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Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Generator.
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Generatoren umfassen einen Stator und einen drehbar gelagerten Rotor. Der Rotor ist drehfest mit einer Welle verbunden, die an zumindest einer Lagerstelle, in der Regel mehreren, Lagerstellen mechanisch gelagert ist. Die Welle ist mit einem mechanischen Antrieb, z.B. ein durch Wind oder Wasser angetriebenes Flügelrad, verbunden und wird durch den Antrieb in Drehung versetzt wird. Durch die Lagerung der Welle entstehen im Betrieb des Generators Verluste, welche von der Anzahl der Lagerstellen und der konstruktiven Ausgestaltung der Lager bestimmt sind. In Abhängigkeit der konstruktiven Ausgestaltung der Lagerung der Welle des Rotors kann der Betrieb auch mit störenden Geräuschen verbunden sein.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb für einen Generator anzugeben, welcher baulich und/oder funktional verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antrieb für einen Generator gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird ferner durch einen Generator gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es wird ein lager- und wellenloser Antrieb für einen Generator vorgeschlagen, der ein mit einem Fluid gefülltes, zylinderförmiges Behältnis mit einem Behältnisboden und einem Behältnismantel umfasst, wobei sich die Zylinderachse des Behältnismantels in einer senkrechten Richtung (bezogen auf eine Horizontale) erstreckt. Ein im Zentrum des Behältnisbodens angeordneter Fluidablauf ist über jeweilige Leitungen mit zumindest zwei, auf gleicher Höhe des Behältnismantels angeordneten Fluideinlassdüsen verbunden. Im Betrieb des Antriebs wird das an dem Fluidablauf aus dem Behältnis entnommene Fluid über eine Pumpe über die zumindest zwei Fluideinlassdüsen unter Druck in das Behältnis zurückgefördert. Ein Schwimmkörper liegt auf der Oberfläche des Fluids auf. Der Schwimmkörper weist eine Anzahl an Flügeln auf, die sich in Richtung der Zylinderachse in das Fluid erstrecken und im Betrieb der Pumpe durch das von den zumindest zwei Fluideinlassdüsen mit Druck ausgestoßene Fluid mit einer Kraft beaufschlagt werden. Dadurch wird der Schwimmkörper um die Zylinderachse in Rotation versetzt. Der Schwimmkörper ist dazu vorgesehen oder ausgebildet, drehfest mit einem Rotor des Generators verbunden zu werden oder Teil des Rotors zu sein.
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Erfindungsgemäß ist der Rotor des Generators mit dem Schwimmkörper des erfindungsgemäßen Antriebs mechanisch verbunden oder Bestandteil des Rotors. Der in dem zylinderförmigen Behältnis angeordnete Schwimmkörper liegt auf dem Fluid (z.B. Wasser) auf und wird durch das in dem zylinderförmigen Behältnis in Rotation versetzte Fluid in Drehung gesetzt, da durch die rotierende Bewegung des Fluids in dem Behältnis wird eine Kraft erzeugt, die auf die Flügel mit dem Schwimmkörper treffen. Hierdurch ergibt sich, ohne dass der Schwimmkörper und damit der Rotor mit einer Welle oder einem Lager verbunden sind, eine stabile Lage des Schwimmkörpers relativ zu dem Behältnis. Insbesondere dreht sich der Schwimmkörper aufgrund des sich einstellenden Kräftegleichgewichts in einer Ebene, die parallel zu dem Behältnisboden ist. Die rotierende Bewegung des Fluids in dem Behältnis wird durch ein Umpumpen des Fluids mit Hilfe der Pumpe bewirkt, die das Fluid am Behältnisboden aus dem Behältnis saugt und über zwei oder mehr auf gleicher Höhe des Behältnismantels angeordnete Fluideinlassdüsen in das Fluidvolumen zurückfördert (d.h. eindüst). Das Zurückfördern erfolgt dabei unter Druck, wobei die Drehgeschwindigkeit des Fluids abhängig von dem Druck ist, mit dem das Fluid aus den Fluideinlassdüsen in das Behältnis zurückgefördert wird. Das durch die Drehung des Schwimmkörpers entstehende Drehmoment ergibt sich dabei aus dem Volumen des in dem Behältnis enthaltenen Fluids und der Drehgeschwindigkeit des Fluids in dem Behältnis.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der von dem zumindest zwei Fluideinlassdüsen ausgestoßene Fluidstrahl in einem von Null abweichenden Winkel gegenüber einer Bezugslinie in das Fluid des Behältnisses eingedüst, wobei die Bezugslinie eine radiale Verbindung zwischen einem Kreismittelpunkt des zylinderförmigen Behältnisses auf Höhe der Fluideinlassdüse(n) und dem Ort der jeweiligen Fluideinlassdüse in dem Behältnis ist. Mit anderen Worten wird der von einer jeweiligen Fluideinlassdüse ausgestoßene Fluidstrahl schräg in das in dem Behältnis enthaltene Fluid eingedüst, um eine optimale Anströmung der Flügel und damit Kraftbeaufschlagung der Flügel zu erzielen, um das Fluid und damit den Schwimmkörper in Rotation versetzen zu können.
