DE102012019920A1 - Vorrichtungen zur Nutzung der Auftriebskraft in Flüssigkeiten mit reduziertem potentiellem Flüssigkeitsverlust für wiederkehrende Massenverschiebungen an Drehachsen oder für lineare Kräfte in multivalenten mechanischen Systemen - Google Patents

Abstract

Beim Auftrieb von Schwimmkörpern in Flüssigkeiten wird die Flüssigkeit von oberhalb des Schwimmkörpers nach unten verdrängt. Die erforderliche Fremdenergie zur Drehung der Schwimmkörper für ein erneutes Hochschwimmen bei mittiger Behälterdrehachse soll minimiert werden. Hierfür werden sich verändernde Hohlkörper unterhalb und oberhalb des/r Schwimmkörper vorgeschlagen, was eine Abdichtung zur Auftriebsflüssigkeit erfordert. Vielfältige Einsätze in geschlossenen oder in nach oben offenen Behältern sowie im Fließgewässer sind möglich. Weitere Energiequellen können auf die Vorrichtung einwirken um Drehmomente oder um lineare Kräfte als Nutzenergie zur Verfügung zu stellen.

Description

• Einleitung
• Das Archimedes Prinzip beschreibt den nach oben gerichteten Auftrieb von Schwimmkörpern in Flüssigkeiten. Die Erfindung schlägt Vorrichtungen mit Auftriebskraftnutzung und reduziertem potentiellen Flüssigkeitsverlust vor. Sie sollen in multivalenten mechanischen Antrieben, vorzugsweise zur Nutzung Erneuerbarer Energien, wirken können. Als Flüssigkeit wird in geschlossenen Systemen zur ganzjährigen Nutzung Wasser mit Frostschutz verwendet. Die Erfindung ist dem Bereich Wasserkraft zuzuordnen.
• Die Erfindung erfolgt im Rahmen oder in Kenntnis der folgenden Patentliteratur:
  DE 10 2009 003 909 ; DE 10 2010 005 678.2 ; EP 090 155 30.0 ; US 12/654,348 ; DE 42 05 160 ; DE 10 2005 028 281 ; DE 197 34 812 .
• Aufgabe und Lösungsansätze der Erfindung für geschlossene oder offene Behälter sowie für Fließgewässer [003–006]:
• Werden geschlossene Behälter, die mit Flüssigkeit und einem Schwimmkörper gefüllt sind, mittig an einer Drehachse gelagert, so sammelt sich beim Hochschwimmen unterhalb des Schwimmkörpers die oberhalb verdrängte Flüssigkeit. Das erhöht wegen der Schwerpunktverlagerung nach unten die erforderliche Fremdenergie für eine Behälterdrehung. Es ist das Ziel, beim Hochschwimmen das nach unten fließende Wasser so weit zu minimieren, damit in der Summe noch eine nutzbare Schwerpunktverschiebung nach oberhalb der Drehachse möglich wird und nur eine geringe Fremdenergie zur Drehung erforderlich wird. Dies wird mit der Figur erläutert.
• Statt eines geschlossenen Behälters soll dieses auch in nach oben offenen Behältern oder in Wasserläufen möglich sein. Dann sind Schwimmkörper und veränderbare Hohlkörper am ortsfesten mittig drehbaren von der Flüssigkeit durchströmten Rahmen analog der Figur zu installieren. Wechselseitig werden somit durch die Kraft der Schwimmkörper mit Luft gefüllte Hohlkörper vergrößert oder verkleinert mit dem technischen Ziel, trotzdem noch ein nutzbares Drehmoment an der Drehachse zur Verfügung stellen zu können. Wird die Wasserströmung in Fließgewässern nach unterhalb der Achse der Vorrichtung gelenkt, so wird damit die erforderliche zusätzliche Fremdenergie für ein kontrolliertes Drehen und kurzzeitiges Verharren der Vorrichtung zum Hochschwimmen der Schwimmkörper nach je 180 Grad ermöglicht. Das Eintauchen der Vorrichtung in das Fließgewässer nur unterhalb der Drehachse kann hier ausreichen, wenn ein geschlossener Behälter gewählt wird. Damit können langsam fließende Gewässer gewässerökologisch neutral Nutzenergie bereitstellen.
• Wird auf eine Drehachse verzichtet, so soll beim Hochschwimmen der Schwimmkörper bei reduziertem Wasseraustausch nun eine nutzbare lineare Auftriebskraft übrig bleiben. Ein Hohlkörper wird ebenso unterhalb des Schwimmkörpers installiert. Der Luftaustausch würde dann in einen zweiten Hohlkörper, zum Beispiel in ein Luftkissen hinein, welches vom aufsteigenden Schwimmkörper außerhalb der Flüssigkeit gegen eine ortsfeste Platte gedrückt wird, oder ohne Luftkissen direkt in die Atmosphäre, erfolgen.
