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Es
gibt bis heute kein Verfahren, daß die gewerbliche Nutzung der
hydrostatischen Energie (Auftriebskraft) des Wassers ermöglicht.
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Die
jetzige Erfindung bietet nun erstmals diese Möglichkeit. Da die hydrostatische
Energie nicht nur in natürlichen
Gewässern
vorkommt, sondern in jedem Behälter,
der mit Wasser gefüllt
werden kann, ist diese Kraft somit überall verfügbar, wo ein solche Anlage
mit entsprechenden Behältern
gebaut werden kann. In natürlichen
Gewässern
ist dies selbstverständlich
ebenfalls möglich.
Die Anlage ist außerdem
so konzipiert, daß sie überall auf
der Welt von Menschen zusammengebaut und gewartet werden kann, die
nicht über
Spezialwissen verfügen;
eine einfache Einweisung in die Funktionsweise genügt.
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Die
Anlage besteht aus zwei Kammern übereinander
mit getrennten Wasserkreisläufen,
einmal das hydrostatische Druckwasser, zum anderen das für die Energiegewinnung
notwendige Fließwasser.
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Das
Wasser aus der oberen Kammer fließt ventilgesteuert in einen
in der unteren Kammer befindlichen Trog, der ein Absenkrohr auf
den Boden der unteren Kammer bewegt, um die im Wasser befindliche
Auftriebskraft abzuschirmen. Im Rohr ist dann nur noch die Auftriebskraft
proportional zum darin befindlichen Wasser. Daraufhin kann ein wassergefüllter Balg
abgesenkt werden. Wenn der Balg den Boden erreicht, wird das Absenkrohr
nach oben geöffnet,
worauf der gesamte Wasserdruck der unteren Kammer auf den Balg wirkt
und diesen nach oben zusammenpreßt. Diese Zusammenpressung
bewirkt im Innern des Balges eine enorme Fließwirkung des darin befindlichen
Wassers, das dadurch in die obere Kammer gepreßt wird und dort von einem
Wasserrad bzw. einer Tubine in eine Drehbewegung umgewandelt wird.
Anschließend
fließt
dieses Wasser in die obere Kammer zurück. Die Drehbewegung wird auf ein
Schwungrad übertragen
und von dort bsw. zum Antrieb eines Generators verwendet.
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Da
die Anlage sicher vorzugsweise zur Erzeugung von Strom dienen wird,
sind damit alle nachfolgenden Produktionsschritte wie Erzeugung
von Wärme,
Klima, Kälte,
Erzeugung von Gasen (bsw. Wasserstoff) überall auf der Welt möglich, auch
dort wo keine sonstige Infrastruktur vorhanden ist. Es ist damit
eine CO2 freie Energieerzeugung wie Sonnen- und Windenergie möglich, nur mit dem Vorteil,
daß diese
Anlage auch nachts und ohne Wind funktioniert.
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In
der allgemeinen Literatur und auch in der Patentliteratur sind mir
keine Verfahren bekannnt, welche die hydrostatische Energie des
Wassers zur Krafterzeugung nutzen, ansonsten würde sicherlich jetzt auch öffentlich
die Nutzung dieser CO2 freien Energie zusätzlich zur Nutzung der bisherigen
Wasser-, Wind- und Sonnenenergie gefordert.
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Diese
enorme hydrostatische Energie ist spätestens seit dem französischen
Mathematiker Pascal bekannt und berechnet. (bsw. alle 10 m Wassertiefe
1 bar Überdruck)
Eine Nutzung dieser Wasserkraft ist im Gegensatz zur Nutzung aus
Fließ-
und Staugewässern
offenbar bisher noch nicht gelungen. Dabei ist diese hydrostatische
Kraft nicht nur in natürlichen
Gewässern
wie Ozeanen, Seen und Flüssen vorhanden,
sondern in jedem Behälter,
der mit Wasser gefüllt
werden kann.
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Der
im Patentanspruch I angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,
daß ein
Körper,
der leichter ist als das ihn umgebende Wasser zwar mit enormer Kraft
nach oben aus dem Wasser herausgedrängt wird; ungelöst war jedoch
bisher, wie man diesen Körper
mit einem geringeren Energieaufwand wieder in die Ausgangsposition
zurückbringt,
damit ein Energiegewinn entstehen kann.
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Um
dieses Problem lösen
zu können,
besteht die Erfindung aus einem Zweikammer-Behälter mit
einer oberen und einer unteren Kammer (1 und 2).
Beide Kammern werden zum Betrieb etwa 3/4 hoch mit Wasser gefüllt, zuerst
die untere, dann die obere Kammer.
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Beide
Kammern haben dafür
im obersten Bereich Einfüllöffnungen
und im untersten Bereich Ablasshähne.
