DE102018129046A1

DE102018129046A1 - Auftriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018129046A1
Application number: DE102018129046.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020104413A1; DE112019005249A5

Abstract

Auftriebsvorrichtung (100) zum Wandeln mechanischer und/oder kinetischer Energie in elektrische Energie, wobei die Auftriebsvorrichtung (100) aufweist:- mindestens einen Auftriebskörper (110) mit einer Auftriebskörperdichte (ρ_),- mindestens einen Auftriebsbehälter (120), der eine Auftriebsflüssigkeit (121) mit einer Fluiddichte (ρ_) aufweist, wobei die Auftriebskörperdichte (ρ_) geringer ist als die Fluiddichte (ρ_), zum Erzeugen einer aufwärts gerichteten Auftriebskraft (FA) des mindestens einen Auftriebskörpers (110) im mindestens einen Auftriebsbehälter (120),- eine oder mehrere Umlenkeinrichtungen (113, 114), wobei der oder die Auftriebskörper (110) durch die kinetische Energie des oder der Auftriebskörper (110) in eine Bewegung entlang einer Drehrichtung (115) versetzbar oder versetzt sind, wobei ferner der oder die die Auftriebskörper (110) den mindestens einen Auftriebsbehälter (120) passieren, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Auftriebskörper (110) eine oder mehrere Auftriebsklappen (111) aufweisen, die bewegbar oder klappbar aus einer Aufbewahrungsstellung (200) in eine Auftriebsstellung (210) überführbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auftriebsvorrichtung zum Wandeln mechanischer und/oder kinetischer Energie in elektrische Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Generatoren eines Kraftwerks werden durch mechanische Energie angetrieben. Die mechanische Energie wiederum stammt ihrerseits bspw. aus kinetischer Energie, etwa bei einem Wasser- oder Windkraftwerk. Prinzipiell kann die kinetische Energie auch durch eine Aufstiegsbewegung eines Auftriebskörpers bereitgestellt werden. Die Aufstiegsbewegung des Auftriebskörpers ist das Resultat einer Auftriebskraft. Bei der Auftriebskraft kann zwischen dynamischer und statischer Auftriebskraft unterschieden werden. Unter statischer Auftriebskraft versteht man, dass die Richtung des Auftriebs durch die Schwerkraft definiert wird.
Beim statischen Auftrieb liegt die Ursache für die Auftriebskraft darin, dass an der Unterseite eines Körpers ein höherer Druck wirkt, als auf der Oberseite eines Körpers. Gelangt ein Fluid an die Unterseite eines Körpers, kommt das archimedische Prinzip zum Tragen und es wirkt eine Auftriebskraft. Der statische Auftrieb entspricht der Gewichtskraft des durch den Auftriebskörper verformten bzw. verdrängten Fluids. Das Fluid ist typischerweise eine Flüssigkeit wie Wasser. Die Auftriebskraft berechnet sich damit aus dem Produkt der Erdbeschleunigung, der Dichte des verdrängten Fluids und dem Volumen des verdrängten Fluids. Ist die Dichte des verdrängten Körpers gleich der Dichte des verdrängten Fluids, dann schwebt der Körper. Ist die Dichte kleiner, steigt der Körper und ist sie größer, sinkt der Körper. Bei bekannten Vorrichtungen zur Nutzung von Auftriebsenergie wird der für den Auftrieb erforderliche Dichteunterschied durch Einblasen von Luft in die in einem Wasserbehälter befindlichen Auftriebskörper realisiert. Zum Einblasen der Luft wird ein Kompressor, welcher selbst mit Energie versorgt wird, benötigt. Hierdurch verschlechtert sich die Energiebilanz des Auftriebskraftwerks.
Für einen kontinuierlichen Betrieb eines Auftriebskraftwerks können ferner ein oder mehrere Auftriebskörper mit einem gemeinsamen Zugmittel verbunden werden, wobei das Zugmittel von zwei Umlenkeinrichtungen, bspw. Umlenkrollen, gespannt wird. Die Auftriebskörper können nun entlang des Zugmittels etwa näherungsweise entlang einer elliptischen Bahn umlaufen. Eine Teilstrecke dieser Umlaufbahn ist in einem Auftriebsbehälter angeordnet, wobei die Auftriebskraft, die in diesem Auftriebsbehälter auf die Auftriebskörper wirkt, den Antrieb des Zugmittels bewirkt. Diese kinetische Energie kann durch eine entsprechende Wirkverbindung mit einem Generator in elektrische Energie umgewandelt werden. Von zentraler Bedeutung hierfür ist die Passage der Auftriebskörper von der Umgebung in den Auftriebsbehälter, ohne dass der Auftriebsbehälter Flüssigkeit verliert.
