DE102013207371A1

DE102013207371A1 - Energiespeichersystem

Info

Publication number: DE102013207371A1
Application number: DE102013207371.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Energieabgabe-, insbesondere Energiespeicher- und abgabevorrichtung, mit mindestens einer Doppelkolbeneinheit (1). Die Doppelkolbeneinheit (1) umfasst einen ersten Kolben (10) und eine erste Kolbenführung (11), die den ersten Kolben (10) über seinen Umfang umgibt und entlang welcher der erste Kolben (10) entlang seiner Verschiebeachse (15) translatorisch verschiebbar ist, wobei zwischen dem ersten Kolben (10) und der ersten Kolbenführung (11) ein erster Dichtspalt (12) gebildet ist und einen zweiten Kolben (20) und eine zweite Kolbenführung (21), die den zweiten Kolben (20) über seinen Umfang umgibt und entlang welcher der zweite Kolben entlang seiner Verschiebeachse (25) translatorisch verschiebbar ist, wobei zwischen dem zweiten Kolben (20) und der zweiten Kolbenführung (21) ein zweiter Dichtspalt (22) gebildet ist, eine Turbine (30), welche zwischen einem ersten Fluidraum (13), der zwischen dem ersten Kolben (10) und der Turbine (30) gebildet und von der ersten Kolbenführung (11) umgeben ist, und einem zweiten Fluidraum (23), der zwischen dem zweiten Kolben (20) und der Turbine (30) gebildet und von der zweiten Kolbenführung (21) umgeben ist, angeordnet ist, wobei mittels Verschiebung des ersten Kolbens (10) das Volumen des ersten Fluidraums (13) verkleinert wird, wobei Fluid aus dem ersten Fluidraum (13) über die Turbine (30) in den zweiten Fluidraum (23) verdrängt wird, so dass die Turbine (30) angetrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieabgabevorrichtung, insbesondere eine Energiespeicher- und abgabevorrichtung, wobei mechanisch gespeicherte Energie über eine Fluidströmung an eine Turbine abgegeben wird. Mit der Turbine kann ein elektrischer Generator angetrieben werden.
Regenerative Energieerzeugung, wie zum Beispiel mittels Photovoltaik oder Windkraftwerken, hat oftmals das Problem, dass sie von den Tageszeiten (Tag/Nacht) und dem Wetter (Wolken/Sonnenschein/Wind/kein Wind/Sturm) abhängig ist. Dies kann dazu führen, dass zu gewissen Tageszeiten ein Stromüberschuss oder ein Strommangel herrscht. Es ist daher die große Herausforderung, elektrische Energie bei Stromüberschuss zu speichern und bei Strommangel abzugeben. Hierfür gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Beispielsweise kann überschüssige elektrische Energie in Batterien in Form von chemischer Energie gespeichert werden, die dann wieder als elektrische Energie abgegeben wird. Batterien sind allerdings teuer, haben eine begrenzte Lebensdauer und sind vom ökologischen Aspekt her nicht die erste Wahl.
Ferner sind Wasserkraftwerke in der Form von Pumpspeicherkraftwerken bekannt, bei denen aus einem unteren See Wasser mit überschüssiger elektrischer Energie über ein Fallrohr in einen oberen See gepumpt wird, wobei bei Strommangel das Wasser durch das Fallrohr in den unteren See fließt und dabei eine Turbine durchströmt, die an einen Generator gekoppelt ist, der die kinetische Energie des Wassers in elektrische Energie umwandelt. Es ist schwierig, solche Kraftwerke zu bauen, insbesondere aufgrund des hohen Flächenverbrauchs und der damit verbundenen geringen Akzeptanz in der Bevölkerung.
Aus der DE 100 28 431 A1 ist zum Beispiel ein Wasserkraftwerk bekannt, welches unter der Erdoberfläche angeordnet ist, wobei das Wasserkraftwerk einen oberen Speicher, einen unteren Speicher und einen die beiden Speicher verbindenden Strömungsweg aufweist, in dem mindestens eine Wasserturbine angeordnet ist. Das von dem oberen Speicher in den unteren Speicher fließende Wasser treibt die Turbine an. Bei Stromüberschuss wird das Wasser aus dem unteren Speicher mittels einer Pumpe in den oberen Speicher gepumpt.
In der Patentschrift DE 10 2010 034 757 B4 wird ein Energiereicher auf Basis von Lageenergie durch hydraulische Hebung von einer Felsmasse beschrieben. Die Felsmasse wird durch Ausschneiden eines Felses im Boden erzeugt, wobei der dadurch entstehende Hohlraum zwischen dem aus Felsen bestehenden Kolben und der ihn umgebenden Wand mittels eines Dichtungsrings abgedichtet wird. Der Kolben ist entlang der Wand verschiebbar. Der Raum unterhalb des Kolbens kann mit Wasser gefüllt werden, wodurch sich der Kolben anhebt und potenzielle Energie speichert. Bei Strommangel drückt der Kolben das Wasser durch eine Turbine, welche einen Generator antreibt und die potenzielle Energie des Kolbens in elektrische Energie umwandelt.
Die vorgeschlagenen Lösungen sind ehr großtechnische Anlagen, und nicht unbedingt für den Privathaushalt, einen Wohnblock oder kleinere Siedlungsgebiete verwendbar.
Es ist daher eine Aufgabe, eine Energieabgabevorrichtung, insbesondere eine Energiespeicher- und abgabevorrichtung, zu schaffen, welche einfach und kostengünstig herstellbar und auch für Kleinanlagen verwendbar ist.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine Doppelkolbeneinheit, die einen ersten Kolben und eine erste Kolbenführung, die den ersten Kolben über seinen Umfang umgibt und entlang welcher der erste Kolben entlang seiner Verschiebeachse translatorisch verschiebbar ist, wobei zwischen dem ersten Kolben und der Kolbenführung ein Dichtspalt gebildet ist. Ferner umfasst die Doppelkolbeneinheit einen zweiten Kolben und eine zweite Kolbenführung, die den zweiten Kolben über seinen Umfang umgibt und entlang welcher der zweite Kolben entlang seiner Verschiebeachse translatorisch verschiebbar ist, wobei zwischen dem zweiten Kolben und der zweiten Kolbenführung ein zweiter Dichtspalt gebildet ist. Die Verschiebeachse des ersten Kolbens und die Verschiebeachse des zweiten Kolbens können auf einer gemeinsamen Geraden liegen und auch parallel zueinander sein, d. h. eine gemeinsame Verschiebeachse sein. Optional können die erste Verschiebeachse und die zweite Verschiebeachse winklig zueinander angeordnet sein. Der erste und der zweite Dichtspalt sind derart, dass sie fluiddicht, d. h. gas- oder flüssigkeitsdicht, insbesondere wasserdicht sind, d. h. dass das Überströmen von einer Seite des ersten oder zweiten Kolbens auf die andere Seite des ersten oder zweiten Kolbens verhindert wird. Vorzugsweise kann in dem Dichtspalt ein Dichtring, insbesondere aus einem elastomeren Material oder/und Kunststoff angeordnet sein, der zum Beispiel an dem jeweiligen Kolben befestigt sein kann. Der erste Kolben und der zweite Kolben kann jeweils ein solchen Dichtring oder Dichtung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mindestens eine Turbine aufweisen. Zum Beispiel kann je Doppelkolbeneinheit eine ihr zugeordnete Turbine vorgesehen sein. Alternativ kann eine gemeinsame Turbine für mehrere Doppelkolbeneinheiten vorgesehen sein. Die Turbine kann zwischen einem ersten Fluidraum, der zwischen dem ersten Kolben und der Turbine gebildet und von der ersten Kolbenführung umgeben ist, und einen zweiten Fluidraum, der zwischen dem zweiten Kolben und der Turbine gebildet und von der zweiten Kolbenführung umgeben ist, angeordnet sein. Der erste Fluidraum und der zweite Fluidraum sind mit einer Fluidführung, wie zum Beispiel einer Fluidleitung verbunden, wobei in der Fluidführung die Turbine angeordnet sein kann. Dies bewirkt, dass Fluid aus dem ersten Fluidraum über die Turbine in den zweiten Fluidraum strömen kann und umgekehrt, d. h. von dem zweiten Fluidraum in den ersten Fluidraum. Hierbei wird die Turbine drehangetrieben. Die Turbine ist vorzugsweise mit einem Generator gekoppelt, entweder direkt oder über ein Getriebe, das zum Beispiel mindestens eine Planetenstufe umfassen kann.