An der Außenseite
des Behälters
sind für
den Füllvorgang
Wasseranzeige-Libellen angebracht. Die untere Kammer beinhaltet
das Wasser für die
Auftriebsenergie, die obere Kammer das Wasser für die Fließenergie. Ein solcher Zweikammer-Behälter kann
jede beliebige Größe haben
und rund, quadratisch, rechteckig sein oder eine andere Form haben.
In der unteren Kammer befindet sich die hydrostatische Kraftnutzungseinheit
(1 + 2 in jeweils verschiedenen Arbeitsstadien).
Im vorliegenden Beispiel ist diese Kraftnutzungseinheit rund, sie kann
aber auch quadratisch oder rechteckig sein oder eine andere Form
haben. An der Decke der unteren Kammer ist ein Rohr befestigt (3 Nr. 2)
zur Führungsstabilität. In dieses
Führungsrohr
wird das eigentliche Absenkrohr eingeführt (3 Nr. 3)
und mit einem elastischen Band (3 Nr. 4)
an der Decke der unteren Kammer befestigt. Dieses Band muß so elastisch
sein, daß der
Wassertrog im Absenkrohr (3 Nr. 3a)
gefüllt
das Absenkrohr bis auf den Boden der unteren Kammer absenken kann.
Zwischen Absenkrohr und Decke der unteren Kammer sind Schwingungsdämpfer eingebaut.
Das Absenkrohr besteht zu etwa einem Viertel aus dem Wassertrog und
zu etwa drei Viertel aus einem Schwellkörper, nachfolgend Balg genannt
(3 Nr. 3b). Dieser Balg muß die Form
des ihn umgebenden Absenkrohres haben und so dehnbar sein, daß er wasserbefüllt den
Boden der unteren Kammer erreicht. Die Materialdicke des Balges
muß genauestens
berechnet werden, damit einerseits nicht zu schnelle Verschleißerscheinungen
auftreten (bei zu dünnem
Material), und andererseits nicht Auftriebsenergie absorbiert wird (bei
zu dickem Material). Der Balg ist an der Unterseite des Wassertroges
befestigt und oben offen. Der Wassertrog gleicht horizontal gesehen
einer Schüssel,
der Boden gleicht jedoch einem Trichter mit einem nach oben führenden
Steigrohr (3 Nr. 8) Dieses Steigrohr
mündet
in ein in der Decke der unteren Kammer eingelassenes Führungsrohr
(3 Nr. 7) Das Führungsrohr muß so bemessen
sein, daß das
Steigrohr darin beweglich bleibt. In der Decke zur oberen Kammer
sind einmal das Loch mit dem Führungsrohr
des Steigrohres, darum herum angeordnet 4 Löcher (3 Nr. 5),
die das Wasser mittels Ventilen (deren Funktion wird später noch
beschrieben) aus der oberen Kammer in den Wassertrog in der unteren
Kammer und nachfolgend mittels Ventilen in den Balg fließen lassen.
Durch die Füllung
des Wassertroges wird eine Absenkwirkung des Absenkrohres bis auf
den Boden der unteren Kammer erreicht (4) und dort
mittels automatischer Haltehaken verankert (4 Nr. 50)
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Am
Boden der unteren Kammer ist ein Gummiring angebracht (4 Nr. 20)
passend zum Absenkrohr. Die Verankerung des Absenkrohres auf dem
Gummiring bewirkt, daß der
hydrostatische Druck nur noch proportional zur Wassermenge ist, die
sich im Absenkrohr befindet. Nach der Verankerung des Absenkrohres Öffnen sich
die Ventile des Wassertroges zum Balg und lassen das Wasser aus dem
Trog und der oberen Kammer in den Balg fließen, worauf dieser sich absenkt,
weil der Wasserdruck aus der oberen Kammer größer ist als das restliche Wasser
im Absenkrohr. Das Wasser im Absenkrohr wird durch die Ausdehnung
des Balges nach oben gedrückt
und fließt
durch Löcher
im Absenkrohr dicht unterhalb des Wassertroges nach außen (3 Nr. 9)
Innerhalb des Absenkrohres sind über
diesen Löchern
Lamellenventile einfacher Bauart angebracht (Beschreibung folgt
später).
Die Wasserfüllung
in der unteren Kammer darf also nicht höher sein als diese Löcher im
Absenkrohr, damit das Wasser aus dem Absenkrohr bei Ausdehnung des
Balges abfließen
kann. Die Unterseite des Balges ist hartplasticverstärkt mit
einem halbrunden Knopf in der Mitte (2). Dieser
Knopf bewirkt kurz vor Ende des Füllvorganges einen Druck auf
die zwischen den Haltehaken gespannte Verbindung (4 Nr. 60)
und löst
die Haltehaken (4 Nr. 50) vom Haltering (4 Nr. 40)
des Absenkrohres. Daraufhin wird das Absenkrohr durch die Haltebänder an
der Decke der Kammer (3 Nr. 4) nach oben
gezogen und gibt die gesamte Auftriebsenergie des Wassers der unteren
Kammer für
den Balg frei. Der Balg wird dadurch nach oben zusammengepreßt und das
darin befindliche Wasser durch den Trichter in das Steigrohr zur oberen
Kammer gepreßt.