In dem Auftriebskraftwerk der DE 20 2014 005 703 U1 wird die Überführung einzeln ausgeführter Auftriebskörper von unten in die Flüssigkeit einer Auftriebskammer mithilfe einer Schleusenkammer realisiert, die innerhalb des Auftriebskraftwerks einen Luftbereich von einem Flüssigkeitsbereich trennt. Die Schleusenkammer kann gegenüber der angrenzenden Flüssigkeit mit Überdruck beaufschlagt werden und den Auftriebskörper durch einen linear bewegbaren Schieber von unten der mit Flüssigkeit gefüllten Auftriebskammer zuführen.
In der DE 10 2013 009 842 A1 ist ein umlaufender geschlossener Kanal beschrieben, in dem einzeln ausgeführte Auftriebskörper im Kreis geführt werden, wobei der Kanal in einen flüssigseitigen Bereich und einen luftseitigen Bereich aufgeteilt werden kann. Kugelförmige und/oder zylindrische Auftriebskörper sind während des Auftriebs in einer Flüssigkeitssäule mit Mitnahmeelementen eines Antriebsriemens für eine Generatorwelle in Wirkverbindung. Nach dem Austritt aus der Flüssigkeitssäule werden die Auftriebskörper luftseitig mittels Gravitationskraft bzw. durch ihr Eigengewicht zum Eintrittsort zurückgeführt, wobei sie Luftschleusenklappen passieren.
Die DE 10 2016 010 718 A1 betrifft ein Auftriebskraftwerk mit einer mit Flüssigkeit gefüllten Auftriebskammer. Die Auftriebskörper sind quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet und weisen in Förderrichtung oberseitig eine Dichteinrichtung auf, durch welche eine möglichst fluiddichte Passage der Auftriebskörper durch einen Abdichtungsschacht gewährleistet werden soll. Flüssigkeitsverluste aus der Auftriebskammer durch den Abdichtungsschacht werden in einem Auffangbecken gesammelt und mittels einer zwischengeschalteten Pumpe in den Abdichtungsschacht zurückgespeist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den bestehenden Stand der Technik zu verbessern und eine Auftriebsvorrichtung gegebenenfalls für ein Auftriebskraft Werk bereitzustellen, welches mit möglichst wenig Verlustenergie möglichst viel elektrische Energie an einem Generator bereitstellen kann.
Hierfür wird die im Anspruch 1 angegebene Auftriebsvorrichtung vorgeschlagen. Optionale, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Meist wird bei Begriffen wie Auftriebskörper, Auftriebsklappe oder Auftriebsbehälter für eine verbesserte Lesbarkeit vereinfacht in der Einzahl oder Mehrzahl gesprochen, wobei das jeweils andere ausdrücklich vom Schutzumfang der Anmeldung erfasst ist.
Die Erfindung betrifft eine Auftriebsvorrichtung zum Wandeln mechanischer und/oder kinetischer Energie in elektrische Energie, wobei die Auftriebsvorrichtung erstens mindestens einen Auftriebskörper mit einer Auftriebskörperdichte, zweitens mindestens einen Auftriebsbehälter, der eine Auftriebsflüssigkeit mit einer Fluiddichte aufweist, wobei die Auftriebskörperdichte geringer ist als die Fluiddichte, zum Erzeugen einer aufwärts gerichteten Auftriebskraft des mindestens einen Auftriebskörpers im mindestens einen Auftriebsbehälter, und drittens eine oder mehrere Umlenkeinrichtungen aufweist. Dabei sind der oder die Auftriebskörper durch die kinetische Energie des oder der Auftriebskörper in eine Bewegung entlang einer Drehrichtung versetzbar oder versetzt, wobei der oder die Auftriebskörper den mindestens einen Auftriebsbehälter passieren und wobei ferner der oder die Auftriebskörper eine oder mehrere Auftriebsklappen aufweisen, die bewegbar oder klappbar aus einer Aufbewahrungsstellung in eine Auftriebsstellung überführbar sind.
