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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie.
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Ein elektrischer Generator ist eine elektrische Maschine, die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Ein solcher Generator benötigt eine Energiequelle, wie zum Beispiel Wind, Wasser oder Treibstoff.
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In Gebieten, in denen Wasser oder Treibstoff knapp ist, kann auf Wind als Energiequelle zurückgegriffen werden. Nachteilig dabei ist jedoch, dass der Generator von der Windstärke abhängig ist und dann keine elektrische Energie erzeugt, wenn es windstill ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung mit einer alternativen Energiequelle bereitzustellen, mit der ein Generator konstant mit Energie versorgt werden kann.
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Diese Aufgabe wird nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie, die einen elektrischen Generator sowie mindestens eine Baugruppe umfassend ein Pendel sowie eine Welle aufweist, wobei das Pendel mit einem freien Ende an der Welle angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Pendel ein Stabpendel.
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Zwischen dem Generator und der mindestens eine Baugruppe ist mindestens eine erste Anordnung aus Rädern vorgesehen, die zwischen der mindestens einen Baugruppe und einer zweiten Anordnung aus Rädern angeordnet ist. Diese zweite Anordnung aus Rädern befindet sich zwischen dem Generator und der mindestens einen ersten Anordnung aus Rädern, wobei über die mindestens eine erste Anordnung sowie die zweite Anordnung aus Rädern die von dem mindestens ein Pendel durch Pendelbewegung erzeugte kinetische Energie auf den Generator übertragbar ist. Diese kinetische Energie wird von dem Generator in elektrische Energie umwandelt.
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Vorteilhaft bei dieser Vorrichtung ist, dass keine herkömmliche Energiequelle verwendet werden muss, so dass der Generator praktisch überall eingesetzt werden kann.
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Bevorzug umfasst die erste Anordnung aus Rädern ein erstes Rad mit Leerlauffunktion, das mit der Welle der Baugruppe verbunden ist und ein zweites Rad, das über ein Verbindungselement mit dem ersten Rad verbunden ist. Diese erste Anordnung aus Rädern ist direkt an der Baugruppe angeordnet und kann mit der Baugruppe als eine Einheit bezeichnet werden, mit der Bewegungsenergie auf eine zweite Anordnung und schließlich auf den Generator übertragen werden kann.
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Weiterhin bevorzugt weist die Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie die zweite Anordnung aus Rädern auf aufweisend ein drittes Rad, das über ein Verbindungselement mit dem zweiten Rad verbunden ist sowie einem vierten Rad, das über ein Verbindungselement mit dem dritten Rad verbunden ist, wobei das vierte Rad über eine Welle mit dem Generator verbunden ist. Diese zweite Anordnung überträgt die von der mindestens einen ersten Anordnung erhaltene Bewegungsenergie über die Welle auf den Generator, wobei diese zweite Anordnung nur einmal in der Vorrichtung vorhanden sein muss.
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Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, dass die Anordnung sehr kompakt aufgebaut und damit wenig störanfällig ist. Des Weiteren ist diese Anordnung sehr wartungsfreundlich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungselemente Riemen oder Ketten. Solche Riemen sind sehr kostengünstig und können daher sehr leicht ausgetauscht werden, sollten diese verschleißen.
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Weiterhin bevorzugt ist, wenn ein fünftes Rad vorgesehen ist, das über eine Welle mit dem vierten Rad verbunden ist. Dieses fünfte Rad ist über ein Verbindungselement, beispielsweise einen Riemen oder eine Kette, mit einem sechsten Rad verbunden. Dieses sechste Rad ist mit einer Welle verbunden, wobei über diese Welle ein Gegengewicht antreibbar ist. Mit diesem Gegengewicht wird zum einen der Generator angetrieben, wenn sich das zumindest eine Pendel im Leerlauf befindet, weil sich das Gegengewicht weiter in Bewegung befindet, und zum anderen wird das Pendel im Leerlauf bewegt. Dies ist möglich, weil das Pendel eine größere Masse wie das Gegengewicht aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem mindestens einen Pendel ein Rad angebracht, wobei für jedes Pendel eine Bahn vorgesehen ist, so dass das Pendel entlang der Bahn fahren kann. Dadurch, dass das Pendel stets auf der Bahn geführt wird, läuft das Pendel sehr stabil.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Pendel einen Motor auf, mit dem das Pendel antreibbar ist. Dadurch kann das Pendel entlang der Bahn und von der Ruheposition weggefahren werden, bis das Pendel eine optimale Amplitude erreicht hat, aus der das Pendel dann wieder die Pendelbewegung ausführen kann.