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Es wird der Vollständigkeit halber angemerkt, dass die Fluideinlassdüsen auf einer Höhe angeordnet sind, die unter der Fluidoberfläche des mit dem Fluid gefüllten Beckens liegt. Nur dadurch wird die beabsichtigte Wirkung erzielt, dass das von den Fluideinlassdüsen ausgestoßene Fluid in das Fluid (und nicht oberhalb davon) geleitet wird, um dieses in Rotation zu versetzen und auch mit den Flügeln wechselwirken zu können.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Schwimmkörper als Ring oder als Platte mit zumindest einer zentralen Aussparung ausgebildet ist. Die Ausgestaltung des Schwimmkörpers als Ring oder als Platte mit zumindest einer zentralen Aussparung reduziert die Reibung zwischen dem Schwimmkörper und dem, in dem Behältnis in Rotation versetzten Fluids. Dadurch kann die Drehgeschwindigkeit des Schwimmkörpers und die Drehgeschwindigkeit des Rotors erhöht werden.
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Um eine optimale Kraftbeaufschlagung der Flügel durch das rotierende Fluid und den Fluidstrahl einer jeweiligen Fluideinlassdüse erzielen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Anzahl der Flügel im Bereich des Außenumfangs, gleichmäßig über diesen verteilt, mit dem Schwimmkörper verbunden ist.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der Außendurchmesser des Schwimmkörpers kleiner als der Innendurchmesser des Behältnisses ist, so dass zwischen dem Außenumfang der Schwimmkörper und dem Innenumfang des Behältnisses in Betrieb des in Rotation versetzten Schwimmkörpers ein gleichmäßig großer Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Behältnisses und dem Außenumfang des Schwimmkörpers gebildet ist. Insbesondere weist der Ringspalt eine Länge zwischen 1 cm und 2 cm auf. Hierdurch wird bei der Inbetriebnahme des Antriebs eine initiale Drehung des Schwimmkörpers sichergestellt, welche mit keinen oder wenig Berührungen mit dem Behältnismantel auskommt, bis schließlich ab einer bestimmten Drehzahl durch eine Selbstzentrierung der gleichmäßig breite Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Behältnisses und dem Außenumfang des Schwimmkörpers gebildet ist.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Anzahl der Flügel um eine ungerade Anzahl größer oder kleiner ist als die Anzahl der Fluideinlassdüsen. Bevorzugt ist die Anzahl der Flügel größer als die Anzahl der Fluideinlassdüsen. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Schwimmkörper mit der Anzahl an Flügeln, insbesondere aus der Drehzahl Null, immer in Drehung versetzt werden kann, da zu einem gegebenen Zeitpunkt zumindest ein Flügel von einem Fluidstrahl getroffen wird und dadurch den Schwimmkörper mit den Flügeln in Drehung versetzt.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der Fluidablauf von einem in der Zylinderachse angeordneten Deckel, der über einen Stützkörper vorgegebener Länge von dem Behältnisboden beabstandet ist, abgedeckt ist. Das Vorsehen des Deckels verhindert das Ansaugen von Luft, wenn sich aufgrund der bei Drehung des Schwimmkörpers mit den Flügeln einstellenden dynamischen Zustände des Fluids in dem Behältnis ein Fluidwirbel (Wasserwirbel) ergibt. Durch den Deckel wird der Fluidwirbel nicht unterbrochen, wodurch die Dynamik der rotierenden Bewegung des Fluids nicht gehemmt wird. Der Stützkörper vorgegebene Länge kann beispielsweise ein zylinderförmiges Metallgitter sein, welches über dem Fluideinlass angeordnet ist und auf dessen, von dem Fluideinlass abgewandtem, Ende der Deckel angeordnet ist. Durch das Metallgitter ist weiterhin sichergestellt, das Fluid über den Fluideinlass aus dem Behältnis gesaugt und über jeweilige Leitungen zu den Fluideinlassdüsen zum erneuten Einbringen des Fluids in das Behältnis gefördert werden kann.