• Die Größe der Hohlkörper soll sich nach den energetischen Anforderungen vor Ort richten. An festen Seitenwänden 5 der Hohlkörper setzt sich der Wasserdruck nach innen nicht fort. Auf die Flächen unterhalb der Schwimmkörper wirkt aber der mit der Tiefe zunehmende Wasserdruck. Mit Federn und/oder Luftdruck wird ein Gegendruck erzeugt. Die Größe der Fläche des Hohlkörperdeckels bestimmt die Höhe der erforderlichen Gegenkraft. Die Auftriebskraft der Schwimmkörper wirkt vollständig wenn gewährleistet ist, dass der Boden von Flüssigkeit umgeben ist. Mit der Befestigung Schwimmkörper/Hohlkörper wird der bewegliche Deckel des Hohlkörpers durch die Auftriebskraft nach oben gezogen oder geschoben. Bei kleineren Hohlkörpern als in der Figur dargestellt kann zum Beispiel über ein Dreiwegeventil selektiv unterhalb des untersten Schwimmkörpers Flüssigkeit abgelassen werden, was allerdings oben wieder nachgefüllt werden muss (Bachzulauf, etc.).
  Die Energieverteilung geschieht immer nach dem Gesetz der Energiegleichung, der Energieerhaltung.
• Lösung durch die Erfindung [007–010]
• Der Körper unterhalb der Schwimmkörper soll mit einem Medium geringerer Dichte als Wasser, hier mit Luft, gefüllt werden. Erfüllt bleiben muss allerdings die Voraussetzung für den Auftrieb von Schwimmkörpern. Das ist in der Figur durch den Zwischenraum 13 mit den erforderlichen Laschen als Abstandshalter gewährleistet. Somit ist jeder Schwimmkörper vollständig von Wasser umgeben. Die mit Luft gefüllten Hohlkörper 22 verändern das Volumen je nach Auftriebsposition der Schwimmkörper, weil sie mit ihnen laut Figur verbunden sind. Zusätzlich kann eine Masse angebracht werden, wenn die Auftriebskraft in der Summe nicht voll ausgenutzt worden ist, so zum Beispiel in 11 der Figur. Beim Hochschwimmen verschiebt sich der Gesamtschwerpunkt der drehbaren Vorrichtung in der Figur nach oberhalb der Drehachse und ermöglicht ein nutzbares Drehmoment. Geführt wird die Vorrichtung in der Figur über Freiläufe 16 und durch eine Photovoltaik-Anlage 19. Nach Drehung um 180 Grad erfolgt eine erneute Massenverschiebung. Die Erfindung ist primär dem Bereich Wasserkraft/Erneuerbare Energien zuzuordnen.
• Ein Auftriebsmotor ergibt sich analog zum herkömmlichen Verbrennungsmotor, wenn mehrere Vorrichtungen nacheinander und wiederkehrend Auftriebskräfte zur Verfügung stellen. Wind- und Solarpumpen, Wasserzulauf oder Wasserströmung, Muskelkraft oder technische Verlustenergien allgemein können zueinander entkoppelt zum Drehmoment in der Figur beitragen.
• Erläuterung der Figur:
• Behälter 6 mit mittiger Lagerung und Lager 15 sowie Freilauf 16 am Rahmen 1, gefüllt mit Flüssigkeit. Im Behälter befinden sich die Schwimmkörper 7, 12, 20, verbunden mit den Stegen 13. Unten und oben sind Hohlkörper 22, bestehend aus Topf und verschiebbarem Deckel. An den Enden der Schwimmkörper 20 und 7 befinden sich abdichtende Elemente 4, die bei Auftriebskraftwirkung von 7, 12, 20 verändernde Hohlkörpervolumen 22 ergeben. In den Hohlkörpern wirken die Federn 24. Die Hohlkörper können bei Luftdruckbeaufschlagung über 3 miteinander verbunden werden. Leckwasser kann über 2 abgeführt werden bei erneuter Zuführung über 23. Der Flüssigkeitsstand ist 8. Die Fremdenergie zum geordneten Drehen geschieht über PV 19, Batterie 10, Motor 9, Rad 21, Lager 17 und Freilauf 18. Nutzenergie liefert der Generator 14.
• Bewegungsablauf in der Figur: Beim Hochschwimmen wird unten der Hohlkörper 22 vergrößert und oben entsprechend verkleinert. Der Schwerpunkt soll nach oberhalb der Drehachse verschoben sein für ein nutzbares Drehmoment. Nach einer Drehung von 180 Grad mit Fremdenergie erfolgt ein erneutes Hochschwimmen der Schwimmkörper.
• Bezugszeichenliste

1

Rahmen

2

Ventil

3

Verbindungsschlauch der beiden Hohlräume bei Bedarf.

