Ventils dieser Leitung (34) geöffnet und für:
    • - die Hochbeförderung des anderen Arbeitszylinders (19) von der unteren zur oberen Hubendlage werden über das Öffnen der Rückführungsventile (89) in den Rückführungskolbenstangen mit integrierter Leitung (88) die Rückführungszylinder (85) geflutet und über die Rückführungszylinderstangen (86) die Aufwärtsbeförderung der gesamten Vorrichtung dieses Arbeitszylinders mit den Elementen (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) über ihren Einsatz am unteren Arbeitszylinderdeckel (21) und an den Last-/Kraftaufnahmepunkten (2) der Gegenkrafthebel gesorgt,
    • - das kraftseitige Verspannen der Verspannzylinder (5) über das Öffnen des Verspannzulaufventils (7) in der Verspannzulaufleitung (6) gesorgt und damit die Aktivierung der Gegenkrafthebel (1) des einsatzbereiten anderen Arbeitszylinders (19) mittels dieser Verspannzylinder (5) bewirkt,
    • - den Betrieb von Anlagen, die ebenfalls Druckenergie Ea benötigen, genutzt werden, indem diese separaten Anlagen beispielsweise als:
    • - Wasserentsalzungsanlagen
    • - Hebevorrichtungen, Last- oder Montageaufzüge
    • - Feuerlöschanlagen
    • - Pumpstationen für Trink- oder Abwasser, andere flüssige Medien
    in der Form betrieben werden, indem weitere Teile der Druckenergie Ea mittels des Mediums (19a) des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders (19) über die Druckleitung für Sekundärprozesse (34) über das geöffnete Ventil dieser Leitung (34) entnommen wird und dem jeweiligen zugeordnetem Prozess der Sekundärnutzung entweder kontinuierlich oder impulsartig zugeführt wird. 3. Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo eine hohe
    • - Kraftwirkung und/oder
    • - Druckenergie und/oder
    • - kinetische Energie entweder kontinuierlich oder zeitweilig benötigt wird.
  • Die Wirkung der einzelnen Komponenten mit Kraft, Druck und Energie lassen sich universell miteinander koppeln oder verbinden, so dass das Spektrum der Einsatzfälle sehr breit gefächert ist. Die Grenzen der Einsatzfälle resultieren letztendlich immer nur an den Grenzbelastungen der eingesetzten Materialien und der sinnvollen Verknüpfung der Einsatzgebiete. Ist beispielsweise aus Platzgründen das Gegenkraftsystem A nicht einsetzbar, wird nur das Gegenkraftsystem C eingesetzt und die Druckkraft der permanenten Energiespeicher genutzt. Dies kann beispielsweise im Fahrzeugbau zu völlig neuen Antriebsarten führen, wobei als Hilfsenergie die Brennstoffzelle oder die Photovoltaik dient und ein Hydraulikmotor den Antrieb des Fahrzeuges absichert.
    • 3.1 Anwendungsgebiete
  • Die vorzugsweisen Einsatzfelder der Erfindung sind:
    • 3.1.1 Energieerzeugungsanlagen
  • Dieses Einsatzfeld wird etwas ausführlicher dargestellt, da die regenerative Energiererzeugung auf Grund des aktiven Klimaschutzes einen besonderen Stellenwert aufweist. Die Ausführlichkeit der Berechnungen soll allen Ökonomen unter den Ökologen - und umgekehrt - zu weiteren Erkenntnissen verhelfen.
    • Gegenkraftsystem A
  • Die Kraft F der Gegenkrafthebel (1) greift mit ihren Massen m (4) über die Hebelwirkung an der oberen Platte (12) mit der wesentlich größeren Kraft F* an. Die dazugehörenden Formeln sind:

    F = m.g Kraft der angreifenden Massen an den langen Hebelarmen
    F* = F.L1/L2 Kraftvervielfachung durch die Hebelwirkung
  • Es wird vorausgesetzt, dass an 4 Gegenkrafthebeln (1) Massen mit je 10 t Belastung angreifen. Damit beträgt

    F = m.g = 40.000 kg.9,8 m/s2 = 392.000 kg.m/s2 = 392.000 N.
  • F* beträgt bei einem Hebelarmverhältnis von 10 m von L1 und 0,25 m von L2 = 40/1 und somit beträgt

    F* = 15.680.000 kg.m/s2 = 15.680.000 N.
  • Die Verspannung der Gegenkrafthebel (1) mittels eines Verpannzylinders (5) wird alternativ dazu berechnet. Es wird eine Fläche dieses Verspannzylinders (5) von A = 250 cm2 vorausgesetzt und das Medium (19a) wird in dem arbeitenden Arbeitszylinder (19) unter einen Druck von 156,8 bar gesetzt. Die Verspannkraft beträgt somit

    F = p.A.
    F = 15.680.000 N/m2.0,025 m2 = 392.000 N.
  • Die Berechnung von F* ist analog des Hebelarmverhältnisses 40/l vorzunehmen.
  • Die angreifende Kraft F* der kurzen Gegenkrafthebel (1) an der oberen Plane (12) wird über den Kolben am Druckübertragungszylinder (13) mittels eines Flüssigkeitspolsters (12) im Druckübertragungszylinder (12) auf den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) übertragen. Dadurch wird der Arbeitszylinder (19) beaufschlagt und somit das im Arbeitszylinder (19) befindliche Wasser (19a) in einen Druckzustand von 156,8 bar versetzt und die Druckenergie Ea im Medium (19a) im Arbeitszylinder (19) aufgebaut wird, wenn der Arbeitszylinder (19) eine Fläche von 1,0 m2 besitzt.
  • Ermöglicht wird die Hebelwirkung - und damit die Kraftvervielfachung von F auf F* - aber nur durch die Gegenkraftsystem B und insbesondere durch C.
  • Das Gegenkraftsystem C wird folgendermassen berechnet:
    Es wird vorausgesetzt, dass jeweils 1 Gegenkraftzylinder (48) mit einer Fläche A von insgesamt 0,8 m2 zum Einsatz kommen, wobei der Druck dieser Zylinder (48) bei mindestens 20 bar liegt. Die Druckkraft F beträgt somit

    F = p.A = 2.000.000 N/m2.0,8 m2 = 1.600.000 N.
  • Um abzusichern, dass diese Druckkraft F der Gegenkraftzylinder (48) mit 1,6 MN der Kraft F* der Gegenkrafthebel (1) mit 16 MN entspricht, muss demzufolge der Faktor 10 für die hydraulische Presse (67) eingeordnet werden. Dies wird dadurch realisiert, indem der Pumpenkolben (69) die 10-fach kleinere Fläche A1 gegenüber der Fläche A2 des Arretierungskolbens (71) aufweist. Die Kraft F der Gegenkraftzylinder (48) erzeugt somit bei den Pumpenkolben (69), die beispielsweise eine Fläche A1 von 0,08 m2 besitzen, eine Kraft F von ebenfalls 1,6 MN. Da die Fläche A1 der Pumpenkolben (69) nur den Wert 1/10 der Gegenkraftzylinder (48) aufweisen, beträgt somit der Druck p an den Pumpenkolben (69) = 200 bar.
  • Dieser Druck von 200 bar liegt im Medium (67a) der hydraulischen Presse (67) an und der Arretierungskolben (71) wird mit diesem Druck, aber mit der Fläche A2 = 0,8 m2 nach unten gepresst.
  • Die Druckkraft F** des Arretierungskolbens (71) beträgt somit

    F** = p . A = 20.000.000 N/m2 0,8 m216.000.000 N.
  • F* beträgt 15.680.000 N und F** beträgt 16.000.000 N. Daraus folgt, dass F* = F** beträgt und die Druckenergie Ea im Medium (19a) im Arbeitszylinder (19) aufgebaut wird. Wenn der Arbeitszylinder (19) eine Fläche von 1,0 m2 besitzt, dann wird ein Druck von ca. 160 bar im Wasser (19a) erzeugt.
  • Jetzt ergibt sich die Frage, in welchen Zeitintervallen diese Gegenkraftzylinder (48) diese Druckenergie F ihres Mediums (48a) bereitstellen können.
  • Um diesen Verfahrensablauf so realitätsnah wie möglich darzustellen, werden folgende Ausgangswerte der Energieerzeugungsanlage ausgewählt:
    • a) die Wassermenge des Zulaufwassers (46) beträgt pro Sekunde = 1,8 m3
    • b) die Höhe des oberschlächtigen Wasserrades (47) beträgt 2,5 m und damit liegt fest, dass der Radius der Schaufelzellen (47a) im Massenschwerpunkt bei r1 = 1,0 m liegt
    • c) Am Wasserrad (mit Getriebe = 47b) stehen somit folgende Radien zur Verfügung:
      • 1. Radius Wasserrad r1 = 100 cm
      • 2. Radius von Getriebe r2 = 25 cm
      • 3. Radius der Kurbelwelle r3 = 7,5 cm
  • Aus den Radien r1, r2 und r3 ergeben sich folgende Kraftübersetzungen bzw. -untersetzungen:
    Von c1) zu c2) = r1/r2 = 100/25 = 4/1 Kraftübersetzung
    Von c2) zu c3) = r2/r3 = 25/7,5 = 3,3/1 Kraftuntersetzung
  • In den Schaufelzellen (47a) des Wasserrades (47) befinden sich mindestens 1.800 kg Wasser, die eine Kraft von ca. 18.000 N am Radius des Wasserrades (r1 = 100 cm) und somit am Getriebe (47b) eine Kraft von ca. 72.000 N bei r2 = 25 cm aufweisen.
  • An der Kurbelwelle (57) wirkt demzufolge (aus der Untersetzung 3,3/1) somit 21.800 N pro Sekunde.
  • Das Wasserrad (47) dreht sich beispielsweise pro Minute 10mal. Das bedeutet, pro Sekunde legt das Wasserrad 1/6-Umdrehung zurück. Der zurückgelegte Weg am Getriebe (47b) beträgt somit s2 = 50 cm.3,14/6 = 26 cm Weg. Mit 26 cm Weg am Getriebe (47b) wird die Kurbelwelle (57) um 0,55 Umdrehung pro Sekunde bewegt und 40 von den insgesamt 72 Druckwechselzylindern (60) werden pro Sekunde kraftseitig beeinflusst. Die Kurbelzapfen der Kurbelwelle (57) sind in einer 5°-Staffelung angeordnet. Da weiterhin vorausgesetzt wird, dass die Druckwechselzylinder (60) die gleiche Fläche wie die Gegenkraftzylinder (48) aufweisen, beträgt somit die Fläche dere Druckwechselzylinder (60), die kraftseitig zu beeinflussen sind, somit auch 0,8 m2.
  • Die Kraft, die zur Überwindung der Tatpunkte der Druckwechselzylinder (60) notwendig ist, stellen die Druckwechselzylinder (60) dar, die von der vorletzten Position zur Extremposition = 0°, wechseln. Hier gibt es kein "Gegenstück", das eine kraftseitigen Ausleich dieses Druckwechselzylinder (60) bewirkt. Über die Wirkung des Dritten Newtonschen Axioms wird abgesichert, dass die Kraft die von A auf B wirkt, im umgekehrten Verhältnis der Kraft steht, die von B auf A einwirkt. Die Formel dafür ist: FAB = - FBA. Konkret auf die Druckwechselzylinder (60) bezogen bedeutet dass, dass die Druckwechselzylinder (60), die sich spiegelbildlich - von der Mittelachse aus gesehen - gegenüberliegen, sich kraftseitig gegeneinander aufheben, da sie wechselseitig von links und rechts an der Kurbelwelle (57) am gleichen Drehpunkt mit gleichen Innendrücken der Zylinder (60) der Medien (60a) angreifen. Somit heben sich die Kräfte an der Kurbelwelle (57) für diese spiegelbildlich angreifenden Druckwechselzylinder (60) auf.
  • Ist eine 5°-Teilung der Kurbelwelle (57) mit 72 Kurbelzapfen vorgesehen, so sind die Druckwechselzylinder (60), der von 355° auf 360° wechselt, von folgender Energiezufuhr abhängig:
    • 1. von 355° auf 357,5° werden diese Druckwechselzylinder (60) von den Vorgänger-Druckwechselzylindern (60), die 360° verlassen und zu 5° wechselt, bis zu 2,5° mitgezogen, da der Innendruck der "Vorgänger" höher ist als die der "Nachfolger"
    • 2. von 357,5° auf 360° muss eine Hilfsenergie aufgewandt werden, da alle anderen Kräfte sich gegenseitig an der Kurbelwelle (57) aufheben. Dies erfolgt über den Wasserzulauf (46) oder - temporär über das Schwungrad (47c) oder den Elektromotor (47d) - dass das oberschlächtige Wasserrad (47) antreibt und somit das notwendige Drehmoment zur Überwindung der "Totpunkte" der zur Extremposition wechselnden Druckwechselzylinder (60) liefert.
  • Wie errechnet, stellt das Wasserrad (47) über das Getriebe (47b) eine Kraft von 21.800 N an den Kurbelwellen (57) zur Totpunktüberwindung und zur Überwindung der Reibung in den Zylindern (48, 60) und an den Lagerstellen der Kurbelwelle (57) zur Verfügung.
  • Die Berechnung der notwendigen Druckarbeit dW pro Druckwechselzylinder (60) beträgt:

    dW = dp.dV + FRC
    dW Hilfsenergie (Arbeit)

    dp = Druckdifferenz (im konkreten Fall wird zur ersten Berechnung der Höchstdruck von 40 bar angenommen, obwohl real nur eine Druckdifferenz von maximal 4 bar anliegt)
    dV = das zu verdrängende Volumen der Druckwechselzylinder (60), die von 357,5° auf 360° wechseln
    FRC Coulombsche Reibung aller betroffenen Zylinder (48, 60) und der Lager der Kurbelwelle (57)
  • Der Durchmesser der Kurbelwelle (57) wird mit 150 mm festgelegt und die Länge der Kolbenstange für DWZ (61) beträgt = 500 mm. Da bei der Berechnung der zuzuführenden Hilfsarbeit dW von realitätsnahen Daten ausgegengen werden muss, ist auf Grund der Länge der Kolbenstange für DWZ (61) mit 500 mm zur Kolbenstangenbefestigung (51) ein realer Winkel der Kolbenstange (61) an der Kolbenstangenbefestigung (51) von maximal 1,25°, anstelle des 2,5°-Totpunktüberwindungswinkels, anzusetzen:

    cos 1,25° = 0,9998
    dh = 500 mm - (cos 1,25°.500 mm)
    dh = 500 mm - (0,9998.500 mm) = 500 mm - 499,9 mm = 0,1 mm = 0,01 cm = 0,0001 m
    dV = A.dh = 0,8 m2.0,0001 m = 0,00008 m3
  • Die Hilfsenergie, die zur Überwindung der Totpunkte aller Druckwechselzylinder (60) pro Sekunde notwendig ist, beträgt somit (für eine Druck von 40 bar der Druckwechselzylinder):

    dW = p.dV Anzahl DWZ
    dW 4.000.000 N/m2.0,00008 m3.40
    dW 12.800 Nm (für 40 DWZ)
    dW = 320 Nm (pro DWZ) - für 40 bar
  • Für den Differenzdruck von 4 bar der Druckwechselzylinder (60) beträgt somit die Hilfsarbeit dW = 32 Nm pro Druckwechselzylinder (60) und für die 40 Druckwechselzylinder (60) beträgt die Hilfsarbeit dW somit 1.280 Nm, die zur Überwindung der Totpunkte notwendig ist. Der zusätzliche Kraftaufwand, den die Reibkraft der Kolben (52, 63) bzw. Kolbenstangen (61) an den Wänden der Druckwechselzylinder (60) und der Gegenkraftzylinder (48) bewirkt, wird mit 100 N pro Zylinder bewertet. Da die newtonsche (geschwindigkeitsproportionale) Reibung FRN = KNs mit annähernd Null zu bewerten ist, da keine gossen Geschwindigkeiten auftreteten, ist nur die coulombsche Reibung FRC = Kc sign (s) von Bedeutung, wobei 100 N als Ausgangswert pro Zylinder ausreicht, um alle Reibungsverluste zu bewerten. Für jeweils 72 bewegte Zylinder (48, 60) pro Sekunde sind somit Reibungsverluste von ca. 14.000 N einzuordnen. Zusätzlich sind Reibungsverluste an den Lagern der Kurbelwelle (57) einzuordnen, die mit ca. 50 N pro Lagerzapfen eingeodnet werden. Daraus resultiert eine zusätzliche Kraftzufuhr, die mit ca. 4.000 N zu bewerten ist.
  • Die Totpunktüberwindung erfordert 1.280 Nm, so dass ein Drehmoment von ca. 20.000 N an der Kurbelwelle (57) vorliegen muss und diese mit ca. 21.800 N über das Wasserrad (47) auch abgesichert wird.