Mittels Verschiebung des ersten Kolbens kann das Volumen des ersten Fluidraums verkleinert werden, wobei Fluid aus dem ersten Fluidraum über die Turbine in den zweiten Fluidraum verdrängt wird, so dass die Turbine drehangetrieben wird. Über den mit der Turbine gekoppelten Generator kann mittels der Drehbewegung elektrische Energie erzeugt werden. Die elektrische Energie kann zum Beispiel direkt oder indirekt in ein Stromnetz eingespeist werden. Vorzugsweise wird die erzeugte elektrische Energie synchron, d. h. mit der gleichen Spannung, mit der gleichen Frequenz und dem gleichen Phasenwinkel in das Netzt eingespeist.
Vorzugsweise ist das Fluid ein inkompressibles Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, wodurch die Verschiebung des ersten Kolbens eine Verschiebung des zweiten Kolbens bewirkt. Dementsprechend bewirkt eine Verschiebung des zweiten Kolbens eine Verschiebung des ersten Kolbens.
Vorzugsweise ist zumindest eine aus erster Verschiebeachse und zweiter Verschiebeachse vertikal, d. h. in Schwerkraftrichtung angeordnet, so dass das Gewicht des oberhalb der Turbine angeordneten Kolbens, wie zum Beispiel des ersten Kolbens das Fluid aus dem ersten Fluidraum über die Turbine in den zweiten Fluidraum drückt. Ferner zieht das Gewicht des zweiten Kolbens an dem Fluid in dem zweiten Fluidraum, wodurch das Fluid aus dem ersten Fluidraum über die Turbine zusätzlich in den zweiten Fluidraum gesaugt wird. Hat der erste Kolben seine Endposition erreicht, in welcher er kein Fluid mehr aus dem ersten Fluidraum verdrängen kann, gibt es mehrere Möglichkeiten, die Strömung zwischen dem ersten Fluidraum und dem zweiten Fluidraum in Gang zu setzen.
Zum Beispiel kann mittels überschüssigem Strom über eine Pumpe das Fluid aus dem zweiten Fluidraum in den ersten Fluidraum gepumpt werden, wobei hierdurch der erste und der zweite Kolben verschoben werden. Anschließend kann bei einem Strommangel das Wasser wieder aus dem ersten Fluidraum in den zweiten Fluidraum strömen und dabei die Turbine antreiben.
Alternativ kann die Doppelkolbeneinheit "auf den Kopf gestellt werden", so dass der zweite Fluidraum oberhalb der Turbine und der erste Fluidraum unterhalb der Turbine angeordnet ist. Das Wasser kann aufgrund der Schwerkraft aus dem zweiten Fluidraum über die Turbine in den ersten Fluidraum fließen, wobei der erste Kolben und der zweite Kolben verschoben werden. Ist der zweite Fluidraum entleert, kann die Doppelkolbeneinheit erneut auf den Kopf gestellt werden, so dass die ursprüngliche Position wieder hergestellt ist und Wasser aus dem ersten Fluidraum in den zweiten Fluidraum fließen kann. Bevorzugt kann die mindestens eine Doppelkolbeneinheit um eine Drehachse drehbar sein, die quer, insbesondere senkrecht auf die erste Verschiebeachse und/oder die zweite Verschiebeachse steht. Vorzugsweise schneidet die Drehachse die erste und/oder zweite Verschiebeachse.
Die für das auf den Kopf stellen erforderliche Energie kann zum Beispiel bei Stromüberschuss aufgewendet werden.
In bevorzugten Ausführungen kann die Vorrichtung mehrere Doppelkolbeneinheiten aufweisen, wobei die Verschiebeachsen der mehreren Doppelkolbeneinheiten um die Drehachse winkelversetzt, insbesondere gleichmäßig winkelversetzt zueinander angeordnet sind. Zum Beispiel können zwei, drei, vier oder noch mehr Doppelkolben vorgesehen sein, wobei die Drehachsen bei zwei Doppelkolbeneinheiten vorzugsweise um 90°, bei drei Doppelkolbeneinheiten um 60° und bei vier Doppelkolbeneinheiten um 45° zueinander versetzt sind.
Zum Beispiel können die Verschiebeachsen sternförmig von der Drehachse abragen. Insbesondere können sich die Verschiebeachsen der mehreren Doppelkolbeneinheiten schneiden, insbesondere an einer Stelle schneiden, durch welche die Drehachse verläuft.
Besonders bevorzugt kann die Summe der Volumina des ersten Fluidraums und des zweiten Fluidraums einer oder jeder der Doppelkolbeneinheiten unabhängig von der Verschiebeposition des ersten Kolbens und/oder des zweiten Kolbens im Wesentlichen konstant sein. Dies lässt sich besonders vorteilhaft mit einem inkompressiblen Fluid bewerkstelligen. Eine Verkleinerung des ersten Fluidraums durch Verschieben des ersten Kolbens bewirkt eine entsprechende Vergrößerung des zweiten Fluidraums durch Verschieben des zweiten Kolbens. Das System aus Turbine, erstem Fluidraum, zweitem Fluidraum und Fluidführung zwischen ersten und zweiten Fluidraum ist ein geschlossenes System, d. h., dass vorzugsweise weder Fluid in dieses System hinzugefügt wird noch entzogen wird, wenn der erste und zweite Kolben verschoben werden. Hier wird vorteilhaft erreicht, dass kein Fluid an die Umgebung abgegeben wird bzw. verschwendet wird.
