DE102011116385A1

DE102011116385A1 - Antriebseinheit für einen Generator

Info

Publication number: DE102011116385A1
Application number: DE102011116385A
Authority: DE
Inventors: Ernst Radetzky
Original assignee: Erboss AG
Current assignee: Erboss AG
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit 1 für einen Generator 2, umfassend eine drehbar gelagerte Antriebswelle 4, welche mit dem Generator 2 gekoppelt ist, und einem ein Drehmoment erzeugenden Antrieb, welcher mit der Antriebswelle 4 gekoppelt ist. Um periodisch ein Drehmoment für die Antriebswelle 4 zu erzeugen ist vorgesehen, dass das Drehmoment von zumindest einem Antriebsmodul 3 mit wenigstens einem Gewicht 24 auf die Antriebswelle 4 übertragbar ist, welches entlang eines Führungsmittels durch die Schwerkraft von einer erhöhten Position in eine tiefer liegende Position gleitet und durch eine Drehung des Antriebsmoduls 3 auf der Antriebswelle 4 in die ursprüngliche Position bewegbar ist

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Generator, umfassend eine drehbar gelagerte Antriebswelle, welche mit dem Generator gekoppelt ist, und einem ein Drehmoment erzeugenden Antrieb, welcher mit der Antriebswelle gekoppelt ist.
Generatoren werden in der Regel von einem Verbrennungsmotor zur Stromerzeugung angetrieben. Die auf diese Weise gewonnene Energie dient zur Versorgung von elektrischen Geräten. Der Antrieb mithilfe eines Motors stellt jedoch nicht die einzige Möglichkeit dar, einen Generator anzutreiben, sondern es sind viele Arten des Antriebs aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird die potentielle Energie der Wasserkraft zum Antrieb eines Generators verwendet. Dies kann beispielsweise durch Aufstauen beziehungsweise Zurückhalten eines Wasserlaufes erfolgen, sodass ein größerer See entsteht, aus dem das Wasser im Bedarfsfall über Turbinen beziehungsweise Schaufelräder abgelassen wird, wobei die Turbinen oder Schaufelräder direkt zum Antrieb eines Generator eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang sind Gezeitenkraftwerke zu nennen, welche ebenfalls zum Antrieb von Generatoren verwendet werden. Alternative Energiegewinnungen sind beispielsweise durch Solarzellen in Foto-Voltalk-Anlagen möglich. Diese Art der Energiegewinnung ist jedoch sehr stark abhängig von einer hohen Sonnenscheindauer, wodurch diese Nutzung der Sonnenenergie nur in entsprechend geeigneten Klimazonen mit einer hohen Sonnscheindauer sinnvoll erscheint.
Eine andere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Generatoren durch Dampfturbinen anzutreiben, wobei zur Erzeugung des Wasserdampfes fossile Brennstoffe eingesetzt werden. Letztendlich ist die Kernenergie zu nennen, welche ebenfalls dazu ausgenutzt wird, über eine Dampferzeugung Turbinen anzutreiben, die wiederum zum Antrieb von Generatoren vorgesehen sind.
Sämtliche der vorgenannten Möglichkeiten elektrische Energie zu erzeugen basieren auf dem Grundprinzip, durch einen Energietransfer in die geeignete Energieform letztendlich den Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung zu ermöglichen, welcher in Haushalten, Betriebsstätten und im öffentlichen Leben in großen Mengen benötigt wird.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass fossile Energievorräte in Zukunft aufgebraucht sind und die Kernkraftenergie immer mehr ins Abseits gedrängt wird, besteht die Notwendigkeit, neue Möglichkeiten der Energiegewinnung zu schaffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung der Erdanziehung eine Antriebseinheit für einen Generator aufzuzeigen, welche mit geringstmöglichem Energieaufwand eine Energiegewinnung in Form von elektrischer Energie ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass das Drehmoment von zumindest einem Antriebsmodul mit wenigstens einem Gewicht auf die Antriebswelle übertragbar ist, welches entlang eines Führungsmittels durch die Schwerkraft von einer erhöhten Position in eine tiefer liegende Position gleitet und durch eine Drehung des Antriebsmoduls auf der Antriebswelle in die ursprüngliche Position bewegbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Antriebseinheit besteht im vorliegenden Fall aus einer Vielzahl von Antriebsmodulen, die alle auf der Basis der Gravitationskraft aufgebaut sind, wobei Gewichte entlang eines Führungsmittels durch die Schwerkraft nach unten gleiten und hierbei über eine Welle mit Zahnradritzel, welches mit dem Führungsmittel kämmt, und einem Zahnrad die Drehbewegung und damit das Drehmoment mittelbar oder unmittelbar auf die Antriebswelle überträgt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Gewichte von einer erhöhten Position in eine tiefer liegende Position gleiten und durch eine Drehung des gesamten Antriebsmoduls auf der Antriebswelle in die ursprüngliche Position zurück bewegt werden können. Somit können die gleichen Gewichte eine sich ständig wiederholende Bewegung ausführen. Durch eine Vielzahl von Antriebsmodulen wird hierbei sichergestellt, dass mit einer Zeitverzögerung die Gewichte eines jeden Antriebsmoduls sequenziell zum Einsatz kommen.