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Fluideinlassdüsen, ausgehend von dem Behältnisboden, in einer Höhe angeordnet sind, die in etwa der Hälfte der Füllhöhe des Fluids am Außenumfang des Behältnisses entspricht, wenn der Antrieb im Betrieb ist und der Rotor in einer vorgegebenen Ortsbeziehung zu dem Stator des Generators ist. Die „Höhe der Füllhöhe des Fluids“ am Außenumfang des Behältnisses im Betrieb des Antriebs ist die Höhe des Fluids, welcher der, durch die rotierende Bewegung des Fluids, erzeugte Fluidwirbel bei einer bestimmten Drehzahl des Schwimmkörpers und damit des Rotors aufweist. In diesem Zustand weist der Rotor einen bestimmten Abstand zu dem Stator des Generators auf, wobei der Abstand für den von dem Generator abgegebenen Strom bei einer bestimmten Spannung maßgeblich ist.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Füllhöhe des Fluids im Betrieb des Antriebs durch eine Veränderung der Grundmenge des in dem Behältnis befindlichen Fluids einstellbar ist, um die Ortsbeziehung des Rotors zu dem Stator des Generators zu verändern. Durch diese Änderung der Grundmenge des in dem Behältnis befindlichen Fluids kann der Abstand des Rotors zu dem Stator variabel eingestellt werden. Insbesondere wird es dadurch möglich, die von dem Generator abgegebene Strommenge bei gleicher Drehzahl zu verändern, indem der Luftspalt zur Veränderung des Magnetfelds zwischen Rotor und Stator variiert wird.
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Die Pumpe kann eine elektrisch oder mechanisch betreibbare Pumpe sein. Als Pumpe zum Eindüsen des Fluids in das Behältnis kann beispielsweise eine 12 V-Gleichstrompumpe, eine solarbetriebene Pumpe und dergleichen genutzt werden. Eine mechanisch betreibbare Pumpe kann durch Handbetrieb (z.B. mit Hilfe einer Kurbel), ein Fahrrad oder auf andere Weise betrieben werden.
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Es wird ferner ein Generator vorgeschlagen, der einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Rotor zum Antrieb mit einem Antrieb verbunden ist, der entsprechend der vorliegenden Beschreibung ausgebildet ist. Bei dem Generator handelt es sich insbesondere um einen Scheibengenerator. Grundsätzlich kann der Generator jedoch auch auf herkömmliche Art und Weise ausgebildet sein. Insbesondere beträgt die Drehzahl des Rotors im Betrieb weniger als 100 U/min, bevorzugt zwischen 60 U/min bis 80 U/min.
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Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Wirkungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Fluidbeckens mit Komponenten zur Umwälzung des in dem Fluidbecken enthaltenen Fluids für einen erfindungsgemäßen lager- und wellenlosen Antrieb;
- 2 eine schematische Darstellung eines in dem Fluidbecken zum Einsatz kommenden Schwimmkörpers mit einer Anzahl an daran befestigten Flügeln;
- 3 eine schematische Draufsicht auf einen Schwimmkörper mit einem exemplarisch daran befestigten Flügel;
- 4 einen im Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebs entstehenden Fluidwirbel; und
- 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen lager- und wellenlosen Antriebs, bei dem der gemäß 2 gezeigte Schwimmkörper in dem mit Fluid gefüllten Wasserbecken gemäß 1 angeordnet ist.
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Die 1 und 2 zeigen Teilkomponenten eines erfindungsgemäßen lager- und wellenlosen Antriebs, welche zum Betrieb des lager- und wellenlosen Antriebs in einer, in 5 gezeigten Weise miteinander kombiniert werden.