    dW = dp.dV.Anzahl Zylinder + FRC.Anzahl Zylinder + FRC.Anzahl Lagerzapfen
    dW = 400.000 N/m2.0,00008 m3.40 + 100 N.144 + 50 N.80
    dW = 1.280 Nm + 14.000 N + 4.000 N
    dW = 19.280 N(m)
  • Da auf der Kurbelwelle (57) 72 Druckwechselzylinder angeordnet sind, werden bei 0,55 Umdrehungen der Kurbelwellen (57) insgesamt 40 Druckwechselzylinderpaare (60) kraftseitig beeinflusst.
  • Der Elektromotor (47d) am Wasserrad muss demzufolge eine Leistung von ca. 50 kW erbringen, um die Zwangsdrehung der Kurbelwelle (57) bei zu wenig Zulaufwasser (46) abzusichern.
  • Unter der Voraussetzung, dass der jeweilige Druckwechselzylinder (60) auf etwa 1/3 des Umfanges der Kurbelwelle (57) den Minimaldruck erreichen muss und der kooperierende Gegenkraftzylinder (48) seine Druckkraft F über die Zylinderstange (50) an den Pumpenkolben (69) weiterleitet, kann man davon ausgehen, dass die Hubhöhe des Gegenkraftzylinders (48) und des Pumpenkolbens (69) somit jeweils ca. 50 mm beträgt.
  • Dies bedeutet, das die notwendigen 40 Druckwechselzylinder (48) bewegt werden und pro Sekunde unter den genannten Voraussetzungen die 40 Gegenkraftzylinder (48) mit dem Innendruck von 20 bar wirken und damit jeweils ca. 50 mm Weg die Druckkraftbewegung der Pumpenkolben (69) verursachen, die aber eine Druck von 200 bar aufweisen. Dieser Weg von ca. 50 mm an den Pumpenkolben (69) bewirkt einen Weg von ca. 5 mm an den Arretierungskolben (71) in den Arretierungszylindern (70). Damit wird der Arbeitszylinder (19) um ca. 200 mm pro Sekunde bei 40 Hüben der Gegenkraftzylinder (48) nach unten bewegt und das Wasser (19a) wird mit einem Druck von ca. 160 bar aus der Düse (35) als Druckwasserstrahl (36) gepresst. Diese Druckwassermenge von ca. 200 Liter pro Sekunde besitzt eine Druckenergie Ea = p.dV.
  • Ea = 16.000.000 N/m2.0,2 m3 = 3.200.000 Nm = 3.200 kJ = 3.200 kW und die kinetische Energie Ek hat die gleiche Größenordnung.
  • Da der Arbeitszylinder (19) eine Fläche A = 1 m2 und eine Höhe des Arbeitshubes von 2,5 m aufweist, ist somit ein Wasservolumen (19a) von 2,5 m3 im Arbeitszylinder (19) vorhanden. Da pro Sekunde 200 Liter Wasser als Druckwasserstrahl (36) aus der Düse (35) gepresst werden, wobei der Druck p sich in Geschwindigkeit w mit einem Wert von 177 m/s umwandelt, ist somit gesichert, dass jeweils 1 Arbeitszylinder (19) 10 Sekunden zur Energieumwandlung eingesetzt werden kann. Der alternierende Arbeitszylinder (19) muss in diesen 10 Sekunden den Zustand der Arbeitsfähigkeit erreichen. Die restlichen 0,5 m3 Wasser (19a) aus dem arbeitenden Arbeitszylinder (19) werden für Sekundärprozesse des jeweilig anderen Arbeitszylinders (19a) eingesetzt.
  • Zur Berechnung der Verluste an Energie, die an der Turbine (37) mit ca. 3,2 MW Leistung des Druckwasserstrahls (36) auftreffen, sind folgende Größenordnungen einzuordnen:
    • a) Verluste an der Turbine (37), die durch die Umwandlung des auftreffenden Druckwasserstrahls (36) an den Turbinenschaufeln der Freistrahlturbine (37) mit einem Wirkungsgrad von ca. 90% in mechanische Energie entstehen, der Verlust beträgt hier ca. 10%
    • b) Verluste am Generator (42), der mit einem Wirkungsgrad von ca. 90% die mechanische in elektrische Energie umwandelt, der Verlust beträgt hier ca. 10%
    • c) Verluste durch die Beförderung der gesamten Elemente vom unteren Endpunkt in die oberen Endpunkte:
      Um die gesamten Elemente (1-19, 21, 23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) der sich abwärts bewegenden Vorrichtung vom unteren zum oberen Hubendpunkt zu bewegen und um die Massen m (4) sowie die Gegenkrafthebel (1) in die obere Ausgangslage zu befördern, werden die Elektrozüge (100) aktiviert und diese ziehen alle notwendigen Elemente in die obere Ausgangslage.
      Die notwendige Energie definiert sich aus der Masse der hochzubefördernden Elemente, der Höhe dieser Hochbeförderung und der Gravitation.
      Um die Massen aller abwärts bewegten Vorrichtungselemente wieder in die Ausgangslage zu befördern, ist folgende Arbeit zu leisten:
      Das Gesamtgewicht aller Vorrichtungselemente (1-19, 21, 23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) beträgt maximal 100 t, davon betragen Gegenkrafthebel (1) plus die Belastungsmassen (4) = 80 t. Bei dem Einsatz der Verspannzylinder (5) anstelle der Massen m (4) verringert sich selbstverständlich das Gesamtgewicht, aber es wird mit der maximalen Massenbelastung gerechnet, um die höchsten Verluste einzuordnen.
      Diese im Energieerzeugungsprozess belasteten Vorrichtungselemente sind - nach diesem Prozess - mittels Elektrozügen (100) oder durch die Rückführungszylinder (85) in die obere Endlage zu befördern.
      Diese notwendige Arbeit ist folgendermaßen zu berechnen:
      Beförderung der gesamten Vorrichtung zum Ausgangspunkt, davon Gegenkrafthebel (1) und Massen (4) über eine gesonderte Höhenberechnung

      Massen gesamt = 100 t, davon Gegenkrafthebel + Belastungsmassen = 80 t

      Die Gegenkrafthebel an der Last-/Kraftaufnahme (2) senken sich (von 30° auf 14°) um 16° ab:

      Höhe = L1 × Differenzwert = 10 m.0,26 = 2,6 m

      Die Gesamthöhe h beträgt:

      h = Hubhöhe + Absenkhöhe = 2,5 m + 2,6 m = 5,1 m.

      Die Belastungsmassen (4) mit 40 t haben diese Gesamthöhe zu überwinden.
      Die Gegenkrafthebel (1) müssen an einem Ende ebenfalls über die gesamte Höhe, am anderen Ende nur über einen Weg von 2,5 m hochgezogen werden, der Mittelwert liegt bei 3,8 m.
      Die anderen Vorrichtungselemente haben eine Höhendifferenz in der Hubhöhe von 2,5 m, zurückzulegen, unter anderen der Arbeitszylinder (19).
      Hochbeförderung der Massen = 40 t, Weg s = 5,1 m:

      W1 = m.g.h = 40.000 kg.9,8 m/s2.5,1 m = 1.999.200 kgm2/s2 2.000 kW

      Hochbeförderung der Gegenkrafthebel = 40 t, Weg s = (5,1 m + 2,5 m)/2 = 3,8 m:

      W2 = m.g.h = 40.000 kg.9,8 m/s2 3,8 m = 1.489,640 kgm2/s2 = 1.500 kW

      Die Hochbeförderung der anderen Massen mit m = 20 t und h = 2,5 m (Hubnennhöhe):

      W3 = m.g.h = 20.000 kg.9,8 m/s2 2,5 m = 490.000 kgm2/s2 = 500 kW
      W ges = 4.000 kW mit Wirkungsgradverlusten W ges-H = 4.500 kW
      W ges-H = 4.500 kW - in 10 Sekunden (pro Sekunde = 450 kW = 14% Verluste)
    • d) Verluste durch die Schaltung von allen Ventilen (28, 30, 33, 34, 75, 76, 89) und aller Hebel (84, 93), die zur Arretierung der Vorrichtung notwendigerweise eingesetzt oder ausser Kraft gesetzt werden müssen 1% Verlust insgesamt.
    • e) Verluste die durch die Zwangsdrehung am Wasserrad (47) der Kurbelwellen (57) notwendig sind und die mit einer Leistung von ca. 50 kW eingeordnet wurden = 2% Verlust insgesamt.
  • Damit belaufen sich die Verluste auf insgesamt:
    • a) 10% Wirkungsgradverlust an der Freistrahlturbine (37)
    • b) 10% Wirkungsgradverlust am Generator (42)
    • c) 14% Wirkungsgradverlust beim Einsatz der Elektrozüge (100). Beim Einsatz von Verspannzylindern (5) und von Rückführungszylindern (85) minimieren sich die Verluste.
    • d) 1% Wirkungsgradverlust bei der Schaltung von Ventilen (28, 30, 33, 34, 75, 76, 89) und aller Hebel (84, 93)
    • e) 2% Wirkungsgradverlust für die Zwangsdrehung des Wasserrades (47) zur Überwindung der Totpunkte der Druckwechselzylinder (60) und der Reibkräfte in den Zylindern (48, 60) und aller Lagerstellen.
  • Damit belaufen sich alle Verluste der Energieerzeugungsanlage auf maximal 37%, so dass von den 3.200 kW des Druckwasserstrahls (36) mit 200 Litern pro Sekunde aus der Düse (35) eine effektive Leistung von 2.016 kW mit einem Gesamtwirkungsgrad von 63% vom Generator (42) in das Netz eingespeist werden kann.
  • Zur Alternativberechnung der Hochbeförderung der gesamten Vorrichtungselemente (1-19, 21, 23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) mit maximal 100 t über die Flutung der Rückführungszylinder (85) und der Verspannzylinder (5) mittels der Druckleitung für Sekundärprozesse (34) aus dem jeweils arbeitenden Arbeitszylinder (19) mittels des Mediums (19a) sind folgende Berechnungen notwendig:
    • a) Hochbeförderung aller Elemente mittels der Rückführungszylinder (85):
      Die zu leistende Arbeit beträgt W ges-H = 4.500 kW = 4.500.000 Nm. Die Kraft F beträgt im Durchschnitt = 1.000.000 N und der zurückzulegende Weg s = 4,50 m
      Der Druck des Wassers (19a) im Arbeitszylinder (19) beträgt ca. 160 bar. Demzufolge ist folgende Gleichung zutreffend:

      A = F/p = 1.000.000 N/16.000.000 N/m2 = 0,0625 m2

      Um diese Elemente um 4,50 m anzuheben, sind somit ca. 0,3 m3 Wasser (19a) aus dem Arbeitszylinder (19) mit einem Druck von 160 bar erforderlich.
    • b) Verspannkraft mit den Verspannzylinder (5):
      Die Verspannung der Gegenkrafthebel (1) mittels eines Verpannzylinders (5) wird folgendermassen berechnet. Es wird eine Fläche dieses Verspannzylinders (5) von A = 250 cm2 vorausgesetzt und das Medium (19a) wird aus dem arbeitenden Arbeitszylinder (19) mit einem Druck von ebenfalls ca. 160 bar entnommen.
      Die Verspannkraft beträgt somit F = p.A.

      F = 15.680.000 N/m2.0,025 m2 = 392.000 N.

      Die Menge des Druckwassers (19a) beträgt bei 16°- Abwinkelung der Gegenkrafthebel (1) somit bei ca. 2 m Verspannlänge des Verspannzylinders (5) ein Druckwaservolumen (19a) von 0,05 m3 Wasser.
  • Damit beträgt das notwendige Wasservolumen (19a) aus dem jeweils arbeitenden Arbeitszylinder (19) zur Absicherung der Sekundärprozesse im Arbeitszylinder (19), der in die Arbeitsfähigkeit versetzt wird, maximal 0,5 m3 pro Arbeitstakt. Demzufolge muss der arbeitende Arbeitszylinder (19) mit einer Geschwindigkeit von 250 mm pro Sekunde abwärts bewegt werden, anstatt der vorher berechneten 200 mm Weg pro Sekunde, wenn diese Variante gewählt werden soll, die aber energetisch wesentlich günstiger wird.
    • 3.1.2 Feuerlöschanlagen
  • Analog der Energierzeugungsanlagen sind Feuerlöschanlagen zu gestalten, indem in vorzugsweise 2 alternierend arbeitenden Arbeitszylindern (19) eine Druckerhöhung des Wassers (19a) im jeweilig arbeitenden Zylinder (19) stattfindet, wobei der Druckwasserstrahl (36) immer mit Hilfe der durch den jeweiligen Sensor aktivierten Düse (35) gelenkt wird und dort den Brandherd sofort lösch. Diese Vorrichtung wird analog der Energieerzeugungsanlage gestaltet, wobei die Kurbelwellen (57) anstelle des Wasserrades (47) nur von einem Elektromotor (47d) am Schwungrad am Getriebe (47c) angetrieben wird. Durch den hohen Druck des Wassers (19a) im Arbeitszylinder (19) von ebenfalls 160 bar wird im Brandfall dieses Feuer sofort gelöscht, da der Druckwasserstrahl (36) eine Geschwindigkeit von 177 m/s aufweist und bei dieser Geschwindigkeit des Wasserstrahls findet eine solche Verteilung des Wassers in kleinste Wassertröpfchen statt, die nachgewiesenermaßen jeden Brand sofort löscht und dabei die Temperatur des Brandherdes in kürzester Zeit drastisch reduziert. Diese Versuche wurden bei druckluftbetriebenen Feuerlöchern bereits durchgeführt und lieferten beste Ergebnisse. Nur haben diese druckluftbetriebenen Feuerlöscher den Nachteil, dass der Druck immer wieder neu aufgebaut werden muss, während bei dieser Erfindung der Druck ständig vorhanden ist. Beispielsweise kann ein Brand in einem Tunnel, in dem ein Tanklastwagen Feuer fängt, innerhalb einer Zeit von maximal 3 Minuten gelöscht werden, wenn diese Erfindung eingesetzt wird. In der gleichen Zeit ist die Feuerwehr im günstigsten Fall zum Brandherd unterwegs, wobei das Feuer den größten Schaden in dieser Zeit und in der weiteren ungenutzten Zeitdauer anrichten wird. Bezogen auf den aktuellen Anlass einer Katastrophe mit einem Flugzeug und der daraus resultierenden Tragödie ist es zwingend erforderlich, Brände in kürzester Zeit zu löschen. In extrem gefährdeten Gebäuden muss eine solche Druckwasser-Feuerlöschanlage installiert werden, um auch in - eigentlich undenkbaren - Fällen die Brandherde sofort unter Kontrolle zu bringen.
    • 3.1.3 Wasserstrahlanlagen
  • Die Gestaltung erfolgt anlog der Feuerlöschanlagen, wobei der einzige Unterschied in der flächenmäßig kleineren Gestaltung des Arbeitszylinders (19) liegt, um im Arbeitszylinder (19) einen Druck des Wassers (19a) von ca. 4000 bar erreichen zu können. Hier wird als Ausgangspunkt eine Kraft F von 200.000 N der Gegenkrafthebel (1) über eine Massenbelastung m (4) oder über Verspannzylinder (5) ausgewählt und über eine Hebelwirkung von 50/1 greift an der oberen Platte (12) die wesentlich größeren Kraft F* von 10.000 kN an. Damit wird das Medium (19a) in dem arbeitenden Arbeitszylinder (19) unter einem Druck von 4.000 bar gesetzt, wenn der Arbeitszylinder (19) eine Fläche von 0,025 m2 = 250 cm2 besitzt. Weiterhin wird eine Volumenstrahl (36) von 25 Litern pro Minute benötigt, um den Prozess des Wasserstrahlschneidens abzusichern. Bei einer Nutzhöhe von des Arbeitszylinders (19) von 2.000 mm sind somit für jeweils 2 Minuten Wasser (19a) in jedem Arbeitszylinder (19) enthalten, so dass bei längeren Schneiddauern der Tandembetrieb dieser 2 Arbeitszylinder (19) erforderlich ist.
    • 3.1.4 Höchstdruckapparaturen für die Diamantsynthese
  • Die bekannten technischen Verfahren für Höchstdruckapparaturen beziehen sich vorrangig auf die bewährten Höchstdruckapparaturen wie die "Belt-Hochdruckapparatur" und die Tetraederpresse, die Drücke von ca. 80.000 bar erzeugen und neben anderen Bedingungen wie Temperaturen im Druckraum von ca. 1.750°C die Substanzen Graphit unter Mitwirkung geschmolzener Metalle wie Fe, Co, Ni, Mn, Pt und anderer Substanzen in Diamanten umwandeln.
  • Bezogen auf den Grobentwurf der Diamantpresse nach dieser Erfindung wird mit einer Ausgangsmasse (4) von 220 t eine Kraft F von 2.156.000 N am langen Hebelarm des Gegenkrafthebels (1) und über die Kraftvervielfachung am kurzen Hebelarm von (1) mit dem Hebelarmerhältnis von 40/1 eine größere Kraft F* von 86.240.000 N am kurzen Hebelarm erreicht. Da diese Kraft F* auf eine Kolbenfläche des Arbeitszylinders (19) mit A = 10.000 cm2 = 1 m2 wirkt, ist ein Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder von p = 862 bar wirksam. Dies entspricht einer 8.800 t Presse, deren Kraft mit einer Ausgangsmasse von m = 220 t erzeugt wird. Diese Kraft kann ohne Beeinträchtigung ständig erzeugt werden. Setzt die Hebelwirkung der Gegenkrafthebel (1) ein, wirkt die Kraft F*.
  • Die Verteilung des Drucks p aus dem Hauptarbeitszylinder (19) auf 10 kleinere Arbeitszylinder (19) mit einer Kolbenfläche von jeweils 1.000 cm2 ist deshalb sinnvoll, um durch die Druckverteilung auf die Einzelzylinder (19) das Wachstum der Diamanten in diesen 10 Zylindern (19) zu ermöglichen, da das Züchten von 1 Karat ca. 1 Woche andauert.
  • Der eigentliche Druckraum jedes Einzelzylinders (19) ist nur 10 cm2 groß, wobei der Ausgangsdruck von 862 bar aus dem Hauptzylinder (19) ausreicht, um mit dem gleichen Druck eine Kraft von 8.620.000 N im Medium (19a) des jeweiligen Einzelzylinder (19) zu erzeugen. Diese Kraft F reicht aus, um den Höchstdruckraum von 10 cm2 Fläche mit einem Druck von 86.000 bar zu versorgen. Die Zeitdauer der Druckversorgung ist beliebig zu verlängern. Ist mehr als 1 Woche erforderlich oder sinnvoll, weil die Züchtung der Diamanten dann eventuell schneller erfolgt, so verbleibt die Vorrichtung in der Arbeitsstellung.
  • Die Verteilung des Drucks von 1 Hauptzylinder (19) auf mehrere Einzelzylinder (19) ist aus dem Grund vorteilhaft, weil die Zeitdauer der Züchtung von Diamanten oder anderer synthetischer Substanzen wie Bornitrit oder Coesit immer konstant lang dauern und auch in einem größeren Züchtungsraum nichts schneller wächst. Deshalb ist eine Verteilung auf Einzelzylinder (19) sinnvoll. Zudem ist ein Druckraum von 10 cm2 Fläche nicht gerade extrem klein dimensioniert, sondern schon als größeren Grundfläche für diese Prozesse einzuordnen.
    • 3.1.5 Kraftverstärker für Pressen, Kaltumformer, Werkstoffprüfmaschinen, Biege- und Abkantvorrichtungen
  • In einer Presse - analog Kaltumformer, Werkstoffprüfmaschinen usw. - soll eine extrem hohe Kraft von 200.000 kN, gleich 20.000 t Presse, erzeugt werden. Der Nennhub des Pressenkolbens soll bei 20-200 mm liegen und die Pressenhübe sollen - je nach Nennhub des Pressenkolbens zwischen 100-30 Hüben pro Minute liegen.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung sind folgende Pressenkonstruktionen zur Lösung der obengenannten Aufgabenstellung möglich. Die Erzeugung eines Drucks im Druckerzeugersystem einer hydraulischen Presse kann dadurch abgesichert werden, dass:
    ein Kraftverstärker als dynamisches System integriert wird = Variante A) oder als unabhängig arbeitende Kraftverstärkungsanlage eines Arbeitskolbens 2, die auf den Pressenkolben 1 drückt = Variante B) installiert werden und diese einen sehr hohen Druck im Druckerzeugersystem der Presse gewährleisten.
  • Die Kraftverstärker sind kraftseitig nach oben unbegrenzt.
    • Beispiel
  • Die o. g. Presse benötigt eine Kraft von 200.000 kN (= 20.000 t-Presse) am Pressenkolben mit A = 10.000 cm2 = 1,0 m2 mit einem Druck von 2.000 bar am Arbeitskolben mit einer Fläche A2 = 1.000 cm2.