Ein einzelnes Antriebsmodul besteht hierbei aus einem Schwungrad mit umfangsverteilten Massen und jeweils einer links- und rechtsseitig angeordneten Montagescheibe, welche zur Befestigung von Führungsmitteln und den Gewichten vorgesehen sind. Damit die Gewichte eine definierte Position auf dem Führungsmittel einhalten, ist zumindest ein erstes Zahnradritzel und ein Gleitelement vorgesehen, wobei die Gleitelemente auf der der Rückseite der Verzahnung abgewandten Seite entlanggleiten, während das Zahnradritzel unmittelbar mit der Verzahnung des Führungsmittels freilaufend kämmt, um die Abwärtsbewegung nicht übermäßig zu beschleunigen. Bevorzugter Weise besteht das Führungsmittel in diesem Fall aus einer Zahnstange.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Montagescheiben zur Befestigung der Zahnstangen mit vier Haltekonsolen ausgestattet sind, die unter einem Winkel von 90° mit der Montagescheibe verbunden sind. Die Haltekonsolen sind hierbei radial ausgerichtet und dienen zur Halterung der Führungsmittel, das heißt der vorgesehenen Zahnstangen. Somit bilden die Zahnstangen ein Quadrat mit einer möglichen Ausrichtung jeweils zweier Zahnstangen horizontal und zweier weiterer Zahnstangen vertikal zur Erdoberfläche, sodass in dieser Position die beiden korrespondierenden Gewichte entlang der Zahnstangen herabgleiten können.
Zur Halterung und Befestigung der Führungsmittel und Gewichte sind die Montagescheiben mit vorzugsweise vier Haltekonsolen ausgestattet, welche radial ausgerichtet sind. An den Haltekonsolen werden die Führungsmittel, das heißt im Ausführungsbeispiel die Zahnstangen, befestigt. Gleichzeitig dienen die Haltekonsolen zur Aufnahme eines Zahnrades als Umlenkhilfe und zum Nachspannen eines umlaufenden Verbindungsmittels, welches vier an den Konsolen befestigte Zahnräder koppelt und zusätzlich eine Kopplung zu den gleitenden Gewichten aufweist, welche ebenfalls über ein korrespondierendes Zahnrad verfügen. Um zwei oder gegebenenfalls vier Gewichte einsetzen zu können, sind jeder Montagescheibe zumindest zwei parallel verlaufende, vorzugsweise vier Führungsmittel, beispielsweise Zahnstangen, zugeordnet, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die einzelnen Gewichte werden hierbei entlang der Zahnstange in der Art geführt, dass die Gleitelemente auf der Rückseite der Zahnstange entlanggleiten, während ein vorhandenes zweites Zahnradritzel mit der Verzahnung der Zahnstange kämmt. Das hierbei vorgesehene Zahnradritzel ist auf einer Welle drehfest gehalten, welche innerhalb des Gewichtes gelagert ist und zu einer Seite hin über ein Stirnrad verfügt, welches mit einem weiteren Stirnrad kämmt, welches sich ebenfalls auf einer weiteren parallel versetzten Welle befindet. Auf dieser Welle befindet sich des Weiteren ein Zahnrad, welches unmittelbar im Eingriff mit dem Verbindungsmittel steht, welches die äußeren feststehenden Zahnräder links- und rechtsseitig eines jeden Antriebsmoduls koppelt. Das durch die Gewichte erzeugte Drehmoment wird somit über das Zahnradritzel und seine Welle auf eine zweite Welle übertragen. Diese wiederum überträgt das Drehmoment über ein Zahnrad auf das Verbindungsmittel, welches wiederum mittelbar über eine Getriebestufe mit der eigentlichen Antriebswelle gekoppelt ist.
Die Antriebswelle dient hierbei einerseits zur Lagerung der Antriebsmodule, wobei vorzugsweise reibungsarme Gleitlager eingesetzt werden und andererseits zur Übertragung des Drehmomentes auf ein Schwungrad, welches wiederum mit einem Generator gekoppelt ist. Zur Drehmomentübertragung auf diese Antriebswelle ist diese mit Zahnrädern bestückt, die über einen Freilauf mit der Antriebswelle verbunden sind, sodass eine Drehmomentübertragung nur in einer Richtung erfolgen kann und im Falle eines Vorlaufens der Antriebswelle keine Abbremsung erfolgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwei Gewichte entlang jeweils einer Zahnstange als Führungsmittel annähernd synchron herabgleiten, wobei ein Gewicht Lagerelemente und eine Welle für jeweils eine links- und rechtsseitig angeordnetes Zahnrad aufweist und das korrespondierende Gewicht ein Umlenkgetriebe aufweist, welches jeweils ein links- und rechtsseitig angeordnetes Zahnrad auf einer Welle aufweist.
