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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung zum Speichern elektrischer und/oder mechanischer Energie, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichervorrichtung zum Speichern elektrischer und/oder mechanischer Energie gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 10.
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Die hier vorgestellte Energiespeichervorrichtung umfasst zumindest ein Energiespeicherelement zum Speichern der elektrischen und/oder mechanischen Energie.
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Zudem umfasst die Energiespeichervorrichtung zumindest eine Zuführleitung und/oder zumindest eine mechanische Wirkverbindung zum Heranführen der Energie an das Energiespeicherelement.
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In diesem Zusammenhang heißt „Heranführen der Energie an das Energiespeicherelement“, ein zumindest teilweises Einspeisen der über die Zuführleitung an das Energiespeicherelement übertragenen oder zu übertragenden Energie.
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Solche Energiespeichervorrichtungen sind jedoch bereits aus dem Stand der Technik wohl bekannt.
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Allerdings bietet der Stand der Technik keine Möglichkeit einer Einspeisung von elektrischer und/oder mechanischer Energie zumindest teilweise auf Basis einer mechanischen Energiespeicherung. „Mechanische Energiespeicherung“ bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung, dass die Energie zumindest teilweise von elektrischer und/oder mechanischer Energie in mechanische Energie umgewandelt und/oder übertragen wird. In jedem Fall ist daher zur Energiespeicherung zumindest ein mechanisches Element von Nöten, innerhalb dessen die eingespeiste oder einzuspeisende Energie sich befindet. Dies kann durch die Einspeisung von kinetischer, elektrischer oder mechanischer Energie in das Energieeinspeicherelement geschehen, sodass das Energiespeicherelement eine Erhöhung der potentiellen Energie erfährt.
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Erfindungsgemäß weist daher die hier vorgeschlagene Energiespeichervorrichtung die Speicherung der ab das Energiespeicherelement zugeführten Energie, vorzugsweise nur, auf Basis einer mechanischen Energiespeicherung auf und diese Energiespeicherung geschieht auch vorzugsweise nur, entsprechend.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die hier beschriebene Energiespeichervorrichtung zum Speichern elektrischer und/oder mechanischer Energie zumindest ein Energiespeicherelement zum Speichern der elektrischen und/oder mechanischen Energie. Zudem umfasst die hier beschriebene Energiespeichervorrichtung zumindest eine Zuführleitung, und/oder zumindest eine mechanische Wirkverbindung zum Heranführen der Energie an das Energiespeicherelement, wobei erfindungsgemäß die Speicherung der an das Energiespeicherelement zugeführten Energie, vorzugsweise nur, auf Basis einer mechanischen Energiespeicherung geschieht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Energiespeicherelement zumindest ein Feder-und/oder Dämpfungselement, sodass ein Feder- und/oder Dämpfungsweg ein Maß für die Größe der Energiespeicherung in dem Energiespeicherelement ist.
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Denkbar ist, dass je höher die Erzeugung einer potentiellen Energie innerhalb des Feder- und/oder Dämpfungselement ist, desto höher auch das Maß der Energieeinspeicherung in das Energieeinspeicherelement ist.
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Die Einspeisung der Energie in ein Feder- und/oder Dämpfungselement entspricht daher einer mechanischen Energiespeicherung. Denkbar ist jedoch eine mechanische Energiespeicherung nicht auf Basis eines Feder- und/oder Dämpfungselements, sondern auf andere Elemente, welche durch deren Aufbau oder Ausgestaltung bei Energieeinspeicherung eine Erhöhung der potentiellen Energie erfährt. Insbesondere zum Beispiel durch eine Erhöhung der Vorspannung von solchen mechanischen Teilen oder eine Erhöhung der Höhenenergie, beispielsweise in Form einer Erhöhung eines Gewichts von einem Basisniveau in ein höheres Höhenniveau.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Energiespeicherelement zumindest eine Torsionsfeder, wobei ein Torsionsgrad, also die Winkelzahl, um welche die Torsionsfeder um deren Torsionsachse gedreht ist, ein Maß für die Größe der Energiespeicherung ist.
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Die hier beschriebene Torsionsfeder kann in Form einer Drehstab- oder Drehdruckfeder ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann so eine Drehdruckfederung nicht nur um eine Torsionsachse gedreht werden, sondern zusätzlich auch gestaucht und/oder gedehnt werden. Je mehr Energie also in ein derartiges Energiespeicherelement eingeführt wird, desto öfter verdreht sich die Torsionsfeder um die Torsionsachse. Dies kommt einer Erhöhung der potentiellen Energie der Torsionsfeder gleich. In der Torsionsfeder wird daher zumindest teilweise die eingespeiste oder einzuspeisende Energie gespeichert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform versorgt die an das Energiespeicherelement herangeführte Energie ein Vorspannelement mit Energie, wobei das Vorspannelement durch diese angetrieben wird und durch eine Antriebsbewegung des Vorspannelementes das Feder- und/oder Dämpfungselement vorgespannt wird.