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Als erste Teilkomponente umfasst der Antrieb ein mit einem Fluid gefülltes, zylinderförmiges Behältnis 1, das nachfolgend als Wasserbecken bezeichnet wird. Als Fluid wird der Einfachheit halb Wasser verwendet, so dass in der nachfolgenden Beschreibung darauf Bezug genommen wird, obwohl auch jedes andere Fluid, z.B. Öl, prinzipiell in Frage kommt. Das Wasserbecken 1 umfasst einen kreisförmigen Behältnisboden 1b (nachfolgend: Boden 1b) und einen, sich in senkrechter Richtung der Zylinderachse von dem Boden 1b erstreckenden, Behältnismantel Im (nachfolgend: Mantel 1m). Im Zentrum des Bodens 1b ist ein Fluidablauf 11 als Wasserauslass angeordnet. Der Fluidablauf 11 ist von einem in der Zylinderachse angeordneten Deckel 3 abgedeckt, wobei der Deckel 3 über einen als Metallgitter ausgebildeten (und lediglich beispielhaft zylindrischen) Stützkörper 3k vorgegebener Länge von dem Boden 1b beabstandet ist.
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Der Fluidablauf 11 ist über jeweilige Leitungen 4 mit zugeordneten Fluideinlassdüsen 6 (nachfolgend: Düse(n) 6) verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Düsen 6 dargestellt. Die Düsen 6 befinden sich dabei auf gleicher Höhe des Mantels 1m. Die Höhe, auf der die Düsen 6 angeordnet sind, ist derart gewählt, dass diese unterhalb eines Wasserspiegels liegen, wenn das Wasserbecken 1 mit dem Wasser gefüllt ist. Lediglich beispielhaft ist unterhalb des Bodens 1b eine Pumpe 2 angeordnet, welche Wasser von dem Fluidablauf 11 ansaugt und über die Düsen 6 unter Druck in das Wasserbecken 1 zurückfördert (pumpt). Sind an dem Wasserbecken 1, wie im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, lediglich zwei Düsen 6 vorgesehen, so sind diese an dem Mantel Im gegenüberliegend, d.h. um 180° versetzt, angeordnet.
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Die Anzahl der Düsen 6 kann auch größer als zwei sein. In diesem Fall sind die Düsen, auf gleicher Höhe des Mantels Im, gleichmäßig über den Umfang des Mantels Im verteilt. Bei drei Düsen 6 sind diese dann um 120° zueinander versetzt. Bei vier Düsen 6 sind diese um 90° zueinander versetzt. Bei fünf Düsen 6 sind diese um 72° zueinander versetzt, und so weiter. Unter dem Begriff „auf gleicher Höhe des Mantels Im angeordnet“ ist zu verstehen, dass die Düsen, unabhängig von der Anzahl der Düsen, in einer Ebene liegen, welche parallel zu dem Boden 1e angeordnet ist.
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Der von den Düsen 6 ausgestoßene Wasserstrahl wird in Richtung 151 in einem von Null abweichenden Winkel 16 gegenüber einer Bezugslinie 61 in das Wasservolumen des Wasserbeckens eingedüst. Dies kann am besten aus der schematischen Draufsicht in 3 ersehen werden. Die Bezugslinie 61 ist dabei eine radiale Verbindung zwischen einem Kreismittelpunkt 1z des Wasserbeckens 1 auf der Höhe der Düse 6 und dem Ort der Düse 6 am Mantel Im des Wasserbeckens 1. Mit anderen Worten wird der Wasserstrahl nicht in Richtung des Kreismittelpunkts 1z in das Wasserbecken 1 geleitet, sondern ist in einem von Null abweichenden Winkel (d.h. schräg) ausgerichtet. Der Winkel 16, der zwischen einer jeweiligen Bezugslinie 61 und einer Richtung des Wasserstrahls 151 gebildet ist, beträgt zweckmäßigerweise zwischen 10° und 15°. Dadurch erfolgt die Eindüsung des Wassers in das Wasserbecken 1 durch die Ausgestaltung bzw. Anordnung der Düsen 6 derart, dass das in dem Wasserbecken 1 befindliche Wasservolumen sowie ein Schwimmkörper in Rotation versetzt werden kann.