    Pressenkolben = 1 Arbeitskolben = 2 = Kraftverstärker = Antriebsaggregat.
  • Die notwendige Kraft am Pressenkolben 1 (mit A1 = 10.000 cm2) beträgt F1 = 200.000.000 N.
  • Der Notwendige Druck am Pressenkolben 1 (mit A1 = 1,0 m2) beträgt p1 = 2.000 bar.
  • Gemäß der Formel der hydraulischen Presse mit F2/F1 = A2/A1 folgt, dass:

    F2.A1 = F1.A2, F2.1,0 m2 = 200.000 kN.0,1 m2, F2 = 20.000 kN
  • Der notwendige Druck am Pressenkolben 2 (Kraftverstärker) beträgt somit F2 = 200.000.000 N.
  • Der notwendige Druck am Arbeitskolben 2 mit p2 beträgt 2.000 bar, wobei p2 = p1 ist.
  • Der notwendige Volumenstrom pro Sekunde am Pressenkolben 1 errechnet sich aus dem Nennhub (zum Beispiel h = 40 mm), der Fläche des Pressenkolbens 1 und der Hubgeschwindigkeit mit:

    V = A1.h = 10.000 cm2.40 mm = 40.000 cm3 pro Sekunde
  • Entsprechend dem Arbeitshub am Pressenkolben 1 mit 40 mm/s muss der Arbeitskolben 2 einen Arbeitshub von 400 mm pro Sekunde zurücklegen. Der Volumenstrom am Arbeitskolben 2 beträgt somit dV = A2.h = 1.000 cm2.40 cm = 40.000 cm3 = 40 Liter pro Sekunde.
  • Dies kann durch 2 Varianten erfolgen:
    • Variante A) = dynamisches System
  • Der Kraftverstärker ist als dynamisches System mit den massebelasteten Gegegenkrafthebeln und dem Gegenkraftsystem C mit den permanenten Energiespeichern (48) und den zugehörigen Vorrichtungen (Kurbelwellen (57), Druckwechselzylindern (60), hydraulischen Pressen (67) ausgebildet.
    • a) das Hebelarmverhältnis der Gegenkrafthebel (1) beträgt L1/L2 = 50/1 (8 m/16 cm)
    • b) die 4 Gegenkrafthebel (1) werden mit jeweils 10.000 kg Masse (4) belastet. Die Gesamtmasse (4) beträgt somit 40.000 kg.

      F = m.g = 40.000 kg.8,8 m/s2 = 392.000 N

      Damit beträgt F* = F.L1/L2 = 1.9.600.000 N und der Druck p beträgt somit im Arbeitskolben 2:

      p2 = F*/A2 = 19.600.000 N/0,1 m2 = 1.960 bar (rund 2.000 bar).
  • Um in der Dynamik die Arretierungsstangen (72) mit der gleichen Kraft F** = 20.000 kN einzusetzen (analog F*), muss folgender Aufbau des Gegenkraftsystems C installiert werden:
    • a) 2 Kurbelwellen (57) mit 10° Kurbelzapfenteilung = 72 Gegenkraftzylinder (48) gesamt
    • b) aus
    • c) folgt = 36 Druckwechselzylinder (60) pro Kurbelwelle (57)
      Flächen A = 4.000 cm2 pro Zylinder (48, 60), d = rund 714 mm
      Druck im Gegenkraftzylinder (48) = 20 bar
      Druckkraft mit F = p.A = 2.000.000 N/m2.0,4 m2, F = 800.000 N
      Dies entspricht einer Druckkraft von 800.000 N pro Gegenkraftzylinder (48) = ca. 80 t
  • Bei 2 Gegenkraftzylindern (48) sind F gesamt = 1.600.00.0 N.
  • Aus den Berechnungen der Energierzeugungsanlagen (vgl. Pkt. 3.1.1) werden die gleichen Gegenkraftzylinder (48) eingesetzt und berechnet, so dass hier die Ergebnisse dieser Berechnung übernommen werden:
    Die Druckkraft F** des Arretierungskolbens (71) beträgt unter Pkt. 3.1.1 somit

    F** = p.A = 20.000.000 N/m2.0,8 m2 = 16.000.000 N.

    F* beträgt beim Arbeitskolben 2 aber 20.000.000 N und F** muss ebenfalls 20.000.000 N betragen. Demzufolge muss die Fläche des Arretierungskolbens (71) auf 1,0 m2 erweitert werden, um die Kraft F** auf 20.000.000 N am Arbeitskolben 2 zu erhöhen.
  • Daraus folgt, dass F* = F** beträgt.
  • Um abzusichern, dass diese Druckkraft F der Gegenkraftzylinder (48) mit 1,6 MN der Kraft F* der Gegenkrafthebel (1) mit 20 MN entspricht, muss demzufolge der Faktor 12,5 für die hydraulische Presse (67) eingeordnet werden. Dies wird dadurch realisiert, indem der Pumpenkolben (69) die 12,5-fach kleinere Fläche A1 gegenüber der Fläche A2 des Arretierungskolbens (71) aufweist. Die Kraft F der Gegenkraftzylinder (48) erzeugt somit bei den Pumpenkolben (69), die beispielsweise eine Fläche A1 von 0,08 m2 besitzen, eine Kraft F von ebenfalls 1,6 MN. Da die Fläche A1 der Pumpenkolben (69) nur den Wert 1/10 der Gegenkraftzylinder (48) aufweisen, beträgt somit der Druck p an den Pumpenkolben (69) = 200 bar. Dieser Druck von 200 bar liegt im Medium (67a) der hydraulischen Presse (67) an und der Arretierungskolben (71) wird mit diesem Druck, aber mit der Fläche A2 = 1,0 m2 nach unten gepresst.
  • F* beträgt 20.000.000 N und F** beträgt ebenfalls 20.000.000 N. Aus F* = F** folgt, dass die Druckenergie Ea im Medium (19a) im Arbeitskolbens 2 der Presse aufgebaut wird. Wenn der Arbeitskolben 2 eine Fläche von 0,1 m2 besitzt, dann wird ein Druck von ca. 2.000 bar im Medium (19a) erzeugt.
  • Jetzt ergibt sich die Frage, in welchen Zeitintervallen diese Gegenkraftzylinder (48) diese Druckenergie F ihres Mediums (48a) bereitstellen müssen. Aus der Prämisse, dass 40 Liter Hydraulikflüssigkeit (19a) aus dem Arbeitskolben 2 pro Sekunde in den Pressenkolben 1 gepresst werden müssen, muss der Arbeitskolben 2 einen Weg von 400 mm in dieser Zeiteinheit zurücklegen. Das bedingt, dass der Arretierungskolben (71) auch diesen Weg zurücklegen muss. Dies bedeutet, das bei einer Hubhöhe von 50 mm jedes Gegenkraftzylinderpaares (48) die Pumpenkolben (69) ebenfalls 50 mm bewegt werden und somit am Arretierungskolben (71) einen Weg von 4 mm verursachen. Damit wird der Einsatz von 100 Gegenkraftzylinderpaaren (48) pro Sekunde notwendig. Damit müssen ebenfalls 100 Druckwechselzylinderpaare (60) bewegt werden und pro Sekunde muss jede Kurbelwelle (57) mit jeweils 36 Kurbelzapfen um 2x Umdrehungen gedreht werden. Der Elektromotor (47d) am Schwungrad (47c) des Getriebes muss demzufolge eine Leistung von ca. 200 kW erbringen, um die Zwangsdrehung des Kurbelwellen (57) über das Schwungrad (47c) abzusichern.
  • Innerhalb einer Minute können somit 30 Pressvorgänge mit jeweils 40 mm Hub am Pressenkolben 2 abgesichert werden. Der Energiebedarf zur Erzeugung der Presskraft von 200.000 kN liegt unter 200 kW.
    • Variante B) = statisches System
  • Der Kraftverstärker ist als statisches System mit Gegenkrafthebeln (1) ausgestaltet, die nicht massebelastet werden, sondern mit Hydraulik- oder Pneumatikzylindern kraftseitig belastet werden. Das Hebelarmverhältnis der Gegenkrafthebel beträgt: L1/L2 = 50 : 1 (4 m : 8 cm). Die 4 Gegenkrafthebel (1) werden mit jeweils 4 Verspannzylindern (5) kraftseitig verspannt, wobei diese Zylinder (5) eine Nennhublänge von je 2 m und eine Fläche A = 500 cm2 aufweisen. Diese Zylinder (5) werden mit einen Druck von 200 bar betrieben.
  • Daraus folgt

    F = p.A = 20.000.000 N/m2.0,05 m2.4 Zylinder = 4.000.000 N
  • Das Hebelarmverhältnis der Gegenkrafthebel (1) beträgt: L1/L2 = 50 : 1 (4 m : 8 cm).
    F* ergibt sich mit F* = F.50 = 4.000.000 N.50 = 200.000.000 N = 200.000 kN.
  • Die notwendige Kraft F* in Höhe von 200.000 kN ist somit direkt am Pressenkolben 1 abgesichert. Die Pumpleistung (Pressenweg) des Pressenkolbens 1 berechnet sich aus der Nennhublänge der Verspannzylinder (5) und der Gegenkrafthebel (1). Die Gegenkrafthebel (1) mit einer Gesamtlänge von 4 m werden mit den Verspannzylindern (5) um 2 m nach unten gepresst. Damit werden die kurzen Hebelarme der Gegenkrafthebel (1) um 40 mm nach unten bewegt, so dass mit 1 Arbeitshub dieser Gesamtweg direkt am Pressenkolben 1 zurückgelegt wird.
  • Die Energie zum Verspannen der Verspannzylinder (5) errechnet sich aus:
    Notwendige Volumenmenge und Druck:

    V = A.h.Anzahl Zylinder
    V = 0,05 m2.2 m.4 Zylinder
    V = 0,4 m3 p = 200 bar
  • Für die Erzeugung von 400 dm3 Druckluft oder Hydrauliköl pro Sekunde mit 20 MPa Druck wird eine Leistung von ca. 8.000 kW benötigt.
  • Da diese Leistung von 8.000 kW extrem hoch ist, kommt als sinnvollere Antriebsart der Einsatz der Erfindung zur Lieferung von Druckenergie Ea zur Anwendung. Dieser Einsatz beinhaltet einen Druck von 200 bar des Mediums (19a) mit einem Volumenstrom von 400 Litern pro Sekunde, der über einen Kraftverstärker bereitzustellen ist. Die Kraft F der Gegenkrafthebel (1) greift mit ihren Massen m (4) von 40 t über eine Hebelwirkung von 50/1 an der oberen Platte (12) mit der wesentlich größeren Kraft F* = 20.000 kN an.
  • Dadurch wird der Arbeitszylinder (19) beaufschlagt und somit das im Arbeitszylinder (19) befindliche Wasser (19a) in einen Druckzustand von 200 bar versetzt. Der Arbeitszylinder (19) besitzt eine Fläche von 1,0 m2, so dass notwendigerweise der Arbeitshub pro Sekunde 400 mm betragen muss, um die 400 Liter Wasser mit diesem Druck bereitzustellen. Die Kraft F** muss demzufolge die gleiche Grösse wie F* besitzen. Das erfordert eine modifizierte Anlage, die unter Pkt. 3.1.1 "Energieerzeugung" bereits beschrieben wurde, nur dass die Parameter Druck von 200 bar (anstelle von 160 bar) und Volumenstrom 400 Liter pro Sekunde (anstelle von 200 Litern) voneinander abweichen. Die erforderliche Leistung zur Zwangsdrehung der Kurbelwellen (57) mit Hilfe des Elektromotors (47d) am Schwungrad (47c) liegt in der gleichen Grössenordnung wie bei der Variante A) von ca. 200 kW.
  • Aus technologischer Sicht hat die Variante A) den Vorteil, dass kontinuierliche Pressvorgänge mit grossen Hüben und grosse Kräfte möglich sind. Die Variante B) ist für kurze Hubwege und grosse Kräfte vorteilhaft, aber nicht für größere Hübe geeignet. Sinnvoll ist aber immer der Einsatz eines Kraftverstärkers, der die Druckenergie Ea bereitstellt.
  • Kommerzielle Vorteile dieses Kraftverstärkers beim Einsatz in Pressen, Kaltumformern, Biege- und Abkantvorrichtungen:
    • - Der konkrete Einsatzfall wurde für Pressen eingehend beschrieben. Analog ist der Einsatz für Kaltumformer, Biege-, Abkantvorrichtungen und Werkstoffprüfmaschinen. Die dargestellten Vorteile für Pressen sind somit auch für diese Maschinengruppen zutreffend.
    • - Die Pressenleistung lässt sich mit der Innovation auf 200.000 kN = 20.000 t-Presse problemlos umsetzen und "Super-Pressen" mit einer extrem hohen Presskraft > 200.000 kN können gebaut werden.
    • - Der Nutzen dieser Presse liegt in der enorm hohen Presskraft, die mittels der Kraftverstärker erzeugt wird, wobei die Energiewerte zum Antrieb dieser Anlage extrem niedrig liegen.
    3.1.6 Brückenbau und Gebäudeschutz
  • Im Brückenbau kommen vorwiegend pfeilertragende Brückenbaukonstruktionen zum Einsatz. Seiltragende Brücken sind eher die Ausnahme, obwohl diese Brückenkostruktion die kostensparendste Variante darstellt. Der Grund hierfür liegt darin, dass die kraftseitige Lastaufnahme der Brückenseile nicht in dem Maße aufgebracht werden kann, dass die enorme Kraft, die zum Verspannen der Seile notwendig ist, dauerhaft wirken könnte. Beispielsweise muss für eine 500 m lange Brücke, die pro Meter eine Massebelastung von 20 Tonnen (Eigen- plus Verkehrslast) zu tragen hat, eine dauerhafte Kraftverspannung von 200.000 N pro Meter vorhanden sein und insgesamt 100 MN Kraft erforderlich ist, diese Brücke zu verspannen.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung werden folgende Kraftverspannungen möglich:
    An jeder Ufer- oder Bergseite wird jeweils 1 Kraftverstärker verankert, der folgende Parameter aufweist:
    An 4 Gegenkrafthebeln (1) werden jeweils 50 t Massebelastung angebracht. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Die Kraft F dieser 4 Massebelastungen beträgt somit