Der Auftriebskörper und/oder die Auftriebsklappen sind als Schwimmkörper ausgebildet. Die Auftriebsklappen können als Bestandteil des Auftriebskörpers ausgebildet sein. Die Form oder das Material des Auftriebskörpers und/oder der Auftriebsklappen ist beliebig. Das Material der Auftriebsklappen kann anders gewählt sein, als der restliche Auftriebskörper. Die Auftriebsklappen sind vorzugsweise auf dem Auftriebskörper, in regelmäßigen Abständen, also äquidistant zueinander angeordnet, und mit dem Auftriebskörper fest verbunden. Alternativ können die Auftriebsklappen auch in unregelmäßigen Abständen angeordnet sein oder auch schuppenartig einander überlappen. Damit ist auch eine unregelmäßige Verteilung entlang des Umfangs möglich. Wichtig ist, dass die Auftriebsklappen und der Auftriebskörper im eingeklappten Zustand eine Einheit darstellen, damit beim Eintritt durch die Behälteröffnung in den Auftriebsbehälter wenig Widerstand vorhanden ist. Durch die Überführung der Auftriebsklappen in die Aufbewahrungsstellung gelangt die Auftriebsflüssigkeit an eine Auftriebsfläche an der Unterseite der Auftriebsklappe. Nach dem archimedischen Prinzip und wirkt damit eine Auftriebskraft auf die Auftriebsklappe, die einen mit der Auftriebsklappe verbundenen Auftriebskörper entgegen der Schwerkraft nach oben bewegt. Auch die Auftriebsflüssigkeit kann beliebig gewählt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Auftriebsklappe flügelartig ausgebildet und innerhalb des Auftriebsbehälters so ausgerichtet und/oder ausrichtbar, dass die Auftriebskraft beim Auftriebsvorgang senkrecht zu einer Ebene des Flügels der Auftriebsklappe wirkt.
In der Aufbewahrungsstellung, also im eingeklappten Zustand der klappbaren Auftriebsklappe, beträgt die Größe der Auftriebsfläche und somit die Auftriebskraft, die an einer Unterseite der Auftriebsklappe wirken kann, nahezu 0 m². In Auftriebsstellung, also im ausgeklappten Zustand der klappbaren flügelartig und/oder plattenförmig ausgebildeten Auftriebsklappe steigt die Größe der Auftriebsfläche folglich an, da nun Auftriebsflüssigkeit unter die Auftriebsklappe gelangen kann. Die Größe der Auftriebsfläche beträgt 0 + X m². Je nach Größe, Art, Form, Anzahl und Anordnung der Auftriebsklappen kann X beliebig variiert und vergrößert werden. Die Plattenebene kann bspw. näherungsweise rechteckig ausgebildet sein und Kantenlängen von 5 cm und 8 cm aufweisen. Die Form ist nicht entscheidend, vielmehr ist wichtig, dass sich die Klappen gut in die Ausnehmungen einfügen lassen. Damit ergibt sich für eine Auftriebsklappe, also ein Element, eine Auftriebsfläche von 40 cm². Alle genannten Größen können je nach Bedarf gewählt werden.
In einer optionalen Weiterbildung sind der oder die Auftriebskörper mit der oder den Auftriebsklappe(n), vorzugsweise einstückig, als ein strangförmiger und/oder umlaufender Schwimmkörper ausgebildet.
Der Auftriebskörper kann einstückig als strangförmiger und/oder umlaufender Schwimmkörper ausgebildet sein, welcher wiederum ganz oder abschnittsweise einen vorzugsweise runden oder ovalen Querschnitt aufweisen kann und der wenigstens abschnittsweise mehrere Auftriebsklappen aufweist. Beträgt die Länge dieser umlaufenden Vorrichtung bspw. 1 Meter, könnten mindestens 10 oder mehr Elemente bzw. Auftriebsklappen für den Auftriebskörper vorgesehen sein. Unter Berücksichtigung der oben errechneten Auftriebsfläche je Auftriebsklappe wäre eine Gesamtauftriebsfläche von 400 cm² vorhanden. Die Auftriebsklappen können auch schuppenartig vorgesehen sein und im eingeklappten Zustand einander überlappen. Durch die Ausbildung der Auftriebsvorrichtung mit einem einzelnen umlaufenden bzw. strangförmigen Schwimmkörper, ist permanent ein Abschnitt des Schwimmkörpers in der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsbehälter eingetaucht. Der Eintauchvorgang, der im Stand der Technik bei separat ausgebildeten Schwimmkörpern immer wieder aufs Neue unter Einsatz von Energie durchgeführt werden muss, kann entfallen. Zusätzlich kann der Auftriebskörper eine oder mehrere Kammern aufweisen, die mit Luft und/oder mit einem anderen Gas und/oder Material gefüllt sind, damit die Dichte des Auftriebskörpers weiter verringert werden kann.