Diese Zusammenpressung bewirkt im Steigrohr eine enorme Fließgeschwindigkeit,
die ein Wasserrad oder eine Turbine antreiben kann (5)
und damit die Fließbewegung
in eine Drehbewegung umwandelt, danach fließt das Wasser in das Becken
der oberen Kammer zurück,
um anschließend
wieder in den Wassertrog und den Balg in der unteren Kammer zu fließen, worauf
der bereits beschriebene Zyklus wieder neu beginnt. Um diesen Zyklus
(absenken, befüllen,
freigeben, Fließenergie) in
eine kontinuierliche Krafterzeugung umzuwandeln, ist es sinnvoll,
die Drehkraft des Wasserrades oder der Turbine an ein Schwungrad
außerhalb
der Anlage weiterzugeben, das die aufgenommene Energie speichert
und kontinuierlich abgibt, um damit dann bsw. einen Dynamo anzutreiben.
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In
der Zwischendecke der unteren und oberen Kammer befinden sich Löcher für denn Wasserdurchfluß (3 Nr. 5).
Dieser Wasserdurchfluß muß durch
Ventile geregelt werden. Die gesamte Anlage ist so konzipiert, daß sie überall auf
der Welt durch Menschen ohne Spezialkenntnisse zusammengebaut und
gewartet werden kann. Deshalb sind auch die Ventile absichtlich
nach einfachstem Prinzip aufgebaut. Die Ventile für 3 Nr. 5 sind
aus plasticüberzogenem
Metall (wegen des notwendigen Gewichts) mit flacher Oberseite und
daran befestigtem beweglichem Stab mit Schwimmer am oberen Ende (6)
Die flache Unterseite des Ventils hat nach oben gerichtete Noppen,
um einen Wasserdurchlauf zu gewährleisten.
Wenn der Trog gefüllt
ist und das Absenkrohr abgesenkt ist, öffnen sich die Ventile im Trog
und der Balg wird befüllt.
Wenn die richtige Menge Wasser in den Balg gelaufen ist (d. h. es
darf sich nur soviel Wasser im Balg be finden, daß noch Platz für das Wasser
aus dem Trog ist) senken sich die Schwimmerventile in der oberen
Kammer soweit ab, daß das
Ventil mit der oberen flachen Seite auflegt und das Loch verschließt. Wenn
sich die obere Kammer (bei einem neuen Zyklus) wieder füllt, hebt
sich der Schwimmer und gibt das Ventil frei, um den Trog zu füllen. Die
Größe der Löcher ist
dabei außerordentlich
wichtig, da der Füllvorgang
des Troges erst beendet sein darf, wenn der vorherige Zyklus abgeschlossen
ist.
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Die
Ventile für 3 Nr. 6 sind
als Druckventile ausgelegt. (7) Bei hohem
Druck von unten aus dem Balg wird das Ventil nach oben gedrückt und rastet
mit einem Plasticflansch in eine Nut des Trogbodens ein. Es öffnet sich
erst wieder, wenn ein entsprechender Wasserdruck beim Befüllen des
Troges erreicht wird. Dieser Punkt ist dann erreicht, wenn das Gewicht
des Troges das Absenkrohr bis auf den Boden abgesenkt hat. Der Plasticflansch
muß also
so konzipiert sein, daß er
erst bei einem bestimmten Druck nachgibt. Die Noppen an der Oberseite
sollen den Wasserdurchfluß gewährleisten.
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Die
Ventile für
die 3 Nr. 9 sind einfache Lamellenventile
(8). Wenn das Wasser im geschlossenen Absenkrohr
ansteigt, weil sich der Balg ausdehnt, kann das Wasser an dieser
Stelle in die Kammer abfließen,
weil kein Druck vorhanden ist. Wird das Absenkrohr dagegen angehoben,
entsteht ein starker Wasserdruck, der das Lamellenventil gegen die
Innenseite des Absenkrohres presst und damit verschließt.
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Das
Wasser innerhalb der Anlage muß gegen
Fäulnis,
Verschlammung, Frost usw. durch geeignete Mittel geschützt werden,
wie z. B. Glykol. Auch eine regelmäßige Wartung ist unerläßlich.
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Mit
der vorliegenden Erfindung besteht erstmals die Möglichkeit,
die unerschöpfliche
Energie der hydrostatischen Kraft des Wassers zu nutzen.
