DE19723231C2

DE19723231C2 - Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsystemen

Info

Publication number: DE19723231C2
Application number: DE1997123231
Authority: DE
Inventors: Frank Weisbrodt; Michel Weisbrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: DE19723231A1

Abstract

Anwendungsgebiet der Erfindung: DOLLAR A a) Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung soll es ermöglichen, Wasserkraftanlagen zu betreiben, die eine hohe Leistungsabgabe kurzfristig an der Turbine bzw. am Generator bereitstellen können. DOLLAR A b) Desweiteren lassen sich Druckerhöhungs- und/oder Kraftübersetzungsanlagen mit diesem Verfahren errichten, die extrem hohe Drücke oder Kräfte erzeugen. DOLLAR A Grundsätzliche technische Lösung der Erfindung: DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Arbeitszylinder, der mit Wasser gefüllt ist, von mehreren Gegenkraftkomponenten kraftseitig beeinflußt, so daß das Wasser im Arbeitszylinder unter einen sehr hohen Druck gesetzt wird. Dieses Druckwasser im Arbeitszylinder, definiert als Druckenergie = E¶a¶, wird in kinetische Energie = E¶k¶ des ausströmenden Wasserstrahls umgewandelt. An der Turbine wird die kinetische Energie in mechanische Energie und diese wird im Generator in elektrische Energie umgewandelt. DOLLAR A Vorzugsweiser Einsatz der Erfindung: DOLLAR A Die Vorrichtung wird vorzugsweise in Wasserkraftanlagen eingesetzt. DOLLAR A Descriptoren: Energieumwandlung, Kraftverstärker, Druckerhöhung, Pumpenanordnung, Wasserkraft-/Feuerlösch-/Wasserstrahlanlagen, Stütz-/Spannvorrichtung.

Description

Die Erfindung beinhaltet Vorrichtungen zur Druck- und Krafterhöhung in:

- statischen Anlagen, wie Verspannungsvorrichtungen im Brückenbau oder als Hochwas serschutz-Gegenkraftabsicherung, die für die Verspannkraft der quertragenden Stahlseile im Brückenbau oder die Gegenkraftabsicherung der Hochwasserschutzwände, insbeson dere in der Kurvenführung, der hochwasserführenden Gewässer mit hoher kinetischer Energie, eine ebensogrosse Gegenkraft erfordern
- Maschinen, die eine kurzzeitige Druckerhöhung, wie in hydraulischen Pressen und Kalt- Umformungsmaschinen, für den Press- oder Umformvorgang benötigen
- Maschinen, wie in Energieumwandlungsanlagen (Wasserkraftanlagen), die auch bei kleinsten Gefällen der Fliessgewässer einsetzbar sind

A) Grundsätzlich ist der Stand der Technik der, dass

a) Druck- und Kraftverstärker fast ausschliesslich über hydraulische Pumpen wie Axialkol benmaschinen oder Reihenpumpen betrieben werden. Die Leistungsgrenze dieser Pumpen ist auf Grund von Antriebs-, Leckage- und/oder Volumenproblemen beschränkt.
Mechanische Antriebsvorrichtungen bleiben ausgeklammert, da sich diese Vorrichtungen auf Grund der Zahnverflankungsübertragung noch weit unter den hydraulischen Pumpen leistungsseitig bewegen.
b) die potentielle Energie von Wasserkraft wird in kinetische Energie umgewandelt, wobei (in der Regel) eine größere Wassermenge bei einer kleineren Fallhöhe (ebenfalls in der Regel) umgesetzt wird. Beispiele: Jede Turbine wie Francis-, Kaplan-, Freistrahlturbine (speziell für größere Fallhöhen und geringere Wassermengen) wandelt in herkömmli chen Wasserkraftanlagen (Laufwasserkraftwerken) diese Energieformen in dieser Art um, wobei eine Komponente (Wassermenge oder Fallhöhe) in der Regel klein und die andere größer ist.
Standard: Wasserpotential-Fallrohr-Turbine
Nebenbedingung: relativ geringe Investitionskosten und geringe Überflutungsflächen
Effekt: eine Komponente groß - eine Komponente klein (Wassermenge oder Fallhöhe)
daher Resultat: mittlere Leistung bei geringeren Investitionskosten und geringer Über flutungsfläche
c) als Sonderfall ist das Staukraftwerk zu betrachten, bei dem die Einbringung der Druck rohrleitung und der Turbine am tiefsten Punkt der Staumauer erfolgt - hier wird die Druckenergie der aufliegenden Wassermassen genutzt, um kinetische Energie zu erzeu gen. Man kann in solchen Staukraftwerken ebenso die potentielle Energie in kinetische Energie umwandeln, indem die Fallrohre von der Wasseroberkante ausgehen und den Turbinenstandort am tiefsten Punkt positionieren.
Standard: Wasserpotential-Druckrohr oder Fallrohr-Turbine
Nebenbedingung: relativ hohe Investitionskosten und große Überflutungsflächen
Effekt: beide Komponenten groß (Wassermenge und Druck/Fallhöhe)
daher Resultat: große Leistung bei hohen Investitionskosten und große Überflutungs fläche.