In einer bevorzugten ersten Variante der Erfindung kann der erste Kolben auf seiner dem ersten Fluidraum gegenüberliegenden Seite einen dritten Fluidraum begrenzen, der von der ersten Kolbenführung umgeben ist, und der zweite Kolben auf seiner dem zweiten Fluidraum gegenüberliegenden Seite einen vierten Fluidraum begrenzen, der von der zweiten Kolbenführung umgeben ist. Der erste Kolben kann somit zwischen dem ersten Fluidraum und dem dritten Fluidraum und der zweite Kolben zwischen dem zweiten Fluidraum und dem vierten Fluidraum angeordnet sein. Insbesondere trennt der erste Kolben den ersten Fluidraum von dem dritten Fluidraum und der zweite Kolben den zweiten Fluidraum von dem vierten Fluidraum. Der dritte Fluidraum und der vierte Fluidraum können zum Beispiel über eine Fluidleitung, welche die Turbine vorzugsweise umgeht oder bypasst, fluidführend verbunden sein. Die Fluidleitung kann zum Beispiel eine Rohrleitung sein. Bei einer Verschiebung des ersten Kolbens wird Fluid aus dem ersten Fluidraum über die Turbine in den zweiten Fluidraum und Fluid aus dem vierten Fluidraum über die Fluidleitung in den dritten Fluidraum verdrängt. Bei Verschiebung des ersten Kolbens zu der Turbine hin, wird der erste Fluidraum verkleinert, der zweite Fluidraum vergrößert, der dritte Fluidraum vergrößert und der vierte Fluidraum verkleinert. Bei der Verschiebung des zweiten Kolbens zu der Turbine hin, wird der zweite Fluidraum verkleinert, der erste Fluidraum vergrößert, der vierte Fluidraum vergrößert und der dritte Fluidraum verkleinert. In der Fluidleitung kann zum Beispiel mindestens ein Ventil oder/und eine Pumpe angeordnet sein. Über diese Pumpe kann zum Beispiel Fluid aus dem dritten Fluidraum in den vierten Fluidraum gepumpt werden, wodurch die potenzielle Energie in der Doppelkolbeneinheit erhöht wird. Dies kann zum Beispiel geschehen, wenn ein Stromüberschuss herrscht.
Zum Beispiel können der erste Kolben und der zweite Kolben eine Dichte aufweisen, die höher ist als die Dichte des Fluids, insbesondere größer ist als die Dichte von Wasser. Insbesondere kann die Dichte größer sein als 1 kg/cm³. Vorzugsweise können der erste Kolben und der zweite Kolben aus einem Material hoher Dichte, wie zum Beispiel Stahl oder Metall allgemein oder Beton oder dergleichen sein. Durch die hohe Masse und das daraus resultierende hohe Gewicht des ersten und zweiten Kolbens wird der Druck in dem Fluid im ersten Fluidraum oder zweiten Fluidraum erhöht, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine erhöht wird.
In einer alternativen Variante kann die Vorrichtung, insbesondere ein Gestell oder Gehäuse der Vorrichtung eine ringförmige Führungskurve aufweisen. Die ringförmige Führungskurve ist nicht notwendigerweise als kreisringförmig zu verstehen, sondern kann vorzugsweise nicht-kreisringförmig sein, wobei bevorzugt ist, dass der Ring ein geschlossener Ring ist. Die ringförmige Führungskurve kann eine erste Kurve und eine zweite Kurve aufweisen, die parallel zueinander verlaufen, aber voneinander beabstandet sind. Eine dieser Führungskurven kann eine Zugkurve und die andere eine Druckkurve sein. Die Führungskurve umgibt die Drehachse, wobei der erste Kolben mit der Führungskurve mittels einer ersten Kolbenstange verbunden ist und der zweite Kolben mit der Führungskurve mittels einer zweiten Kolbenstange verbunden ist. Die erste Kolbenstange und die zweite Kolbenstange sind an der Führungskurve vorzugsweise derart gelagert, dass sie entlang der Führungskurve bewegbar und quer zu der Führungskurve im Wesentlichen unbewegbar sind. Dadurch wird bewirkt, dass bei einer Rotation der mindestens einen Doppelkolbeneinheit um die Drehachse die ersten und zweiten Kolben der mindestens einen Doppelkolbeneinheit an der ihr zugeordneten Kolbenführung entlanggleiten. Die Kolbenstange kann zum Beispiel an dem dem Kolben entgegengesetzten Ende eine Führungskulisse aufweisen, die sich an der Führungskurve abstützt, insbesondere an der ersten Führungskurve und/oder der zweiten Führungskurve. Insbesondere kann die Führungskulisse zwischen der ersten Führungskurve und der zweiten Führungskurve geführt sein. Die Führungskulisse kann zum Beispiel Gleitlagerflächen oder drehbare Rollen oder Wälzkörper aufweisen, mit welchen sich die Führungskulisse an der ersten Führungskurve oder/und der zweiten Führungskurve abstützt.
Insbesondere kann der Abstand der Schnittpunkte, welche eine Gerade, welche durch die Drehachse verläuft bzw. die Drehachse schneidet, mit der Führungskurve bildet, unabhängig von der Drehwinkelposition der mindestens einen Doppelkolbeneinheit um die Drehachse im Wesentlichen konstant sein. Das bedeutet, dass unabhängig von der Drehwinkelposition die Führungskulissen den gleichen Abstand voneinander haben können. Voraussetzung ist, dass die Führungskurve ringförmig, aber nicht kreisringförmig ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Fluid inkompressibel ist, da hierdurch der Abstand zwischen den Führungskulissen der Kolbenstangen gleich ist, unabhängig von der Drehwinkelposition. Sofern sich der Abstand verändern sollte, wären Ausgleichsmittel zwischen dem ersten Kolben und der ersten Führungskulisse, insbesondere an der ersten Kolbenstange und/oder zwischen dem zweiten Kolben und der zweiten Führungskulisse, insbesondere einer zweiten Kolbenstange, notwendig. Die Führungskurve könnte dann zum Beispiel auch kreisringförmig sein.
Durch Rotation der mindestens einen Doppelkolbeneinheit um die Drehachse werden der erste und der zweite Kolben entlang seiner jeweiligen Verschieberichtung verschoben, so dass das Fluid zwischen dem ersten Fluidraum und dem zweiten Fluidraum hin und her bewegt wird.
Bei Ausführungen, in denen die ersten und zweiten Kolben mittels der Schwerkraft verschoben werden, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Doppelkolbeneinheit getaktet um die Drehachse gedreht wird, d. h. in Winkelschritten, wobei nach jeder schrittweisen Verdrehung die Doppelkolbeneinheit in Bezug auf die Drehachse S still steht. Wenn der erste Fluidraum durch Verschieben des Kolbens mittels der Schwerkraft entleert ist, wird die Doppelkolbeneinheit um einen solchen Winkelschritt weiter gedreht, dass der nächste erste Kolben oder zweite Kolben, oberhalb der Turbine angeordnet ist, bzw. die Verschieberichtung des Kolbens in etwa parallel zur Schwerkraftrichtung ist.