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Die Pumpe 2 kann eine elektrisch betriebene oder eine mechanisch betriebene Pumpe sein. Beispielsweise kann es sich bei der Pumpe um eine 12V-DC-Pumpe handeln, wie diese beispielsweise für den Campingbedarf benutzt wird. Eine derartige Pumpe kann beispielsweise aus einer 12V-Batterie gespeist werden. Die Pumpe 2 kann alternativ auch solarbetrieben sein. Ebenso ist es möglich, die Pumpe durch menschliche Bewegung zu betreiben, z.B. mit Hilfe einer Kurbel oder durch ein Fahrrad. Der von der Pumpe 2 erzeugte Druck sollte in einem Bereich zwischen 1 bar und 5 bar variierbar sein, um einen ausreichend starken Einlassstrahl an den Düsen 6 zu erzielen.
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Im Inneren des Wasserbeckens 1 ist ein als Ring oder als Platte mit einer zentralen Aussparung ausgebildeter Schwimmkörper 8 angeordnet. Der Schwimmkörper 8 ist in 2 als Teilkomponente dargestellt und in 5 in der gezeigten Relativposition in das Wasserbecken 1 eingebracht. Der Schwimmkörper 8 liegt auf der Oberfläche des Wassers in dem Wasserbecken 1 auf. Je nach Ausgestaltung des Schwimmkörpers 8 kann dieser auch zumindest teilweise in das Wasser eintauchen.
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An dem Schwimmkörper 8 ist eine Anzahl an Flügeln 7 ausgebildet, die sich in Richtung der Zylinderachse in das Wasser erstrecken, wenn der Schwimmkörper 8 mit den daran befestigten Flügeln 7 in dem Wasserbecken 1 angeordnet ist (siehe 5). Die Flügel 7 sind im Bereich des Außenumfangs mit dem Schwimmkörper verbunden und gleichmäßig über den Außenumfang verteilt (2). Dies bedeutet, bei drei Flügeln 7 sind diese um 120° zueinander versetzt über den Außenumfang angeordnet. Bei vier Schwimmflügeln 7 sind diese um 90° versetzt über den Außenumfang des Schwimmkörpers 8 verteilt angeordnet.
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Die Querschnittsform der Flügel 7 entspricht in der einfachsten Gestalt der Form eines Halbkreises. Der Halbkreis ist, wie dies die Draufsicht der 3 am besten zeigt, gegenüber der Bezugslinie 61 um die Achse des Halbkreises leicht verdreht, z.B. um das Maß des Winkels 16 zwischen 10° und 15°. Die Gestalt der Flügel 7 kann auch ähnlich der von Rotorblättern von Windrädern sein. Die Querschnittsgestalt der Flügel 7 braucht sich über deren gesamte Länge nicht zu ändern.
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In 3 ist der gezeigte Flügel 7 an einem Flügelarm 7a befestigt, welcher von dem Kreismittelpunkt 1z des Wasserbeckens 1 bzw. des Schwimmkörpers 8 (nicht dargestellt) ausgeht. Der Flügelarm 7 illustriert lediglich die ortsfeste Verbindung zu dem Schwimmkörper 8, stellt jedoch keine tatsächlich vorhandene mechanische Verbindung oder mechanisches Element dar.
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Der von den Düsen 6 in das Wasserbecken eingedüste Wasserstrahl trifft dort zunächst auf das in dem Wasserbecken 1 befindliche Wasser und dann auf einen der Flügel 7, die mit dem Schwimmkörper 8 verbunden sind. Um sicherzustellen, dass zu jedem Zeitpunkt der Wasserstrahl wenigstens einer Düse 6 auf einen der Flügel 7 trifft, ist die Anzahl der Flügel 7 um eine ungeradzahlige Anzahl größer (oder kleiner) als die Anzahl der Düsen 6. Ist die Anzahl der Düsen 6 also geradzahlig, so ist die Anzahl der Flügel 7 bevorzugt ungeradzahlig, und umgekehrt. Es ist zweckmäßig, wenn die Anzahl der Flügel um eins größer ist als die Anzahl der Düsen 6.
