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Anders als konventionelle Kraftwerke liefern die Erzeuger erneuerbarer Energie je nach Wetterlage den Ökostrom unregelmäßig. Es gibt Zeiten von Ökostromüberschuss und Mangel aus Wind und Sonnenenergie. Man ist aber außer in Pumspeichern noch nicht in der Lage, den Stromüberschuss in ausreichender Menge vorübergehend in der Weise zu speichern, dass er zum Zeitpunkt einer Überlastung im Netz wirtschaftlich wieder zur Verfügung steht. Die Ursache hierfür ist weltweit ein Mangel an Stromspeichern von ausreichender Größe und Wirtschaftlichkeit.
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Erste Speicher waren die Pumpspeicherwerke, die von einem niedriger liegenden Wasserreservoir (Unterwasser) das Wasser in Zeiten niedrigerer Stromentnahme im Netz, meist nachts, Wasser in ein höher gelegenes Reservoir (Oberwasser) pumpen, um Stromspitzen zu bedienen, indem man das Wasser mit der auf diese Weise erhöhten Energie der Lage über stromerzeugende Turbinenaggregate vom Oberwasser in das Unterwasser wieder zurückfließen lässt (erstmals im Walchenseekraftwerk). Die geographischen Möglichkeiten zum Bau solcher Anlagen sind in Deutschland weitgehend genutzt und gegen den Bau neuer künstlich angelegter Speicherseen kämpfen landesweit mit Erfolg die Umweltschützer. Hinzukommt beispielsweise für die BRD nach der Energiewende, dass für Pumpspeicherwerke die ermittelten Deckungsbeiträge in der Regel nicht mehr zur Refinanzierung von Neuinvestitionen ausreichen. Doch gibt es andere Speicherarten in der Entwicklung wie zum Beispiel große elektrische Batterien oder Energiespeicherung in Form von Gaskompression (Power-to-Gas).
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Unter der Nummer 8, 166, 760 B2, May 1, 2012 ist in den USA eine neuartige Speichermethode mit der Bezeichnung „Gravity Power Modul” (GPM) zum Patent angemeldet worden, welche die Schwerkraft (Gravity Power) in der Weise nutzt, indem sie einen Kolben von großer Abmessung und sehr großem Gewicht in einem unterirdischen Schacht mittels Druckwasser, erzeugt aus erneuerbarer Energie, hydraulisch langsam anhebt, um dann umgekehrt dessen beachtliche potentielle Energie zu nutzen, indem durch Ablauf des unter dem Kolben unter Druck stehenden Wassers über eine Turbinenpumpe den vorher so gespeicherten Strom bei Netzüberlastung wieder in das Netz zurückzuspeisen, um dieses vorübergehend zu entlasten. Die Idee ist bestechend, weil die Anlage komplett unterirdisch angelegt werden kann und nach dem Rückbau der Baustelle keine überirdischen, die umgebende Natur beeinträchtigenden sichtbaren Veränderungen am vormaligen Bauplatz zu sehen sind. Nach erstellten Gutachten (Babendererde Engineers GmbH, Bad Schwartau) soll es nach heutigem Stand der Technik möglich sein, nach diesem Prinzip eine Großanlage zu bauen. Die Initiatoren (Gravity Power GmbH, Hochheim am Taunus) sprechen dabei von einem Schachtdurchmesser von 50 bis 80 Meter, einer Tiefe von 500 bis zu 1000 Meter und einer Leistung von bis zu 300 Megawatt. Zweifler gibt es auch (Ingenieurbüro GeoRes Consult), beispielsweise mit der Entgegnung, dass es heute noch keine Maschinen gibt, die bis zu diesen Tiefen einen Schacht mit 80 Meter Durchmesser abteufen können und sich neben den Problemen mit dem Tiefbau noch das nicht zu unterschätzende Problem mit der Abdichtung des übergroßen Kolbens im Schacht ergibt.