In Ausführungsformen, bei denen der erste Kolben und der zweite Kolben mittels einer Führungskurve bewegt werden, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Doppelkolbeneinheit kontinuierlich um die Schwenkachse rotiert wird.
Der Antrieb für die kontinuierliche oder winkelschrittweise Drehung kann zum Beispiel mittels einer Feder oder eines Motors oder eines Massestücks erfolgen. Der Antrieb mittels eines Motors kann zum Beispiel mit Energie aus dem Stromnetz erfolgen. Die Feder oder das Massestück können potenzielle Energie speichern, welche zum Beispiel bei Stromüberschuss erhöht wird. Allgemein bevorzugt ist, dass die mindestens eine Doppelkolbeneinheit mit einer Feder oder einem Massestück derart gekoppelt ist, dass die Feder oder das Massestück die mindestens eine Doppelkolbeneinheit in Rotation um die Drehachse versetzt oder versetzen kann, wobei die in dem Massestück oder in der Feder gespeicherte potenzielle Energie verringert wird.
Vorzugsweise ist das Massestück über ein Zugmittel, wie zum Beispiel eine Kette, einen Gliedertrieb, ein Band, ein Seil oder dergleichen so mit der Doppelkolbeneinheit gekoppelt, dass die über das Zugmittel von dem Massestück auf die mindestens eine Doppelkolbeneinheit wirkende Kraft beabstandet von der Drehachse angreift, wodurch ein Drehmoment um die Drehachse erzeugt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Förderbahn aufweisen, insbesondere eine Schwerkraftförderbahn, wie zum Beispiel eine Gleitförderbahn oder eine Rollförderbahn, auf der mindestens ein oder mehrere Massestücke gelagert sind. Eine Schwerkraftförderbahn ist vorzugsweise gegenüber der Horizontalen geneigt, wie zum Beispiel zwischen 2° und 6°, wodurch das Massestück durch die Schwerkraft horizontal gefördert werden kann. Die Förderbahn, die in bevorzugten Ausführungen eine obere Förderbahn sein kann, kann in eine Übergabestation förderbar ist, insbesondere zu der Übergabestation hin geneigt sein, dass das Massestück zu der Übergabestation mündet. An der Übergabestation ist das Zugmittel angeordnet. Das Massestück kann von der Förderbahn an der Übergabestation an das Zugmittel übergeben oder an dem Zugmittel befestigt werden, so dass das Massestück aufgrund der Schwerkraft eine Kraft auf das Zugmittel ausübt, wodurch ein Drehmoment um die Drehachse erzeugt wird. Die Übergabestation kann zum Beispiel oberhalb einer Entnahmestation angeordnet sein, an welcher das Massestück von dem Zugmittel lösbar ist. Der in Schwerkraftrichtung gemessene Abstand zwischen der Zuführstation und der Entnahmestation multipliziert mit der Masse des Massestücks entspricht im Wesentlichen der potenziellen Energie, welche das Massestück an die mindestens eine Doppelzylindereinheit idealerweise abgeben kann. Durch Absenken des Massestücks kann die mindestens eine Doppelzylindereinheit kontinuierlich oder getaktet um die Drehachse rotiert werden.
Die Vorrichtung kann ferner eine weitere, insbesondere untere Förderbahn, insbesondere Schwerkraftförderbahn aufweisen, welche zwischen der Entnahmestation und einer unteren Hubstation angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Förderbahn zu der unteren Hubstation hin geneigt, so dass das Massestück mittels der Förderbahn von der Entnahmestation zu der unteren Hubstation transportierbar ist, insbesondere mittels Schwerkraft. Die untere Hubstation ist vorzugsweise unterhalb einer oberen Hubstation angeordnet, wobei die obere Förderbahn die obere Hubstation mit der Übergabestation verbindet, wodurch das Massestück von der oberen Hubstation zu der Übergabestation förderbar ist. Besteht Strom- oder Energieüberschuss, kann mittels einer Hubeinrichtung, wie zum Beispiel einer Seilwinde, welche so ausgestaltet und angeordnet ist, dass sie das Massestück von der unteren Hubstation zu der oberen Hubstation anheben kann, von der unteren zu der oberen Hubstation angehoben werden. Hierdurch wird dem angehobenen Massestück potenzielle Energie, insbesondere proportional zu dem in Schwerkraftrichtung gemessenen Abstand zwischen unterer und oberer Hubstation hinzugefügt. Beispielsweise können mehrere Massestücke auf der oberen oder unteren Hubstation gelagert werden, um einen Vorrat zu bilden. Der Vorrat auf der oberen Förderbahn dient dazu, potenzielle Energie an die wenigstens eine Doppelkolbeneinheit abzugeben, wobei die Massestücke auf der unteren Förderbahn darauf warten, bis Energieüberschuss besteht und durch die Hubeinrichtung angehoben werden zu können.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energieabgabe und/oder Speicherung mit der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung und den weiterbildenden Varianten bzw. Ausführungsformen.
Die Erfindung wurde anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsformen bzw. Varianten beschrieben. Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungen anhand von Figuren beschrieben. Die dabei offenbarten Merkmale bilden den Gegenstand der Erfindung einzeln und in jeglicher Merkmalskombination, insbesondere auch mit der vorhergehenden Beschreibung vorteilhaft weiter. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Energieabgabevorrichtung,
2 eine zweite Ausführungsform einer Energieabgabevorrichtung, insbesondere basierend auf der Ausführungsform aus 1,
3 eine dritte Ausführungsform einer Energieabgabevorrichtung,
4 eine Anordnung von mehreren Massestücken, um die Doppelkolbeneinheiten aus den 1 bis 3 um ihre Drehachsen drehen zu können, und
5 eine Weiterbildung der Anordnung aus 4 in einer Draufsicht.
In den 1 bis 3 werden Doppelkolbeneinheiten 1 einer Energieabgabe- und speichervorrichtung gezeigt. In 1 wird eine einzelne Doppelkolbeneinheit 1 dargestellt, wobei in den 2 und 3 jeweils mehrere Doppelkolbeneinheiten 1 dargestellt werden, die winklig zueinander angeordnet sind.
Die Doppelkolbeneinheit 1 weist einen ersten Kolben 10 und eine erste Kolbenführung 11, sowie einen zweiten Kolben 20 und eine zweite Kolbenführung 21 auf. Der erste Kolben 10 ist entlang der ersten Kolbenführung 11 und entlang seiner Verschiebeachse 15 translatorisch verschiebbar. Der zweite Kolben 20 ist entlang der Kolbenführung 21 und entlang seiner Verschiebeachse 25 translatorisch verschiebbar. Die Kolbenführung 11, 21 sind in dem gezeigten Beispiel hohlzylindrisch. Der Kolben 10, 20 bildet mit seiner Kolbenführung 11, 21 einen Dichtspalt 12, 22. Die erste Verschiebeachse 15 und die zweite Verschiebeachse 25 liegen auf einer gemeinsamen Geraden, d. h., dass sie eine gemeinsame Achse bilden, die durch eine Drehachse S verläuft und senkrecht auf die Drehachse S steht.