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Diese
Kraft ist bis auf die Herstellung und Wartung der Anlagen ebenso
kostenlos wie Sonnen- und Windenergie, im Gegensatz zu diesen aber
auch bei Nacht und bei Windstille verfügbar.
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Da
diese Anlagen in jeder Größe errichtet werden
können,
sind sie für
die vielfältigsten
Anwendungen und Verfahren nutzbar.
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Am
effektivsten werden sie wahrscheinlich zur Stromerzeugung genutzt
werden können,
da eine Vielzahl von nachfolgenden Anwendungen wie Wärme, Klima,
Kälte,
Erzeugung von Gasen durch Elektrolyse für Brennstoffzellen, usw. Es
könnte
sich dadurch auch ein Durchbruch für andere umweltfreundliche
Technologien ergeben, wie z. B. der Wasserstoff-Technologie, da
es dann eine Erzeugung ohne jegliche Primärenergie wie Öl, Kohle,
Gas u. a. ist und ohne jeglichen CO2 Eine weitere Ausgestaltung bsw.
für Großanlagen
ist im Patentanspruch 2 gegeben. Das Absenkrohr ist dabei nicht
mit dem Trog verbunden. Der Trog wird auch nicht an einem Band aufgehängt, sondern
fest mit der Deckenplatte der unteren Kammer verbunden. Das bisherige
Führungsrohr
(3 Nr. 2) wird ersetzt durch durch das eigentliche
Absenkrohr. An der Oberseite des Absenkrohres sind Hydraulikarme
angebracht, die senkrecht durch die Decke zur oberen Kammer durch
abgedichtete Rohre in der oberen Kammer und die Decke der oberen
Kammer zur Oberseite des Behälters führen. Auf
dieser Oberseite befindet sich die Elektronic- und Hydraulicanlage,
die die Hydraulikarme und das daran befestigte Absenkrohr bewegen.
Die Ventile für
die Löcher
(3 Nr. 6) sind dadurch entbehrlich. Die
Ventile der oberen Kammer können
so beibehalten werden oder durch elektronische Ventile ersetzt werden.
Der Strom für
die Elektronic und Hydraulic kommt dann von einem auf der Oberseite
des Behälters
befindlichen Akku. Der Akku wird später dann vom erzeugten Strom
der Anlage wieder aufgeladen. Die Funktionsweise ist ansonsten identisch mit
der im Patentanspruch 1.
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Eine
weitere Ausgestaltung für
sog. Off-Shore Anlagen ist im Patentanspruch 3 gegeben. Dabei wird
die obere Kammer an einer Tragekonstruktion befestigt (auch eine
ausgediente alplattform ist denkbar). Die untere Kammer entfällt, da
die Anlage ja im Meer oder einem See steht. Die Größe der Anlage
(Kammer und Balg) wird durch die jeweilige Wassertiefe bestimmt.
Wenn sich die Anlage im Meer (Salzwasser) befindet, ist die Antriebskraft
noch größer, da
die obere Kammer und später
der Balg mit Süßwasser
gefüllt
sind. Die Anlage muß jedoch
von einem Micronetz vom Grund bis zur Wasseroberfläche umschlossen
sein, um Fische und andere Kleinlebewesen von der Anlage ferzuhalten.
Auch sollten alle Teile die mit Salzwasser in Berührung kommen, so
behandelt sein, daß ein
Algenbewuchs vermieden wird und die Teile salzwasser-resistent sind.
Ansonsten ist die Funktionsweise identisch mit der des Patentanspruches
2.
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Es
zeigen:
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1:
Absenkrohr offen, Balg entleert;
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2:
Absenkrohr geschlossen Balg gefüllt;
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5:
obere Kammer;
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6:
Schwimmerventil;
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7 Druckventil;
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8 Lamellenventil.
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- 1a
- Wasser
- 1
- Deckenplatte
der unteren Kammer
- 2
- Oberes
Rohr zur Stabilität
- 3
- Absenkrohr
mit integriertem Wassertrog und Balg
- 3a
- Wassertrog
- 3b
- Balg
- 4
- Befestigungsbänder für Absenkrohr
- 5
- Löcher für Wasserdurchfluss
zum Trog
- 6
- Löcher für Wasserdurchfluss
zum Balg
- 7
- Führungsrohr
zur oberen Kammer
- 8
- Trichter
mit Steigrohr für
Druckwasser
- 9
- Löcher zum
Wasserausfluß aus
Absenkrohr
- 10
- Bodenplatte
der unteren Kammer
- 20
- Gummidichtung
- 30
- Absenkrohr
- 40
- Haltering
- 50
- Haltehaken
- 60
- Verbindung
zum Öffnen
der Haltehaken
- 100
- Wasserrad
oder Turbine (geschlossen bis auf Druckwasser Zu- und Ablauf)
- 200
- Deckenbefestigung
- 300
- Löcher zum
Wasserabfluss in Trog und Balg