    F = m.g = 200.000 kg.g = 1.960.000 N.
  • Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt 60/1, zum Beispiel 24 m/0,4 m. Damit beträgt die Kraft F* am kurzem Hebelarm = 117.600.000 N. Die Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche von beispielsweise A = 1 m2 und erzeugt dort einen Druck im Medium (19a) von 1.176 bar. Dieser Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) wird über das Medium (19a) an querliegende Spannzylinder (19) mit der gleichen Fläche von beispielsweise A = 1 m2 abgeleitet, und diese Spannzylinder (19) spannen die Stahl- oder Syntheseseile. Zusätzlich sind Sperrklinken und Sperrverzahnungen an diesen Spannzylindern (19) in einer Führung angeordnet, die das Zurückfedern der Seile verhindern. Somit können die Seile auch iterativ verspannt werden. Da jede Uferseite (Bergseite) diese Spannvorrichtung mit je 117 MN aufweist, sind Lastreserven von 100% eingeordnet, so dass die Brücke absolut sicher tragen wird.
    • Kraftverstärker im Hochbau = Gebäudesicherungen
  • Analog der Kraftverstärker im Einsatzbereich des Brückenbaus sind aus aktuellem Anlass der Einsatz dieser Kraftverstärker auch zur Sicherung von Gebäuden, sowohl in der Statik der Gebäude als auch zum Schutz dieser Gebäude mittels einhausender Schutzwände sinnvoll einsetzbar.
  • Der statische Teil sichert das Gebäude derart ab, dass 1 oder mehrere Kraftverstärker mittels zusätzlicher Kolben-Zylinder-Systeme (= Stützzylinder) jede Etagendecke kraftseitig gesondert abfangen. Diese Kraftverstärker sind beispielsweise an jeder Hochhaussseite anzuordnen. Folgende Parameter sollte jeder Kraftverstärker aufweisen:
    An 4 Gegenkrafthebeln (1) werden jeweils 100 t Massebelastung angebracht. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Die Kraft F dieser 4 Massebelastungen beträgt somit

    F = m.g = 400.000 kg.g = 3.920.000 N.
  • Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt 100/1, zum Beispiel 30 m/0,3 m. Damit beträgt die Kraft F* am kurzem Hebelarm = 392.000.000 N. Die Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche von beispielsweise A = 3 m2 und erzeugt dort einen Druck im Medium (19a) von 1.307 bar. Dieser Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) wird über das Medium (19a) an vertikal angeordnete Stützzylinder (19) mit den gleichen Flächen von beispielsweise A = 3 m2 abgeleitet, und diese Stützzylinder (19) drücken die Etagen mit einer Kraft von 392 MN nach oben. Zusätzlich sind ebenfalls Sperrklinken und Sperrverzahnungen an diesen Stützzylindern (19) in einer Führung angeordnet, die das Zurückfedern verhindern. Somit können die Stützzylinder (19) auch iterativ verspannt werden. Da jede Gebäudeseite diese Kraftverstärker und Stützzylinder aufweist, sind somit Kräfte von 1.568 MN zu beherrschen, das sind mehr als 156.000 t, die dieses Gebäude statikseitig belasten kann. Diese Montageweise beinhaltet neben den genannten Vorteilen der statikseitigen Stabilität noch zusätzliche positive Effekte. Diese sind darin begründet, dass die Gebäude sowohl erdbebensicherer werden, da die Lagerung mittels des Hydraulikpolsters in den Stützzylindern erfolgt. Zudem können völlig neue Montage- oder Demontageprinzipien angewandt werden, die darauf beruhen, dass jeweils die Montage einer Etage auf den nichtaktivierten Stützzylindern erfolgt und jeweils die nächste Etagenebene auf dem gleichen Prinzip folgt. Erst zum Schluss der Montage aller Etagen wird der Kraftverstärker aktiviert und die Stützzylinder werden mit der notwendigen Druckkraft versorgt und das Gebäude wird aufgerichtet. Bei der Demontage wird das umgekehrte Prinzip angewandt. Diese Bauweise beinhaltet natürlich eine enorme Verkürzung der Montage- und Demontagezeit und stellt somit einen wesentlichen Kostenfaktor dar.
  • Ein zweiter Anwendungsfall dieses Kraftverstärkers ist - ebenfalls aus aktuellem Anlass - dort einsetzbar, wo Gebäude gegen Flugzeugangriffe geschützt werden müssen. Wie ersichtlich, sind besonders gefährdete Gebäude nur unzureichend gesichert. Wenn alle vorhergehenden Schutzmaßnahmen versagt haben, müssen besonders gefährdete Gebäude durch Kraftverstärker separat gesichert werden. Dies können nicht nur Regierungsgebäude sein, sondern auch besonders brisante Gebäude, wie beispielsweise Atomkraftanlagen.
  • Geht man davon aus, dass ein Flugzeug 100 m pro Sekunde fliegt und dieses Flugzeug eine Masse von 300 t besitzt, dann beträgt die kinetische Energie dieses Flugzeugs 1.500.000.000 Nm.
  • Um diese kinetische Energie abzufangen, bedarf es eines Kraftverstärkers mit folgenden Parametern:
    An 4 Gegenkrafthebeln (1) werden jeweils 400 t Massebelastung angebracht. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Die Kraft F dieser 4 Massebelastungen beträgt somit

    F = m.g = 1.600.000 kg.g = 15.680.000 N.
  • Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt 100/1, zum Beispiel 30 m/0,3 m. Damit beträgt die Kraft F* am kurzem Hebelarm = 1.568.000.000 N. Die Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche von beispielsweise A = 5 m2 und erzeugt dort einen Druck im Medium (19a) von 3.136 bar. Dieser Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) wird über das Medium (19a) an vertikal und horizontal angeordnete Stützzylinder (19) mit den gleichen Fläche von beispielsweise A = 5 m2 abgeleitet, und diese Stützzylinder (19) drücken die Schutzwände mit einer Kraft von 1.568 MN nach aussen und nach oben. Zusätzlich sind ebenfalls Sperrklinken und Sperrverzahnungen an diesen Stützzylindern (19) in einer Führung angeordnet, die das Zurückfedern verhindern. Somit können die Stützzylinder (19) auch iterativ verspannt werden. Da jede Gebäudeseite diese Stützzylinder aufweist, sind somit Kräfte von 1.568 MN zu beherrschen und die kinetische Energie eines Flugzeugs kann abgefangen werden und das zu schützende Gebäude wird effektiv gesichert.
  • Vorteile des Kraftverstärkers im Brückenbau und im Gebäudeschutz:
    • - Pfeiler fallen weg, da alle Lasten durch die gespannten Seile getragen werden = Kosteneinsparung.
    • - Da die Kraftverstärker (fast) jede Kraft F* erreichen können, können auch sehr grosse Brücken gebaut werden = Brückenbauwerke sind in (fast) jeder Dimension möglich.
    • - Die Längsverspannungen der Brückenelemente fallen weg, da nur quertragende Elemente notwendig sind = ebenfalls sind hier Kosteneinsparungen zu erwarten.
    • - Schnelle Montage von Brücken, da an jeder Uferseite nur jeweils ein Kraftverstärker zu montieren ist und die Seile gespannt werden müssen auf die die (teilweise) vormontierte Brücke gezogen wird = Kosteneinsparung.
    • - Wo keine Pfeiler stehen, ist auch keine Kollision damit zu befürchten, wodurch Schiffe, Autos oder Bahnen gefährdet wären = Verbesserung der Sicherheit.
    • - Bei Erdbeben können keine nennenswerten Schäden auftreten, die bei pfeilertragenden Brücken immer entstehen. Die Seile sind elastischer und hatten Schwingungen besser stand = Erdbebensicherung.
    • - Bei Gebäuden beinhalten Kraftverstärker eine zusätzliche statische Sicherung aller Etagen, so dass alle diese Gebäude niemals einstürzen können.
    • - Zusätzlich werden Gebäude erdbebensicherer und die Montage und Demontage ist schneller durchzuführen, so dass hier Kosteneinsparungen möglich sind.
    • - Bei besonders zusichernden Gebäuden dienen Kraftverstärker als "letzte" Sicherung vor angreifenden Flugzeugen oder anderen Gefahrenquellen, wie Sprengstoffanschlägen, um über einhausende Schutzwände diese Gefahren abzuwehren.
    3.1.7 Hochwasserschutz-Gegenkraftabsicherung
  • Zum Hochwasserschutz werden entweder Dämme errichtet oder in hektischen Zeiten mit vielen Helfern Sandsäcke zu Hochwasserschutzwällen aufgestapelt. Analog wird bei Lawinenabgängen verfahren. Die Ursache dieser Naturgewalten liegt darin, dass entweder Wasser, Schnee, Schlamm usw. in hoher Konzentration eine ungeheure kinetische Energie entwickeln und eine dementsprechende Geschwindigkeit aufweisen. Beispielsweise entwickelt eine Flutwelle von nur 5 m Höhe bei einer Geschwindigkeit von 15 m/s eine kinetische Energie von knapp 600.000 N, das entspricht einer Druckwelle von ca. 60 Tonnen pro laufendem Meter, die auf die Sandsäcke oder einen Damm einwirken. Dieser Kraft muss eine dementsprechende Gegenkraft entgegengebracht werden.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung ist folgender Gegenkraft-Hochwasserschutz möglich (auch als Lawinen-, Muhren- oder Flutwellenschutz etc.):
    An jeder gefährdeten Ufer- oder Bergsstelle wird - in entsprechenden Abständen - 1 Kraftverstärker verankert, der folgende Parameter aufweist:
    Der Aufbau der Kraftverstärker ist analog der Seilverspannung an Brücken. An 4 Gegenkrafthebeln (1) werden jeweils 50 t Massebelastung angebracht. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Die Kraft F dieser 4 Massebelastungen beträgt somit 1.960.000 N. Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt ebenfalls 60/1. Damit beträgt die Kraft F* am kurzen Hebelarm = 117.600.000 N. Diese Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche von beispielsweise A = 1 m2 und erzeugt dort einen Druck von 1.176 bar im Medium (19a). Dieser Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) wird auf mehrere querliegende Spannzylinder (19) mit der gleichen Fläche von beispielsweise A = 1 m2 abgeleitet, und diese Spannzylinder (19) stützen die Hochwasser- oder Schneeschutzwand. Zusätzlich sind Sperrklinken und Sperrverzahnungen an diesen Spannzylindern (19) in einer Führung angeordnet, die das Zurückfedern der Hochwasserschutzwand (Stahlwand) verhindern. Somit kann diese Stahlwand auch iterativ arretiert werden. Da jeder Kraftverstärker diese Spannvorrichtung mit 117 MN aufweist, ist es beispielsweise möglich, eine Strecke von ca. 190 m mit einem einzigen Kraftverstärker abzusichern, für den Fall, dass die Druckkraft der Flut- oder Lawinenwelle mit 60 t pro Meter auf die Hochwasser-, bzw. Lawinenschutzwand trifft.
  • Vorteile dieses Kraftverstärkers im Hochwasser-, Lawinenschutz etc.:
    • - Feste Dämme fallen weg, da die Kräfte durch vormontierte Stahlwände abgefangen werden, die im Gefahrenfall aus der Horizontalen aufgerichtet und durch die Kraftverstärker sofort aktiviert werden = Kosteneinsparung.
    • - Die Hektik und die Gefahren bei der "Sandsackabwehr" werden eliminiert = Kosteneinsparung und Gefahrreduzierung.
    • - Da die Kraftverstärker (fast) jede Kraft F* erreichen können, ist es auch möglich, sehr grosse Gegenkraft-Sicherungssysteme zu bauen = Gegenkraftwerke sind in (fast) jeder Dimension möglich.
    3.1.8 Spann-, Stütz- und Spreizvorrichtungen an Werkzeugen und Maschinen
  • Als Spannvorrichtung an Werkzeugen und Maschinen werden entweder mechanische oder pneumatisch-/hydraulische Spannvorrichtungen eingesetzt. Pneumatische oder hydraulische Spannvorrichtungen erfordern immer die entsprechenden Medien wie Druckluft oder Hydraulikpumpen, die das Pressmedium liefern und die Werkstücke oder das Werkzeug an Maschinen kraftseitig arretieren.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung sind folgende Spannvorrichtungen für Werkzeuge oder Maschinen möglich:
    Um Werkstücke oder Werkzeuge an Maschinen zu arretieren, muss eine Kraft erzeugt werden, die dem jeweiligen Einsatzfall und den Erfordernissen entspricht.
    • a) Spannvorrichtungen an Maschinen
  • Es sollen beispielsweise Fräser von Spannfuttern aufgenommen werden. Hier erfolgt das Spannen des Fräswerkzeuges mittels sogenannter Spannzangen, die in einem Grundkörper (Fräserspannfutter) aufgenommen und per Gewinde eingespannt werden. Die Spannzangen sind geschlitzt und durch die konische Aufnahme im Fräserspannfutter werden sie an den Fräser gepresst und kraftseitig arretiert. Die Pressung erfolgt ausschließlich über die Kraft des Gewindes am Fräserspannfutter und die Fläche des Presskegels der Spannzange. Analoge Spannvorrichtungen finden sich an jeder Werkzeugmaschine mit den verschiedensten individuellen Spannvorrichtungen. Sinnvoll ist an jeder Maschine eine integrierte Spannvorrichtung gemäß der Erfindung, die - automatisch gesteuert - immer eine hydraulische Kraft bereitstellt und die zugehörigen Hydraulikleitungen zu den Werkzeugen oder Werkstücken aufweist.
  • Der Aufbau dieser integrierten Spannvorrichtung ist analog dem eines Kraftverstärkers - mit dem Unterschied - dass die Gegenkrafthebel (1) nicht massebelastet werden, sondern mit Verspannzylindern (5) kraftseitig belastet werden. Wird beispielsweise eine Kraft von 400.000 N zum Spannen aller Werkzeuge und/oder Werkstücke benötigt und der Druck in dem Spannsystem soll 200 bar betragen, so ist folgendes Drucksystem notwendig:
    • - 2 Verspannzylinder (5) mit einer Nennhublänge von je 300 mm und einer Fläche A = 100 cm2 pro Zylinder werden kraftseitig belastet.
    • - Diese Verspannzylinder (5) werden mit einen Druck von 10 bar betrieben.
  • Daraus folgt:

    F = p.A = 1.000.000 N/m2.0,01 m2.2 Zylinder = 20.000 N

    F* ergibt sich aus dem Hebelarmverhältnis von 20/1 (zum Beispiel 60 cm/3 cm) mit F* = F.20 = 20.000 N.20 = 400.000 N.
  • Der Druck im Spannsystem soll 200 bar betragen und die Kraft F* des Arbeitszylinders (19) beträgt 400.000 N. Damit ist die Dimension des Arbeitszylinders (19) des Spannsystems mit einer Fläche A = 200 cm2 festgelegt.
  • Der Weg, den das Spannsystem zurücklegt, ist mit 15 mm ebenfalls definiert, so dass 0,3 l Hydraulikflüssigkeit zum Spannen aller Werkstücke und Werkzeuge ausreichen. Eine Spannzange mit einer Pressfläche von ca. 10 cm2 wird demnach mit Hilfe einer Kraft F von 20 kN festgespannt. Diese Kraft ist mit einer Gewindespannung nicht zu erreichen.
    • b) Spannvorrichtung an "Heimwerker"-Maschinen
  • An Hobbymaschinen für den "Heimwerker" sind auch mechanische Spannvorrichtungen für Werkstücke möglich, die die Hebelwirkung der Gegenkrafthebel mittels mechanischer Betätigung spannen. Diese Gegenkrafthebel (1) werden in einer seitlichen Klemmvorrichtung arretiert und halten somit das Werkstück absolut sicher.
  • Der Hebelarm soll 40 cm/2 cm (Hebelarm = 20/1) betragen und die Kraft F mit 2.20 kg angreifen. Damit wird an der Spannfläche eine Kraft F* von 8.000 N (= 800 kg) wirksam. Diese Werkstückspannvorrichtung sollte in einer Kombination mit der Werkzeughalterung erfolgen: zum Beispiel wird ein Bohrständer komplett mit Spannvorrichtung für das Werkstück geliefert. Diese Spannvorrichtung kann auch noch zum Abkanten, Biegen, Stützen, Spreizen etc. verwendet werden.
    • c) Spann- und Spreizvorrichtung bei Rettungsscheren
  • Bei Rettungsaktivitäten verwenden beispielsweise Technisches Hilfswerk oder Feuerwehr Spreizscheren, die hydraulisch betrieben werden. Die Antriebsseiten dieser eingesetzten Spreizscheren werden durch Pumpen angetrieben. Die Kräfte, die in diesen Scheren zur Anwendung kommen, liegen bei ca. 100.000 N (= 10 t). Allerdings ist nicht immer und überall ein elektrischer oder mechanischer Antrieb vorhanden, der den Einsatz dieser Geräte ermöglicht. Mit Hilfe dieser Erfindung lässt sich beispielsweise über 4 Hebelarme (langer Hebelarm = 1,60 m, kurzer Hebelarm = 2 cm) ein Hebelarmverhältnis von 80/1 erzeugen. Mit Hilfe von 2 Personen mit einem Gewicht von jeweils 80 kg wird bei der Belastung dieser Hebelarme mit diesem Gewicht eine Kraft F = 2.80 kg.g = 1.568 N erzeugt.
  • Die Kraft F* am kurzen Hebelarm beträgt somit F* = F.80 = 125.400 N (> 12 t).
  • Diese Kraft F* reicht aus, um alle Rettungsmaßnahmen auszuführen, die Spreizen, Heben, Abstützen usw. betreffen. Die Weiterleitung dieser Druckkraft auf die Rettungskomponenten wie Spreizscheren, Stützvorrichtungen etc erfolgt über die entsprechenden Leitungen und Spezialwerkzeuge.
  • Vorteile dieser Spannvorrichtung an Werkzeugen und Maschinen:
    • - Es ist möglich, extrem hohe Spannkräfte (im Beispiel 400.000 N)
    • - in extrem kurzen Zeiträumen (unter 1 Sekunde)
    • - mit extrem kleinem Energieaufwand zu erreichen.
    • - Die Wirksamkeit der Spannvorrichtung ist durch extrem hohe Kräfte an den Spannflächen abgesichert,
    • - auch ohne separate Energiequelle zum Antrieb der Medien (19a) ist es möglich, mit mechanischer Bedienung eine Spann- oder Spreizkraft in größeren Dimensionen zu erzeugen.
    • - Zuverlässige Bereitstellung von extrem hohen Spannkräften, indem ein einmal aktiviertes Spannsystem immer diese benötigte Kraft liefert.
    • - Diese Spannkraft kann sofort bei Bedarf erhöht werden, wenn die Kraft F an den Gegenkrafthebeln (1) verstärkt wird.
    3.1.9 Grabenwandsicherung im Tief- und Wasserbau/Spannvorrichtung im Schalungsbau und Stützvorrichtungen an einsturzgefährdeten Bauwerken
  • Im Tief- und Wasserbau werden Stahlplatten eingesetzt, die mittels Gewindestangen kraftseitig immer diametral verspannt werden. Diese Art der Verspannung ist zeitaufwendig und kraftseitig nicht effizient, da die Gewindeverspannung mittels Schraubschlüssel oder Hebelarm immer nur der Kraft der Spannperson und dem Hebelarmverhältnis entspricht. Die Kraft (Masse) der Grabenwände wird demzufolge nur unzureichend abgestützt. Analog ist es im Schalungsbau, nur dass diese Kräfte nicht ausschließlich nach aussen auf die Stahlplatten der Grabenwandsicherung wirken, sondern sowohl von innen als auch von aussen auf die Schalung wirken müssen. Hier wird mit Holz- oder Stahlstreben, Rödeldraht usw. gearbeitet, um die Schalung der Betonwände kraftseitig zu fixieren. Diese Arbeiten der Schalungsfixierung bzw. bei Betondecken der Stützung ist natürlich ineffizient.
  • Diese Arbeiten sind durch den Einsatz der nachfolgenden Vorrichtung wesentlich günstiger zu gestalten.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung sind folgende Spannvorrichtungen zur Grabenwandsicherung und zur Schalungsfixierung möglich:
    Der Aufbau dieser Spannvorrichtungen ist analog der Vorrichtungen, die im Gegenkraft- Hochwasserschutz eingesetzt werden. Über einen Kraftverstärker wird die notwendige Kraft erzeugt. Natürlich ist die für diesen Einsatzfall notwendige Kraft längst nicht so gross, wie dies im Hochwasserschutz der Fall ist. Für diese Fälle dürften Kräfte von 100.000 N (= 10 t) bis maximal 1.000.000 N (= 100 t) ausreichend sein.
  • Für den Fall von 1.000 kN sind somit ausreichend:
    An 4 Gegenkrafthebeln (1) werden jeweils 5 t Massebelastung angebracht. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Die Kraft F dieser 4 Massebelastungen beträgt 20.000 kg.g = 200.000 N. Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt 10/1, zum Beispiel 5 m/0,5 m. Damit beträgt die Kraft F* am kurzem Hebelarm = 2.000.000 N. Diese Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche A von beispielsweise 0,1 m2 und erzeugt dort einen Druck von 200 bar. Dieser Druck im Arbeitszylinder (19) wird auf mehrere querliegende Spannzylinder (19) mit beispielsweise der halben Fläche von A = 0,05 m2 abgeleitet, und diese Spannzylinder stützen die Grabenschutzwand mit einer Kraft von 1.000 kN ab. Zusätzlich sind Sperrklinken und Sperrverzahnungen an diesen Spannzylindern in einer Führung angeordnet, die das Zurückfedern der Grabenschutzwand (Stahlwand) verhindern. Somit kann diese Stahlwand auch iterativ arretiert werden. Die Anzahl der einzelnen querliegenden Spannzylinder (19) ist je nach Erfordernis zu erweitern, wobei jeder Spannzylinder 100 t Spannkraft bewirkt.
  • Analog ist die Schalungsfixierung vorzunehmen. Nur wirken hier die Kräfte der Spannzylinder (19) sowohl von innen als auch von aussen (bei Betonfundamenten, -wänden) sowie von unten (bei Betondecken) auf die Schalungstafeln ein. Auch Stützvorrichtungen sind in diesem Zusammenhang einsetzbar. Als Beispiel können hierzu die Runneburg in Weißensee oder auch der schiefe Turm in Pisa angeführt werden. Beide Gebäude brauchen "aktivierbare Stützen", um fundamentseitig saniert werden zu können.
  • Vorteile dieses Kraftverstärkers zur "Grabenwandsicherung, Schalungsfixierung":
    • - Aufwendige Handarbeiten fallen weg, da die Kräfte durch den Kraftverstärker und die entsprechenden Spannzylinder abgefangen werden und durch die Kraftverstärker sofort aktiviert werden = Kosteneinsparung.
    • - Die Gefahr bei Grabensicherungen wird eliminiert, da wesentlich größere Kräfte durch diese Vorrichtungen abgefangen werden als bei der Verschraubungstechnik.
    • - Da die Kraftverstärker (fast) jede Kraft F* erreichen können, können auch sehr grosse Spann-Sicherungssysteme gebaut werden = Gegenkraftwerke sind in (fast) jeder Dimension möglich.
    • - Schalungsarbeiten können wesentlich reduziert werden, da die Spannzylinder nur anzuordnen sind und sofort danach aktiviert werden können.
    • - Bei Einsturzgefahr können an Gebäuden sofort diese Spannzylinder errichtet und in kurzer Zeit aktiviert werden. Für Fundamentarbeiten kann die Kraft erhöht und somit Baufreiheit geschaffen werden.
    3.1.10 Verankerung für Kräne und andere Geräte (Sturmsicherung)
  • Kräne werden auf der kurzen Hebelarmseite beispielsweise mit Betonelementen belastet, um das Gleichgewicht mit der Massenbelastung des langen Hebelarms herzustellen. Für diesen Fall der Austarierung ist diese einseitige Massebelastung ausreichend. Greifen aber Windgeschwindigkeiten in der Grössenordnung eines Sturms oder Orkans an, dann sind Kräne und andere hohe Geräte extrem kippgefährdet. Der Grund dafür liegt unter anderem darin, dass die Massenbelastung am Grundgestell einseitig und nicht umfangseitig in gleicher Grüße angeordnet ist - ausserdem ist diese Massebelastung zu gering.
  • Um ausschließen zu können, dass die Geräte umkippen, muss eine größere Kraft auf das Grundgestell der Kräne einwirken, als das bis heute der Fall ist.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung sind folgende Verankerungen für Kräne und andere Geräte zur Sturmsicherung möglich:
    Am Grundgestell des Kranes (oder eines ähnlichen Gerätes) wird ein Kraftverstärker eingesetzt, der massebelastet wird. Für diese Fälle genügen Kräfte von maximal 2.000.000 N. Für den Fall von 2.000 kN sind somit ausreichend:
    An 4 Gegenkrafthebeln (1) werden jeweils 5 t Massebelastung angebracht. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Die Kraft F dieser 4 Massebelastungen beträgt somit 200.000 N. Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt 10/1, zum Beispiel 5 m/0,5 m. Damit beträgt die Kraft F* am kurzem Hebelarm = 2.000.000 N. Diese Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche A von beispielsweise 0,1 m2 und erzeugt dort einen Druck von 200 bar. Dieser Druck im Arbeitszylinder (19) wird mittels der Kolbenstange (22) direkt auf das Grundgestell (26) des Kranes übertragen und fixiert diesen mit der Kraft von 2.000 kN. Diese Kraft ist ausreichend, um den Kran kipp- und funktionssicher betreiben zu können.
  • Vorteile dieses Kraftverstärkers zur "Kippsicherung:
    • - Die Funktionssicherheit des Kranes ist ununterbrochen gewährleistet, obwohl nur 4 mal 5 t Massebelastung angebracht werden. Dies entspricht in etwa auch der Höhe der Belastung mit Hilfe der herkömmlichen, einseitig angebrachten Masse.
    • - Die Kippsicherung des Kranes ist dadurch gewährleistet, dass eine Kraft von 2.000 kN den Kran auf das Grundgestell presst.
    • - Eine schnelle Montage und Nachrüsten. dieses Kraftverstärkers an Kränen ist möglich, und die Erhöhung der Standsicherheit wird auch unter Extrembedingungen möglich, da wesentlich größere Kräfte wirken.
    3.1.11 Kraftverstärker an Fahrzeugen, um eine zusätzliche Kraft auf Achsen zu erzielen
  • Fahrzeuge werden immer mit der Eigenmasse belastet. Demzufolge tragen die Achsen immer die jeweiligen Teillasten der aufliegenden Karroserieaufbauten. Bei Kurvenfahrten tragen die Fliehkräfte - bedingt durch den höherliegenden "Massenmittelpunkt" - das Fahrzeug nach aussen, um so weiter, je höher die Geschwindigkeit und je enger der Kurvenradius ist. Um zu verhindern, dass die Fahrzeuge umkippen oder die Bodenhaftung der Innenräder extrem abnimmt, muss eine größere Kraft auf die Achsen einwirken, als das bis heute der Fall ist.
  • Mit dem Einsatz der Erfindung sind folgende Kraftverstärker an Fahrzeugen möglich, die eine zusätzliche Kraft auf die Achsen erzielen:
    Am Grundgestell des Fahrzeuges wird für jede Achse und jedes Rad ein Kraftverstärker eingesetzt, der mittels Gegenkrafthebel (1) massebelastet wird. Bei einem PKW sind dies 4 Kraftverstärker. Die Massebelastung wird durch die Teilmasse der Karosserie bereitgestellt, die den langen Hebelarm belastet. Der kurze Hebelarm wird zur Belastung des Arbeitszylinders (19) genutzt, der über die Kolbenstange (22) auf die jeweilige Achse (26) oder auf jedes Rad (26) einzeln drückt. Um die Spannung der Fliehkräfte positiv auszunutzen, wird jeder Kraftverstärker durch den langen Hebelarm des gegenüberliegenden Karosserieteiles kraftseitig betätigt. Somit wird der linke Kraftverstärker durch den rechten Hebelarm und der rechte Kraftverstärker durch den linken Hebelarm kraftseitig beeinflusst. Fährt der PKW durch eine Linkskurve, wird der rechte Hebelarm kraftseitig durch die Fliehkraft betätigt - der linke Kraftverstärker wird aktiviert, indem der Druck steigt und das linke Rad nach unten presst. Somit erhöht sich die Bodenhaftung des Rades - was zu einer Verbesserung der Sicherheit von Fahrzeugen führt. Auch beim Bremsverhalten ist eine Verbesserung zu erwarten. An jedem der 4 Gegenkrafthebel (1) sind jeweils 0,2 t Massebelastung vorhanden. Diese greifen an den langen Hebelarmen an. Das Hebelarmverhältnis langer zu kurzem Hebelarm beträgt 5/1, zum Beispiel 1,25 m/0,25 m. Die Kraft F jedes Kraftverstärkers beträgt somit 2.000 N. Damit beträgt die Kraft F* am kurzen Hebelarm = 10.000 N. Diese Kraft F* wirkt auf einen Arbeitszylinder (19) mit einer Fläche A von beispielsweise = 0,01 m2 und erzeugt dort einen Druck von 10 bar. Dieser Druck im Arbeitszylinder (19) wird mit Hilfe der Kolbenstange (22) direkt auf die Achse des Rades (26) übertragen und bewirkt eine Kraft von 10 kN. Diese Kraft ist ausreichend, den PKW sicher zu beherrschen, insbesondere bei extremen Kurvenfahrten und Vollbremsungen.
  • Vorteile dieses Kraftverstärkers zur "Kraftverstärkung auf Achsen = Kippsicherung":
    • - Die Funktionssicherheit der Fahrzeuge wird erhöht, da eine zusätzliche Kraft von den auftretenden Fliehkräften gewonnen wird und diese Kraft über den Kraftverstärker auf die Räder verteilt wird, die kraftseitig entlastet werden.
    • - Der Nutzen liegt in der höheren Sicherheit von Fahrzeugen, da diese nicht bei jeder Extrembelastung spurseitig ausbrechen können.
    3.1.12 Multifunktionelle Anwendungen der Erfindung
  • Auf Grund der Tatsache, dass Energieerzeugungsanlagen gemäß dieser Erfindung (vgl. Pkt. 3.1.1) mit einem Wirkungsgrad von mindestens 63% betrieben werden, wird es möglich, dass neben der Energieerzeugung andere Systeme oder Anlagen aktiviert und betrieben werden, die ebenfalls die Druckenergie Ea benötigen.
  • Diese separaten Anlagen können beispielsweise als:
    • - Antriebe für Maschinen oder Fahrzeuge
    • - Wasserentsalzungsanlagen
    • - Hebevorrichtungen, Last- oder Montageaufzüge, Pressanlagen für Müll oder Baustoffe
    • - Feuerlöschanlagen
    • - Pumpstationen für Trink- oder Abwasser, andere flüssige Medien
    in der Form betrieben werden, indem weitere Teile der Druckenergie Ea mittels des Mediums (19a) des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders (19) über die Druckleitung für Sekundärprozesse (34) über das geöffnete Ventil dieser Leitung (34) entnommen werden und dem jeweiligen zugeordnetem Prozess der Sekundärnutzung entweder kontinuierlich oder impulsartig zugeführt werden.
  • Die Druckenergie Ea kann aber auch über einen Hydraulikmotor 37 zum Antrieb von Maschinen oder zum Antrieb von Fahrzeugen direkt genutzt werden.
  • Vorteile dieser multifunktionellen Anwendungen dieser Erfindung:
    • - Die Nutzung der Druckenergie Ea, die neben der Energieerzeugung zur Verfügung steht, für völlig andere Prozesse beinhaltet Wirkungen, die von ganz wesentlicher Bedeutung sind. Diese Sekundärnutzung von Energie - neben der Hauptnutzung für die Energieerzeugung - beinhalten technische und ökonomische Effekte, deren Tragweite sich in der praktischen Umsetzung und Anwendung zum jetzigen Zeitpunkt nur grob skizzieren lassen.
    • - Der Nutzen dieser multifunktionellen Anwendung liegt darin, dass jede Anlage - neben der Erzeugung von Energie - mit dieser Erfindung betrieben werden kann, da überschüssige Energie zur Verfügung steht.
  • 3.1.13 Energieerzeugung zum Antrieb von Kraftfahrzeugen oder stationären Anlagen
  • Dieses Einsatzfeld wird in Anlehnung der Energierzeugung (Pkt. 3.1.1) abgehandelt, so dass nur die grundlegenden Prinzipien näher erläutert werden.
  • Das Gegenkraftsysteme A und B entfallen zum Beispiel bei Fahrzeugantrieben, da platzseitig diese nicht oder nur schwer einzuordnen sind. Zur Erzeugung des Drucks im Arbeitszylinder (19) wird demzufolge nur das Gegenkraftsystem C eingesetzt.
  • Als Voraussetzung der Berechnung der sekündlichen Leistung wird angenommen, dass ein Fahrzeug eine effektive Leistung von 40 kW besitzen sollte. Dies bedingt, dass das Gegenkraftsystem C eine Leistung - abzüglich der Verluste - von etwa 60.000 Nm erzeugen muss. Die angreifende Kraft F** der hydraulischen Presse (67) auf den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) mit einer Fläche A = 300 cm2 müsste demzufolge bei 600.000 N und 200 bar Druck liegen. Pro Sekunde müssen 3.000 cm3 Hydraulikflüssigkeit (19a) durch den Hydraulikmotor (37) gepresst werden, um die Leistung von 60.000 Nm zu erzeugen.
  • Das Gegenkraftsystem C wird folgendermassen berechnet:
    Es wird vorausgesetzt, dass jeweils 1 Gegenkraftzylinder (48) mit einer Fläche A von insgesamt 0,03 m2 zum Einsatz kommen, wobei der Druck dieser Zylinder (48) bei mindestens 20 bar liegt. Die Druckkraft F beträgt somit F = p.A = 2.000.000 N/m2.0,03 m2 = 60.000 N. Um abzusichern, dass diese Druckkraft F der Gegenkraftzylinder (48) mit 60 kN der Kraft F** mit 600 kN an der hydraulischen Presse (67) entspricht, muss demzufolge der Faktor 10 für die hydraulische Presse (67) eingeordnet werden. Dies wird dadurch realisiert, indem der Pumpenkolben (69) die 10-fach kleinere Fläche A1 gegenüber der Fläche A2 des Arretierungskolbens (71) aufweist. Die Kraft F der Gegenkraftzylinder (48) erzeugt somit bei den Pumpenkolben (69), die beispielsweise eine Fläche A1 von 0,003 m2 besitzen, eine Kraft F von ebenfalls 690 kN. Da die Fläche A1 des Pumpenkolbens (69) nur den Wert 1/10 des Gegenkraftzylinders (48) aufweist, beträgt somit der Druck p am Pumpenkolben (69) = 200 bar. Dieser Druck von 200 bar liegt im Medium (67a) der hydraulischen Presse (67) an und der Arretierungskolben (71) wird mit diesem Druck, aber mit der Fläche A2 = 0,03 m2 nach unten gepresst.
  • Die Druckkraft F** des Arretierungskolbens (71) beträgt somit