Es ist ferner eine Turbine 30 vorgesehen, die zwischen einem ersten Fluidraum 13 und einem zweiten Fluidraum 23 angeordnet ist. Der erste Fluidraum 13 wird zwischen der Turbine 30 und dem ersten Kolben 10 gebildet. Der zweite Fluidraum 23 wird zwischen der Turbine 30 und dem zweiten Kolben 20 gebildet. Der erste Fluidraum 13 wird von der ersten Kolbenführung 11 umgeben. Der zweite Fluidraum 23 wird von der zweiten Kolbenführung 21 umgeben.
Zwischen dem ersten Fluidraum 13 und dem zweiten Fluidraum 23 kann mindestens ein Ventil, insbesondere ein Drosselventil angebracht sein, mit welchem die Durchflussmenge und somit beispielsweise die zu erzeugende elektrische Energiemenge gesteuert werden kann. Durch Öffnen und Schließen des Ventils kann der Durchfluss freigegeben oder blockiert werden. Gegebenenfalls kann die Durchflussmenge durch Verstellen des Ventils verstellt werden.
Die Turbine 30 ist mittels einer Welle 32 mit einem Generator 31 verbunden (zum Beispiel 5). Eine Drehbewegung der Turbine 30 wird in eine Drehbewegung des Generators 31 umgesetzt. Die Verbindung zum Generator 31 kann direkt oder über ein Getriebe sein, welches die Drehzahl der Turbine 30 in die für den Betrieb des Generators 31 erforderliche Drehzahl umwandelt, d. h. übersetzt oder untersetzt.
In dem ersten Fluidraum 13 und in dem zweiten Fluidraum 23 befindet sich ein inkompressibles Fluid, wie zum Beispiel Wasser. Durch Verschieben des ersten Kolbens 10 zu der Turbine 30 hin, wird das Fluid aus dem ersten Fluidraum 13 verdrängt und in den zweiten Fluidraum 23 gedrückt. Hierbei strömt das verdrängte Fluid des ersten Fluidraums 13 über die Turbine 30 in den zweiten Fluidraum 23, wodurch die Turbine 30 in Drehung versetzt wird. Der Generator 31 erzeugt aufgrund der Drehung der Turbine 30 elektrische Energie. Bei Verschiebung des ersten Kolbens 10 zu der Turbine 30 hin, wird der zweite Kolben 20 von der Turbine 30 weg verschoben. Das Volumen des ersten Fluidraums 13 verkleinert sich hierbei, wobei das Volumen des zweiten Fluidraums 23 vergrößert wird.
In den Ausführungen aus den 1 und 2 erfolgt die Verschiebung des ersten Kolbens 10 und des zweiten Kolbens 20 aufgrund der Schwerkraft. Die Verschiebeachsen 15, 25 sind in Schwerkraftrichtung angeordnet. Die ersten und zweiten Kolben 10, 20 sind aus einem Material mit hoher Masse, wie zum Beispiel Stahl oder Beton. Der erste Kolben 10 drückt das Fluid aus dem ersten Fluidraum 13, wobei der zweite Kolben 20 zusätzlich eine Saugwirkung erzeugt.
Auf der dem ersten Fluidraum 13 gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens 10 ist ein dritter Fluidraum 14 gebildet. Auf der dem zweiten Fluidraum 23 gegenüberliegenden Seite des zweiten Kolbens 20 ist ein vierter Fluidraum 24 gebildet. Der dritte Fluidraum 14 und der vierte Fluidraum 24 sind über eine Rohrleitung 40 fluidführend verbunden. In der Rohrleitung 40 kann mindestens ein Ventil, wie zum Beispiel ein Drosselventil, ein Sperrventil oder dergleichen angeordnet sein. Ferner kann in der Rohrleitung 40 zum Beispiel eine Pumpe 41 angeordnet sein.
Wenn der Kolben 10 vollständig zu der Turbine 30 hin verschoben ist, kommt der Fluidfluss zum Erliegen. Die potenzielle Energie, d. h. die Lageenergie des ersten und zweiten Kolbens 10, 20 sowie des Fluids im ersten und zweiten Fluidraum 13, 23 ist dann an die Turbine 30 abgegeben worden. Um dem System wieder potenzielle Energie hinzuzufügen, kann über die Pumpe 41 Fluid aus dem dritten Fluidraum 14 über die Rohrleitung 40 in den vierten Fluidraum 24 gepumpt werden, wodurch der zweite Kolben 20 zu der Turbine 30 hin und der erste Kolben 10 von der Turbine 30 weg verschoben werden. Hierdurch wird das Volumen des zweiten Fluidraums 23 verkleinert, wobei das Volumen des ersten Fluidraums 13 vergrößert wird. Hierdurch wird dem System wieder potenzielle Energie hinzugefügt, insbesondere bei Strom- oder Energieüberschuss. Durch Verschieben des ersten Kolbens 10 zu der Turbine 30 hin, kann wieder Energie an die Turbine 30 abgegeben werden, insbesondere dann, wenn Strommangel herrscht.
Alternativ kann die Doppelkolbeneinheit 1 um die Drehachse S um 180° gedreht werden, d. h. auf den Kopf gestellt werden. Hierdurch wird dem System potenzielle Energie hinzugefügt, wobei der zweite Kolben 20 mittels der Schwerkraft zu der Turbine 30 hin verschoben wird. Anschließend kann die Doppelkolbeneinheit 1 wieder um 180° um die Drehachse S gedreht werden, wodurch dem System potenzielle Energie hinzugefügt wird. Die zum Drehen erforderliche Energie kann mittels eines Motors, einer Feder oder einem Gewicht, wie weiter unten beschreiben wird, bereitgestellt werden.
Bei der Ausführung aus 2 sind mehrere Doppelkolbeneinheiten 1, nämlich in diesem Beispiel vier Doppelkolbeneinheiten 1 vorgesehen, wobei jede Doppelkolbeneinheit 1 eine gemeinsame erste und zweite Verschiebeachse 15, 25 aufweist. Die gemeinsamen Verschiebeachsen 15, 25 der Doppelkolbeneinheiten 1 sind in 45° Schritten zueinander versetzt. Die Kolbenführungen 11, 21 der Doppelkolbeneinheiten 1 ragen sternförmig von der Drehachse S ab.
In dem in 2 gezeigten Zustand ist der erste Kolben 10 weiter von der Turbine 30 beabstandet als der zweite Kolben 20. Wenn der erste Kolben 10 zu der Turbine 30 verschoben und die potenzielle Energie an die Turbine 30 abgegeben wurde, wird das aus dem Doppelkolbeneinheiten 1 gebildete Energierad um 45° bzw. um den Winkelschritt, in dem die Doppelkolbeneinheiten versetzt zueinander angeordnet sind, weitergedreht, wodurch der erste Kolben 10 der nächstfolgenden Doppelkolbeneinheit 1 entlang seiner Verschiebeachse 15, die dann in Schwerkraftrichtung weist, zu der Turbine 30 hin verschiebbar ist. Anschließend wird das Energierad um einen Winkelabschnitt, welcher dem Teilungswinkel zwischen den Doppelkolbeneinheiten entspricht, weitergedreht, wodurch der Vorgang vom neuen beginnt.