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Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie;
- 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie gemäß 1 und
- 3 eine Draufsicht auf eine Variante der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischer Energie, die einen elektrischen Generator 2 sowie einen Pendel 3 aufweist. Das Pendel 3 ist vorzugsweise als Stabpendel ausgebildet. Dieser Pendel 3 weist eine Masse 4 auf, wobei das Pendel 3 mit einem freien Ende 5 an einer Welle 6 angebracht ist. Die Anordnung aus der Welle 6 und dem daran befestigten Pendel 3 wird im Folgenden auch als Baugruppe 31 bezeichnet. Diese Welle 6 ist drehbar zwischen einer vorderen Haltevorrichtung 7 und einer hinteren Haltevorrichtung 8 angeordnet. Zwischen der vorderen Haltevorrichtung 7 und der hinteren Haltevorrichtung 8 befindet sich eine Bahn 9, wobei die Haltevorrichtungen 7, 8 die Bahn 9 gleichzeitig auch halten. Die Haltevorrichtungen 7, 8 sind mit Enden 7', 7" bzw. 8', 8" mit Untergrund 10 verbunden.
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Die Baugruppe 31 aus Pendel 2 und Welle 6 ist über die Welle 6 mit einem ersten Rad 11 mit Leerlauffunktion verbunden. Dieses erste Rad 11 ist über ein Verbindungselement 12 mit einem zweiten Rad 13 verbunden. Durch das Verbindungselement 12 wird die Bewegung des ersten Rads 11 auf das zweite Rad 13 übertragen. Die Anordnung aus erstem Rad 11, dem Verbindungselement 12 sowie dem zweiten Rad 13 wird im Folgenden auch als erste Anordnung 32 aus Rädern bezeichnet.
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Das zweite Rad 13 ist über ein als Welle ausgebildetes Verbindungselement 14 mit einem dritten Rad 15 verbunden. Es ist ein weiteres Verbindungselement 16 vorgesehen, dass das dritte Rad 15 mit einem vierten Rad 17 verbindet, wodurch die Bewegung des dritten Rads 15 auf das vierte Rad 17 übertragen wird. Das vierte Rad 17 ist über eine Welle 18 mit dem Generator 2 verbunden. Dabei sind die Verbindungselemente 12 und 16 bevorzugt als Riemen oder Ketten ausgebildet. Das dritte Rad 15, das Verbindungselement 16 sowie das vierte Rad 17 werden im Folgenden auch als zweite Anordnung 33 aus Rädern bezeichnet.
Um eine höhere Übersetzung zu erhalten, weist das zweite Rad 13 einen kleineren Durchmesser wie das erste Rad 11 auf. Um die Übersetzung noch weiter zu erhöhen, besitzt das vierte Rad 17 einen kleineren Durchmesser wie das dritte Rad 15.
An der Welle 18 ist zudem ein fünftes Rad 19 vorgesehen, das über ein Verbindungselement 23 mit einem sechsten Rad 20 verbunden ist. Mit dem sechsten Rad 20 ist ein Mittel 21, das ein Gegengewicht 21 zu dem Pendel 3 bildet, antreibbar, wenn sich das zweite Rad 11 im Leerlauf befindet. Dazu ist das Rad 20 mit dem Gegengewicht 21 über eine Welle 22 verbunden. Das Verbindungselement 23 ist als Riemen oder Kette ausgebildet. Das fünfte Rad 19, das Verbindungselement 23 und das sechste Rad 20 sind dabei Teil der zweiten Anordnung 33 aus Rädern.