Vorzugsweise weisen der oder die Auftriebskörper eine oder mehrere Vertiefungen als Aufnahme für die Auftriebsklappe(n) in der Aufbewahrungsstellung auf, wobei vorzugsweise die Auftriebsklappe(n) mit dem Auftriebskörper über ein gemeinsames Biegescharnier verbunden sind.
In anderen Worten: Der oder die Auftriebskörper sind mit dem oder den Auftriebsklappen einstückig ausgebildet, wobei die Auftriebsklappe(n) und der oder die Auftriebskörper jeweils über ein gemeinsames Biegescharnier miteinander verbunden sind. Die Auftriebsklappen können mit dem gleichen Material des Auftriebskörpers gebildet werden. Alternativ kann die Auftriebsklappe separat ausgebildet sein und als Scharnier beispielsweise mit dem Auftriebskörper beispielsweise mit einer Schraubverbindung verbunden werden. Das Scharnier kann mehrteilig und mit einer Anschlageinrichtung ausgebildet sein, die ein Überstrecken verhindert. Es ist auch ein Öffnungswinkel der Auftriebsklappe gegenüber der eingeklappten Stellung abweichend von 90 Grad denkbar. Die Auftriebsklappen können mit Silikonen oder anderen Kunststoffen gefertigt werden. Entscheidend ist eine leichte, stabile, verschleißfeste und wartungsarme Ausführung, damit die Auftriebsklappen auch beim gehäuften Durchführen durch die Passage nicht verschleißen. Die Auftriebsklappen und/oder der Auftriebskörper können dabei aus Vollmaterial oder mit Hohlräumen ausgebildet sein. Der Hohlraum kann kontinuierlich ausgebildet oder durch Trennvorrichtungen in kleinere Hohlräume unterteilt sein. Die Hohlräume können bspw. mit Luft und/oder mit einem anderen Gas und/oder mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, wobei die Dichte dieser Flüssigkeit kleiner ist, als die Fluiddichte der Auftriebsflüssigkeit. Das Material für den Schwimmkörper als Einheit aus Auftriebskörper(n) und Auftriebsklappen kann bspw. geschäumter Kunststoff sein. In einer optionalen aber vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen der oder die Auftriebskörper eine Vertiefung als Aufnahme für die Auftriebsklappe(n) in der Aufbewahrungsstellung auf. Durch die Aufnahme der Auftriebsklappen in die Aufbewahrungsstellung kann der Strömungswiderstand verringert werden, was die Energieeffizienz der Auftriebsvorrichtung verbessert und die Betriebskosten senkt. Damit sind die Auftriebsklappen bspw. herstellbar, indem sie aus einem mit einem Vollmaterial gebildeten Auftriebskörper oder Schwimmkörper ausgeschnitten werden, sodass lediglich ein Verbindungsabschnitt als Biegescharnier verbleibt. Dadurch weisen der Auftriebskörper mit den Auftriebsklappen in Aufbewahrungsstellung vorzugsweise einen kontinuierlichen Querschnitt auf und sind durch Durchführungen bzw. Passagen leicht durchführbar, was noch genauer erläutert wird.
Vorzugsweise ist zum Überführen der Auftriebsklappe(n) aus der Aufbewahrungsstellung in die Auftriebsstellung eine offene oder geschlossene Luftkammer vorgesehen. Diese Luftkammer ist als zusätzlicher Öffnungsmechanismus bspw. als eigenständiges Auftriebselement ausgebildet und vorzugsweise endständig oder in einem Randbereich der Auftriebsklappe angeordnet. Luftkammer heißt nicht, dass Luft in der Kammer vorhanden sein muss. Vielmehr kann auch ein Gasgemisch vorgesehen sein, welches noch leichter als Luft ist, z.B. Helium. Wichtig ist, dass die Klappe formstabil gegenüber dem Wasserdruck ausgebildet ist. Alternativ zur Luftblase können in der Auftriebsklappe Anströmöffnungen vorgesehen sein. Unter Umständen sind auch poröse Ausführungsformen denkbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Auftriebsbehälter, vorzugsweise an einer Unterseite, eine Durchführung zur fluiddichten Passage des oder der Auftriebskörper auf, wobei die Auftriebsklappe(n) während der Passage in Aufbewahrungsstellung angeordnet sind.