Weiterhin sind Vorrichtungen zur Energieumwandlung bekannt, die als Kolben-Zylinder- System arbeiten und mit denen ebenfalls eine Druckerhöhung im Pumpenraum erzeugt wird.

1. Nach DE-PS 329 700 ist eine Kraftanlage mit Druckpumpe bekannt, bei der ein vertikal beweglicher Treibkolben unter der Last einer größeren Menge Oberwasser auf das Unter wasserniveau abgesenkt wird und nach Abgabe dieser Wassermenge im unbelasteten Zustand mittels eines kleineren, unterhalb angeordneten und vom Oberwasser getrie benen, Pumpenkolbens in seine obere Ausgangslage gelangt.
Das System hat den Nachteil, daß ein hinreichend großer Niveauunterschied zwischen Ober- und Unterwasser notwendig ist, die Vorrichtung nur diskontinuierlich arbeitet und die Aufwärtsbeförderung des Druckwassers in den Hochbehälter entgegen dem Gesetz der Schwerkraft erfolgt.
2. Nach der DE-PS 10 02 699 ist eine Gezeiten-Wasserstands-Gleichrichteanlage bekannt, die den den Gezeitenperioden zugrunde liegenden wechselnden Wasserstand in einer Vorrichtung ausnutzt, und mittels Druckluftbehältern eine Kompensation von Hochwas serbehältern und Niedrigwasserbehältern gewährleistet, wobei eine Turbine ständig angetrieben wird.
3. Nach den DE-PS 2 35 300 und DE-PS 2 58 444 ist ein Verfahren und Vorrichtung bekannt, bei der eine schwimmfähige Druckplatte in einem flutungsfähigen Verdrängungsraum höhenbeweglich geführt ist und in der Arbeitsphase durch die aufliegende Wassermasse einen unteren Druckkolben antreibt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Pumpen anordnung unterhalb der Druckplatte als Kolben-Zylinder-System ausgebildet ist. Je kleiner die Querschnittsfläche des Kolben-Zylinder-Systems ist, um so höher wird zwar der erzeugte Druck, aber die zur Energieumwandlung nutzbare Wassermenge ver ringert sich proportional mit der Druckerhöhung, da sich durch die Zylinderform der Pumpenanordnung das Volumen der Pumpe verkleinert. Demzufolge wird die nutzbare Wassermenge des Kolben-Zylinder-Systems ebenfalls verkleinert und die Energieaus beute (Leistung) bleibt konstant (ohne Berücksichtigung von Verlusten).
4. Aus den DE 40 03 624 A1 und DE 41 24 899 A1 sind Vorrichtungen bekannt, die eine Druckerhöhung mit einem Komprimierbehälter in Form eines Prismen- oder Kegel stumpfes als Pumpenanordnung mittels einer aufliegenden Wassermasse beschreiben. Der Druck im Komprimierbehälter wird aber abgebaut, je weiter sich die Druckplatte mit der aufliegenden Wassermasse vom oberen zum unteren Endpunkt verschiebt, weil der Komprimierbehälter seine ursprüngliche Form durch die Entleerung nicht mehr beibehält und sich die obere Fläche zwangsläufig vergrößert. Zum anderen ist das Problem einer Gegenkraft zur Druckabsicherung im Pumpensystem nicht gewährleistet, so daß die angestrebten Wirkungen nicht erreicht werden.