Die für die Drehung des Energierads erforderliche Energie wird zum Beispiel mittels eines Motors, einer Feder oder eines Massestücks bereitgestellt.
Die Ausführung aus 3 weist eine ringförmige Führungskurve 50 auf, welche die Drehachse S umgibt. Die Führungskurve 50 weist eine erste Führungskurve 51 und eine zweite Führungskurve 52 auf. Die erste Führungskurve 51 kann zum Beispiel als Druckkurve und die zweite Führungskurve 52 als Zugkurve wirken. Zwischen der ersten und zweiten Führungskurve 51, 52 ist eine Führungskulisse einer Kolbenstange 16, 26 gelagert, wobei die Führungskulisse entlang, d. h. in Umfangsrichtung der Führungskurve 51, 52 bewegbar ist und quer dazu nicht bewegbar ist.
Der jeweilige erste Kolben 10 der Doppelkolbeneinheiten 1 ist mit einer ersten Kolbenstange 16 fest, d. h. unbewegbar verbunden, wobei an der ersten Kolbenstange 16 die erste Führungskulisse gebildet ist. Der jeweilige zweite Kolben 20 der Doppelkolbeneinheiten 1 ist fest mit der zweiten Kolbenstange 26 verbunden, wobei an der zweiten Kolbenstange 26 die zweite Führungskulisse angeordnet ist. Die Drehachse S ist exzentrisch zu der Führungskurve 50 angeordnet. Eine Drehung des Energierads um die Drehachse S bewirkt, dass der erste Kolben 10 und/oder zweite Kolben 20 entlang seiner jeweiligen Verschiebeachse 15, 25 hin und her verschoben wird. Hierbei wird Fluid zwischen dem ersten Fluidraum 13 und dem zweiten Fluidraum 23 hin und her gepumpt, wodurch die Turbine 30 angetrieben wird. Optional kann – wie in den 1 und 2 – ein dritter und vierter Fluidraum 14, 24 sowie die Rohrleitung 40 vorgesehen sein, muss aber nicht. Die Doppelkolbeneinheit 1 kann eine erste Kolbenstangenführung für die erste Kolbenstange 16 und eine zweite Kolbenstangenführung für die zweite Kolbenstange 26 aufweisen. Die Kolbenstange 16, 26 wird von ihrer Kolbenstangenführung translatorisch verschiebbar entlang der Verschiebeachse 15, 25 geführt. Optional ist zwischen Kolbenstange 16, 26 und ihrer Kolbenstangenführung ein Dichtspalt gebildet, der zum Beispiel den optionalen dritten oder vierten Fluidraum 14, 24 fluiddicht abdichtet. In diesem Dichtspalt kann zum Bespiel eine Dichtung, wie zum Beispiel ein Dichtring angeordnet sein.
Die 4 und 5 zeigen Möglichkeiten, wie die Doppelkolbeneinheit(en) 1 um die Drehachse S mittels mindestens eines Massestücks 60 gedreht werden können.
Auf einer oberen Schwerkraftrollenbahn 70, die zu einer Übergabestation 72 hin abfällt und in die Übergabestation 72 mündet, sind mehrere Massestücke 60 aneinandergereiht angeordnet oder gelagert. Die Schwerkraftrollenbahn 70 weist mehrere drehbar gelagerte Transportrollen 71 auf, auf denen sich die Massestücke 60 abstützen. Hierdurch können die Massestücke 60 aufgrund der Schwerkraft zu der Übergabestation 72 hin gefördert werden. An der Übergabestation 72 befindet sich ein Zugmittel 61, welches an dem Massestück 60, welches der Übergabestation 72 am nächsten ist, befestigbar ist. Das Massestück 60 übt eine Zugkraft auf das Zugmittel 61 aus, das wiederum beabstandet, insbesondere mit dem Abstand 63 (Hebelarm), von der Drehachse S angreift, wodurch ein Drehmoment um die Drehachse S erzeugt wird. Durch Absenken des Massestücks 60 von der Übergabestation 72 zu einer unterhalb der Übergabestation 72 angeordneten Entnahmestation 73 wird potenzielle Energie des Massestücks 60 an das Energierad abgegeben. Das Energierad kann hierdurch getaktet (1 und 2) oder kontinuierlich (3) in Drehung gesetzt werden. Sobald das Massestück 60 an der Entnahmestation 73 angelangt ist, kann es von dem Zugmittel 61 gelöst werden, wobei das Zugmittel 61 erneut an ein Massestück 60 der oberen Förderbahn 70 befestigt werden kann. Eine untere Schwerkraftförderbahn 74 verbindet die Entnahmestation 73 mit einer unteren Hubstation 75. Das auf der unteren Entnahmestation 73 befindliche Massestück 60 kann somit mittels Schwerkraft entlang der Schwerkraftförderbahn 74 zu der unteren Hubstation 75 geführt oder gefördert werden. Oberhalb der unteren Hubstation 75 ist eine obere Hubstation 76 angeordnet. Die obere Schwerkraftrollenbahn 70 verbindet die obere Hubstation 76 mit der Übergabestation 72. Mittels einer Hubeinrichtung 78, die in diesem Bespiel eine Seilwinde ist, welche ein Seil 77 aufweist, kann das in der unteren Hubstation angeordnete Massestück 60 zu der oberen Hubstation 76 angehoben werden, wodurch dem Massestück 60 potenzielle Energie, insbesondere in Abhängigkeit von den in Schwerkraftrichtung gemessene Abstand zwischen der unteren Hubstation 75 und der oberen Hubstation 76 hinzugefügt wird. Bevorzugt wird das Massestück 60 von der unteren Hubstation 75 zur oberen Hubstation 76 angehoben, wenn Energieüberschuss besteht. Auf der unteren Schwerkraftförderbahn 74 können zum Beispiel mehrere Massestücke 60 gelagert werden, die erst dann auf die obere Schwerkraftförderbahn 70 gehoben werden, wenn Energieüberschuss besteht. Die auf der oberen Schwerkraftförderbahn 70 angeordneten Massestücke 60 können als Vorrat dienen, um bei Energiemangel von der oberen Förderbahn 70 auf die untere Schwerkraftförderbahn 74 abgesenkt zu werden.
Das System aus oberer Schwerkraftförderbahn 70 und unterer Schwerkraftförderbahn 74 einschließlich der Übergabestation 72, der Entnahmestation 73, der unteren Hubstation 75 und der oberen Hubstation 76, insbesondere auch der Hubeinrichtung 78, kann als Massespeicheranordnung bezeichnet werden. Besonders bevorzugt kann die Energieabgabevorrichtung mehrerer solcher Massespeicheranordnungen aufweisen, wie zum Beispiel aus den 4 und 5 ersichtlich ist. Beispielsweise können Massespeicheranordnungen auf gegenüberliegenden Seiten der Welle 32 angeordnet sein. Zum Beispiel können die Massespeicheranordnungen über ein Getriebe miteinander verschaltet sein, wodurch Drehmoment auf die Welle 32 ausgeübt wird (4). Optional können, wie in 5 dargestellt, entlang der Wellenlängsachse oder entlang der Drehachse S, die bevorzugt der Wellenlängsachse entspricht, mehrere Massespeicheranordnungen aneinandergereiht vorgesehen sein. Hierdurch lassen sich eine Vielzahl von Massestücken 60 handhaben.