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Insofern fungiert daher in diesem Zusammenhang das Vorspannelement als ein Energieübertragungselement, welches dafür sorgt, dass die Mittel zur Zuführleitung an das Energiespeicherelement herangeführt werden, Energie an das Energiespeicherelement übertragen wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Vorspannelement zumindest ein Stellmotor oder ein anderes motorenbetriebenes Element. Oder aber das Vorspannelement umfasst zumindest einen Stellmotor oder ein anderes motorbetriebenes Element, welches ein Ende des Feder- und/oder Dämpfungselementes in Bewegung versetzt, wobei das andere Ende des Feder- und/oder Dämpfungselementes sich mit dem angetriebenen Ende zumindest nicht mitbewegt. Durch eine derartige unterschiedliche Bewegung der beiden Enden kann daher Energie in das Energiespeicherelement eingespeist und/oder ausgespeist werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform speichert das Vorspannelement ausgehend von einem Ausgangstorsionsgrad die Energie bis zu einem Endtorsionsgrad, wobei der Endtorsionsgrad ein solcher ist, welcher eine größere Torsion der Torsionsfeder aufweist, als im Ausgangstorsionsgrad, insbesondere wobei nach Überschreitung des Endtorsionsgrades die Torsionsfeder zumindest teilweise entlang der Torsionsachse bis zu dem Endstauchungsgrad gestaucht oder gedehnt wird.
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Insofern ist hiermit unter anderem erdacht, dass die Energieeinspeisung in das Energiespeicherelement eine Kombination aus verschiedenen Bewegungsabläufen innerhalb des Energiespeicherelements ist. Insofern kann, vorzugsweise vorgebbar, nicht nur eine Energie durch die Torsion in das Energiespeicherelement eingespeist werden, sondern ebenso durch eine Stauchung oder Dehnung des Energiespeicherelements. Dadurch ist es ermöglicht, dass eine erhebliche Vergrößerung der Energiekapazität des Energiespeicherelements erzeugt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform entlässt das Vorspannelement ausgehend von einem Endstauchungsgrad die Energie bis zum zu einem Ausgangsstauchungsgrad aus dem Energiespeicherelement, wobei der Endstauchungsgrad ein solcher ist, welcher eine größere Stauchung der Torsionsfeder aufweist, als im Ausgangsstauchungsgrad, insbesondere wobei nach Unterschreitung des Ausgangsstauchungsgrades die Torsionsfeder zumindest teilweise um die Torsionsachse herum wieder zumindest teilweise, insbesondere bis zu einem Ausgangstorsionsgrad, entwunden wird.
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Ein derartiger Vorgang kann daher einen solchen darstellen, welcher im Gegensatz zur obigen Darstellung einem umgekehrten Energieausspeisungsvorgang darstellt. Zunächst kann nämlich bei Energiebedarf, welcher in dem Energiespeicherelement abgespeichert ist, das Vorspannelement das zweite Ende derart bewegen, als dass das Energiespeicherelement zunächst wieder entspannt wird (entweder ausgehend von einem erhöhten Dehnungsgrad oder einem erhöhten Stauchungsgrad) und erst dann eine zumindest teilweise Entwindung der Torsionsfeder um die Torsionsachse geschieht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform geschieht die Umschaltung zwischen einer Verwindung der Torsionsfeder und einer Stauchung und/oder Dehnung der Torsionsfeder mittels zumindest eines Controllers, wobei der Controller entweder eine eigene Energieversorgung aufweist, oder aber der Controller selbst durch die in das Energiespeicherelement eingespeiste Energie zumindest teilweise versorgt wird. Der Controller kann daher derart mit dem Vorspannelement in Wirkverbindung stehen, als dass dieser das Vorspannelement steuert und/oder regelt. Dabei ist es denkbar, dass das Controllerelement zumindest einen Sensor umfasst, welcher den Torsions- und/oder Stauchungsgrad der Torsionsfeder misst und diese Messwerte an den Controller zurückgibt.
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Der Controller kann daher derart eingestellt sein, dass auf Basis verschiedener Grenzwerte eine Stauchung und/oder Torsion der Feder kontrolliert und sequentiell nacheinander durchführbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Energiespeichervorrichtung um eine Vorrichtung zum Speichern von Betriebsüberschussenergien eines Generators oder einer sonstigen elektrischen Maschine.
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Insofern kann vorgesehen sein, dass ein Generator durch zunächst eine von der hier beschriebenen Energiespeichervorrichtung verschiedenen Antriebs- und Energiespeichervorrichtung angetrieben wird. Beispielsweise handelt es sich bei dem Generator um einen Dieselgenerator oder einen sonstwie angetriebenen Generator. Erzeugt jedoch der Generator an sich zu viel Energie, (welche beispielsweise in einem Krankenhaus oder einer sonstigen Installation nicht momentan gebraucht wird) ist denkbar, dass diese Überschussenergie in die Energiespeichervorrichtung eingespeist wird. Im Falle eines erhöhten Energiebedarfs und, sofern der Generator nicht genug elektrische Energie bereitstellen kann, kann daher vorgesehen sein, dass zum Beispiel auch unter Mitwirkung des obig beschriebenen Controllers, ein bestimmtes Maß an Energie oder die gesamte Energie der Energiespeichervorrichtung in das Hauptnetz des Krankenhauses zusätzlich eingespeist wird.