B) Aufgabenstellung

Das Ziel der Erfindung ist es, Energie zu speichern und bei Bedarf in eine hohe Kraft bzw. kurzzeitig in eine hohe Leistung umzuwandeln.

C) Lösung der Aufgabenstellung

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 1.

D) Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung

1. Dieses Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen sind überall dort anwendbar, wo Druck oder Kraft entweder dauernd oder kurzzeitig benötigt werden. Mit einer wesent lich kleineren Ausgangskraft wird über die erfindungsgemässe Lösung eine wesentlich höhere Kraft erzeugt, deren Nutzung den jeweils konkreten Einsatzbedingungen ange passt wird. Der Faktor der Kraftübersetzung ist vom Hebelarmverhältnis langer Hebelarm zu kurzem Hebelarm abhängig.
2. Die Kraftverstärkung ist das primäre Element und die Einsatzbereiche der Erfindung ergeben sich aus den Notwendigkeiten, in denen eine hohe Kraft oder ein hoher Druck benötigt wird. Das können neben den bereits genannten Einsatzfelder im Brückenbau, Hochwasserschutz-Gegenkraftabsicherungsanlagen oder in dynamischen Systemen wie in Energieerzeugungs-, Feuerlösch- und Wasserstrahlanlagen aber auch Einsatzfelder bei:
- - Spannvorrichtungen an Werkzeugen und Maschinen
- - Grabenwandsicherungen im Tief- und Wasserbau
- - Verankerungen für Kräne oder andere Geräte, um bei Sturmeinwirkung nicht umzukip pen
- - Fahrzeugen, um eine zusätzliche Kraft auf Achsen zu erreichen, um die Bodenhaftung zu erhöhen
- - chemischen oder anderen Prozessen, bei denen ein hoher Druck zeitweise oder dauernd vorhanden sein muss, sein.
3. Die Leistungswerte dieser Erfindung - bezogen auf dynamische Systeme - können zumindest kurzfristig über den zugeführten durchschnittlichen Leistungswerten liegen, da die dem System zugeführte Energie nur zur Überwindung von Differenzkräften not wendig wird und wesentliche Kräfte im Gegenkraftsystem C gespeichert und somit immer abrufbereit zur Verfügung stehen.
4. Es treten bei der Energieumwandlung nach dieser Erfindung weder Neben- noch Abpro dukte auf (wie bei allen anderen Wasserkraftanlagen auch), die die Umwelt und uns selbst vergiften. Der aktive Schutz der Umwelt ist mit dieser Erfindung abgesichert und die Probleme der Energiegewinnung werden auf einer qualitativ völlig neuen Ebene gelöst.
5. Je höher der Druck im Arbeitszylinder gestaltet werden kann, wobei die aufliegenden massebelasteten Gegenkrafthebel und ihr Hebelarmverhältnis sowie das auf die Quer lagerplatte wirkende Druckpotential proportional die Druckhöhe beeinflussen, und je grösser die umzusetzende Wassermenge im Arbeitszylinder ist, um so höher ist die Energieausbeute einer Vorrichtung.
6. Ein positiver Nebeneffekt ist weiterhin, dass durch die extrem hohe Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahls und die Zerteilung dieses Wasserstrahls an der Turbine eine Vermischung des Wassers mit der Luft erfolgt. Diese Vermischung des Wassers mit der Luft hat zur Folge, dass eine sehr hohe Sauerstoffbindung des Wassers erfolgt, so dass ein positiver Einfluss auf das ökologische Umfeld zusätzlich gegeben ist.
7. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist, dass durch die extrem hohe Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahls und die Zerteilung dieses Wasserstrahls an der Düse und einer Verteilungseinrichtung für Feuerlöschanlagen eine Löschung von Brandherden mit sehr wenig Wasser möglich ist, da eine hohe Vermischung des Wassers in der Luft erfolgt und jeder Brand in kürzester Zeit ohne nennenswerte Schäden gelöscht wird.

E) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: die Vorrichtung in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom oberen Hubendpunkt zum unteren Hubendpunkt und der Druckerzeugung mittels der massebe lasteten Gegenkrafthebel unter der Voraussetzung, dass der Druckwechselzylinder den grössten Druck im Punkt 0⁰ erzeugt und damit ebenfalls den grössten Druck im Gegen kraftzylinder hervorruft, so dass die Arretierungshebel die Horizontalstellung einnehmen und über die Querlagerplatte und den oberen Arbeitszylinderdeckel bewegt werden.