Beim Eintritt in die Passage an der Unterseite des Behälters sind die Auftriebsklappen in Aufbewahrungsstellung angeordnet. Während des Durchtritts durch die Passage wird der Öffnungsmechanismus der Auftriebsklappe betätigt. Beim Austritt der Auftriebsklappe aus der Passage an der Unterseite des Auftriebsbehälters bewegen sich die Auftriebsklappen von der Aufbewahrungsstellung in die Auftriebsstellung. In Auftriebsstellung können die Auftriebsklappen eine Flügelwirkung entfalten und durch die direkte Verbindung mit dem Auftriebskörper diesen durch den natürlichen Auftrieb nach oben bewegen. Zur fluiddichten Passage ist eine Dichteinrichtung, vergleichbar mit einer Wellendichtung, vorgesehen, die den Auftriebsbehälter gegenüber der Umgebung trotz der axialen/linearen Bewegung des Auftriebskörpers abdichtet. Der Auftriebsbehälter kann bspw. mit einem kreiszylindrischen Durchmesser von 25 cm und einer Behälterhöhe von 1,2 m gewählt werden, wobei die Flüssigkeitssäule eine Höhe von 1 m aufweist.
In einer optionalen Weiterbildung der Erfindung weist die Auftriebsvorrichtung einen Einklapptrichter auf, wobei die Auftriebsklappen durch den Einklapptrichter aus der Auftriebstellung in die Aufbewahrungsstellung überführt werden oder überführbar sind. Im Bereich des Einklapptrichters kann eine Abtropfeinrichtung zur Rückführung von durch den Auftriebskörper und die Auftriebsklappen dem Auftriebsbehälter entnommener oder mitgerissener Auftriebsflüssigkeit vorgesehen sein. Dadurch wird der Verlust an Auftriebsflüssigkeit minimiert und die Wirtschaftlichkeit der Anlage weiter verbessert.
Vorzugsweise weist die Umlenkeinrichtung zwei Umlenkrollen auf, wobei die Rotationsachsen der Umlenkrollen parallel zueinander ausgerichtet und senkrecht übereinander angeordnet sind. Durch die Führung der Auftriebsvorrichtung mittels Umlenkrollen können die Reibungsverluste minimiert werden. Die Umlenkungsrollen spannen eine ellipsenähnliche Umlaufbahn für den Auftriebskörper auf.
Bevorzugt aber nicht notwendigerweise sind der oder die Auftriebskörper jeweils mit einem, vorzugsweise gemeinsamen, umlaufenden Antriebsgurt verbunden sind, wobei der Antriebsgurt zur Kopplung mit der Umlenkeinrichtung ausgebildet ist. In anderen Worten, der Auftriebskörper weist einen Antriebsgurt auf, welcher in mechanischer Wirkverbindung mit der Umlenkeinrichtung steht und die mechanische Energie durch die kinetische Energie des Auftriebs zur Umwandlung in elektrische Energie an einen Generator weitergeben kann. Dadurch kann der Antriebsgurt aus einem anderen Material, als der Auftriebskörper oder die Auftriebsklappen bestehen. Der Antriebsgurt kann als Seil, Kette oder Antriebsriemen realisiert sein.
In einer optionalen vorteilhaften Weiterbildung der Auftriebsvorrichtung zu einem Auftriebskraftwerk weist die Auftriebsvorrichtung einen Generator auf, der mit dem oder den Auftriebskörper(n) und/oder dem Antriebsgurt über ein Mittel zur Kraftübertragung gekoppelt ist.