Die Übertragung der erzeugten Drehmomente erfolgt hierbei über eine Getriebestufe mit zwei Zahnrädern, die in einer Konsole aufgenommen sind, wobei ein drittes Zahnrad zwischen diesen beiden ersten Zahnrädern auf der gemeinsamen Welle angeordnet ist, welches über ein auf einer weiteren Welle gelagertes Zahnrad und ein Verbindungsmittel mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Somit kann das erzeugte Drehmoment ausgehend von den Gewichten auf die Antriebswelle übertragen werden. Durch die Vielzahl der angeordneten Gewichte wird hierbei erreicht, dass von jedem Antriebsmodul ein Drehmoment immer dann erzeugt wird, wenn die gesamte Moduleinheit, die starr miteinander gekoppelt ist, über einen Winkel von mindestens 16° weitergedreht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die links- und rechtsseitig angeordneten Zahnräder eines Antriebsmoduls, und zwar der feststehenden Zahnräder der jeweiligen Konsolen, mit einem umlaufenden Verbindungsmittel gekoppelt sind, welches über ein Spannelement mit einer Vorspannung beaufschlagt werden kann. Dieses Spannelement besteht im einfachsten Fall aus einem Bügel, welcher zur Aufnahme der Drehachse für die beiden Zahnräder vorgesehen ist, um diese in Radialrichtung mithilfe einer Stellschraube zu verstellen, sodass eine Nachspannung der Verbindungsmittel erfolgen kann.
Damit die Gewichte erneut zum Einsatz kommen können, werden die untereinander gekoppelten Antriebsmodule auf der Antriebswelle gedreht, und zwar in der Weise, dass jeweils das nächste Antriebsmodul eine Position einnimmt, in der die beiden Zahnstangen vertikal ausgerichtet sind und Gewichte aus der erhöhten Position durch die Gravitationskraft entlang der Zahnstangen gleiten können. Hierbei wird gleichzeitig sichergestellt, dass aufgrund der starren Kopplung der einzelnen Antriebsmodule die zuvor abgerollten Gewichte aufgrund der Drehbewegung um 360° wiederum in die erhöhte Position gebracht werden, sodass ein geschlossener Kreislauf entsteht. Bis die ersten Gewichte ihre Ausgangsposition erneut einnehmen, besteht die Möglichkeit, dass eine Vielzahl weiterer Gewichte in ähnlicher Weise von einer erhöhten Position gleiten können. Zu diesem Zweck ist es notwendig, unter Berücksichtigung der vorgesehenen Anzahl von Antriebsmodulen die gesamte Anordnung jeweils um einen Winkelbetrag zu verdrehen, sodass sich immer wieder zwei Gewichte im oberen Bereich der Zahnstangen befinden, um nach deren Herabgleiten, wenn sie den tiefsten Punkt der Zahnstange erreicht haben, eine Weiterdrehung der starr miteinander gekoppelten Antriebsmodule auszulösen, sodass die direkt benachbarten oder weiter entfernten Gewichte in eine Position gelangen, die der erhöhten Endlage entspricht, sodass wiederum der Gleitvorgang ausgelöst werden kann. Aufgrund der Vielzahl von einzelnen Antriebsmodulen wiederholt sich der Vorgang mit jedem benachbarten Antriebsmodul, sodass letztendlich ein Kreislauf entsteht, in dem sequenziell jedes Antriebsmodul mit den vorgesehenen gleitenden Gewichten aufgrund der Drehbewegung in eine Position gebracht wird, bei der die Gewichte den obersten Punkt erreichen, und damit zur Erzeugung eines Drehmomentes für die Antriebswelle zur Verfügung stehen. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, mehrere Antriebsmodule in einer identischen Winkellage anzuordnen. In diesem Fall muss jede Winkellage eine gleiche Anzahl von Antriebsmodulen aufweisen.
Um ein vorzeitiges Gleiten der Gewichte zu verhindern, werden diese in der untersten Position, nachdem die Bewegung am Ende der Zahnstange beendet ist, durch einen Verriegelungsmechanismus in dieser Position fixiert, bis sie aufgrund der Drehbewegung der gesamten starr gekoppelten Antriebsmodule wiederum in die erhöhte Position verdreht wurden, sodass durch Auslösen des Verriegelungsmechanismus die Gewichte entlang der Zahnstangen annähernd synchron herunter gleiten können. Die Bewegung der Gewichte besteht somit darin, dass diese zwischen zwei Endpositionen, welche durch die Enden der Zahnstange vorgegeben sind, hin und her bewegt werden und aufgrund des vorhandenen zweiten Zahnradritzels ein Drehmoment erzeugen. Durch die Drehung der gesamten Antriebsmodule gelangt somit jedes Paar von Gewichten immer wieder in eine erhöhte Position, um den Vorgang erneut zu starten.