Fig. 2: die Vorrichtung in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom oberen Hubendpunkt zum unteren Hubendpunkt und der Druckerzeugung mittels der massebe lasteten Gegenkrafthebel unter der weiteren Voraussetzung, dass der Druckwechselzy linder den kleinsten Druck im Punkt 180⁰ erzeugt und damit die permanent gespeicherte Kraft (Druck) im Gegenkraftzylinder auf die Arretierungshebel wirken lässt, die eine Schrägstellung einnehmen und die Querlagerplatte und den oberen Arbeitszylinderde ckel nach unten bewegen und kraftseitig beeinflussen.

Fig. 3: die Vorrichtung in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders vom oberen Hubendpunkt zum unteren Hubendpunkt und der Druckerzeugung mittels der massebe lasteten Gegenkrafthebel unter der Voraussetzung, dass die Festarretierungshebel die Querlagerplatte und den oberen Arbeitszylinderdeckel in dieser Position jeweils arre tieren.

Fig. 4: die Vorrichtung der Kurbelwelle mit dem oberschlächtigem Wasserrad inklusive aller Druckwechselzylinder in den verschiedenen Positionen, wobei zum Beispiel die Kurbel zapfen der Druckwechselzylinder B und H jeweils um 45⁰ von der 0⁰-Achse angreifen und B nach rechts und H nach links zieht und diese Kräfte sich gegeneinander aufheben. Das oberschlächtige Wasserrad wird aus dem Zulaufwasser angetrieben und liefert das Drehmoment, um die Kurbelwelle mit den jeweils symmetrisch zueinander angeordneten Druckwechselzylindern in einer Rotationsbewegung zu halten.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und besteht aus folgenden Elementen:

a) den Gegenkrafthebeln 1, deren:
- - langer Hebelarm an der Lastaufnahme 2 am Stahlseil 3 mit den Massen m 4 belastet wird
- - kurzer Hebelarm gebogen ist und mit seiner Druckfläche an der oberen Platte 18 an greift, die fest mit dem Kolben am Übertragungszylinder 42 verbunden ist
- - Umlenkpunkt des Hebels auf der Querlagerplatte 22 angeordnet und mittels des Querla geraufnahmebügels 19 und eines verschiebbaren Querlagerfusses 21 abgesichert ist. Dieser Umlenkpunkt der Gegenkrafthebel 1 auf der Querlagerplatte 22 ist notwendig, da diese Zwischenplatte zwischen oberer Platte 18 und oberem Arbeitszylinderdeckel 23 separat durch die Arretierungshebel 20 und 55 abgefangen und kraftseitig beeinflusst werden muss.
b) den Druckwechselzylindern 7, die aus folgenden Elementen bestehen:
- - dem Druckwechselzylinder 7 selbst
- - dem Oberen Deckel 8 für DWZ
- - dem Unteren Deckel 10 für DWZ, der fest mit der Zylinderstange 11 für DWZ ver bunden ist und diese am Kurbelzapfen an der Kurbelwelle 12 angreift, wobei eine kraftseitige Beeinflussung der Kurbelwelle einen veränderten Innendruck im Druck wechselzylinder hervorruft, der von der Kreisbahn des jeweiligen Kurbelzapfens abhängig ist
- - dem Kolben 9 für DWZ, der mittels der Kolbenstange 5 für DWZ mit der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder 16 an der Kolbenstangenbefestigung 15 befestigt ist und die Zylinderstange infolge des Innendrucks im Druckwechselzylinder vertikal bewegt
- - den Zugankern 6, die eine feste Verbindung zwischen dem Oberen Deckel 8 und dem unteren Deckel 10 für DWZ gewährleisten.
  Der Druckraum zwischen Kolben 9 und dem oberen Deckel 8 ist vorzugsweise mit Druckluft gefüllt, wobei die Drücke zwischen fast Null und mindestens dem Minimal druck im Gegenkraftzylinder 34 liegen sollten, wobei der Druck nur durch die Kreisbahn der Kurbelzapfen an der Kurbelwelle 12 bedingt ist, deren Zwangsumlauf durch das oberschlächtige Wasserrad 74 bewirkt wird.
  Die Anzahl der Druckwechselzylinder selbst ist von der Anzahl der Kurbelzapfen abhängig. Es ist vorteilhaft, mindestens 2 Druckwechselzylinder zum Extrempunkt = 0⁰ einzuordnen, damit auch 2 Druckwechselzylinder zum Minimaldruck wechseln und im Gegenzug die paarweisen Gegenkraftzylinder den Maximaldruck auf die Arretierungs hebel 20 und damit auf die Querlagerplatte 22 und synchron auf den oberen Arbeits zylinderdeckel 23 ausüben.
c) der Kurbelwelle 12, die auf ihrem Umfang eine symmetrisch zueinander versetzte Anzahl von Kurbelzapfen enthält, die als Aufnahme der Zylinderstangen 11 für DWZ dienen. Die Kurbelwelle ist über Festlager 13 und Festlagerarretierungen 14 mit dem Fundament 31 verankert und wird durch das oberschlächtige Wasserrad 74 mittels beaufschlagtem Zulaufwasser 75 angetrieben.
d) den Gegenkraftzylindern 34, die aus folgenden Elementen bestehen:
- - dem Gegenkraftzylinder 34 selbst
- - dem oberen Deckel 33 für Gegenkraftzylinder, der fest mit der Zylinderstange 16 am Gegenkraftzylinder verbunden ist und die Druckkraft des Innendrucks des Gegenkraft zylinders auf die Arretierungshebel 20 weiterleitet
- - dem Unteren Deckel 35 für Gegenkraftzylinder
- - dem Gegenkraftkolben 39, der mittels der Gegenkraftkolbenstange 40 mit dem Kolben fuss 36 am Gegenkraftzylinder auf dem Fundament 31 befestigt ist
- - den Zugankern 38 am Gegenkraftzylinder, die eine feste Verbindung zwischen dem oberen Deckel 33 und dem Unteren Deckel 35 am Gegenkraftzylinder gewährleisten. Der Druckraum zwischen Gegenkraftkolben 39 und dem oberen Deckel 33 des Gegen kraftzylinders ist vorzugsweise auch mit Druckluft gefüllt, wobei die Drücke zwischen einem Minimaldruck und einem Maximaldruck liegen, und der Minimaldruck sich aus der Fläche des Gegenkraftzylinders und der Gegenkraft - unter Berücksichtigung der Hebelverhältnisse am Arretierungshebel 20 - errechnet und ergibt. Der Maximaldruck ergibt sich aus dem Druckaufbau infolge der Verschiebung der Druckwechselzylinder 7 in der Extremposition = 0⁰.
  Die Anzahl der Gegenkraftzylinder ist von der Anzahl der Druckwechselzylinder abhän gig, es sollte mindestens die gleiche Anzahl vorhanden sein.
e) dem Druckübertragungszylinder 43, der aus folgenden Elementen besteht:
- - dem Druckübertragungszylinder 43 selbst
- - dem Kolben 42 am Druckübertragungszylinder
- - der Oberen Platte 18
- - der Druckweiterleitung über den oberen Arbeitszylinderdeckel 23.