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Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichervorrichtung zum Speichern elektrischer und/oder mechanischer Energie, wobei in einem ersten Schritt ein Bereitstellen zumindest eines Energiespeicherelement zum Speichern der elektrischen und/oder mechanischen Energie vorgesehen ist.
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In einem weiteren Schritt wird zumindest eine Zuführleitung und/oder zumindest eine mechanische Wirkverbindung zum Heranführen der Energie an das Energiespeicherelement bereitgestellt, wobei in einem dritten Schritt die Speicherung der an das Energiespeicherelement zugeführten Energie vorzugsweise nur auf Basis einer mechanischen Energiespeicherung geschieht.
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Alle für die hier beschriebene Energiespeichervorrichtung offenbarten Merkmale sind in dieser Anmeldung auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
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In der 1 ist eine Ausführungsform einer hier beschriebenen Energiespeichervorrichtung in schematischer Weise dargestellt.
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In der Figur ist jedes Bezugszeichen eingezeichnet, wobei einzelne Elemente der Energiespeichervorrichtung übertrieben groß dargestellt sein können.
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Wie aus der 1 dargestellt, ist dort eine Energiespeichervorrichtung 100 zum Speichern elektrischer und/oder mechanischer Energie gezeigt, wobei die Energiespeichervorrichtung 100 ein Energiespeicherelement 1 zum Speichern elektrischer und/oder mechanischer aufweist, und mittels einer Zuführleitung 2 die Energie, beispielsweise eine Überschussenergie aus einem anderen Netzsystem, an das Energiespeicherelement 1 eingespeist wird, sodass die Speicherung der an das Energiespeicherelement 1 zugeführten Energie nur auf Basis einer mechanischen Energiespeicherung geschieht.
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Es ist denkbar, dass das Energiespeicherelement jedoch von einem Feder- und/oder Dämpfungselement verschiedenes Element sein kann. Generell ist nämlich auch denkbar, dass das Energiespeicherelement ein piezoelektrisches Speicherelement umfasst oder ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das Energiespeicherelement 1 jedoch ein Federelement 10, sodass das Federelement 10 sich bei Energieeinspeicherung um eine Torsionsachse 11Z verwindet und dreht. Das Federelement 10 ist daher in Form einer Torsionsfeder 11 ausgeführt.
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Zusätzlich jedoch kann die Torsionsfeder 11 insbesondere mittels eines Vorspannelements 3, welches von einem Controller 3 geregelt und/oder gesteuert wird, nicht nur um die Torsionsachse 11Z gedreht, sondern auch gestaucht oder gedehnt werden.
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Denkbar ist nämlich, dass das Vorspannelement 3 einen Stellmotor umfasst, mittels welchem das Vorspannelement 3 ausgehend von einem Ausgangstorsionsgrad die Energie bis zu einem Endtorsionsgrad speichert, wobei der Endtorsionsgrad ein solcher ist, welcher eine größere Torsion der Torsionsfeder 1 aufweist, als im Ausgangstorsionsgrad, insbesondere, wobei nach Überschreitung des Endtorsionsgrades die Torsionsfeder zumindest teilweise entlang der Torsionsachse bis zu dem Endstauchungsgrad gestaucht oder gedehnt wird.
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Umgekehrt ist vorgesehen, dass das Vorspannelement 3 ausgehend von einem Endstauchungsgrad die Energie bis zu einem Ausgangsstauchungsgrad aus dem Speicherelement entlässt, wobei der Endstauchungsgrad ein solcher ist, welcher eine größere Stauchung der Torsionsfeder 1 aufweist, als im Ausgangsstauchungsgrad, insbesondere wobei nach Unterschreitung des Ausgangsstauchungsgrades die Torsionsfeder 1 zumindest teilweise, insbesondere bis zum Ausgangstorsionsgrad umwunden wird.
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Die Entlassung zumindest teilweise in das Energiespeicherelements eingespeiste Energie kann dadurch geschehen, als dass der Stellmotor selbst, oder ein anderes Element, insbesondere das hier beschriebene Vorspannelement 3 wiederum angetrieben wird und dieses dann angetriebene Vorspannelement 3 beispielsweise wiederum mittels einer magnetoelektrischen Kopplung (Transformator, Generator, etc.) elektrische Energie erzeugt und diese dann in die Zuführleitung 2 wiederum eingespeist wird und in ein Fremdnetz, beispielsweise in ein anderes Boardnetz einführbar ist.
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Die Erfindung ist nicht durch das Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr umfasst die Erfindung jedes Ausführungsbeispiel, jede Kombination von Merkmalen, auch wenn diese Merkmale nicht explizit in der Anmeldung offenbart sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energiespeicherelement
- 2
- Zuführleitung
- 3
- Vorspannelement
- 4
- Controller
- 10
- Feder- und/oder Dämpfungssystem
- 11
- Torsionsfeder
- 11 Z
- Torsionsachse
- 20
- Stellmotor
- 100
- Energiespeichervorrichtung