Die Kraftübertragung der mechanischen Energie von dem Auftriebskörper und/oder dem Antriebsgurt kann bspw. durch Eingriff zwischen Antriebsgurt und/oder Auftriebskörper und einem Spannrad ausgeführt sein. Die Rotationsachse des Spannrads kann auf einer Generatorwelle angeordnet sein, die den Generator antreibt. Alternativ könnte eine der Umlenkrollen auf einer Generatorwelle angeordnet sein. Je nach der Größe des Auftriebsbehälters können mehrere umlaufende Auftriebskörper, verbunden mit einem Antriebsgurt, eingesetzt werden. In einer Weiterbildung ist die Anordnung mehrerer Auftriebsbehälter, wobei jeder Auftriebsbehälter einen oder mehrere umlaufende Auftriebskörper aufweist, zu Blockkraftwerken zusammenschließbar.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen Prinzipskizzen in beispielhafter Ausführung in:
1a eine schematische Seitenansicht einer Auftriebsklappe in Aufbewahrungsstellung;
1b eine schematische Seitenansicht einer Auftriebsklappe in Auftriebsstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 eine Auftriebsvorrichtung in einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3a eine schematische Draufsicht einer Auftriebsklappe in Aufbewahrungsstellung;
3b eine schematische Draufsicht einer Auftriebsklappe in Auftriebsstellung.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1a zeigt ausschnittsweise einen Auftriebskörper 110 mit einer Auftriebsklappe 111 mit einer Auftriebskörperdichte ρ_AK in Aufbewahrungsstellung 200. Die Auftriebsklappe 111 ist klappbar, schwenkbar um ein Biegescharnier 119 oder ein sonstiges Scharniergelenk, mit dem Auftriebskörper 110 verbunden. Die Auftriebsklappe 111 ist in Aufbewahrungsstellung 200 in einer Auftriebsflüssigkeit 121 mit einer Fluiddichte ρ_AB angeordnet. Dadurch, dass die Auftriebskörperdichte ρ_AK geringer ist, als die Fluiddichte ρ_AB , ist grundsätzlich eine senkrecht nach oben gerichtete natürliche Auftriebskraft F_A realisierbar, jedoch kann keine Auftriebsflüssigkeit 121 an die Unterseite der Auftriebsklappen 111 gelangen.
In 1b hingegen ist die Auftriebsklappe 111 von der Aufbewahrungsstellung 200 in die Auftriebsstellung 210 durch eine Schwenkbewegung um das Biegescharnier 119 geführt, sodass Auftriebsflüssigkeit 121 unter die Auftriebsklappe 111 gelangt. Durch den Dichteunterschied zwischen Auftriebsklappe 111 und Auftriebsflüssigkeit 121 herrscht an einer Oberseite 111a der Auftriebsklappe 111 ein geringerer Druck als an der Unterseite 111b der Auftriebsklappe 111. Dadurch wirkt auf die Auftriebsklappe 111 eine senkrecht nach oben gerichtete Auftriebskraft F_A , die den Auftriebskörper 110 mitnimmt. Die Auftriebsklappe 111 ist in einer Aufnahme 112 im Auftriebskörper 110 in Aufbewahrungsstellung 200 (vgl. 1a) aufnehmbar. Dadurch ist bspw. möglich, den Auftriebskörper 110 zunächst das einem Vollmaterial 117 auszubilden und die Auftriebsklappe(n) 111 durch Einschneiden des Vollmaterials 117 zu formen.
In 2 sind eine Vielzahl der Ausschnitte gemäß 1a und 1b zu einem endlos umlaufenden Auftriebskörper 110 für eine Auftriebsvorrichtung 100 angeordnet. Der Auftriebskörper 110 besteht somit aus einem kontinuierlichen Vollmaterial 117 und einer Mehrzahl an Auftriebsklappen 111, die vorzugsweise äquidistant zueinander über die gesamte Länge des Vollmaterials 117 bzw. Auftriebskörpers 110 angeordnet sind. Durch die Ausbildung der Auftriebsvorrichtung 110 mit einem einzelnen umlaufenden bzw. strangförmigen Schwimmkörper, ist permanent ein Abschnitt des Schwimmkörpers in der Auftriebsflüssigkeit 121 in dem Auftriebsbehälter 120 eingetaucht. Der umlaufende Auftriebskörper 110 wird von einer oberen Umlenkrolle 113 und einer unteren Umlenkrolle 114 zu einer ellipsenähnlichen Bahn aufgespannt, wobei der Auftriebskörper 110 bei Drehung der beiden Umlenkrollen 