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Damit der Generator 2 Strom erzeugt, muss das Pendel 3 zuerst einmal in Bewegung versetzt werden, was per Hand geschehen kann. Von Vorteil ist dabei, wenn die größtmögliche Amplitude gewählt wird. Das Pendel 3 führt sodann entlang der Bahn 9 eine Pendelbewegung aus, was durch die Pfeile 26 und 27 angedeutet ist. Damit das Pendel 3 auf der Bahn 9 fahren kann, weist es zumindest ein Rad 29 auf. Bei dem Rad 29 kann es sich um ein zentrales Rad handeln, wie dies in 1 gezeigt ist. Stopper am Ende der Bahn 9 verhindern, dass das Pendel 3 die Bahn 9 verlässt, wobei in 1 nur der Stopper 28 zu sehen ist. Die Bahn 9 ist somit als ein nach oben hin offenes „C“ ausgebildet, das an den Enden Stopper aufweist. Die Bahn 9 kann aus einem Metall, einer Metalllegierung oder Holz bestehen und weist auf der Oberfläche, auf dem sich das Pendel bewegt, eine Kunststoffschicht auf.
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Weil das Rad 11 die Bewegungsenergie nur dann auf den Generator 2 übertragen, wenn sich das Pendel 3 in eine bestimmte Richtung, zum Beispiel in Richtung des Pfeils 27, bewegt. Neben dem Generator 2 wird auch das Gegengewicht 21 bewegt, weil das Rad 19 an derselben Welle 18 angeordnet ist, die auch den Generator 2 antreibt. Bewegt sich das Pendel 3 hingegen in entgegengesetzte Richtung, d.h. in Richtung des Pfeils 26, so wird keine Bewegungsenergie auf den Generator 2 sowie das Gegengewicht 21 übertragen (entspricht einem Leerlauf). Im Leerlauf bewegt sich das Gegengewicht 21 weiter und bewegt dabei das Pendel. Zudem wird durch die Bewegung des Gegengewichts der Generator weiterhin angetrieben. Der erzeugte Strom wird dann über eine Leitung 24 zu einer Entnahmestation 25, zum Beispiel mehrere Steckdosen, geführt. Mit dem Generator 2 kann so beispielsweise 20 kW an elektrischer Energie erzeugt werden. Dabei gilt: je größer die Vorrichtung dimensioniert ist, desto mehr elektrische Energie kann sie erzeugen.
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Damit das Pendel 3 auch nach längerer Zeit weiterhin die größtmögliche Amplitude erreichen kann, aus der es die Pendelbewegung durchführen kann, oder nicht ganz mit der Pendelbewegung aufhört, weist das Pendel 3 einen Motor 30 auf, der in oder an der Masse 4 angeordnet sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Motor 30 in der Masse 4 untergebracht und ist daher nur schematisch dargestellt. Der Motor 30 kann zum Beispiel eine Leistung von 500 W besitzen und über eine Stromleitung (nicht dargestellt) von dem Generator 2 mit Strom versorgt werden.
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In 2 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischer Energie gemäß 1 dargestellt. Die Bahn 9 ist als ein nach oben hin offenes „C“ ausgebildet, wobei an den Enden der Bahn 9 jeweils ein Stopper (nicht zu erkennen) angebracht ist. An der Welle 6 ist das Pendel 3 angeordnet, wobei die Masse des Pendels 3 durch die Bahn 9 verdeckt ist und deshalb nicht zu sehen ist.
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An der Welle 6 ist das Rad mit Leerlauffunktion angebracht, die von dem Verbindungselement 12 umgeben ist, weshalb das Rad nicht zu sehen ist. Das Verbindungselement 12 kann eine Kette oder ein Riemen sein. Zu erkennen ist allerdings die Welle 18, die den Generator 2 und letztendlich auch das Gegengewicht 21 antreibt, wenn sich das Pendel 3 in Richtung des Pfeils 27 bewegt. Bewegt sich das Pendel 3 in Richtung des Pfeils 26, so wird keine kinetische Energie auf den Generator 2 übertragen, weil sich das Rad im Leerlauf befindet. In diesem Fall überträgt das Gegengewicht 21 durch seine Bewegung weiterhin Bewegungsenergie auf den Generator 2, so dass dieser weiterhin Strom erzeugt.
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3 zeigt eine Draufsicht auf eine Variante einer Vorrichtung 40 der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie. Diese Vorrichtung 40 ist im Wesentlichen so wie die Vorrichtung 1 aufgebaut, weshalb einige der Bezugszahlen beibehalten wurden.