Aufgrund der Vielzahl von einzelnen Gewichten, die hier vorgesehen sind, wird somit ein Drehmoment von jedem einzelnen Gewicht auf die Antriebswelle übertragen, sodass diese in der Lage ist, mithilfe von Zahnrädern und Verbindungsmitteln das Drehmoment auf ein größeres Schwungrad zu übertragen, welches wiederum unmittelbar mit einem Generator gekoppelt ist, wobei diese Kopplung entweder direkt mit der Generatorwelle erfolgt oder ebenfalls über Zahnräder und Verbindungsmittel.
Durch die Auswahl von reibungsarmen Lagerelementen wird hierbei sichergestellt, dass durch die vorgesehene Mechanik wenig Reibungsenergie benötigt wird und damit das wesentliche Drehmoment auf die Antriebswelle übertragbar ist.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann hierbei einerseits zur Energiegewinnung eingesetzt werden, aber ebenso auch zur Energiespeicherung, und zwar in der Art, dass mithilfe eines kleineren Antriebsmotors die verschiedenen Antriebseinheiten mit Schwungrädern in eine Drehbewegung versetzt werden, um somit das dem Generator zugeordnete größere Schwungrad in eine freilaufende Drehbewegung zu versetzen. Eine freilaufende Drehbewegung wird dadurch erreicht, dass die Verbindung zwischen Antriebswelle und der Welle des großen Schwungrades ebenfalls über einen Freilauf verfügt, sodass eine Abbremsung durch eine stillstehende Antriebswelle verhindert wird. Mithilfe des Elektromotors kann somit beispielsweise der Antriebseinheit Energie zugeführt werden und eine Energiespeicherung vorgenommen werden, die zu gegebener Zeit abrufbar ist. Alternativ wird der Antriebsmotor nur dazu verwendet, um eine bestimmte Position der Antriebsmodule anzufahren, damit die Funktion der abrollenden Gewichte ausgelöst werden kann. Die hierbei aufzubringende Antriebsenergie ist so gering, dass diese ohne weiteres von dem angetriebenen Generator abgezweigt werden kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass anstelle eines Antriebsmotors Magnetfeldspulen in Zusammenwirkung mit Dauermagneten eingesetzt werden, um die Drehbewegung der Antriebsmodule auf der Antriebswelle in die gewünschte Position auszulösen.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 in einer schematischen Seitenansicht die erfindungsgemäße Antriebseinheit für einen Generator,
2 in einer Draufsicht die Antriebseinheit gemäß 1,
3 in einer geschnittenen Seitenansicht eine Detailansicht einer Getriebestufe zur Übertragung des Drehmomentes auf die Antriebswelle,
4 in einer geschnittenen Teilansicht das Detail X,
5 in einer geschnittenen Ansicht das Gewicht gemäß 4,
6 in einer Seitenansicht das Detail X,
7 in einer geschnittenen Teilansicht das Detail Y und
8 in einer Teilansicht das Detail Y.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Antriebseinheit 1 für einen Generator 2. Die Antriebseinheit 1 besteht aus einzelnen Antriebsmodulen 3, von denen mehrere nebeneinander auf einer Antriebswelle 4 angeordnet sind. Eine Antriebseinheit besteht hierbei immer aus zwei Montagescheiben 20, einem Schwungrad 18, mehreren Führungselementen und zumindest einem Gewicht 24. Die einzelnen Antriebsmodule 3 sind hierbei jeweils über ein Lager gegenüber der Antriebswelle 4 abgestützt und untereinander starr verbunden. Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch einen Bolzen erfolgen oder ähnliche Maßnahmen. Somit sind die einzelnen Antriebsmodule 3 auf der Antriebswelle 4 frei beweglich. Die Antriebswelle 4 ist über nicht dargestellte Lagerelemente in einem Rahmen 5 aufgenommen, der ebenso aus einem Gehäuse bestehen kann. Jedes der Antriebsmodule 3 ist über eine Kette 6 und einem der Antriebswelle 4 zugehörigem Zahnrad 7 in der Art gekoppelt, dass die Zahnräder 7 über einen Freilauf mit der Antriebswelle 4 verbunden sind. Durch diese Maßnahme ist ein Voreilen der Antriebswelle aufgrund eines anliegenden Drehmomentes ohne weiteres möglich. Soweit ein Drehmoment von einem ersten Antriebsmodul 3 auf die Antriebswelle 4 übertragen wird, geschieht dies in entgegengesetzter Richtung zum Freilauf.
Einenends ist die Antriebswelle 4 nur in einem Lager aufgenommen, während demgegenüber anderenends ein Freilauf 8 mit Zahnrad 9 vorgesehen ist. Über das Zahnrad 9 und eine Antriebskette 10 erfolgt eine Kopplung mit einem weiteren Zahnrad 11, welches einer kurzen Welle 12 zugeordnet ist. Die Welle 12 ist in dem Rahmen 5 ebenfalls über nicht dargestellte Lagerelemente abgestützt und dient zur Lagerung eines größeren Schwungrades 13, welches über den Umfang verteilt mit Gewichten 14 bestückt ist. Aus der vorliegenden Ansicht ist deutlich zu entnehmen, dass die Antriebswelle 4 gegenüber der Antriebswelle 12 einen Versatz aufweist und beide Antriebswellen 4, 12 über die Kette 10 miteinander gekoppelt sind. Abtriebsseitig ist die Antriebswelle 12 ebenfalls mit einem Zahnrad 15 ausgestattet, welches über eine Kette 16 mit einem Zahnrad 17 gekoppelt ist. Das Zahnrad 17 ist auf einer Welle 18 des Generators 2 befestigt, sodass das Drehmoment und damit die Rotationsenergie der Schwungscheibe 13 über die Zahnräder 15, 17 und die Kette 16 auf den Generator 2 übertragen werden kann. Die Übertragung des Drehmomentes der einzelnen Antriebseinheiten 3 ist im Detail Z, 3, dargestellt.