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Es ist leicht einzusehen, dass man bei Kolbendurchmessern von 50 bis 80 Meter und den damit verbundenen Bauspielen und Toleranzen zwischen Kolben und Schacht nicht auf die bekannten Dichtungstechniken des Maschinenbaus und deren von den Herstellern vorgegebenen Einbauempfehlungen (Toleranzen) zurückgreifen kann. Kolben dieser Größenordnung sind etwas anderes als „axial bewegte Wellen in Einheitsbohrungen”. Hierfür gibt es technisch keine verfügbaren „Dichtungen” oder Vorbilder. Auch der Austausch und die Zugängigkeit so großer, sich an der Betoninnenwand des Schachtes zweifellos verschleißenden Dichtelemente, ist im Servicebetrieb schwer vorstellbar. Allerdings versichern die Initiatoren dieser bisher noch nicht verwirklichten Bauwerke (Gravity Power, LLC, USA) in ihren Veröffentlichungen, dass solche Anlagen schon heute machbar seien und man wenigstens schon wisse, wie man die riesigen Kolben genau in der Mitte des Schachtes halten könne, was ja für eine Abdichtung unerlässlich ist. Die besonderen bauseitigen Maßnahmen und Kunstgriffe zur Ermöglichung der Anwendung der Vorrichtung nach dem erfinderischen Gedanken, welche beispielsweise die Bauspiele betreffen, können jedoch nicht Gegenstand der Erfindung sein. Die Kritiker (GeoRes Consult, Freiberg) meinen allerdings, „dass neben dem Abteufen so großer Schächte erst einmal viel Geld und Zeit in die Erforschung der kreisförmigen Dichtung gesteckt werden muss, die den Kolben einmal abdichten soll”. Die möglichst vollständige Abdichtung ist auch deshalb wichtig, weil sonst die Leckage am Kolbenumfang vom drucklosen Raum über dem Kolben in den mit Duck beaufschlagen Raum unter dem Kolben zurückgepumpt werden müsste, damit der Kolben aus seiner Ruhestellung nicht wirkungslos absinkt.
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1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen „Gravity Power Modul” in der Speicherphase. Es sind 1 der unterirdische, hermetisch abgeschlossene Wasserschacht (Deep Storage Shaft), 2 der vertikal aufwärts fahrende Großkolben (Weight), 3 eine Füll- und Entnahmeleitung großer Nennweite (Return Pipe), 4 die Erdoberfläche (Ground Level), 5 eine Turbinenpumpe, vom Motor angetrieben als Pumpe, vom Druckwasser angetrieben als Wasserturbine arbeitend, 6 einen sowohl als Elektromotor auch als Stromerzeuger arbeitende elektrische Maschine (Motor-Generator) und in Kreis 9 den geometrischen Ort der „Vorrichtung” nach dem erfinderischen Gedanken. Das Arbeitsprinzip ist einfach. 1 zeigt wie der überschüssige Strom im Netz in potentielle Energie der Lage umgewandelt wird. Mittels Strom aus dem Netz, das vorübergehend nur schwach belastet sein soll, wird dabei Aggregat 6 als Motor genutzt. Dieser treibt Aggregat 5 an, das hierbei als Pumpe arbeitet. Es fördert das über dem Kolben 2 stehende Wasser 8 („Unterwasser” im Pumpspeicherwerk) durch 3 in den Raum 7 (Oberwasser im PSW) unter dem Kolben 2, der abhebt und langsam nach oben steigt. Dadurch gewinnt er mit seinem sehr großen Gewicht eine erhebliche Menge an Energie der Lage (potentielle Energie), die man wieder in Strom umwandeln und dem Netz in Zeiten der Überlastung zuführen kann.
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In Umkehrung des eben beschriebenen Speicherverfahrens wird nach 2 das unter dem Kolben angesammelte Wasser, das unter Druck steht, unter Verwendung des Aggregates 5 als Wasserturbine dem über dem Kolben stehenden Raum 8 zugeführt. Die Turbine treibt Aggregat 6 an, das Strom in das Netz liefert. Die als Energie der Lage im Kolben gespeicherte Energie, gespeichert im Kolben, kann dann, sobald sie gebraucht wird, wieder in elektrischen Strom umgewandelt und im Überlastungsfall dem Netz zugeführt werden.
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Im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung sind der unter 9 eingekreiste Bereich, nämlich der obere Rand des Kolbens 2 und die ihm gegenüberliegende innere Wandung des Schachtes 1 relevant. Kolben von bis zu 80 Meter Durchmesser und ein zugehöriger Schacht, wie von den Initiatoren angestrebt, haben große Bauspiele. Mit einer Spaltbreiten von mindestens zwei Meter zwischen Kolben und Schacht muss bei großen Durchmessern wohl gerechnet werden.