4

Dichtungselemente

5

Seitenwand des Hohlkörpertopfes.

6

Behälter mit Flüssigkeit. Alternative: Drehbarer Rahmen im offenen Behälter oder im Wasserlauf sowie ortsfester Einzelbehälter.

7, 12, 20

Schwimmkörper

8

Flüssigkeitsstand

9

Motor

10

Batterie

11

Ort für Zusatzmasse

13

Laschenverbindung

14

Generator

15, 17

Lager

16, 18

Freilauf

19

Photovoltaik PV

21

Rad

22

Hohlkörperboden mit Montageflansch.

23

Ventil

24

Federn

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102009003909 [0002]
• DE 102010005678 [0002]
• EP 09015530 [0002]
• US 12/654348 [0002]
• DE 4205160 [0002]
• DE 102005028281 [0002]
• DE 19734812 [0002]

Claims (2)

1. Vorrichtungen zur Nutzung der Auftriebskraft in Flüssigkeiten mit reduziertem potentiellem Flüssigkeitsverlust für wiederkehrende Massenverschiebungen an Drehachsen oder für lineare Kräfte in multivalenten mechanischen Systemen, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen für das Entstehen der Auftriebskraft an Schwimmkörpern erfüllt werden, die Schwimmkörper über Laschen 13 untereinander verbunden sind, dass der unterste und der oberste Schwimmkörper 7, 20 mit Laschen 13 je mit einem Hohlkörperdeckel verbunden ist, die Hohlkörper 5, 22 ihr Volumen durch Krafteinwirkung verändern können, die Hohlkörperdeckel zum Inneren des Hohlkörpers 5, 22 gegenüber der Flüssigkeit beweglich abgedichtet sind, in den Hohlkörpern 5, 22 ein Medium geringerer Dichte als die der Flüssigkeit vorhanden ist, somit sich Luft im Inneren der Hohlkörper 5, 22 bevorzugt befindet, die durch die Auftriebskraft verursachte Bewegung des Hohlkörperdeckels auf Federn 24 und/oder auf den Luftdruck als Kraft wirkt, die Lufträume der Hohlkörper über einen Schlauch 3 verbunden sein können, die Federn 24 bzw. der Luftdruck ein Hochschwimmen der Schwimmkörper ermöglichen mit dem Ziel, ein Drehmoment oder eine lineare Kraft für die technische Nutzung zur Verfügung zu stellen.
2. Vorrichtungen zur Nutzung der Auftriebskraft in Flüssigkeiten mit reduziertem potentiellem Flüssigkeitsverlust für wiederkehrende Massenverschiebungen an Drehachsen oder für lineare Kräfte in multivalenten mechanischen Systemen, nach 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Drehachse als geschlossener Flüssigkeitsbehälter 6, mit einer Drehachse an einem drehbaren Rahmen in einem offenen Flüssigkeitsbehälter oder in einem Fließgewässer mit Behälter oder Rahmen installiert werden kann, in einem Fließgewässer die Drehachse auch an der Wasseroberfläche, somit auch auf einem Ponton, installiert werden kann, ein Luftaustausch der Hohlkörper auch direkt mit der Atmosphäre erfolgen kann, bei vertikaler Kraftnutzung ohne Drehung der Vorrichtung auch ein selektives Abfließen der Flüssigkeit im Bodenbereich bei kleinen Hohlkörpern 5, 22 möglich wird, wenn nach dem Absinken der/des Schwimmkörper/s der Flüssigkeitsverlust oben im Behälter kompensiert wird, mehrere Vorrichtungen mit Drehachse, verteilt im Vollkreis, ein gleichmäßigeres Drehmoment ergeben, insgesamt wegen der nicht kontinuierlich zur Verfügung stehenden Nutzenergie die Vorrichtung zum Antrieb von Schwungmassen an elektrischen Generatoren geeignet ist.

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