2 zeigt in einer Draufsicht die aus 1 bekannte Antriebseinheit 3. Im Vordergrund ist eine erste Antriebseinheit 3, die der gezeigten Antriebseinheit 3 gemäß 1 entspricht mit einer stärkeren Linienführung hervorgehoben. Hinter der ersten Antriebseinheit 3 befinden sich weitere Antriebseinheiten 3, wobei vorzugsweise mindestens fünf Antriebseinheiten 3 zum Einsatz kommen. Durch eine gestrichelte Linienführung wird die Position der ersten Antriebseinheit 3 sowie der weiteren gestaffelten Antriebseinheiten 3 dargestellt, woraus insbesondere deutlich wird, dass die Antriebseinheit 3 über einen Vollkreis von 360° bewegbar ist. Die Antriebseinheiten 3 sind darüber hinaus in der vorliegenden gestaffelten Ausführung jeweils über einen Winkel von mindestens 16° verdreht zueinander angeordnet, sodass eine gleichmäßige Verteilung über den Vollwinkel von 360° vorliegt. Dies schließt jedoch nicht aus, dass bei einer entsprechend großen Zahl von Antriebseinheiten 3 beispielsweise jeweils zwei Antriebseinheiten 3 unter einem gleichen Winkel angeordnet sind. In diesem Fall werden jeweils paarig die Antriebseinheiten 3 unter einem feststehenden Winkel auf der Antriebswelle 4 gelagert. Sämtliche Antriebseinheiten 3 sind über Lagerelemente auf der Antriebswelle 4 abgestützt und frei drehbar. Die Antriebseinheiten 3 sind jedoch untereinander starr gekoppelt, beispielsweise durch einen Verriegelungsbolzen, der durch eine Bohrung sämtlicher Antriebseinheiten 3 hindurchgeführt ist. Eine einzelne Antriebseinheit 3 besteht aus zwei Montagescheiben 20 mit jeweils um 90° versetzte Konsolen 21, welche zur Lagerung eines Zahnrades 22 dienen. Des Weiteren sind die Konsolen 21 untereinander jeweils durch eine Zahnstange 23 miteinander verbunden. Die Zahnstangen 23 dienen als Führungsmittel für ein Gewicht 24. Das Gewicht 24 ist im Detail aus 5 ersichtlich. Die Gewichte 24 sind auf den Zahnstangen 23 insoweit festgelegt, dass diese gleitend entlang der Zahnstange 23 in jeweils eine Endposition, welche sich am Ende einer jeden Zahnstange 23 oder kurz davor befindet, hin und her bewegt werden können. Die Art der Lagerung der Gewichte 24 auf den Zahnstangen ist ebenso der 5 zu entnehmen.
Eine erste Montagescheibe 20 ist zusätzlich mit einem Zahnrad 25 verbunden, welches über eine Kette 26 und ein Zahnrad 27 mit einem Antriebsmotor 28 gekoppelt ist, sodass ein Antriebsmotor 28, welcher die Funktion eines Hilfsmotors erfüllt, die Möglichkeit bietet, die Antriebseinheit 3 in Rotation zu versetzen, wobei hieraus eine Bewegung sämtlicher Antriebseinheiten 3 resultiert, da diese untereinander starr gekoppelt sind. Der Antriebsmotor 28 wird insofern dazu benötigt, sämtliche Antriebseinheiten 3 in eine Drehbewegung zu versetzen, die daraufhin durch die herab gleitenden Gewichte 24 unterstützt oder vollständig übernommen wird. Das Zahnrad 25 ist über einen Freilauf mit der ersten Antriebseinheit 3 verbunden, sodass ein Antrieb in die gewünschte Drehrichtung der Antriebseinheiten 3 erfolgen kann, soweit jedoch die Antriebseinheiten 3 eine eigenständige Bewegung ausführen, keine Abbremsung durch den Antriebsmotor 28 erfolgt. Die Energie für den Antriebsmotor 28 kann hierbei von dem Generator 2 aufgebracht werden, soweit der Antriebsmotor 28 eingeschaltet wird. Die Einschaltung des Antriebsmotors 28 kann wahlweise über einen Kippschalter 29 oder Fotozellen 30 erfolgen, die umfangsverteilt an den Antriebseinheiten 3 befestigt sind. Soweit erforderlich, kann somit in einer bestimmten Winkellage der Antriebseinheit 3 zusätzlich durch Krafteinwirkung des Antriebsmotors 28 ein Drehmoment übertragen werden. Die Fotozellen 30 dienen im Weiteren dazu, die Gewichte 24 in der höchstmöglichen Position auszulösen.