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Bei dem Vorschlag der Initiatoren, bei durchgehend felsigem Untergrund an Ort und Stelle den Kolben durch Abbau um ihn herum aus dem Gebirge herauszuarbeiten, soll der „Spalt” einen Rundgang von bis zu 3,5 Meter bilden. Es wird dafür kaum eine „Dichtung” geben, um Leckstrom zurückzuhalten oder zu mindern, den man ja umpumpen müsste, damit der Kolben nicht absinkt. Hinzukommt, dass die Dichtung auf einer Betonfläche, nämlich an der Innenwand des Schachtes „gleitet” und sich mit Sicherheit bald Abnutzungserscheinigungen zeigen würden. Einen schnellen und problemlosen Austausch einer Dichtung, von solchen Abmessungen, welcher Art auch immer, kann man sich bei diesem Bauwerk kaum vorstellen.
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Um einen Weg zu finden, mit der „Dichtung” technisch fertig zu werden, muss man sich von Herkömmlichem abwenden. Nimmt man an, dass man die Leckage auf ein Maß reduzieren könnte, das noch hinnehmbar wäre und sich das Umpumpen dieser Leckage im Gesamtwirkungsgrad kaum bemerkbar machen würde, könnte man bei einem solchen Bauwerk schon zufrieden sein. Man muss weg von der Vorstellung einer ringförmigen Dichtung als Einzelwerkstück und den damit verbundenen Durchmessertoleranzen, die hierfür nicht realisierbar sind, sondern prüfen, ob es andere technische Kunstgriffe gibt, um in dem unvermeidbaren Spalt um den großen Kolben herum die Leckage auf ein verträgliches Mindestmaß zu verkleinern oder ganz zu verhindern, also eine Sperre zu finden, welche anstelle einer unzulässig großen Leckage-Strömung vielleicht nur einen sehr geringen Sickerstrom aufweist.
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3 zeigt einen Druckfilter 10 mit einem Filterbett 11 aus feinem Sand, einer darunter liegenden Stützschicht 12 aus Filterkies von geeigneter Körnung, einen Filterboden 13 auf dem die die Schüttungen aufliegen mit darin eingeschraubten Filterkerzen 14, einem Zulauf 15 und einem Ablauf 16. Auch ohne die im Sandbett 11 zurückgehaltenen suspendierten und verstopfenden Verunreinigungen aus dem Rohwasser hat jedes Filterbett einen hydraulischen Widerstand, der von seiner Höhe, Form und Größe der Körnung, dem Druck und der Durchflussmenge abhängt.
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Verlängert man gedanklich den Filter in der in 4 gezeigten Weise, wird sich dieser Widerstand bei Verlängerung des feinen Sandbettes von h auf H und bei immer weiterer Verlängerung schließlich so weit vergrößern lassen, dass das Wasser bei gleichbleibenden Druck nur noch durch das Filterbett „sickert” statt „fließt”, wie es geschehen würde, wenn alle Komponenten fachgerecht für eine Filtrierung aufeinander abgestimmt wären oder gar nichts mehr hindurchgeht. Dieses technisch zunächst so abwegig erscheinende Gedankenexperiment nach 4 führt zu einer Lösung zur weitgehenden Abdichtung eines großen Ringspaltes, von der hier die Rede ist. Dreht man nämlich einen verlängerten Filter wie auf 4 dargestellt um 180° und lässt ihn wie in einem Raumfilter von unten nach oben durch die jetzt oben angeordnete Schüttung durchströmen, braucht man als letzten Kunstgriff nur noch ein Granulat mit einem spezifischen Gewicht kleiner „1”, das aufschwimmt, zu finden, um wirklich eine spiegelverkehrte Schüttung, mit der grobkörnigen Stützschicht oben, zu bekommen, denn das grobe Korn wird sich durch seinen größeren Auftrieb nach Größe gestaffelt oben einfinden und man wird es auch sinnvollerweise als letzte Schicht einschwemmen. Hierzu ist als Filtermaterial beispielsweise der Kunststoff Polypropylen mit 0.91 g/cbcm geeignet. So bleibt die Schüttung oben, ohne herunterzufallen. Das geschilderte Prinzip lässt sich zur Durchflussminderung und damit zu einer „Abdichtung” in dem genannten Spalt zwischen dem Großkolben und der ihn umgebenden Schachtwand, weitgehend unabhängig von der Breite des Spaltes verwenden; und es ist durchaus möglich, dass sich zur Abdichtung der großen Kolben keine andere Abdichtung finden lässt.