    F** = p.A = 20.000.000 N/m2.0,03 m2 = 600.000 N.

    F** beträgt 600.000 N. Daraus folgt, dass die Druckenergie Ea im Medium (19a) im Arbeitszylinder (19) aufgebaut wird. Wenn der Arbeitszylinder (19) eine Fläche von 0,03 m2 besitzt, dann wird ein Druck von ca. 200 bar in der Hydraulikflüssigkeit (19a) erzeugt.
  • Die Arretierungsstangen (72) drücken direkt auf den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) und erzeugen den Druck von 200 bar des Hydrauliköls (19a) im Arbeitszylinder (19). Diese Druckenergie Ea wird im Hydraulikmotor (37) in mechanische Energie umgewandelt, die zum Antrieb von Fahrzeugen oder zum Betreiben eines Generators (42) im stationären Betrieb genutzt wird.
  • Die zuzuführende Hilfsenergie zum Antrieb der Kurbelwelle (57), ist vorzugsweise über folgende Energiequellen bereitgestellt:
    • a) bei Fahrzeugen: Brennstoffzelle oder Photovoltaik in Kopplung mit einem Generator (42) oder einem Elektromotor (47d)
    • b) bei stationären Anlagen: Wind- oder Wasserkraft als direkter Antrieb zusätzlich möglich (neben den Energiequellen wie a).
  • Zur Berechnung dieser Hilfsenergie ist von folgenden Voraussetzungen auszugehen:
    Bei einer 5°-Teilung der Kurbelwelle (57) sind 72 Kurbelzapfen angeordnet. Dabei ist folgende Energiezufuhr notwendig:
    • - von 355° auf 357,5° werden diese Druckwechselzylinder (60) von den Vorgänger-Druckwechselzylindern (60), die 360° verlassen und zu 5° wechselt, bis zu 2,5° mitgezogen, da der Innendruck der "Vorgänger" höher ist als die der "Nachfolger"
    • - von 357,5° auf 360° muss eine Hilfsenergie aufgewandt werden, da alle anderen Kräfte sich gegenseitig an der Kurbelwelle (57) aufheben. Dies erfolgt über die benannten Energiequellen, die das notwendige Drehmoment zur Überwindung der "Totpunkte" der zur Extremposition wechselnden Druckwechselzylinder (60) liefern.
  • Die "Totpunktüberwindung" plus die Überwindung der Reibungsverluste stellt sich somit für diese Art der Energieerzeugung dar:
    Die Berechnung der notwendigen Druckarbeit dW pro Druckwechselzylinder (60) beträgt:
    dW = dp.dV + FRC, dW = Hilfsenergie (Arbeit)
    dp = Druckdifferenz (im konkreten Fall wird zur ersten Berechnung der Höchstdruck von 40 bar angenommen, obwohl real nur eine Druckdifferenz von maximal 4 bar anliegt)
    dV = das zu verdrängende Volumen der Druckwechselzylinder (60), die von 357,5° auf 360° wechseln
    FRC = Coulombsche Reibung aller betroffenen Zylinder (48, 60) und der Lager der Kurbelwelle (57)
  • Der Durchmesser der Kurbelwelle (57) wird mit 80 mm festgelegt und die Länge der Kolbenstange für DWZ (61) beträgt = 400 mm. Da bei der Berechnung der zuzuführenden Hilfsarbeit dW von realitätsnahen Daten ausgegengen werden muss, ist auf Grund der Länge der Kolbenstange für DWZ (61) mit 400 mm zur Kolbenstangenbefestigung (51) ein realer Winkel der Kolbenstange (61) an der Kolbenstangenbefestigung (51) von maximal 1,5°, anstelle des 2,5°-Totpunktüberwindungswinkels, anzusetzen:

    cos 1,5° = 0,9997
    dh = 400 mm - (cos 1,5°.400 mm)
    dh = 400 mm - (0,9997.400 mm) = 400 mm - 499,88 mm = 0,12 mm = 0,00012 m
    dV = A.dh = 0,03 m2.0,00012 m = 0,0000036 m3
  • Die Hilfsenergie, die zur Überwindung der Totpunkte aller Druckwechselzylinder (60) pro Sekunde notwendig ist, beträgt somit (für eine Druck von 40 bar der Druckwechselzylinder):

    dW = p.dV Anzahl DWZ
    dW = 4.000.000 N/m2.0,0000036 m3.50
    dW = 720 Nm (für 50 DWZ)
    dW = 14,4 Nm (pro DWZ) - für 40 bar
  • Für den Differenzdruck von 4 bar der Druckwechselzylinder (60) beträgt somit die Hilfsarbeit dW = 1,44 Nm pro Druckwechselzylinder (60) und für die 50 Druckwechselzylinder (60) beträgt die Hilfsarbeit dW somit 72 Nm, die zur Überwindung der Totpunkte notwendig ist. Der zusätzliche Kraftaufwand, den die Reibkraft der Kolben (52, 63) bzw. Kolbenstangen (61) an den Wänden der Druckwechselzylinder (60) und der Gegenkraftzylinder (48) bewirkt, wird mit 5 N pro Zylinder bewertet. Da die newtonsche (geschwindigkeitsproportionale) Reibung FRN = KNs mit annähernd Null zu bewerten ist, da keine grossen Geschwindigkeiten auftreteten, ist nur die coulombsche Reibung FRC = Kc sign (s) von Bedeutung, wobei 5 N als Ausgangswert pro Zylinder ausreicht, um alle Reibungsverluste zu bewerten. Für jeweils 72 bewegte Zylinder (48, 60) pro Sekunde sind somit Reibungsverluste von ca. 720 N einzuordnen. Zusätzlich sind Reibungsverluste an den Lagern der Kurbelwelle (57) einzuordnen, die mit ca. 5 N pro Lagerzapfen eingeodnet werden. Daraus resultiert eine zusätzliche Kraftzufuhr, die mit ca. 400 N zu bewerten ist.
  • Die Totpunktüberwindung erfordert 72 Nm, so dass ein Drehmoment von ca. 1.200 N an der Kurbelwelle (57) vorliegen muss und diese mit ca. 1.500 N über den Generator (42) oder dem Elektromotor (47d) abzusichern ist.

    dW = dp.dV.Anzahl Zylinder + FRC.Anzahl Zylinder + FRC.Anzahl Lagerzapfen
    dW = 400.000 N/m2.0,0000036 m3.50 + 5 N.144 + 5 N.80
    dW = 72 Nm + 720 N + 400 N
    dW = 1.192 N(m)
  • Da auf der Kurbelwelle (57) 72 Druckwechselzylinder angeordnet sind, werden bei 0,7 Umdrehungen der Kurbelwellen (57) insgesamt 50 Druckwechselzylinderpaare (60) kraftseitig beeinflusst.
  • Der Elektromotor (47d) oder der Generator (42) muss demzufolge mit einer Leistung von 1,5 kW aus den Brennstoffzellen oder der Photovoltaikanlage gespeist werden, um die Zwangsdrehung der Kurbelwelle (57) abzusichern.
  • Unter der Voraussetzung, dass der jeweilige Druckwechselzylinder (60) auf etwa 1/3 des Umfanges der Kurbelwelle (57) den Minimaldruck erreichen muss und der kooperierende Gegenkraftzylinder (48) seine Druckkraft F über die Zylinderstange (50) an den Pumpenkolben (69) weiterleitet, kann man davon ausgehen, dass die Hubhöhe des Gegenkraftzylinders (48) und des Pumpenkolbens (69) somit jeweils ca. 20 mm beträgt.
  • Dies bedeutet, das die notwendigen 50 Druckwechselzylinder (48) bewegt werden und pro Sekunde unter den genannten Voraussetzungen die 50 Gegenkraftzylinder (48) mit dem Innendruck von 20 bar wirken und damit jeweils ca. 20 mm Weg die Druckkraftbewegung der Pumpenkolben (69) verursachen, die aber eine Druck von 200 bar aufweisen. Dieser Weg von ca. 20 mm an den Pumpenkolben (69) bewirkt einen Weg von ca. 2 mm an den Arretierungskolben (71) in den Arretierungszylindern (70). Damit wird der Arbeitszylinder (19) um ca. 100 mm pro Sekunde bei 50 Hüben der Gegenkraftzylinder (48) nach unten bewegt und das Hydrauliköl (19a) wird mit einem Druck von ca. 200 bar in den Hydraulikmotor (37) gepresst. Diese Druckhydraulikmenge (19a) von ca. 3 Litern pro Sekunde besitzt eine Druckenergie Ea = p.dV.

    Ea = 20.000.000 N/m2.0,003 m3 = 60.000 Nm = 60 kJ = 60 kW.
  • Abzüglich aller weiteren Verluste stehen somit permanent ca. 40 kW als Antriebsenergie dem Fahrzeug oder der stationären Energieerzeugungsanlage zur Verfügung.
  • Da der Arbeitszylinder (19) eine Fläche A = 0,03 m2 und eine Höhe des Arbeitshubes von 0,6 m aufweist, ist somit ein Hydraulikvolumen (19a) von 18 dm3 im Arbeitszylinder (19) vorhanden.
  • Da pro Sekunde 3 Liter Hydrauliköl (19a) durch den Hydraulikmotor (37) gepresst werden; ist somit gesichert, dass jeweils 1 Arbeitszylinder (19) 6 Sekunden zur Energieumwandlung eingesetzt werden kann. Der alternierende Arbeitszylinder (19) muss in diesen 6 Sekunden den Zustand der Arbeitsfähigkeit erreichen.
  • Vorteile dieser Energieerzeugung in Fahrzeugen oder stationären Anwendungen dieser Erfindung:
    • - Die Nutzung der Druckenergie Ea wird nur über das Gegenkraftsystem C erbracht und steht damit in Fahrzeugen als völlig neue Antriebsart zur Verfügung. Die Initial- oder Hilfsenergie wird über Brennstoffzellen oder Pholtaikanlagen bereitgestellt, die nur einen Bruchteil der erforderlichen Energie zum Betrieb dieser Energieanlage erfordern.
    • - Das gleiche Prinzip kann für stationäre Anlagen ebenso angewandt werden, wobei als zusätzliche Hilfsenergiequellen die Wind- oder Wasserkraft genutzt werden können.
    Bezugszeichenliste 1 Gegenkrafthebel
    2 Last-/Kraftaufnahmepunkt
    3 Stahlseil
    4 Masse m
    5 Verspannzylinder
    5a Medium (Wasser oder Hydrauliköl oder Pressluft)
    6 Verspannzulaufleitung
    7 Verspannzulaufleitungsventil
    8 Verspannablaufleitung
    9 Verspannablaufleitungsventil
    10 Verspannkolben (doppelseitig belastbar)
    11 Verspannkolbenstangen
    12 obere Platte
    13 Kolben am Druckübertragungszylinder
    14 Druckübertragungszylinder
    14a Medium (Hydrauliköl)
    15 Querlagerplatte
    16 Querlagerfuß
    17 Querlageraufnahmebügel
    18 oberer Arbeitszylinderdeckel
    19 Arbeitszylinder
    19a Medium (Wasser oder Hydrauliköl)
    20 Arbeitskolben
    21 unterer Arbeitszylinderdeckel
    22 Kolbenstange am Arbeitszylinder
    23 Kolbenstangenführung
    24 Kolbenstangenfuß am Arbeitszylinder
    25 Zuganker am Arbeitszylinder
    26 Fundament/Vorrichtung
    27 Zulaufleitung
    28 Zulaufleitungsventil
    29 Entlüftungsleitung
    30 Entlüftungsleitungsventil
    31 Manometer
    32 Druckleitung
    33 Druckleitungsventil
    34 Druckleitung für Sekundärprozesse (mit Ventil)
    35 Düse
    36 Druckwasserstrahl
    37 Freistrahlturbine/Hydraulikmotor
    38 Turbinenwelle
    39 Riemenscheiben
    40 Treibriemen
    41 Generatorwelle
    42 Generator
    43 Verstrebungen
    44 Zulaufrinne
    45 Schützentafel in der Zulaufrinne
    46 Zulaufwasser
    47 oberschlächtiges Wasserrad
    47a Schaufelzellen
    47b Getriebe am Wasserrad
    47c Schwungrad am Getriebe
    47d Elektromotor am Wasserrad
    48 Gegenkraftzylinder
    48a Medium (Pressluft)
    49 oberer Deckel Gegenkraftzylinder
    50 Zylinderstange am Gegenkraftzylinder
    51 Kolbenstangenbefestigung
    52 Gegenkraftkolben
    53 Gegenkraftkolbenstange
    54 Kolbenfuß am Gegenkraftzylinder
    55 unterer Deckel Gegenkraftzylinder
    56 Zuganker am Gegenkraftzylinder
    57 Kurbelwelle
    58 Festlager
    59 Festlagerarretierung
    60 Druckwechselzylinder
    60a Medium (Luft und Hydrauliköl)
    61 Kolbenstange für Druckwechselzylinder (DWZ)
    62 oberer Deckel für DWZ
    63 Kolben für DWZ
    64 unterer Deckel für DWZ
    65 Zylinderstange für DWZ
    66 Zuganker für DWZ
    67 hydraulische Presse
    67a Medium (Hydrauliköl)
    68 Pumpleitung
    69 Pumpenkolben
    70 Arretierungszylinder
    71 Arretierungskolben
    72 Arretierungsstange
    73 Arretierungsverstrebungen
    74 Arretierungspunkt
    75 Arretierungsventil
    76 Pumpenventil
    77 Hydraulikzuführungskolben
    78 Hydraulikzuführungskolbenstange
    79 Gegenlagerplatte
    80 Führung für Gegenlager
    81 Arretierungssicherung
    82 Druckfedern für Arretierungssicherung
    83 Nivellierungsbolzen mit Muttern für Arretierungssicherung
    84 Anti-Arretierungshebel
    85 Rückführungszylinder
    85a Medium (Wasser oder Hydrauliköl oder Pressluft)
    86 Rückführungszylinderstange
    87 Rückführungskolben
    88 Rückführungskolbenstange mit integrierter Leitung
    89 Rückführungsventil
    90 Festarretierungshebel (horziontal beweglich)
    91 Druckfedern für Festarretierungshebel
    92 Nivellierungsbolzen mit Muttern für Festarretierungshebel
    93 Rückholhebel
    94 Distanzstück
    95 Horizontalträger
    96 Querstütze
    97 Vertikalstützen
    98 Quertraverse
    99 Stützpfeiler für Quertraverse
    100 Elektrozüge
    101 Stahlseile