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Im Betrieb der Pumpe 2 werden somit die Flügel 7 durch das von den Düsen 6 ausgestoßene Wasser mit einer Kraft beaufschlagt, wodurch der Schwimmkörper 8 um die Zylinderachse in Rotation versetzt wird. Mit dem Schwimmkörper 8 ist ein Rotor eines nicht näher dargestellten Generators, welcher schematisch durch eine Magneteinheit 12 mit einer Magnetplatte 13 repräsentiert ist, verbunden. Der Schwimmkörper 8 kann auch integraler Bestandteil des Rotors sein. Der Rotor wirkt mit einem am oberen Ende des Wasserbeckens 1 angeordneten Stator 9, repräsentiert durch eine Anzahl an Kupferspulen 9s (1 und 5), elektrisch zusammen. Der Stator 9 kann in einen Deckel des Wasserbeckens 1 integriert sein. Durch die Drehung des Rotors, welche durch die Drehung des Schwimmkörpers 8 hervorgerufen ist, kann im Stator Strom erzeugt werden. Die Anzahl und/oder Anordnung der Magnete 12 und der Statorspulen 9s kann je nach Durchmesser des Zylinders des Wasserbeckens 1 unterschiedlich ausgebildet sein. Dadurch können die elektrischen Kenngrößen (Spannung, Strom) des Generators 1 in erwünschter Weise eingestellt werden.
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Der Außendurchmesser des Schwimmkörpers 8 ist kleiner als ein Innendurchmesser des Wasserbeckens 1. Dadurch ist zwischen dem Außenumfang des Schwimmkörpers 8 und dem Innenumfang des Wasserbeckens 1 im Betrieb des in Rotation versetzten Schwimmkörpers 8 ein gleichmäßig großer Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Wasserbeckens 1 und dem Außenumfang des Schwimmkörpers 8 gebildet. Der Ringspalt weist bevorzugt eine Länge zwischen 1 cm und 2 cm auf, so dass der Innendurchmesser des Wasserbeckens 1 zwischen 2 cm und 4 cm größer als der Außendurchmesser des Schwimmkörpers 8 ist.
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Das von dem Antrieb bereitgestellte Drehmoment ergibt sich aus der in dem Wasserbecken 1 befindlichen Wassermenge sowie der Rotationsgeschwindigkeit des Wassers, welche sich durch den Druck, mit dem das Wassers von den Düsen 6 eingedüst wird, und den in dem Wasser rotierenden Flügeln 7 ergibt. Das Drehmoment kann gesteigert werden, in dem die Fläche der Flügel vergrößert wird. Die Vergrößerung ist durch einen entstehenden Wasserstrudel 21, dessen Querschnittsform in dem Wasserbecken 1 schematisch in 4 dargestellt ist, begrenzt. Bei zu großen Flügelflächen bremst sich der Wasserstrudel 21 selbst aus, da die Fließgeschwindigkeit am Rand des zylinderförmigen Wasserbeckens 1 wesentlich langsamer ist als in der Mitte des Wasserbeckens 1.
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Wenn eine bestimmte Endgeschwindigkeit des rotierenden Wassers im Inneren des Wasserbeckens 1 erreicht ist, ergibt sich eine in Richtung des Fluidablaufs 11 zulaufende Luftsäule 20 und dadurch eine bestimmte Höhe 22 des Wassers am Mantel Im des Wasserbeckens 1. Durch das Hinzufügen von Wasser in das Innere des Wasserbeckens 1 oder Entnahme von Wasser aus dem Wasserbecken 1 ist es möglich, diese Höhe 22 zu beeinflussen und den Schwimmkörper 8 in Richtung der Zylinderachse nach oben oder unten zu bewegen. Hierzu kann eine Grundmenge an Wasser in dem Wasserbecken 1 variiert werden, z.B. mit Hilfe eines Ausgleichsbeckens 5, das über eine Zulaufleitung 5z und eine Rücklaufleitung 5r mit dem Wasserbecken 1 verbunden ist. In dieser Variante ist, wie dies in den 1 und 5 schematisch dargestellt ist, in zumindest einer der Zulaufleitungen 5z oder Rücklaufleitungen 5r eine zusätzliche Pumpe vorzusehen. Alternativ zu einem Ausgleichsbecken 5 können ein Zufluss, der z.B. mit einer Wasserleitung in Verbindung steht, und ein Abfluss vorgesehen sein. Dies kann in der einfachsten Form als handbedienter Kanister ausgebildet sein.