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(Im Folgenden werden die einzelnen granulierten Teilchen der Schüttung der Wasser-Teilchen-Suspension ohne Rücksicht auf ihre Größe und Beschaffenheit mit „Korn” bezeichnet.)
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5, ein Blick in den Meridianschnitt der Vorrichtung, beschreibt den erfinderischen Gedanken. Es ist 16 ein beliebig langer vertikaler Schacht, in dessen Mitte der oben offene Kolben 17, mit dem Boden 18 und dem daran befestigten umlaufenden Zurückhaltesteg 19 und dem Beschwerungsballast 20 langsam auf- und abfahren soll. Der Schacht soll mit Wasser gefüllt sein. Das Wasser 21 unter dem Kolben soll unter dem Förderdruck einer Pumpe stehen, die das Wasser aus dem Volumen 22 über dem Kolben, das nur unter seinem statischen Druck steht, absaugen soll. So soll unter dem Druck der Pumpe der Kolben abheben. Handelt es sich um große Abmessungen, so wird sich schon wegen der Bauspiele von Kolben und Schacht ein beträchtlicher Spalt 29 bilden, der abgedichtet werden soll. Erfindungsgemäß soll dies durch den hydraulischen Widerstand einer längeren aufschwimmenden Granulat-Schicht im Spalt 29 erfolgen. Sie wird durch das Druckwasser 21 und beim Anfahren noch durch die Schleppkraft von zunächst hindurchfließendem Leckagewasser verdichtet. Sie besteht aus der Stützschicht 23, deren „Korn” nicht durch die Randöffnung 28 am Rückhaltesteg 19 hindurchgeht, der darunterliegenden etwas feineren Schicht 24, der noch feineren 25 und der darunter angeordneten feinsten Granulat-Schicht 26.
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Bei der Wahl der Korngröße und deren Abstimmung soll darauf geachtet sein, dass die unterste Stützschicht 25 so auf die Barunterliegende Feinschicht 26 abgestimmt ist, dass das feine Korn der Feinschicht die unterste Stützschicht 25 nicht durchbrechen kann, sondern nur daran anliegt, wie im Druck- oder Raumfilter mit Sandfilterbett. Das gilt für jeden Korngrößenübergang. Bei Inbetriebnahme (Anfahren), das heißt beim Druckaufbau unter dem Kolben, wird die gesamte Schichtung, solange noch eine Leckageströmung herrscht, verdichtet, das heißt, dass die Zwischenräume zwischen den einzelnen Körnern, die Porenräume, kleiner werden und sich ein im Versuch vorher ermittelbarer hydraulische Widerstand einstellen wird, der sich beim Durchströmen der sehr engen Zwischenräume zwischen den aneinander anliegenden Körnern aufbaut. Im Gegensatz zu den Druckfiltern nach 3 soll ja nichts aus dem Wasser herausgefiltert werden, sondern es soll hier ein möglichst großer Durchflusswiderstend mit Durchflusshinderung erzeugt werden. Entspricht dieser dem Druck des Wassers unter dem Kolben, dann wird es keine Leckage mehr geben. Wenn kein Leck-Strom mehr fließt, hieße das, dass die ringförmig eingeschlossene Aufschwimmschüttung vom Wasserdruck wie ein fester Körper auf den Schüttungsrückhalter 19 drückt, der für solche Kräfte ausgelegt sein muss. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass in einem Granulatbett die Gesetze der „Physik der granularen Materie” gelten, in der die Reibung die bedeutsamste Wechselwirkung spielt. Durch das Zusammenpressen der Schicht von unten wird es durch Scherkräfte zur Brückenbildung und Druck auf die Schachtinnenwand und die Kolbenaußenwand kommen, was zu einer Entlastung des Rückhaltesteges 19 führen dürfte. Dies wird auch die Mittighaltung des Kolbens unterstützen, Leichte Ausbuckelungen an der Schachtinnenwand führen ebenfalls zu Scherkräften. Dabei wird die Reynoldsche Dilatanz eine Rolle spielen und ausgleichend wirken. Die Wandreibung kann dort eventuell zu flachen Strömungswalzen am Rande der Schüttung führen (Paranuss-Effekt), die jedoch wegen der sehr langsamen Bewegung des Kolbens und der großen Länge der Schüttung keine einflussreiche Wirkung haben dürfte. Nimmt man einen Schacht mit einer der Tiefe von 500 m, einen Kolben von 250 m Länge (Höhe) an und geht man davon aus, dass die gewonnene Energie der Lage innerhalb von vier Stunden durch Abfahren des Kolbens abgegeben werden soll, dann legt der Kolben in diese Zeit von oben nach unten einen Weg von 250 m zurück. Er fährt damit mit der sehr geringen Geschwindigkeit von 250/4 × 3600 = 0,017 m/sek nach unten. Das sind 1,7 cm/sek!