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen, insbesondere zur Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie, bestehend aus einem Arbeitszylinder, welcher wechselweise von einer oberen Arbeitslage im belasteten Zustand in eine untere Endlage gedrückt und in der Phase der Abwärtsbewegung während des Arbeitshubes zulaufseitig abgesperrt und mit seiner Druckmittelableitung auf eine Einrichtung zur Energieumwandlung geführt ist, und - nach zulaufseitiger Umsteuerung - im unbelasteten Zustand in die obere Arbeitslage mittels:
- gefluteter Rückführungszylinder, die entweder vom alternierend arbeitenden Arbeitszylinder oder durch separate Druckstromerzeuger mit dem notwendigem Druck und Volumenstrom versorgt werden oder
- Elektrozüge, die mit dem Arbeitszylinder und den Gegenkrafthebeln mit Stahlseilen verbunden sind,
zurückbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass:
a) die Kraft F der Gegenkrafthebel (1) mittels der entsprechenden:
a1) Massen m (4) über die Hebelwirkung an der oberen Platte (10) mit der Kraft F* angreift,
a2) pneumatik- oder hydraulik- oder mit Wasserdruck betriebenen Verspannzylinder (5) betätigt werden und ebenfalls die Kraft F* erzeugen,
b) der Umlenkpunkt der Gegenkrafthebel (1) als Querlagerplatte (15) ausgebildet ist, die durch die Arretierungsstangen (72) und die Festarretierungshebel (90) kraftseitig beeinflusst wird,
c) die angreifende Kraft F* der kurzen Gegenkrafthebel (1) an der oberen Platte (12) über den Kolben am Druckübertragungszylinder (13) mittels eines Flüssigkeitspolsters (14a) im Druckübertragungszylinder (14) den oberen Arbeitszylinderdeckel (18), an dem der Arbeitszylinder (19) befestigt ist, beaufschlagt und somit das im Arbeitszylinder (19) befindliche Wasser (19a) oder die Hydraulikflüssigkeit (19a) in einen Druckzustand versetzt,
d1) bei dynamischen Systemen die Kolbenstange (22) des Arbeitskolben (20) des Arbeitszylinders (19) stabil auf dem Fundament (26) verankert ist und der Arbeitszylinder (19) zwischen der oberen und unteren Arbeitsendlage - und umgekehrt - verschiebbar ist,
d2) bei statischen Systemen der Kolbenstangenfuß am Arbeitszylinder (24) stabil auf der kraft- oder druckseitig zu beeinflussenden Vorrichtung (26) verankert ist und der Arbeitskolben (20) und die Kolbenstange am Arbeitszylinder (22) zwischen der oberen und unteren Arbeitsendlage - und umgekehrt - verschiebbar ist,
d) beidseitig des Arbeitszylinders (19) befindliche höhengestaffelte Festarretierungshebel (90) die Querlagerplatte (15) und den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) in abgestuften Intervallen in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders (19) arretieren,
e) beidseitig des Arbeitszylinders (19) paarweise wirkende, luftgefüllte Gegenkraftzylinder (48) angeordnet sind, die - als permanente Energiespeicher eine Druckkraft F mit den Faktoren Innendruck der Pressluft (48a) und Fläche des Gegenkraftzylinders (48) bereitstellen - über die Zylinderstangen am Gegenkraftzylinder (50) für eine Bewegung eines flächenmäßig kleineren Pumpenkolbens (69) über das Medium des Hydrauliköls (67a) einer hydraulischen Presse (67) einen flächenmäßig größeren Arretierungskolben (71) mit der Druckkraft F** antreiben, der in einem Arretierungszylinder (70) geführt wird, und diese Kraft F** durch die Arretierungsstangen (72) auf die Querlagerplatte (15) übertragen und somit bewirken, dass eine kontinuierliche Bewegung des Arbeitszylinders (19) nach unten gegen den Arbeitskolben (20) erfolgt und damit für einen kontinuierlichen Ausstoss von Druckwasser (36) zur Beaufschlagung der Turbine (37) oder zur Druck- oder Kraftverstärkung am Arbeitskolben (20) sorgen.
2. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
a) entweder die durch die Masse m (4) oder durch die pneumatik- oder hydraulikbetriebenen Verspannzylinder (5) betätigten belasteten Gegenkrafthebel (1) auf die obere Platte (12) kraftseitig mit der Kraft F* einwirken und im Druckübertragungszylinder (14) einen konstanten Druck des Hydrauliköls (14a) erzeugen, der über den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) auf das Wasser (19a) oder die Hydraulikflüssigkeit (19a) im Arbeitszylinder (19) übertragen wird,
b) die Umlenkpunkte der Gegenkrafthebel (1) auf der Querlagerplatte (15) mit den Elementen Querlagerfuß (16) und schwenkbarer Querlageraufnahmebügel (17) angeordnet sind, und diese Querlagerplatte (15) kraftseitig durch:
b1) vertikal angeordnete Festarretierungshebel (90), zeitpunktbezogen in der Horizontale arretiert, und
b2) vertikal beweglichen Arretierungsstangen (72), die druckseitig von Gegenkraftzylindern (48) über folgende Vorrichtungen:
- der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (50)
- über einen flächenmäßig kleineren Pumpenkolben (69) der hydraulischen Presse (67)
- das Hydraulikfluids (67a) in der Pumpleitung (68)
- den flächenmäßig größeren Arretierungskolben (71) dieser Presse (67) im Arretierungszylinder (70) beaufschlagt und
- die Arretierungsstangen (72)
in dem Zeitintervall mit der Kraft F** versorgt - wenn die Pressluft (48a) der Gegenkraftzylinder (48) die entsprechende Druckkraft F mit p.A liefert - und somit den Arbeitszylinder (19) von einer oberen Arbeitslage in die nächstfolgende untere Arbeitslage bewegt,
c) die Gegenkraftzylinder (48) druckseitig beeinflusst werden, indem Druckwechselzylinder (60), die auf der Kurbelwelle (57) mit jeweils versetzten Kurbelzapfen angeordnet sind, infolge der Zwangsdrehung der Kurbelwelle (57) über die Beaufschlagung von Zulaufwasser (46) im oberschlächtigen Wasserrad (47) mit abwechselndem Druck des Mediums (60a) auf die Gegenkraftzylinder (48) einwirken, und diese Druckwechselzylinder (60) zwischen den beiden Endstufen synchron wechseln:
c1) bewegt sich der Zapfen der Kurbelwelle auf das äussere Kreisende der Kurbelwelle (57) zu, so wird im Druckwechselzylinder (60) der größte Druck im Medium (60a) erzeugt, da sich der Zylinderraum im Druckwechselzylinder (60) infolge der Verschiebung des Kolbens für DWZ (63) verkleinert, und in der weiteren Folge zieht die Kolbenstange für DWZ (61) die Kolbenstangenbefestigung (51) nach unten und dadurch wird sowohl die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (50) und gleichzeitig der Pumpenkolben (69) nach unten bewegt - somit wird die Druckkraft F des Gegenkraftzylinders (48) kompensiert und der Pumpenkolben (69) kraftseitig entlastet - das Arretierungsventil (75) wird zu einem früheren Zeitpunkt geschlossen und infolge des Druckabfalls des Hydrauliköls (67a) in der hydraulischen Presse (67) entsteht ein Unterdruck, der bedingt, dass Hydrauliköl (67a) nachfließt, indem der Hydraulikzuführungskolben (77) mit der Hydraulikzuführungskolbenstange (78) und der Gegenlagerplatte (79) sich auf Grundlage der Gravitation sich nach unten bewegen und die Gegenlagerplatte (79) die jeweils nächste Arretierungssicherung (81) quert und somit das zum Druckaufbau notwendige Hydrauliköl (67a) in die hydraulische Presse (67) gelangt,
c2) bewegt sich der Zapfender Kurbelwelle auf das innere Kreisende der Kurbelwelle (57) zu, so wird im Druckwechselzylinder (60) der kleinste Druck des Mediums (60a) erzeugt, da sich der Zylinderraum im Druckwechselzylinder (60) infolge der Verschiebung des Kolbens für DWZ (63) vergrößert, und in der weiteren Folge wird die Kolbenstangenbefestigung (51) entlastet und dadurch wird die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (50) nach oben bewegt, da der größere Druck des Mediums (48a) im Gegenkraftzylinder (48) wirkt, dadurch wird gleichzeitig der Pumpenkolben (69) nach oben bewegt, das Arretierungsventil (75) in der Pumpleitung (68) wird zeitgleich geöffnet und infolge des Druckaufbaus im Medium (67a) der hydraulischen Presse (67) - aufgrund der Arretierung der Gegenlagerplatte (79) an der Arretierungssicherung (81) - entsteht eine Druckkraft, die bedingt, dass über das Hydrauliköl (67a) der hydraulischen Presse (67) der Arretierungskolben (71) dieser Presse (67) im Arretierungszylinder (70) die Arretierungsstangen (72) in dem Zeitintervall zwischen Öffnen und Schließen des Arretierungsventils (75) mit der Kraft F** versorgt, die der jeweilige Gegenkraftzylinder (48) mit der Druckkraft F mit F = p.A liefert, und somit den Arbeitszylinder (19) von einer oberen Arbeitslage in die nächstfolgende untere Arbeitslage über das Prinzip der hydraulischen Presse (67) mit der notwendigen Druckkraft F** kraftseitig bewegt,
d) die kraftseitige Beeinflussung der Arretierungsstangen (72) einen kontinuierlichen Prozess beinhalten, indem die Zeitintervalle des Wirkens der Gegenkraftzylinder (48) so gestaltet sind, dass die Druckkraft des Mediums (48a) des jeweils wirkenden Gegenkraftzylinders (48) immer zeitpunktbezogen mit der Wirkung des nachfolgenden Gegenkraftzylinders (48) erfolgt, wobei Überschneidungen nicht funktionsbehindernd sind.
3. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Kurbelwelle (57) mehrere, aber immer paarweise gegenüberliegende Kurbelzapfen aufweist, an denen Druckwechselzylinder (60) mit den Elementen:
- Druckwechselzylinder (60)
- Zylinderstange für DWZ (65), die den unteren Deckel für DWZ (64) mit dem jeweiligen Kurbelzapfen der Kurbelwelle (57) verbindet
- oberer Deckel für DWZ (62)
- Kolben für DWZ (63)
- unterer Deckel für DWZ (64)
- mehrere Zuganker für DWZ (66), die den oberen und unteren Deckel für DWZ (62, 64) miteinander verbinden
- Kolbenstange für DWZ (61), die den Kolben für DWZ (63) mit der Kolbenstangenbefestigung (51) an der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (50) verbindet, angeordnet sind,
b) die Zylinderkammern der Druckwechselzylinder (60) im oberen Bereich vorzugsweise mit Druckluft und Hydrauliköl (60a) gefüllt sind, und die Druckhöhe von der Kreisbahn des Kurbelzapfens der Kurbelwelle (57) abhängig ist und damit schnell von einer maximalen zur minimalen Druckhöhe wechselt - und umgekehrt - und somit kraftwechselnd wirkt, wobei eine größere Anzahl von Kurbelzapfen auf der Kurbelwelle (57) und deren adäquate Anzahl von Druckwechselzylinden (60) die Kraft minimieren, die zur Zwangsdrehung der Kurbelwelle (57) über die Beaufschlagung von Zulaufwasser (46) im oberschlächtigem Wasserrad (47) notwendig wird, wobei:
c) die Kurbelwelle (57) vorzugsweise neben dem Arbeitszylinder (19) angeordnet sein sollte und möglichst viele Druckwechselzylinder (60) aufweisen sollte, um die Differenzhöhe des zum Extrempunkt wechselnden Druckwechselzylinders (6) möglichst gegen Null streben zu lassen und oberhalb der Kurbelwelle (57) angeordnete hydraulische Pressen (67) aufweist, die mittels der Gegenkraftzylinder (48) kraftseitig maximal- und minimalwirksam - in Abhängigkeit vom jeweils kooperierenden Druckwechselzylinder (60) - über die hydraulische Presse (67) mittels der Arretierungsstangen (72) auf die Querlagerplatte (15) angreifen.
4. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die notwendige Kraft in Form des Drehmoments am oberschlächtigen Wasserrad (47) einerseits von der aufzunehmenden Wassermenge in den Schaufelzellen (47a) und des Übersetzungsverhältnisses Wasserradradius zu Kurbelzapfenradius und zum zweiten von der Differenzkraft des jeweils zum Maximaldruck wechselnden Druckwechselzylinders (60) im Verhältnis seines Vorgängers, im Druck absinkenden Druckwechselzylinder (60), bestimmt wird,
b) das oberschlächtige Wasserrad (47) ein Getriebe (47b) aufweist, dass die Kurbelwellen (57) antreibt, um die Druckwechselzylinder (60) mit dem notwendigen Drehmoment zu versorgen, um die Totpunktüberwindung der zum Extrempunkt wechselnden Druckwechselzylinder (60) und die Reibkräfte aller Zylinder (48, 60) sowie der Kurbelwellenlager und anderer Elemente zu überwinden, wobei unterstützend in diesem Prozess das Schwungrad am Getriebe (47c) und der Elektromotor am Wasserrades (47d) integriert sind, die temporär Defizite in der Energiebilanz der Drehmomenterzeugung am Wasserrad (47) ausgleichen, indem das Schwungrad (47c) für die kurzzeitige Drehmomentstabilisierung sorgt und dem Elektromotor (47d) Energie aus dem Generator (42) oder aus einer externen Energiequelle zugeführt wird, wenn die Zulaufwassermenge (46) nicht ausreichend zur Drehmomenterzeugung zur Verfügung steht.
5. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Vorrichtungen der vertikal angeordneten Festarretierungshebel (90) an den Vertikalstützen (97) in solchen Abständen angebracht sind, die eine bewegliche Beförderung der Querlagerplatte (15) durch die von der Druckkraft bewegten Arretierungsstangen (72) von einer jeweils oberen Arbeitslage von einem Festpunkt in die darunter befindliche nächste Arbeitslage in Form des nächsten Festpunktes, gleich Festarretierungshebel (90), ermöglichen, wobei die Festarretierungshebel (90) an den Vertikalstützen (97) so angebracht sind, dass sie zum Zeitpunkt der Querung der Querlagerplatte (15) und des oberen Arbeitszylinderdeckels (18) nach aussen verschoben werden können und eine Zwangsrückführung der Festarretierungshebel (90) in ihre Ausgangslage auf Grund der eingesetzten Druckfedern (91) erfolgt, sobald die Querung der Querlagerplatte (15) und des oberen Arbeitszylinderdeckels (18) abgeschlossen ist und
b) die vertikal wirkenden Arretierungsstangen (72) der hydraulischen Presse (67) werden über den Arretierungskolben (71) im Arretierungszylinder (70) kontinuierlich mit der notwendige Druckkraft F** versorgt - auf Grund eines jeweils aktivierten Gegenkraftzylinderpaares (48), die als permanenter Druck- und Energiespeicher über die Pressluft (48a) die Druckkraft und die notwendige Hubhöhe ab dem Zeitpunkt liefern, wenn der Druck im Medium (60a) des korrespondierenden Druckwechselzylinder (60) extrem abfällt und das gleichzeitige Öffnen des zugeordneten Arretierungsventils (75) der hydraulischen Presse (67) erfolgt - so dass der Arbeitszylinder (19) zwischen dem oberen und unteren Hubendpunkt kontinuierlich kraftseitig bewegt wird, wobei die hydraulische Presse (67) fixierte Festpunkte aufweist, die als Arrtierungspunkt (74), der Führung für Gegenlager (80), dem Pumpengehäuse der hydraulischen Presse (67) das zur Aufnahme des Pumpenkolbens (69) und des Hydraulikzuführungskolbens (77) dient, sowie dem Arretierungszylinder (70) ausgebildet sind und deren Fixpunkte mittels der Arretierungsverstrebungen (73) an den Vertikalstützen (97) und der Quertraverse (98) am Arbeitszylinder (19) angeordnet sind,