Die Welle 32 ist bevorzugt über mindestens zwei, insbesondere vier Drehlager 33 drehbar gelagert. Die Drehlager 33 können zum Beispiel Wälz- oder Gleitlager sein.
Die Vorteile der Erfindung sind, dass das oder die Massestücke 60 außerhalb des Energierads angeordnet sind. Dadurch können beliebig viele und beliebig große Gewichte in einem Speichersystem abgelegt werden.
Insbesondere kann in dem erfindungsgemäßen System zweimal potentielle Energie genutzt werden, nämlich durch die Masse der Kolben 10, 20 und des Fluids in den Fluidräumen 13, 23, 14, 24 sowie durch die in dem mindestens einen Massestück 60 gespeicherte Hubarbeit bzw. potenzielle Energie.
Der Energiekreislauf in den Zylindern ist geschlossen, so dass nur einmal Fluid, insbesondere Wasser aufgefüllt werden braucht.
Das System ist wartungsarm.
Das System ist anpassungsfähig, da es mit großen und kleinen Anlagen realisierbar ist.
Die Erfindung ist standortunabhängig, d. h. es werden keine geographischen Voraussetzungen, wie zum Beispiel Felsuntergrund oder Höhenunterschied benötigt.
Das System ist umweltfreundlich.
Das Energiespeichersystem kann in dem bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise folgendermaßen zusammengefasst werden: beliebig viele Gewichte mit beliebig großen Massen können auf ein höheres Niveau gebracht und in einem Speichersystem abgelegt werden. Das Speichersystem kann, wie zum Beispiel in 3 und 4 dargestellt, linear-, kreis- oder spiralförmig usw. ausgeführt werden.
Der Energiespeicher kann bei überschüssiger Energie jederzeit mit Massestücken 60 oder Gewichten beladen werden. Dies kann zum Beispiel mit einer Seilwinde 78, einem Kran, hydraulisch oder auf jede andere geeignete Weise erfolgen.
Bei Bedarf kann die gespeicherte potenzielle Energie jederzeit wieder abgerufen werden.
Somit kann, im Rahmen der speicherbaren Energie, beliebig viel Energie gespeichert werden.
Das Energierad kann auch als Schwerkraftmaschine bezeichnet werden. Die Schwerkraftmaschine umfasst daher ein Schwerkraftrad oder ein Energierad und mindestens ein Massestück 60, insbesondere ein Außengewicht und ein Speichersystem, das zum Beispiel eine Seilwinde 78 aufweist.
Das Energie- oder Schwerkraftrad umfasst zum Beispiel vier Doppelzylinder 1, wobei jeder Doppelzylinder 1 einen oberen und einen unteren Zylinder aufweist, wobei der Ober- und Unterzylinder miteinander verbunden sind.
Dazwischen befindet sich eine Turbine 30. Vor und/oder hinter der Turbine 30 kann ein Drosselventil (nicht gezeigt) angebracht sein, mit welchem die Durchflussmenge somit die abgebbare elektrische Energie gesteuert werden kann.
Im oberen Zylinder befindet sich ein Oberkolben 10 mit einer Masse und eine Flüssigkeit, hier Wasser, ebenfalls mit einer Flüssigkeitsmasse.
Im unteren Zylinder befindet sich ein Unterkolben 20 ebenfalls mit einer Masse und eine Flüssigkeit. Die Kolben 10, 20 besitzen Dichtungen, mit denen sie in Bezug auf ihre Kolbenführung 11, 21 abgedichtet sind.
Der untere Zylinder ist mit dem oberen Zylinder über eine Rohrleitung 40 verbunden und bildet deshalb ein geschlossenes System.
Der obere Kolben 10 sowie die Flüssigkeitssäule, hier Wasser, versetzten über die Schwerkraft und die Wassermasse im ersten Fluidraum 13, die Turbine 30 in Drehung und erzeugen somit über den Generator 31, der mit der Turbine 30 verbunden ist, elektrische Energie, d. h. Strom.
Der untere Kolben 20 ist über die Rohrverbindung 40 mit dem oberen Kolben 10 verbunden und drückt über das Gewicht des unteren Kolbens 20 das Wasser nach oben und bildet ein geschlossenes System. Ist das Gewicht des unteren Kolbens 20 größer als die Wassersäule, insbesondere der Wassermasse, die benötigt wird um das Wasser in den oberen Kolben zu drücken, übt das untere System zusätzlichen Druck auf den oberen Kolben 10 und somit auf die Turbine 30 aus. Ferner wird durch die Abwärtsbewegung des unteren Kolbens 20 ein Vakuum bzw. Unterdruck in der Turbine 30 erzeugt, was den Wirkungsgrad der Turbine 30 erhöht
Das mindestens eine Massestück 60, hier sechs Massestücke 60, überwinden die Trägheit des Energierads auf der linken Seite, bei Drehung nach rechts und üben bei Gewichtsüberschuss über Kolbenstangen 16, 26 entlang einer Druck-, Zug- Führungsbahn, hier T-Nut 50, zusätzlichen Druck auf die Turbine 30 aus. Bei Drucküberschuss des unteren Kolbens 20 ist die Zugführungsbahn 52 weiter als die Drückführungsbahn 51 vom Mittelpunkt des Energierades entfernt.
Die Massestücke 60 können wechselweise eingesetzt werden, so dass permanent Strom erzeugt werden kann, solange der Energiespeicher, insbesondere die obere Führungsbahn 70 mit Massestücken 60 befüllt ist.
Die Massestücke 60 auf der Rückseite des Schwerkraftrads können mit einem Zahnradsystem ausgestattet sein, so dass die Drehrichtung gleich bleibt.