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Eine derartige „Abdichtung”, eher Sperrschicht, ist etwas anderes als jede herkömmliche Dichtung. Vergleichbar wäre sie im Entferntesten vielleicht mit einer Stopfbuchse mit der Schüttung als Packung und der darunter liegenden Druckzone als Stopfbuchsmutter. Durch Ablassen des Wassers unter dem Kolben über die Turbinenpumpe sinkt der Kolben ab. Die Schüttung wird dabei mitgenommen. Sie gleitet bei der Kolbenbewegung nur auf der Innenfläche des Schachtes 16 und überdies sehr langsam. Eine Abnützung der Schachtinnenfläche ist dabei kaum zu erwarten. Die Schachtwände sollten aber geglättet sein. Die „Dichtung” selbst kann sich nicht abnützen.
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Allerdings muss man davon ausgehen, dass der Durchflusswiderstand einer Schüttung, die von oben nach unten mit Druckwasser beaufschlagt wird, größer ist als bei einer von unten angeströmten aufgeschwemmten Schüttung von gleichem Aufbau. Dies hängt im Wesentlichen mit den Kraftbrücken innerhalb der Schüttungen und mit der Schleppkraft des Wassers zusammen, die von oben nach unten größer ist als von unten nach oben. Im Druckfilter der in 3 dargestellten Sand/Kies Schüttung wirkt bei der Brückenbildung das Gewicht der Körner abzüglich Auftrieb, der kaum eine Rolle spielt; bei der aufschwimmenden Schüttung nach 5 sind es nur der Auftrieb und die Schleppkraft des Wassers in der Anfangsphase, die verhältnismäßig gering sind und keine sehr bedeutende Brückenbildung erzeugen werden. Die Körner liegen mit weniger Kraft aneinander und aufeinander. Der Wasserdruck von unten wird sie allerdings in Richtung Rückhaltesteg 19 zusätzlich zusammenpressen und daraus kann durchaus eine Brückenbildung mit Druck auf die Seitenwände entstehen, die die Mitbewegung der Schüttung unter Umständen stören könnte. Sicherlich besteht auch eine Beziehung zwischen der Aufschwimmgeschwindigeit der Körner und der Geschwindigkeit mit der sich der Kolben nach oben bewegt. Es ist auch ohne praktischen Versuch leicht einzusehen, dass die Abdichtung nach dem erfinderischen Gedanken am unbewegten Kolben in jedem Falle wirksam ist, wenn die Feinschicht eine ausreichende Länge und damit einen ausreichenden Durchflusswiderstand hat. Nach Angaben der Initiatoren eines Projektes nach dem oben genannten amerikanischen Patent ist die Rede von einer Schachttiefe von 500 Meter für eine Speicherung von 300 Megawatt. Nach deren zeichnerischen Angaben hätte dabei der Kolben eine Länge und einen zurückzulegenden vertikalen Weg von 250 Meter. Wollte man die gesamte gespeicherte Energie in fünf Stunden durch Herunterfahren des Kolbens abgeben, dann wäre die abwärts gerichtete Fahrgeschwindigkeit des Kolbens nur 0,017 m/s. Es ist nicht anzunehmen, dass hierbei die Schüttung in Form und Wirkung wirksam beeinträchtigt wird.
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Um eine übergroße Länge der Schüttung zu vermeiden, kann man sie durch eine im Folgenden beschriebene „Nachschärfung”, vorzugsweise im Anfahrbetrieb, in der Wirksamkeit verbessern.