  Der Druckraum zwischen dem Kolben 42 und dem oberen Arbeitszylinderdeckel 23 ist vorzugsweise mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt, um die Kompressibiltät dieses Fluids auf ein Minimum zu begrenzen. Durch die Gegenkrafthebel 1 wird eine Kraft F* erzeugt, die auf die obere Platte wirkt. Aufgrund dieser Kraft wird ein Druck p im Zylinderraum des Druckübertragungszylinders 43 erzeugt, der von der Kraft und der Kolbenfläche des Kolbens 42 am Druckübertragungszylinder abhängig ist. Dieser Druck wirkt auch am Zylinderboden des Druckübertragungszylinders und damit auf den oberen Arbeitszylin derdeckel 23, wobei die Drücke und somit die Kräfte sich umgekehrt proportional den Kolbenflächen verhalten. Der Druckübertragungszylinder ist auf dem oberen Arbeitszy linderdeckel angebracht und mit Rund- oder Profilringen dicht abgesichert. Der Kolben am Druckübertragungszylinder ist mit der oberen Platte 18 verbunden und mit Profilrin gen hydraulikdicht zum Druckübertragungszylinder hin abgesichert.
f) den Arretierungshebeln 20, die aus folgenden Elementen bestehen:
- - den Arretierungshebeln 20 selbst, die in unterschiedlicher Höhenstaffelung und vom oberen zum unteren Hubendpunkt seitlich des Arbeitszylinders 25 angeordnet sind und deren längerer Hebelarm von der Zylinderstange 16 über die Innendruck des Gegenkraft zylinder 34 nach oben gedrückt wird und deren kürzerer Hebelarm auf die Querlager platte 22 und/oder auf den oberen Arbeitszylinderdeckel 23 kraftseitig einwirkt und de ren Umlenkpunkt am Arretierungsgestänge 17 angeordnet ist
- - Arretierungshebeln, die in der Horizontale verschiebbar sind, damit eine Querung der Querlagerplatte 22 und des oberen Arbeitszylinderdeckels 23 unproblematisch erfolgen kann. Sie sind aus diesem Grunde mit einer entsprechenden Schräge versehen, die spie gelbildlich zu den zu querenden Platten passen und darüber hinaus sind Druckfedern 57 mit Nivellierungsbolzen mit Muttern 58 eingepasst, deren Funktion darin besteht, dass nach Querung der Platten ein Vorschieben der Arretierungshebel auf die Platten erfolgt.
g) den Festarretierungshebeln 55, die aus folgenden Elementen bestehen:
- - den Festarretierungshebeln 55 selbst, die in unterschiedlicher Höhenstaffelung und vom oberen zum unteren Hubendpunkt des Arbeitszylinders 25 an den Vertikalstützen 59 angeordnet sind und die auf die Querlagerplatte 22 und/oder auf den oberen Arbeitszy linderdeckel 23 kraftseitig einwirken
- - den zwischen den jeweiligen Festarretierungshebeln befindlichen Distanzstücken 56, die eine zusätzliche Stabilität der Festarretierungshebel garantieren
- - den Festarretierungshebeln, die in der Horizontale verschiebbar sind, damit eine Querung der Querlagerplatte 22 und des oberen Arbeitszylinderdeckels 23 analog der Arretierungs hebel 20 unproblematisch erfolgen kann. Sie sind aus diesem Grunde mit einer entspre chenden Schräge versehen, die spiegelbildlich zu den zu querenden Platten passen und darüber hinaus sind Druckfedern 57 mit Nivellierungsbolzen mit Muttern 58 eingepasst, deren Funktion darin besteht, dass nach Querung der Platten ein Vorschieben der Festar retierungshebel auf die Platten und damit ihre Fixierung an diesem Punkt erfolgt.
h) dem Arbeitszylinder 25, der aus folgenden Elementen besteht:
- - dem Arbeitszylinder 25 selbst
- - dem oberen Arbeitszylinderdeckel 23
- - dem unteren Arbeitszylinderdeckel 27
- - dem Arbeitskolben 26
- - der Kolbenstange am Arbeitszylinder 29
- - der Kolbenstangenführung 28
- - dem Kolbenstangenfuss 30 am Arbeitszylinder, der auf dem Fundament 31 befestigt ist
- - den Zugankern 24 am Arbeitszylinder, die eine feste Verbindung zwischen dem oberen Arbeitszylinderdeckel 23 und dem unteren Arbeitszylinderdeckel 27 am Arbeitszylinder gewährleisten.
  Der Druckraum zwischen dem oberen Arbeitszylinderdeckel 23 und dem Arbeitskolben 26 wird mit Wasser aus dem Zulaufwasser 75 über die Zulaufleitung 32 gefüllt. Die Flutung des Arbeitszylinders 25 erfolgt in der Phase des Hochziehens der gesamten Elemente (1, 4, 18-19, 21-25, 27-28, 32, 41, 44, 47-50) vom unteren zum oberen Hubend punkt und der gleichzeitigen Öffnung des Zulaufleitungsventils 50 in der Zulaufleitung 32. Um die Sicherheit der vollständigen Flutung des gesamten Arbeitszylinderraumes zu erreichen, wird in der Endphase der Flutung das Entlüftungsventil 48 in der Entlüftungs leitung 47 geöffnet, um mögliche Luftreste aus dem Zylinderraum zu entfernen. Erreicht die Vorrichtung den oberen Hubendpunkt, werden alle bisher geöffneten Ventile ge schlossen. Anschließend