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Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Vorrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischer Energie, weist die Vorrichtung 40 ein weiteres Pendel 41 auf, das an einer Welle 42 angebracht ist, wobei die Welle 42 der Welle 6 entspricht. Auch das Pendel 41 ist mit einem freien Ende 50 mit der Welle 42 verbunden. Das Pendel 41 ist wie das Pendel 3 aufgebaut, wobei eine Masse des Pendels 41 nicht zu sehen ist, weil sie von einer Bahn 43 überdeckt wird. Das Pendel 41 und die Welle 42 bilden eine Baugruppe 44. An der Masse des Pendels 41 ist ebenfalls ein Rad angeordnet, das durch einen Motor (nicht zu sehen) angetrieben werden kann, wobei dieser Motor wie auch der Motor 30 des Pendels 3 durch den Generator 2 mit Strom versorgt werden kann. Die Bahn 43 liegt der Bahn 9 gegenüber und wird ebenfalls über Haltevorrichtungen 45, 46, die mit dem Untergrund verbunden sind, gehalten. An der Welle 42 ist ein Rad mit Leerlauffunktion vorgesehen, das über ein Verbindungselement 47 mit einem weiteren Rad verbunden ist. Diese beiden Räder sind in 3 nicht zu sehen, weil sie von dem Verbindungselement 47 umgeben sind. Zusammen mit dem Verbindungselement 47 bilden diese beiden Räder eine weitere erste Anordnung aus Rädern, die zwischen der Welle 42 der Baugruppe 44 und der zweiten Anordnung 33 aus Rädern angeordnet ist.
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Eine im Gegensatz zur Welle 14 (vergleiche 1 und 2) verlängerte Welle 48 verbindet das weitere Rad mit dem dritten Rad, wobei auch dieses dritte Rad nicht zu sehen ist, weil es von dem Verbindungselement 16 zumindest teilweise umgeben ist. Über die verlängerte Welle 48 können die beiden Pendel 3 und 41 den Generator 2 antreiben, wenn sich die entsprechenden Räder nicht im Leerlauf befinden. Befinden sich die Räder im Leerlauf, so überträgt das Gegengewicht 21 durch seine Bewegung weiterhin Bewegungsenergie auf den Generator 2, so dass dieser weiterhin Strom erzeugt.
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Damit ist aus 3 klar, dass nur eine zweite Anordnung 33 aus Rädern erforderlich ist, um den Generator 2 anzutreiben. An jeder Baugruppe 31, 49 muss jedoch eine erste Anordnung 33, 49 aus Rädern vorgesehen sein, weil diese Anordnungen 33, 49 die Bewegungsenergie des entsprechenden Pendels 3 bzw. 41 auf die zweite Anordnung 33 aus Rädern und schließlich auf den Generator 2 übertragen. Dabei können auch noch weitere Pendel mit entsprechenden Bahnen an die Vorrichtung 40 angegliedert werden, was jedoch nicht dargestellt ist.
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Es versteht sich, dass eine Bahn nicht unbedingt erforderlich ist, weil diese nur dazu dient, dass das Pendel stabiler läuft. Wird auf eine Bahn verzichtet, so muss die Masse des Pendels auch keinen Motor und auch kein Rad besitzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Figur
- 2
- Elektrischer Generator
- 3
- Pendel
- 4
- Masse
- 5
- Freies Ende
- 6
- Welle
- 7
- Vordere Haltevorrichtung
- 8
- Hintere Haltevorrichtung
- 9
- Bahn
- 10
- Untergrund
- 11
- Erstes Rad
- 12
- Verbindungselement
- 13
- Zweites Rad
- 14
- Verbindungselement
- 15
- Drittes Rad
- 16
- Verbindungselement
- 17
- Viertes Rad
- 18
- Welle
- 19
- Fünftes Rad
- 20
- Sechstes Rad
- 21
- Gegengewicht
- 22
- Welle
- 23
- Verbindungselement
- 24
- Leitung
- 25
- Entnahmestation
- 26
- Pfeil
- 27
- Pfeil
- 28
- Stopper
- 29
- Rad
- 30
- Motor
- 31
- Baugruppe
- 32
- Erste Anordnung
- 33
- Zweite Anordnung
- 34
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- 35
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- 36
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- 37
-
- 38
-
- 39
-
- 40
- Vorrichtung
- 41
- Pendel
- 42
- Welle
- 43
- Bahn
- 44
- Baugruppe
- 45
- Haltevorrichtung
- 46
- Haltevorrichtung
- 47
- Verbindungselement
- 48
- Welle
- 49
- Anordnung
- 50
- Freies Ende