3 zeigt ein Detail Z gemäß 1 in einer geschnittenen Teilansicht, und zwar hinsichtlich des vorgesehenen Antriebs der Antriebswelle 4. Auf der Antriebswelle 4 befindet sich ein Zahnrad 7, welches über eine Kette 6 mit einem Zahnrad 40 gekoppelt ist. Das Zahnrad 40 ist Teil einer Getriebestufe 41, die aus zwei Stirnrädern 42, 43 besteht. Das Stirnrad 43 ist drehfest mit einer Welle 44 verbunden, die in zwei Montagescheiben 20 gelagert ist. Auf der Welle 44 befindet sich neben dem Stirnrad 43 links- und rechtsseitig der Montagescheibe 20 ein Zahnrad 45, 46, welches mithilfe einem Lagerbock 47, 48 auf der Welle 44 befestigt ist. Die beiden Zahnräder 45, 46 nehmen eine Kette 49, 50 auf, die sämtliche Zahnräder 45, 46 einer Antriebseinheit 3 miteinander koppelt. Über die Ketten 49, 50 wird das erzeugte Drehmoment zunächst auf die Welle 44 übertragen und von dieser über das Stirnrad 43 auf das Stirnrad 42, sodass im Weiteren das Drehmoment über das Zahnrad 40 und die Kette 6 unmittelbar auf die Antriebswelle 4 übertragen werden kann. Jede Antriebseinheit 3 verfügt über eine derartige Kopplung mit der Antriebswelle 4. Das Zahnrad 7 der Antriebswelle 4 ist hierbei ebenfalls über einen Freilauf mit der Antriebswelle 4 verbunden, sodass eine Übertragung des Drehmomentes sämtlicher Antriebseinheiten 3 nur in einer Richtung erfolgen kann und im Falle eines Voreilens der Antriebswelle 4 keine Abbremsung erfolgt. Das durch die Zahnräder 45, 46 zur Verfügung gestellte Drehmoment wird hierbei durch die gleitenden Gewichte 24 erzeugt, welche ebenfalls mit den Ketten 49, 50 gekoppelt sind und den Umlauf der Ketten 49, 50 auslösen.
4 zeigt in einer geschnittenen Detailansicht das Detail X gemäß 2. Aus dieser Detailansicht ist ersichtlich, dass zwischen den beiden Montagescheiben 20 die Zahnstange 23 befestigt ist und auf dieser das Gewicht 24 insoweit gelagert ist, dass das Gewicht 24 entlang der Zahnstange 23 in der vorgesehenen Position infolge der Gravitationskraft entlang der Zahnstange 23 herabgleiten kann. Zur Sicherung des Gewichtes 24 ist eine Verriegelungseinheit 51 vorgesehen, die aus einer Konsole 52, einem Verriegelungshaken 53 und einem Gummipuffer 54 als Anschlag besteht. Die Montage erfolgt hierbei endseitig der Zahnstange 23 mit Abstützung gegenüber den Montagescheiben 20. Über den Verriegelungshaken 53 und einem korrespondierenden Stift 58 wird das Gewicht 24 in dieser Position so lange gehalten, bis der Verriegelungshaken 53 gelöst wird und das Gewicht 24 entlang der Zahnstange 23 herabgleiten kann. Das Gewicht 24 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei Massescheiben 24a, 24b und 24c. Wie insbesondere aus der nachfolgenden 5 ersichtlich, besitzt das Gewicht 24 ein exzentrisch angeordnetes Zahnrad 55, welches unmittelbar mit der Verzahnung 56 der Zahnstange 23 kämmt und zur Führung des Gewichtes 24 dient. Auf der gegenüberliegenden Seite der Verzahnung 56 liegt zumindest eine, vorzugsweise zwei Gleitrollen 57 an, sodass das Gewicht 24 einerseits mit geringem Spiel an der Zahnstange 23 anliegt und andererseits durch das Zahnrad 55 eine kontinuierliche Bewegung entlang der Zahnstange 23 ausführt. Die einzelnen Massescheiben 24a, 24b, 24c dienen des Weiteren zur Aufnahme zweier von oben hintereinander liegender Wellen 60, 61, wobei die radial äußere Welle 60 durch die Massescheiben 24a, 24b, 24c hindurchragt und endseitig mit einem Zahnrad 62, 63 drehfest verbunden ist. Die beiden Zahnräder 62, 63 greifen in die hier nicht dargestellte Kette 49, 51 ein und ermöglichen somit die Erzeugung eines gewünschten Drehmomentes. Die Lagerung der Zahnräder 62, 63 erfolgt jeweils über einen Freilauf 64, 65, sodass eine Drehmomentübertragung nur in einer Richtung erfolgen kann und für den Fall, dass die Ketten 49, 50 voreilen, keine Abbremsung erfolgt. Mit der Welle 60 ist ein Zahnrad 66 drehfest verbunden, welches sich zwischen der Massescheibe 24a und einer Montagescheibe 20 befindet. Dieses Zahnrad 66 kämmt mit einem weiteren größeren Zahnrad 67, welches auf einer Welle 61 gelagert ist, die über Lagerelemente in den Massescheiben 24a, 24b aufgenommen ist. Auf der Welle 61 befindet sich neben dem Zahnrad 67, welches ebenfalls zwischen der Montagescheibe 20 und der Massescheibe 24a angeordnet ist, ein Zahnritzel 68, welches mit der Verzahnung 56 der Zahnstange 23 kämmt. Hierdurch wird beim Herabgleiten des Gewichtes 24 entlang der Zahnstange 23 auf die Welle 61 durch das Ritzel ein Drehmoment übertragen, welches zunächst auf das Zahnrad 67 und von diesem auf das Zahnrad 66 übertragen wird. Das Zahnrad 66 mit einer drehfesten Befestigung auf der Welle 61 überträgt somit das Drehmoment unmittelbar auf die Zahnräder 62, 63, sodass letztendlich das erzeugte Drehmoment im Weiteren gemäß 3 auf die Antriebswelle 4 übertragbar ist.