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Wenn im Druckfilter nach 3 die feinkörnige Schicht 11 noch nicht durch zurückgehaltene Schmutzteilchen aus dem Wasser belastet ist, dann ist ihr Durchflusswiderstand gering. Das heißt, dass die nach 5 vorgeschlagene Vorrichtung eine relativ große Länge der Schüttung 26 haben müsste, um eine zufriedenstellende Sperrwirkung aufzuweisen. Wenn ein Filter nach 3 jedoch mit zurückgehaltenen suspendierten Schmutzteilchen hoch belastet ist, hat er einen großen hydraulischen Widerstand. Bei der vorliegenden Vorrichtung nach 5 soll daher noch eine „Nachschärfung” der Schüttung 26 derart vorgenommen, werden, dass beim Anheben des Kolbens vor Eintritt des Wassers in den Raum 21 unterhalb des Kolbens in die Füll- und Entnahmeleitung eine „künstliche, hydraulischen Widerstand bildende „Verschmutzung” in Form einer Schwimmteilchen-Wasser-Suspension, zum Beispiel unter Verwendung von grob gemahlenem aufschwimmenden Material, dosiert wird, deren Teilchen sich in der Schüttung 26 noch in die feinsten Zwischenräume zwischen den Körnern einlagern, und dort den hydraulischen Widerstand derart erhöhen, dass nur noch eine unerhebliche Leckage 29 oder gar nichts mehr durch die Schüttung 26 hindurchfließt. So kann man die Feinkörnigkeit der Schüttung 26 verbessern, was zu einem größeren hydraulischen Durchflusswiderstand und damit zu einer kürzeren Schüttung führen wird. Die Feinschicht der Schüttung entspricht einem nach der „Physik der granularen Materie” in sich verschiebbaren Pfropfen von ringförmigem Querschnitt, in welchem beispielsweise bei leichten Ausbuckelungen an der Schachtwand die Reynoldsche Dilatanz hilfreich wirksam sein wird. Es wird Reibung an der Schachtwand vorliegen und zwar durch die schon genannte Kraft der Brückenbildung. Durch die sehr geringe relative Bewegung des Wassers als Träger der Schüttung gegenüber der Schachtwand, wird es in der Grenzschicht kaum eine Nullgeschwindigkeit mit vielleicht folgender Walzenbildung in ihrer Nachbarschaft geben (Paranuss-Effekt), die aber die Gesamtwirkung der Vorrichtung nicht infrage stellen dürfte. Es ist kaum zu erwarten, dass die eingeshclossene mitlaufende Schüttung ein von der Rohrreibung her bekanntes Geschwindigkeitsprofil aufweist.
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Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 und Fig. 6a.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Zurückhaltevorrichtung, bestehend aus einem festen und einem drehbar beweglichen Teil. Es soll 30 die Innenwand eines Betonschachtes sein, 31 der vertikal bewegte Kolben, 32 der Ringraum zwischen Schacht und Kolben, 33 das unter Druck stehende Wasser unter dem Kolben, 34 das über dem Kolben stehende Wasser, das nur unter statischem Druck steht, 37 die Zurückhaltevorrichtung nach 6a, 38 die Gesamtlänge einer eingebrachten granulierten Schüttung, 39 die Größe der abgestuften Stützschicht, 40 die Länge der Feinschicht, 41 diejenige Länge der Feinschicht in die sich grob gemahlenes aufschwimmendes Material zur Erhöhung des Filterwiderstandes eingelagert hat, und 42 die dazu notwendige Dosierpumpe. Es soll ferner 43 die Turbinenpumpe sein, 44 die Steigleitung zum Ein- und Abpumpen, 45 der Schachtboden, 46 die Kolbenoberkante, 47 der Ballast zur Beschwerung des Kolbens, der beispielsweise Abraummaterial vom Abteufen des Schachtes sein kann, 48 der Austritt der Anfahrleckage und weitergehend in 6a, 49 die Kolbenaußenwand, 50 die Kolbenoberkante, 51 Knotenbleche, 52 der Betonschacht und 53 seine Innenwand, 54 das Toleranzfeld der Durchmesser, 55 der feste Teil der Zurückhaltevorrichtung, 56 ihr drehbar bewegliche Teil, 57 ein robustes Scharnier, 59 eine Schwerlastrolle an der Innenwand des Schachtes abrollend, 60 Spalten für den Wasserdurchlass, die den Durchgang von Teilen der Stützschicht nicht erlauben und 61 das im Durchmesser größte Korn der Stützschicht. Die allgemeine Funktion der Schüttung als Abdichtung ist bereits oben unter 5 beschrieben worden. Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt die erfindungsgemäß relevanten Komponenten eines Gravity Power Units mit einem festen und einem drehbar beweglichen Teil 37 und 56 der Zurückhaltevorrichtung, wie unter dem Patentanspruch „4” reklamiert wird. Die beweglichen Teile 56, 58 sollen hierbei sektorenweise, wie Schuppen, um den Kolben herum an den Scharnieren 57 drehbar befestigt sein und eine Schwerlastrolle 59 haben, die an der Innenfläche des Schachtes entlangfährt, wobei sie durch den Wasserdruck von unten sowohl beim Hoch- als auch beim Herunterfahren des Kolbens, fest angedrückt, die Lage an der Innenfläche des Schachtes einhalten soll, womit ein Durchrutschen von Teilen der Schüttung unmöglich wird. Da es nicht möglich ist, einen großen Kolben ohne die unvermeidlichen Bauspiele am Kolbenaußendurchmesser herzustellen muss ein Toleranzfeld 54 vorgesehen werden, innerhalb dessen sich der Durchmesser bewegen muss. Es ist dabei zu bedenken, dass der bewegliche Teil der Zurückhaltevorrichtung sehr kräftig ausgeführt werden muss, weil ja von unten ein erheblicher Druck anliegt. Dieser sollte deshalb aus schweißbarem Stahlguss gefertigt werden. Die beweglichen Teile 59 werden nach dem Einbringen der Schüttung montiert. Auch muss beim Fluten nach dem Einbringen der Schüttungen und nach der Montage der beweglichen Teile 56 dafür gesorgt werden, dass die Rollen 59 bereits anliegen, was zum Beispiel durch Verlängerungsstangen an den beweglichen Teilen mit einem Gewicht am Ende bewerkstelligt werden kann. Nach dem Fluten und der vollständigen Füllung des Schachtes bleiben die Rollen an der Schachtinnenwand angedrückt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Unterirdischer Wasserschacht
- 2
- Großkolben
- 3
- Füll- und Entnahmeleitung
- 4
- Erdoberfläche
- 5
- Turbinenpumpe
- 6
- Motor-Generator
- 7
- Raum unter dem Kolben
- 8
- Raum über dem Kolben
- 9
- Ort der beschriebenen Vorrichtung
- 10
- Druckfilter
- 11
- Feiner Sand
- 12
- Stützschicht
- 13
- Filterboden
- 14
- Filterkerze
- 15
- Zulauf
- 16
- Schacht
- 17
- Oben offener Kolben
- 18
- Boden
- 19
- Rückhaltesteg (für die Schüttung)
- 20
- Ballast
- 21
- Wasser unter dem Kolben (Druckwasser)
- 22
- Wasser über dem Kolben (nur statischer Druck)
- 23
- Stützschicht
- 24
- Feinkörnige Schicht
- 25
- Noch feinkörnigere Schicht
- 26
- Feinkörnige Schicht
- 27
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- 28
- Randöffnung von 19
- 29
- Spalt zwischen Schacht und Kolben
- 30
- Innenwand des Betonschachtes
- 31
- Vertikal bewegter Kolben
- 32
- Ringraum zwischen Schacht 30 und Kolben 31
- 33
- Unter Druck stehendes Wasser unter dem Kolben
- 34
- Unter seinem statischen Druck stehender Raum über dem Kolben
- 35
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- 36
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- 37
- Zurückhaltevorrichtung für die Schüttung
- 38
- Gesamtlänge der Schüttung
- 39
- Länge der abgestuften Stützsschicht
- 40
- Länge der Feinschicht
- 41
- Bereich von eindosiertem Feinstkorn
- 42
- Dosierpumpe
- 43
- Turbinenpumpe
- 44
- Steigleitung
- 45
- Schachtboden
- 46
- Kolbenoberkante
- 47
- Ballast
- 48
- Anfahrleckage
- 49
- Kolbenaußenwand
- 50
- Kolbenoberkante
- 51
- Knotenblech
- 52
- Betonschacht
- 53
- Innenwand Betonschacht
- 54
- Durchmesser Toleranzfeld
- 55
- Fester Teil der Zurückhaltevorrichtung
- 56
- Drehbar beweglicher Teil der Zurückhaltevorrichtung
- 57
- Scharnier
- 58
- Ist gleich 56
- 59
- Schwerlastrolle
- 60
- Spalte für Wasserduchlass
- 61
- Größtes „Korn” in Stützschicht 39