werden alle Gegenkraftsysteme aktiviert und nach Einwirken aller dieser Systeme auf den Arbeitszylinder wird das Druckleitungsventil 44 in der Druckleitung 49 geöffnet und das unter einem sehr hohen Druck stehende Wasser aus dem Arbeitszylinder wird auf die Freistrahlturbine 66 geführt und treibt diese an. Die Druckkraft F_D am oberen Arbeitszylinderdeckel 23 im Druckübertragungszylinder 43 erzeugt im Arbeitszylinderraum die gleiche Druckkraft F_D, und das Wasser im Arbeitszylinderraum hat eine Energie in Form der Druckenergie, die durch die Formel Ea = p . dV definiert wird. Erreicht der obere Arbeitszylinderdeckel 23 den unteren Hubendpunkt und das gesamte Wasser im Arbeitszylinder ist zur Energieum wandlung eingesetzt worden, so wird das Druckleitungsventil 44 geschlossen und der Prozess der Flutung des Arbeitszylinderraumes beginnt von vorne.
  Demzufolge müssen vorzugsweise 2 Systeme an Arbeitszylindern alternierend zuein ander arbeiten, um in jeweils einem System Energie zu erzeugen und im 2. System die Voraussetzung zur Energieumwandlung zu erfüllen.
  Der obere Arbeitszylinderdeckel 23 ist mit Rund- oder Profilringen zum Arbeitszylinder 25 abgesichert. Der Arbeitskolben 26 ist mit Profilringen hydraulikdicht zum Arbeitszy linder 25 hin abgesichert. Alle Ventile 44, 48 und 50 sind vorzugsweise als Rückschlag ventile ausgeführt. Der Untere Arbeitszylinderdeckel 27 muss eine Entlüftungsbohrung aufweisen.
i) der Düse 65, die sich im Anschluss an die Druckleitung 49 befindet. In der Düse 65 erfolgt die Umwandlung des Drucks der Wassermenge des Arbeitszylinders 25, die durch die Druckleitung 49 strömt und in der Düse 65 die entsprechende Geschwindigkeit des austretenden Wasserstrahls (Druckwasserstrahl = 37) erhält.
j) der Turbine 66, die vorzugsweise aus einer Freistrahlturbine besteht, da hohe Strömungs geschwindigkeiten umgesetzt werden.
k) dem Generator 71, der über die Turbine 66, die Riemenscheiben 68 und den Treibriemen 69 angetrieben wird.
l) den Wellen, mit der Turbinenwelle 67a und der Generatorwelle 67b, die die Kraftüber tragung von der Turbine zum Generator mittels ihrer Übertragungselemente gewähr leisten.
m) den Verstrebungen 70, die eine Verschiebung oder ein Kippen der Vorrichtung verhin dern.
n) dem oberschlächtigen Wasserrad 74, das aus dem Zulaufwasser 75 gespeist und ange trieben wird. Das Wasserrad sollte vorzugsweise oberschlächtig sein, um grosse Dreh momente zu erzeugen. Dadurch bedingt, sollte eine Fallhöhe von mindestens 3 m vorhan den sein, um dementsprechende Grössenordnungen zu erreichen. Das Wasserrad sollte weiterhin mit Getriebe und Schwungrad ausgestattet sein, um die notwendigen Überset zungen zu erzielen und Maximalbelastungen unproblematisch auszugleichen. Das Wasserrad treibt die Kurbelwelle 12 an, auf dessen Kreisbahn Druckwechselzylinder 7 angeordnet sind.
o) der Zulaufrinne 72, die das Zulaufwasser 75 dem Wasserrad 74 zuführt. Mittels der Schützentafel 73 wird der Zulaufquerschnitt und damit die Zulaufwassermenge 75 gesteuert. In der Zulaufrinne 72 befindet sich auch die Zulaufleitung 32, die vorzugs weise strömungsmittig angeordnet ist, um so wenig wie möglich Verunreinigungen aufnehmen zu können und die einen Feinfilter aufweisen sollte, um die letzten Verun reinigungen aus dem Zulaufwasser rauszufiltern.
p) den Elektrozügen 53, die im Moment des Erreichen des Arbeitszylinders 25 am unteren Hubendpunkt angesteuert werden und ein Hochziehen der gesamten Elemente (1, 4, 18, 19, 21-25, 27-28, 32, 41-44, 47-50) mittels der Stahlseile 54 vom unteren zum oberen Hubendpunkt absichern. Die dafür notwendige Energie des Hochziehens aller Vorrich tungselemente wird vom Generator oder einer externen Energiequelle entnommen. Die Elektrozüge sind an der Quertraverse 51 oberhalb der gesamten Vorrichtungen angeord net und die Quertraverse wird von den Stützpfeilern 52 für die Quertraverse festveran kert.
q) der Vorrichtung zur Horizontalbewegung der Vertikalstützen/Arretierungsgestänge 63, die dazu dient, diese Vorrichtungen (59, 17) in der Phase der Abwärtsbewegung vom Arbeitszylinder 25 vom oberen zum unteren Hubendpunkt in die Fixier- und Arretierpo sition zum Arretierungssegment 62 zu befördern und dort festzuklemmen und im umge kehrten Falle, wenn der Arbeitszylinder 25 den unteren Hubendpunkt erreicht, diese Vorrichtungen (59, 17) von dem Arretierungssegment zu lösen und von den Arretie rungspositionen zu entfernen, indem diese nach aussen verschoben werden.