5 zeigt in einer geschnittenen Ansicht das Gewicht 24 gemäß 4. Hieraus wird nochmals deutlich, wie die Drehmomentübertragung erfolgt. Eine zwischen den Massescheibe angeordnete Zahnstange 23 kämmt mit einem Zahnritzel 60, welches auf einer Welle 61 drehfest gelagert ist, wobei diese Welle 61 mit einem Stirnrad 67 ausgestattet ist, welches wiederum mit einem weiteren Stirnrad 66 kämmt, das sich auf einer parallel verschobenen Welle 60 befindet. Die Welle 60 ist darüber hinaus mit zwei Zahnrädern 62, 63 ausgestattet, die über Freiläufe 64, 65 festgelegt sind. Somit wird beim Herabgleiten des Gewichtes 24 entlang der Zahnstange 23 das Ritzel 68 in eine Rotation versetzt, die sich auf die Zahnräder 62, 63 überträgt und damit die in dieser Zeichnung nicht dargestellten Ketten 49, 50 antreibt.
6 zeigt in einer Detailansicht das Gewicht 24 mit Zahnrädern 62, 63, wobei das Gewicht 24 auf der Zahnstange 23 durch ein Zahnrad 55 und eine Gleitrolle 57 gehalten ist. Über die Verriegelungsmechanik 51 wird die Fixierung des Gewichtes 24 sichergestellt, sodass das Gewicht 24 in der entsprechenden Position ausgelöst werden kann. Die Position ist hierbei jeweils dann gegeben, wenn die Zahnstange 23 vertikal ausgerichtet ist und das Gewicht sich am oberen Ende der Zahnstange 23 befindet. Die Zahnräder 62, 63 treiben, wie bereits beschrieben, die Kette 49, 50 an, welche durch die an der Konsole 21 drehbar gelagerten Zahnräder 22 geführt wird.
7 zeigt in einer geschnittenen Teilansicht das Detail Y gemäß 2. Diese Teilansicht offenbart eine Möglichkeit der Nachspannung der Ketten 49, 50, die in dieser Darstellung nicht mit eingezeichnet sind. Die Ketten 49, 50 liegen jeweils auf einem Zahnrad 70, 71 auf, welche drehfest mit einer Welle 72 verbunden sind. Zwei Lagerböcke 73, 74 sind mit einem U-förmigen Bügel 75 verbunden, welcher zwischen den Montagescheiben 20 in Radialrichtung bewegbar ist. Dieser Bügel 75 dient zum Nachspannen der Ketten 62, 63 und zwar in der Art, dass der Bügel 75 mithilfe einer Stellschraube 76 mit Federn 77 in Radialrichtung vorgespannt werden kann, wobei die Stellschraube 76 in eine Befestigungsbrücke 78 eindrehbar ist.