c) die hydraulische Presse (67) im Bereich der Pumpenkolben (68) in zwei separate Leitungen und den weiteren Vorrichtungen (75-84) aufgeteilt ist, die das jeweilige Pumpventil (76) integrieren und entweder die Versorgung des ersten Arbeitszylinders (19) - bei geöffnetem Pumpenventil (76) - mit der Druckkraft F** versorgen oder im umgekehrten Fall den zweiten Arbeitszylinders (19) - bei geschlossenem Pumpenventil (76) - die ungehinderte Aufwärtsbeförderung des Gegenlagerplatte (79) der hydraulischen Presse (67) absichert.
6. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gegenkraftsysteme verursachten Kräfte auf den Arbeitszylinder (19) und das im Arbeitszylinder befindliche Wasser (19a) oder die Hydraulikflüssigkeit (19a) eine Druckenergie Ea erzeugen, die:
a) in dynamischen Systemen:
- in der Düse (35), in der der Druck abgebaut und in Geschwindigkeit des Druckwasserstrahls (36) umgewandelt wird, in kinetische Energie Ek des ausströmenden Wassers umgewandelt wird, um die Turbine (37) anzutreiben, oder
- durch einen Hydraulikmotor (37) die Hydraulikflüssigkeit (19a) als Antriebskomponente nutzt, um einen Generator (42) oder einen anderen Energieverbraucher wie eine Maschine oder ein Fahrzeug anzutreiben,
b) bei Systemen, die eine kurzzeitige oder dauernde statische Kraft- und/oder Druckverstärkung erfordern, der Kolbenstangenfuß am Arbeitszylinder (24) an der jeweilig zu belastenden Vorrichtung befestigt ist und die Kolbenstange am Arbeitszylinder (22) verschiebbar ausgeführt ist und die Kraftverstärkung weiterleitet.
7. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass . die mechanische Energie des Druckwasserstrahls (36) an der Freistrahlturbine (37) über die Turbinenwelle (38) auf die Riemenscheibe (39) übertragen wird, die den Treibriemen (40) antreibt und dieser überträgt die Energie auf die Riemenscheibe (39), die auf der Generatorwelle (41) befestigt ist, auf die Generatorwelle (41), die den Generator (42) antreibt, in dem elektrische Energie erzeugt wird,
8. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwei Arbeitszylinder (19) alternierend arbeiten, indem:
a) in der ersten Vorrichtung Energie erzeugt wird und folgende Abläufe stattfinden:
- der Arbeitszylinder (19) wird vollständig mit Wasser (19a) aus dem Zulaufwasser (46) gefüllt und das Entlüftungsventil (30) wird nach der Flutung des Arbeitszylinders (19) geschlossen, ebenso wie die Zulaufleitung (27) durch Schließen des Zulaufleitungsventils (28)
- alle Gegenkraftsysteme sind aktiviert, indem die Massen m (4) freischwebend die Gegenkrafthebel (1) belasten oder über die pneumatik- oder hydraulikbetriebenen Verspannzylinder (5) kraftseitig betätigt werden und die Kraft F* erzeugen, die Rückholhebel (93) sind reaktiviert und geben die Druckfedern (91) frei, so dass die Festarretierungshebel (90) an den Vertikalstützen (97) in die Arretierungsposition am Arbeitszylinder (19) gebracht wurden, alle Anti-Arretierungshebel (84) sind reaktiviert und geben die Druckfedern (82) frei, so dass die Arretierungssicherungen (81) in den Führungen der Gegenlager (80) auf die Gegenlagerplatten (79) funktionell wirken können und alle Pumpenventile (76) der hydraulischen Presse (67) geöffnet sind und alle Funktionen der hydraulischen Presse (67) mit den ursächlich wirkenden Gegenkraftzylindern (48) als permanente Druck- und Energiespeicher in der Form aktiviert werden, indem ihre Druckkraft F in eine wesentlich höhere Kraft F** umgewandelt und über die Arretierungsstangen (72) auf den Querlagerträger (15) einwirken und das Zulaufwasser (46) das oberschlächtige Wasserrad (47) antreibt und damit das notwendige Drehmoment zur Rotation der Kurbelwelle (57) liefert
- die Druckleitung (32) wird durch das Öffnen des Druckleitungsventils (33) geöffnet und das im Arbeitszylinder (19) befindliche Druckwasser (36) treibt die Freistrahlturbine (37) an, und
b) in der zweiten Vorrichtung der Ausgangszustand zur Energieumwandlung durch folgende Abläufe hergestellt wird:
- die Flutung des Arbeitszylinders (19) erfolgt dadurch, indem das Druckleitungsventil (33) in der Druckleitung (32) geschlossen und synchron das Zulaufleitungsventil (28) in der Zulaufleitung (27) geöffnet wird
- das Anheben der gesamten Vorrichtung mit den Massen m (4) und dem Arbeitszylinder (19) und seiner gesamten Elemente (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) bei statischen Systemen und bei dynamischen Systemen mit den Elementen (1-19, 21, 23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) erfolgt durch die Elektrozüge (100) oder der Aktivierung mittels der Rückführungszylinder (85), die über die Medien (85a) mit Druckwasser aus dem alternierend arbeitenden Arbeitszylinder (19) oder einem separat arbeitenden Druckstromerzeuger mit Pressluft oder Hydrauliköl über das geöffnete Rückführungsventil (89) in der Rückführungskolbenstange mit integrierter Leitung (88) mit dem Medium (85a) versorgt werden und über die Flutung des Rückführungszylinder (85) eine Aufwärtsbeförderung der gesamten Vorrichtung (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) über die Rückführungszylinderstangen (86) und ihren sinnvollen Einsatz vorzugsweise am unteren Arbeitszylinderdeckel (21) und an den Last-/Kraftaufnahmepunkten (2) der Gegenkrafthebel (1) absichern, wobei alle Arretierungsventile (75) geschlossen und alle Anti-Arretierungshebel (84) der hydraulischen Presse (67) aktiviert sind und somit eine ungehinderte Aufwärtsbewegung der Gegenlagerplatten (79) in der Führung für Gegenlager (80) möglich ist,
- das Außerkraftbringen der Festarretierungshebel (90) erfolgt durch die Aktivierung der Rückholhebel (93), die analog der Anti-Arretierungshebel (84) eine Zwangsrückführung der Festarretierungshebel (90) bewirkt, indem die Druckfedern (91) zusammengepresst und die jeweiligen Hebel/Sicherungen (90, 81) hinter den Führungen (97, 80) bewegt werden, so dass die Aufwärtsbeförderung der Zylinder/Kolben (19, 71, 77, 87) von der unteren in die obere Hubendlage unproblematisch erfolgt
c) der Arbeitszylinder (19) durch folgende Elemente gekennzeichnet ist:
- den Arbeitszylinder (19)
- den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) mit der Entlüftungsleitung (29) und Ventil (30)
- den unteren Arbeitszylinderdeckel (21) mit der Kolbenstangenführung (23)
- den Arbeitskolben (20) mit der Zulaufleitung (27) und der Druckleitung (32) und den zugehörigen Ventilen (28, 33)
- die Kolbenstange am Arbeitszylinder (22)
- den Kolbenstangenfuß am Arbeitszylinder (24)
- mehrere Zuganker am Arbeitszylinder (19), die den oberen und unteren Arbeitszylinderdeckel (18, 21) miteinander verbinden
- dem Medium (19a) im Arbeitszylinder, das entweder aus Wasser oder aus einer Hydraulikflüssigkeit besteht.
9. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den wechselseitigen, alternierend arbeitenden Einsatz von vorzugsweise zwei Arbeitszylindern (19) eine Dynamik in Betrieb gesetzt wird, indem:
a) in der jeweils arbeitenden Vorrichtung Energie erzeugt wird und die zweite nichtarbeitende Vorrichtung mit der notwendigen Hilfsenergie - in der Regel Druckenergie Ea des Mediums (19a) - aus der ersten Vorrichtung versorgt wird, um die Bedingung zur Arbeitsfähigkeit zu erhalten,
b) die jeweils arbeitende Vorrichtung soviel Hilfsenergie - ebenfalls Druckenergie Ea - zusätzlich freisetzen kann, um sekundäre Nebenprozesse abzusichern.
10. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Gegenkraftzylinder (48) so ausgelegt sind, dass ihre Druckkraft F durch den Innendruck p des Mediums (48a) und ihre Flächen A mit ihrer Kraftwirkung F** an den Arretierungsstangen (72) über die hydraulische Pressen (67) - mit den entsprechenden Flächen der Arretierungskolben (71) und der Pumpenkolben (69) - die gleiche Kraftwirkung F** auf die Querlagerplatte (15) erzeugt, die mittels der Gegenkrafthebel (1) wirkenden Kraft F* auf die obere Platte (12) einwirkt,
b) die Gegenkraftzylinder (48) durch folgende Elemente gekennzeichnet sind:
- die Gegenkraftzylinder (48)
- die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (50), die den oberen Deckel Gegenkraftzylinder (49) mit dem Pumpenkolben (69) verbindet und als Aufnahme der Kolbenstangenbefestigung (51) dient
- dem oberen Deckel des Gegenkraftzylinders (49)
- dem Gegenkraftkolben (52)
- dem unteren Deckel des Gegenkraftzylinders (55)
- mehrere Zuganker am Gegenkraftzylinder (56), die den oberen und unteren Deckel Gegenkraftzylinder (49, 55) miteinander verbinden der Gegenkraftkolbenstange (53), die den Gegenkraftkolben (52) mit dem Kolbenfuß am Gegenkraftzylinder (54) verbindet.
11. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwechselzylinder (60) so ausgelegt sind, dass ihre Fläche A und ihre Zugkraft an der Kolbenstange für DWZ (61) durch den wechselnden Innendruck p des Mediums (60a) der an der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (50) wirkenden Kraft F*** in dem Moment des Maximaldrucks mindestens gleichgross der Kraft F des korrespondierenden Gegenkraftzylinders (48) wird, so dass der betroffene Gegenkraftzylinder (48) zusammengepresst und der Pumpenkolben (69) der hydraulischen Presse (67) entlastet wird.
12. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen der Anwendungs- und Einsatzfälle der Vorrichtungen universell miteinander gekoppelt und verbunden werden können, indem insbesondere in dynamisch arbeitenden Systemen ein Teil der Druckenergie Ea des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders (19) entnommen oder gespeichert wird und für die Absicherung eines Teilprozesses des anderen Arbeitszylinders (19) eingesetzt oder für einen völlig anderen Einsatzfall genutzt wird, indem die Druckleitung für Sekundärprozesse (34) über die Schaltung des Ventils dieser Leitung (34) geöffnet wird und mit dem Medium (19a) für:
die Hochbeförderung des anderen Arbeitszylinders (19) von der unteren zur oberen Hubendlage über das Öffnen der Rückführungsventile (89) in den Rückführungskolbenstangen mit integrierter Leitung (88) die Rückführungszylinder (85) mit dem Medium (85a) versorgt werden und über die Rückführungszylinderstangen (86) für die Aufwärtsbeförderung der gesamten Vorrichtung dieses Arbeitszylinders mit den Elementen (1-23, 25, 29-31, 67a, 69, 71-72, 77-79) mittels des Kraftangriffs am unteren Arbeitszylinderdeckel (21) und an den Last-/Kraftaufnahmepunkten (2) der Gegenkrafthebel (1) bewirken,
a) das kraftseitige Verspannen der Verspannzylinder (5) über das Öffnen des Verspannzulaufventils (7) in der Verspannzulaufleitung (6) sorgt, indem dieses Medium (5a) die Beaufschlagung von horizontalen Verspannzylinder (5) auf der Innenseite der Verspannkolben (10) und ihren kraftseitigen Angriff an den jeweiligen Last-/Kraftaufnahmepunkten (2) der gegenüberliegenden Gegenkrafthebel (1) und zusätzlicher Verspannzylinder (5) mit der Beaufschlagung der Innenseiten der Verspannkolben (10) und den Angriffspunkten an dem Last-/Kraftaufnahmepunkt (2) und der Quertraverse (98) jedes einzelnen Gegenkrafthebels (1) absichert und somit die Aktivierung der Gegenkrafthebel (1) des einsatzbereiten Arbeitszylinders (19) mittels dieser Verspannzylinder (5) bewirkt,
b) den Betrieb von Anlagen, die ebenfalls Druckenergie Ea benötigen, genutzt werden, indem diese separaten Anlagen beispielsweise als:
- Wasserentsalzungsanlagen
- Hebevorrichtungen, Last- oder Montageaufzüge, Pressen für Müll oder Baustoffe
- Feuerlöschanlagen
- Pumpstationen für Trink- oder Abwasser, andere flüssige Medien in der Form betrieben werden, indem weitere Teile der Druckenergie Ea mittels des Mediums (19a) des jeweils arbeitenden Arbeitszylinders (19) über die Druckleitung für Sekundärprozesse (34) über das geöffnete Ventil dieser Leitung (34) entnommen wird und dem jeweiligen zugeordnetem Prozess der Sekundärnutzung entweder kontinuierlich oder impulsartig zugeführt wird.
13. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen der hydraulischen Presse (67), die über die beidseitig am Arbeitszylinder (19) paarweise wirkenden, luftgefüllten Gegenkraftzylinder (48) erbracht wird und die als permanente Energiespeicher eine Druckkraft F mit den Faktoren Innendruck der Pressluft (48a) und Fläche des Gegenkraftzylinders (48) bereitstellen und über die Einzelvorrichtungen wie die Zylinderstangen am Gegenkraftzylinder (50), den Pumpenkolben (69), dem Hydrauliköl (67a), die für eine Bewegung des größeren Arretierungskolben (71) in einem Arretierungszylinder (70) sorgen und diesen Arretierungskolben (71) mit der Druckkraft F** antreiben und diese Kraft F** durch die Arretierungsstangen (72) auf den oberen Arbeitszylinderdeckel (18) übertragen und somit bewirken, dass eine kontinuierliche Bewegung des Arbeitszylinders (19) nach unten gegen den Arbeitskolben (20) erfolgt und damit für einen kontinuierlichen Ausstoss von Hydrauliköl (19a) zur Beaufschlagung des Hydraulikmotors (37) sorgen, wenn diese Form der Gegenkrafterzeugung aus wichtigen Gründen, zum Beispiel Platzmangel, nur alleine wirksam werden kann.
14. Vorrichtung zur Kraftvervielfachung, Druckerhöhung und Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vorwiegend bei statischen Systemen zur Kraftvervielfachungs- oder Druckerhöhungsprozessen die mittels der masse- oder kraftbelasteten Gegenkrafthebel (1) erzeugte Kraft F* im Medium (19a) den Druck p im Arbeitszylinder (19) hervorruft und entweder über den Kolbenstangenfuß am Arbeitszylinder (24) auf die kraft- oder druckseitig zu beeinflussende Vorrichtung (26) die Kraft F* weiterleitet oder den Druck des Mediums (19a) im Arbeitszylinder (19) diesen Druck p des Mediums (19a) über die Druckleitung (32) an querliegende oder vertikal angeordnete Spannzylinder (19) mit den adäquaten Flächen weiterleiten und diese Spannzylinder (19) spannen, wobei diese Spannzylinder (19) mit Sperrklinken und Sperrverzahnungen an den Führung ausgerüstet sind, um eine zusätzliche Sicherung der Arretierung aufweist und ein Zurückschlagen dieser Spannzylinder (19) zu verhindern und gleichzeitig ein iteratives Spannen unter Belastung zu ermöglichen.
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