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Die von dem Generator erzeugte Stromhöhe kann nun verändert werden, indem die Wassermenge in dem Wasserbecken 1 mit Hilfe des Ausgleichsbeckens 5 erhöht oder reduziert wird, um dadurch den Abstand zwischen dem Rotor am Schwimmkörper 8 und dem Stator 9 am oberen Ende des Wasserbeckens 1 zu vergrößern oder verringern. Durch die Einstellung des Abstands kann die Strommenge bei gleichbleibender Drehzahl des Rotors reguliert werden. Umso mehr sich die auf dem Schwimmkörper 8 befindlichen Magnete 12 des Rotors dem Stator 9 nähern, umso mehr Strom wird im Generator produziert. Wird der Abstand größer, so wird weniger Strom produziert, bis hin zu einem Grenzabstand, an dem kein Strom mehr an den Statorspulen erzeugt wird.
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Durch die rotierende Bewegung des Wassers im Inneren des zylinderförmigen Wasserbeckens 1 wird eine Kraft erzeugt, die auf die Flügel 7 mit dem Schwimmkörper 8 wirkt, wobei eine waagerechte stabile Position des Schwimmkörpers 8 mit dem daran befindlichen Rotor entsteht. Die Einheit aus Schwimmkörper 8 und Rotor ist dabei im Betrieb des Antriebs selbst zentrierend, d.h. es findet kein Kontakt zwischen dem Schwimmkörper 8 und dem Inneren des Mantels Im statt. Da bei Ausfall der Pumpe 2 am Boden 1b eine leichte Kippneigung des Schwimmkörpers 8 entstehen kann, ist zweckmäßigerweise an dem Schwimmkörper 8 ein Dorn 10 (siehe 2) vorgesehen, welcher in eine Hülse 9h des Stators oder den Deckel des Wasserbeckens 1 eingreift (5). Der Innendurchmesser der Hülsen 9h und der Außenmesser des Dorns 10 sind derart dimensioniert, dass im selbst zentrierten Zustand des Schwimmkörpers 8 sich die beide Teile nicht berühren.
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Das Wasserbecken 1 kann, wie in 4 dargestellt ist, auf Standfüssen 14 angeordnet sein, um unterhalb des Bodens 1b die Leitungen 4, welche den Fluidablauf 11 mit den Düsen 6 verbinden, und ggf. die Pumpe 2 anordnen zu können. Die Pumpe 2 kann alternativ auch seitlich des Mantels Im des Wasserbeckens 1 angeordnet sein.
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In Abhängigkeit des von der Pumpe 2 erzeugten Drucks (bevorzugt zwischen einem und fünf Bar) kann die Einströmgeschwindigkeit des Wasserstrahls an den Düsen 6 festgelegt werden. Mit zunehmender Drehzahl des Schwimmkörpers 8 sowie der Drehzahl des Wassers in dem zylinderförmigen Wasserbecken 1 ergibt sich der in 4 gezeigte Wasserstrudel, wodurch der Schwimmkörper 8 nach oben steigt. Die Höhe der Düsen 6 ist derart gewählt, dass diese in etwa auf Höhe der Mitte der Flügel 7 liegt, wenn der Schwimmkörper 8 und der damit befestigte Rotor einen bestimmten, geringen Abstand zu dem Stator aufweisen, um Strom erzeugen zu können.
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Der Generator ist insbesondere als Scheibengenerator ausgebildet. Alternativ kann jedoch auch ein herkömmlicher Dynamo, beispielsweise ein Nabendynamo, wie dieser von Fahrrädern bekannt ist, zur Anwendung kommen.
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Es handelt sich um ein geschlossenes System, das mobil einsetzbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wasserbecken (Behältnis)
- 1b
- Boden (Behältnisboden)
- 1m
- Mantel (Behältnismantel)
- 1z
- Kreismittelpunkt
- 2
- Pumpe
- 3
- Deckel
- 3k
- Stützkörper
- 4
- Leitung
- 5
- Ausgleichsbecken
- 5z
- Zulaufleitung
- 5r
- Rücklaufleitung
- 6
- Düse (Fluideinlassdüse)
- 61
- Bezugslinie
- 7
- Flügel
- 7a
- Flügelarm
- 8
- Schwimmkörper
- 9
- Stator
- 9s
- Statorspule
- 9h
- Hülse
- 10
- Dorn
- 11
- Fluidablauf
- 12
- Magneteinheit
- 13
- Metallplatte
- 14
- Standfuss
- 15
- Wasserstrahl
- 151
- Richtung des Wasserstrahls
- 16
- Winkel
- 20
- Luftsäule
- 21
- Wasserstrudel
- 22
- Höhe des Wassers am Behältnismantel