8 zeigt in einer Seitenansicht das Detail Y, aus dem nochmals ersichtlich wird, dass eine radiale Beweglichkeit der Zahnräder 70, 71 möglich ist, und zwar durch die Ausbildung zweier Längsschlitze 79, 80, die zur Führung vorgesehen sind und einen weiteren Längsschlitz 81 für die Welle 72, sodass mithilfe der Stellschraube 76 eine radiale Vorspannung auf die Zahnräder 70, 71 insoweit möglich ist, dass eine Nachspannung der Ketten 49, 50 erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Generator
3: Antriebsmodul
4: Antriebwelle
5: Rahmen
6: Kette
7: Zahnrad
8: Freilauf
9: Zahnrad
10: Antriebskette
11: Zahnrad
12: Welle
13: Schwungrad
14: Gewicht
15: Zahnrad
16: Kette
17: Zahnrad
18: Schwungrad
20: Montagescheibe
21: Konsole
22: Zahnrad
23: Zahnstange
24: Gewicht
24a: Massescheibe
24b: Massescheibe
24c: Massescheibe
26: Kette
27: Zahnrad
28: Antriebsmotor
29: Kippschalter
30: Fotozelle
40: Zahnrad
41: Getriebestufe
42: Stirnrad
43: Stirnrad
44: Welle
45: Zahnrad
46: Zahnrad
47: Lagerbock
48: Lagerbock
49: Kette
50: Kette
51: Verriegelungseinheit
52: Konsole
53: Verriegelungshaken
54: Gummipuffer
55: Zahnradritzel
56: Verzahnung
57: Gleitrolle
58: Stift
60: Welle
61: Welle
62: Zahnrad
63: Zahnrad
66: Zahnrad
67: Zahnrad
68: Zahnradritzel
70: Zahnrad
71: Zahnrad
72: Welle
73: Lagerbock
75: Bügel
76: Stellschraube
77: Feder
78: Befestigungsbrücke
79: Längsschlitz
80: Längsschlitz
81: Längsschlitz

Claims

Antriebseinheit (1) für einen Generator (2), umfassend eine drehbar gelagerte Antriebswelle (4), welche mit dem Generator (2) gekoppelt ist, und einem ein Drehmoment erzeugenden Antrieb, welcher mit der Antriebswelle (4) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment von zumindest einem Antriebsmodul (3) mit wenigstens einem Gewicht (24) auf die Antriebswelle (4) übertragbar ist, welches entlang eines Führungsmittels durch die Schwerkraft von einer erhöhten Position in eine tiefer liegende Position gleitet und durch eine Drehung des Antriebsmoduls (3) auf der Antriebswelle (4) in die ursprüngliche Position bewegbar ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (4) mehrere Antriebsmodule (3) angeordnet sind.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmodule (3) jeweils aus einem Schwungrad (18) und einer jeweils links- und rechtsseitig angeordneten Montagescheibe (20) bestehen, welche zur Befestigung von Führungsmitteln und Gewichten (24) vorgesehen ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagescheiben (20) vorzugsweise vier Konsolen (21) aufweisen, welche radial ausgerichtet zur Halterung der Führungsmittel vorgesehen sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Montagescheiben (20) zumindest zwei parallel verlaufende, vorzugsweise vier Führungsmittel, wovon jeweils zwei parallel angeordnet sind, zugeordnet sind, wobei die Führungsmittel aus Zahnstangen (23) bestehen.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichte (24) durch mindestens ein Gleitelement (57) und mindestens ein Zahnradritzel (55) auf der Zahnstange (23) geführt sind, wobei die Gleitelemente (57) auf der der Rückseite der der Verzahnung (56) abgewandten Seite entlanggleiten.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichte (24) zwischen den Endpunkten der Führungsmittel, insbesondere Zahnstangen (23) unter dem Einfluss der Schwerkraft hin und her bewegbar sind und ein Drehmoment über ein auf einer Welle (61) gelagertes Zahnradritzel (68) übertragen, wobei die Welle (61) über eine Getriebestufe zum Antrieb eines Zahnradpaares (62, 63) auf einer Welle (60) vorgesehen ist, welches mit der Antriebswelle (4) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gewichte (24) entlang jeweils einer Zahnstange (23) als Führungsmittel annähernd synchron herabgleiten, wobei ein Gewicht (24) Lagerelemente und eine Welle für jeweils ein links- und rechtsseitig angeordnetes Zahnrad aufweist und das korrespondierende Gewicht (24) ein Umlenkgetriebe aufweist, welches jeweils ein links- und rechtsseitig angeordnetes Zahnrad auf einer Welle aufweist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Zahnrad (43) zwischen den beiden ersten Zahnrädern (45, 46) auf der gemeinsamen Welle (44) angeordnet ist, welches über ein auf einer weiteren Welle gelagertes Zahnrad (40) und ein Verbindungsmittel (6) mit der Antriebswelle (4) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils links- und rechtsseitig angeordneten Zahnräder (45, 46) eines Antriebsmoduls (3) mit einem umlaufenden Verbindungsmittel (49, 50) gekoppelt sind, welches über ein Spannelement mit einer Vorspannung beaufschlagbar ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das abtriebsseitige Zahnradpaar der Gewichte (24) ebenfalls mit dem Verbindungsmittel (49, 50) gekoppelt ist.
Antriebseinheit (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antriebsmodule (3) beziehungsweise Montagescheiben (20) um mindestens 16° gegeneinander versetzt angeordnet sind, welche jeweils über ein Lagerelement auf der Antriebswelle (4) drehbeweglich gelagert und untereinander starr gekoppelt sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiläufe (8) allesamt entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle (4) ihre Freilauffunktion aufweisen und reibungsarm ausgebildet sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel aus einer Kette (16, 26, 49, 50), einem Riemen oder einem Zahnriemen besteht.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) mit einem Schwungrad (13) über ein Verbindungsmittel (10) und einen Freilauf (8) gekoppelt ist und das Schwungrad (13) unmittelbar mit dem Generator (2) gekoppelt ist.