Bei Energieüberschuss wird die Energiespeichervorrichtung, beispielsweise über eine Seilwinde 78 wieder befüllt und kann bei Bedarf wieder abgerufen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10028431 A1 [0004]
DE 102010034757 B4 [0005]

Claims

Energieabgabe-, insbesondere Energiespeicher- und abgabevorrichtung, mit mindestens einer Doppelkolbeneinheit (1), die Doppelkolbeneinheit umfassend: a) einen ersten Kolben (10) und eine erste Kolbenführung (11), die den ersten Kolben (10) über seinen Umfang umgibt und entlang welcher der erste Kolben entlang seiner Verschiebeachse (15) translatorisch verschiebbar ist, wobei zwischen dem ersten Kolben (10) und der ersten Kolbenführung (11) ein erster Dichtspalt (12) gebildet ist und b) einen zweiten Kolben (20) und eine zweite Kolbenführung (21), die den zweiten Kolben (20) über seinen Umfang umgibt und entlang welcher der zweite Kolben entlang seiner Verschiebeachse (25) translatorisch verschiebbar ist, wobei zwischen dem zweiten Kolben (20) und der zweiten Kolbenführung (21) ein zweiter Dichtspalt (22) gebildet ist, c) eine Turbine (30), welche zwischen einem ersten Fluidraum (13), der zwischen dem ersten Kolben (10) und der Turbine (30) gebildet und von der ersten Kolbenführung (11) umgeben ist, und einem zweiten Fluidraum (23), der zwischen dem zweiten Kolben (20) und der Turbine (30) gebildet und von der zweiten Kolbenführung (21) umgeben ist, angeordnet ist, d) wobei mittels Verschiebung des ersten Kolbens (10) das Volumen des ersten Fluidraums (13) verkleinert wird, wobei Fluid aus dem ersten Fluidraum (13) über die Turbine (30) in den zweiten Fluidraum (23) verdrängt wird, so dass die Turbine (30) angetrieben wird.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Doppelkolbeneinheit (1) um eine Drehachse (S) drehbar ist, die quer, insbesondere senkrecht auf die erste Verschiebeachse (15) und/oder die zweite Verschiebeachse (25) steht, und vorzugsweise wenigstens eine der Verschiebeachsen (15, 25) schneidet.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere solcher Doppelkolbeneinheiten (1), wobei die Verschiebeachsen (15, 25) der mehreren Doppelkolbeneinheiten (1) um die Drehachse (S) winkelversetzt, insbesondere gleichmäßig winkelversetzt zueinander angeordnet sind.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verschiebeachsen (15, 25) der mehreren Doppelkolbeneinheiten (1) schneiden, insbesondere an einer Stelle schneiden, durch welche die Drehachse (S) verläuft.
Energieabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Volumina des ersten Fluidraums (13) und des zweiten Fluidraums (23) einer oder jeder der Doppelkolbeneinheiten (1) unabhängig von der Verschiebeposition des ersten Kolbens (10) im Wesentlichen konstant ist.
Energieabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (10) auf seiner dem ersten Fluidraum (13) gegenüberliegenden Seite einen dritten Fluidraum (14) begrenzt, der von der ersten Kolbenführung (11) umgeben ist, und der zweite Kolben auf seiner dem zweiten Fluidraum (23) gegenüberliegen Seite einen vierten Fluidraum (24) begrenzt, der von der zweiten Kolbenführung (21) umgeben ist, wobei der dritte Fluidraum (14) und der vierte Fluidraum (24) über eine Fluidleitung (40), welche insbesondere die Turbine (30) umgeht oder bypasst, fluidführend verbunden sind, so dass bei einer Verschiebung des ersten Kolbens (10) Fluid aus dem ersten Fluidraum (13) über die Turbine (30) in den zweiten Fluidraum (23) und Fluid aus dem vierten Fluidraum (24) über die Fluidleitung (40) in den dritten Fluidraum (14) verdrängt wird.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (10) und der zweite Kolben (20) eine Dichte aufweisen, die höher ist als die Dichte des Fluids, insbesondere Wasser, in den Fluidräumen (13, 23, 14, 24).
Energieabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine ringförmige Führungskurve (50), welche die Drehachse (S) umgibt, wobei der erste Kolben (10) mit der Führungskurve (50) mittels einer ersten Kolbenstange (16) verbunden ist und der zweite Kolben (20) mit der Führungskurve (50) mittels einer zweiten Kolbenstange (26) verbunden ist, wobei die erste Kolbenstange (16) und die zweite Kolbenstange (26) an der Führungskurve (50) derart gelagert sind, dass sie entlang der Führungskurve (50) bewegbar und quer zu der Führungskurve (50) im Wesentlichen unbewegbar gelagert sind, wodurch bei einer Rotation der mindestens einen Doppelkolbeneinheit (1) um die Drehachse (S) die ersten und zweiten Kolbenstangen (16, 26) der mindestens einen Doppelkolbeneinheit (1) an der ihr zugeordneten Kolbenführung (11, 21) entlanggleiten.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Schnittpunkte, welche eine Gerade, welche die Drehachse (S) schneidet, mit der Führungskurve (50) bildet, unabhängig von der Drehwinkelposition der mindestens einen Doppelkolbeneinheit (1) um die Drehachse (S) im Wesentlichen konstant ist.
Energieabgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Doppelkolbeneinheit (1) mit einer Feder oder einem Massestück (60), derart gekoppelt ist, dass die Feder oder das Massestück (60) die mindestens eine Doppelkolbeneinheit (1) in Rotation um die Drehachse (S) versetzen kann, wobei die in dem Massestück (60) oder in der Feder gespeicherte potenzielle Energie verringert wird.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die über das Zugmittel (61) von dem Massestück (60) auf die mindestens eine Doppelkolbeneinheit (1) wirkende Kraft beabstandet von der Drehachse (S) angreift, wodurch ein Drehmoment um die Drehachse (S) erzeugt wird.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Förderbahn (70), insbesondere eine Schwerkraftförderbahn, auf der mehrere Massestücke (60) gelagert sind, wobei die Förderbahn (70) in eine Übergabestation (72) mündet, an der das Zugmittel (61) angeordnet ist, so dass zum Beispiel eines der Massestücke (60) an dem Zugmittel (61) befestigbar ist, wobei die Übergabestation (72) oberhalb einer Entnahmestation (73) angeordnet ist, an welcher das Massestück (60) von dem Zugmittel (61) lösbar ist, wobei der in Schwerkraftrichtung gemessene Abstand zwischen Zuführstation (72) und Entnahmestation (73) multipliziert mit der Masse des Massestücks (60) der potenziellen Energie entspricht, welche das Massestück (60) an die mindestens eine Doppelzylindereinheit (1) abgeben kann.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine weitere Förderbahn (74), insbesondere Schwerkraftförderbahn, welche zwischen der Entnahmestation (73) und einer unteren Hubstation (75) angeordnet ist, wobei das Massestück (60) mittels der Förderbahn (74) von der Entnahmestation (73) zu der unteren Hubstation (75) führbar ist, wobei die untere Hubstation (75) unterhalb einer oberen Hubstation (76) angeordnet ist, wobei die Förderbahn (70) die obere Hubstation (76) mit der Übergabestation (72) verbindet, wodurch das Massestück (60) von der oberen Hubstation (76) zu der Übergabestation (72) förderbar ist.
Energieabgabevorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Hubeinrichtung (78), welche so ausgestaltet ist, dass sie das Massestück (60) von der unteren Hubstation (75) zu der oberen Hubstation (76) anheben kann, wodurch die Massestücke (60) potenzielle Energie, insbesondere proportional zu den in Schwerkraftrichtung gemessene Abstand zwischen unterer Hubstation (75) und oberer Hubstation (76), hinzugefügt wird.
Verfahren zur Energieabgabe und/oder Speicherung mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.