113, 114 in einer Bewegungsrichtung 115, hier gegen den Uhrzeigersinn, geführt ist. Wenigstens ein Abschnitt des Auftriebskörpers 110 ist in einem Auftriebsbehälter 120 angeordnet, der ganz oder teilweise mit einer Auftriebsflüssigkeit 121 gefüllt ist. Der Abschnitt des Auftriebskörpers 110 in dem Auftriebsbehälter 120 ist idealerweise senkrecht ausgerichtet. Im Auftriebsbehälter 120 sind die Auftriebsklappen 111 in eine Auftriebsstellung 210 (vgl. 1b) überführt, wobei auf die Auftriebsklappen 111 eine Auftriebskraft F_A wirkt, wobei ferner durch die aufwärtsgerichtete Aufstiegsbewegung der Auftriebsklappen 111 auch der Auftriebskörper 110 in eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung 115 versetzt wird. Beim Verlassen des Auftriebsbehälters 120 an einer Oberseite des Auftriebsbehälters 120 sind die Auftriebsklappen 111 noch ausgeklappt in einer Auftriebsstellung 210. Zur Überführung der ausgeklappten Auftriebsklappen 111 in die Aufnahme 112 in Aufbewahrungsstellung 200 (vgl. 1a) ist ein Einklapptrichter 125 vorgesehen, der vorzugsweise auch mit einer Abtropfeinrichtung 124 verbunden ist, sodass durch die Auftriebsklappen 111 mitgenommene oder mitgerissene Auftriebsflüssigkeit 121 abgestriffen und in den Auftriebsbehälter 120 zurückgeführt werden kann, um den Verlust an Auftriebsflüssigkeit 121 gering zu halten. Vorzugsweise ist der Einklapptrichter 125 in Bewegungsrichtung 115 nach der oberen Umlenkrolle 113 angeordnet. In Bewegungsrichtung 115 nach der unteren Umlenkrolle 114 ist eine Passage 122 zum unterseitigen Eintritt der Auftriebsklappe 111 in Aufbewahrungsstellung 200 in den Auftriebsbehälter 120 vorgesehen. Diese Passage 122 kann vorzugsweise mit einem Trichter 123 gebildet werden. Zur Nutzung dieser umlaufenden Bewegung des Auftriebskörpers 110 wird die mechanische Energie auf die Antriebswelle 130 eines Generators übertragen, bspw. durch ein Spannrad 130. Ein solches Spannrad 130 oder vergleichbares Zahnrad ist in Eingriff mit dem sich bewegenden Auftriebskörper 110 und wird dadurch rotiert. Das Spannrad 130 sitzt selbst auf der Antriebswelle für den Generator oder steht mit dieser in einer Wirkverbindung.
3a skizziert einen Querschnitt durch einen Auftriebskörper 110 im Bereich einer Auftriebsklappe 111 in einer Aufbewahrungsstellung 200. Der Querschnitt ist somit unterteilt in den Bereich mit dem Vollmaterial 117 und den Bereich mit der Auftriebsklappe 111. Im Verbindungsbereich zwischen der Auftriebsklappe 111 von dem Vollmaterial 117 ist das Biegescharnier 119 vorgesehen. Im Bereich des Vollmaterials 117, vorzugsweise mit maximalem Abstand von dem Biegescharnier 119, kann ein Antriebsgurt 116 oder Antriebsriemen vorgesehen sein, dessen Material sich von dem Vollmaterial 117 unterscheidet und speziell für eine Kraftübertragung zwischen Antriebsgurt 116, Umlenkrollen 113, 114 und einem Spannrad 130 (vgl. 2) ausgebildet ist. Der Antriebsgurt 116 oder Antriebsriemen kann auch mit ringförmigem Querschnitt ausgebildet sein. Zum Ausklappen der Auftriebsklappe 111 kann als zusätzlicher Öffnungsmechanismus eine Luftblase 118 vorgesehen sein.
3b skizziert einen Querschnitt durch einen Auftriebskörper 110 im Bereich einer Auftriebsklappe 111 in einer Auftriebsstellung 210. Die Auftriebsklappe 111 bildet damit flügelartig eine Auftriebsfläche für einen oberseitigen und/oder unterseitigen Kontakt mit der Auftriebsflüssigkeit 121 (vgl. 1b) aus. Die Luftblase 118 ist vorzugsweise endständig, also mit maximalem Abstand von dem Biegescharnier 119 und/oder dem Antriebsgurt 116 angeordnet. Die Luftblase 118 kann durch Kontakt mit der Passage 122 und/oder dem Trichter 123 (vgl. 2) in Schwingung und/oder Erregung versetzt werden, wodurch sich die Auftriebsklappe 111 öffnet und die Auftriebskraft F_A wirken kann.
Bezugszeichenliste

100: Auftriebsvorrichtung
110: Auftriebskörper
111: Auftriebsklappe
111a: Oberseite der Auftriebsklappe
111b: Unterseite der Auftriebsklappe
112: Aufnahme
113: Obere Umlenkeinrichtung/Umlenkrolle
114: Untere Umlenkeinrichtung/Umlenkrolle
115: Drehrichtung
116: Antriebsgurt oder Antriebsriemen
117: Vollmaterial
118: Luftblase
119: Biegescharnier
120: Auftriebsbehälter
121: Auftriebsflüssigkeit
122: Passage
123: Trichter
124: Abtropfeinrichtung
125: Einklapptrichter
130: Antriebswelle für Generator/Spannrad
200: Aufbewahrungsstellung
210: Auftriebsstellung
F_A: Auftriebskraft
ρ__AB: Fluiddichte im Auftriebsbehälter
ρ__AK: Auftriebskörperdichte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202014005703 U1 [0005]
DE 102013009842 A1 [0006]
DE 102016010718 A1 [0007]

Claims

Auftriebsvorrichtung (100) zum Wandeln mechanischer und/oder kinetischer Energie in elektrische Energie, wobei die Auftriebsvorrichtung (100) aufweist: - mindestens einen Auftriebskörper (110) mit einer Auftriebskörperdichte (ρ__AK), - mindestens einen Auftriebsbehälter (120), der eine Auftriebsflüssigkeit (121) mit einer Fluiddichte (ρ__AB) aufweist, wobei die Auftriebskörperdichte (ρ__AK) geringer ist als die Fluiddichte (ρ__AB), zum Erzeugen einer aufwärts gerichteten Auftriebskraft (FA) des mindestens einen Auftriebskörpers (110) im mindestens einen Auftriebsbehälter (120), - eine oder mehrere Umlenkeinrichtungen (113, 114), wobei der oder die Auftriebskörper (110) durch die kinetische Energie des oder der Auftriebskörper (110) in eine Bewegung entlang einer Drehrichtung (115) versetzbar oder versetzt sind, wobei ferner der oder die die Auftriebskörper (110) den mindestens einen Auftriebsbehälter (120) passieren, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Auftriebskörper (110) eine oder mehrere Auftriebsklappen (111) aufweisen, die bewegbar oder klappbar aus einer Aufbewahrungsstellung (200) in eine Auftriebsstellung (210) überführbar sind.
Auftriebsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auftriebsklappe (111) flügelartig ausgebildet und innerhalb des mindestens Auftriebsbehälters (120) so ausgerichtet und/oder ausrichtbar ist, dass die Auftriebskraft (F_A) beim Auftriebsvorgang senkrecht zu einer Ebene des Flügels der Auftriebsklappe (111) wirkt.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Auftriebskörper (110) mit der oder den Auftriebsklappe(n) (111), vorzugsweise einstückig, als ein strangförmiger und/oder umlaufender Schwimmkörper ausgebildet ist.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Auftriebskörper (110) eine oder mehrere Vertiefungen als Aufnahme (112) für die Auftriebsklappe(n) (111) in der Aufbewahrungsstellung (200) aufweist, wobei vorzugsweise die Auftriebsklappe(n) (111) mit dem Auftriebskörper (110) über ein gemeinsames Biegescharnier (119) verbunden sind.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überführen der Auftriebsklappe(n) (111) aus der Aufbewahrungsstellung (200) in die Auftriebsstellung (210) eine offene oder geschlossene Luftkammer (118) vorgesehen ist.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auftriebsbehälter (120), vorzugsweise an einer Unterseite, eine Durchführung zur fluiddichten Passage (122) des oder der Auftriebskörper (110) aufweist, wobei die Auftriebsklappe(n) (111) im Bereich der Passage (122) in Aufbewahrungsstellung (200) angeordnet sind.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebsklappen (111) aus der Auftriebstellung (210) in die Aufbewahrungsstellung (200) durch einen Einklapptrichter (125) überführt werden oder überführbar sind.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung eine obere Umlenkrolle (113) und eine untere Umlenkrolle (114) aufweist, wobei die Rotationsachsen der Umlenkrollen (113, 114) parallel zueinander ausgerichtet und senkrecht übereinander angeordnet sind.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Auftriebskörper (110) jeweils mit einem, vorzugsweise gemeinsamen, Antriebsgurt (116) verbunden sind, wobei der Antriebsgurt (116) zur Kopplung mit der Umlenkeinrichtung (113, 114) ausgebildet ist.
Auftriebsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Generator, der mit dem oder den Auftriebskörper(n) (110) und/oder dem oder dem Antriebsgurt (116) über ein Mittel zur Kraftübertragung, beispielsweise ein Spannrad (130), gekoppelt ist.