F) Technische Wirkung und gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung 1. Technische Wirkung 1.1 Voraussetzung zum Ablauf

Der Ablauf ist durch folgende wiederkehrende und zeitlich versetzte Charakteristik gekenn zeichnet:

Auf einen mit Wasser gefüllten Arbeitszylinder (25) wirken von aussen verschiedenartige Gegenkraftsysteme (A, B, C) ein, die einen enormen Druck im Arbeitszylinder hervorrufen. Das erste Gegenkraftsystem A sind Gegenkrafthebel (1), deren Aufbau so gestaltet ist, dass Massen m (4) freischwingend die obere Platte (18) belasten und dort einen Druck im Druck übertragungszylinder (43) erzeugen.

Unterstützt wird das Gegenkraftsystem A durch die Gegenkraftsysteme B und C.

Das Gegenkraftsystem B stellen beidseitig am Arbeitszylinder (25) angebrachte Festarretie rungshebel (55) dar, die die Querlagerplatte (22) - auf der sich die Umlenkvorrichtungen der Gegenkrafthebel (1) mit den Elementen Querlageraufnahmebügel (19) und Querlagerfuss (21) befinden - in der jeweiligen Höhenposition arretieren.

Das Gegenkraftsystem C stellt die kinematische Umsetzung der Abwärtsbewegung der Quer lagerplatte (22) und somit des Arbeitszylinders (25) von einer jeweils oberen Ausgangslage in die darunter befindliche nächste Ausgangslage dar, indem die Kraft der gespeicherten Energie von Pneumatik-Gegenkraftzylindern (34) immer paarweise mittels beweglicher Arre tierungshebel (20) auf die Querlagerplatte (22) einwirken und damit absichern, dass die He belwirkung der Gegenkrafthebel (20) wirksam bleibt.

Die Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsysteme (A, B, C) hat zum Inhalt, dass ein wassergefüllter Arbeitszylinder (25) durch diese drei miteinander kooperierenden Gegenkraftsysteme beeinflusst wird, die absichern, dass dieser Druck p des Wasservolumens im Arbeitszylinderraum (25) konstant hoch gehalten wird.

Bei statischen Anlagen wird dieser hohe Druck im Arbeitszylinder (25) dazu genutzt, um als Kraftverstärker des Arbeitskolbens beispielsweise Stahlseile zu spannen, die quertragende Brückenelemente aufnehmen und somit längstragende Pfeiler überflüssig werden lassen. Bei Maschinen, die einen kurzzeitigen, aber sehr hohen Druck erfordern, wird der Arbeits kolben (26) durch die Gegenkraftsysteme A und B kraftseitig beeinflusst, indem die Massen m (4) das Gegenkraftsystem A aktivieren und an der oberen Platte (18) mit der Kraft F* angreifen. Die Kraft F* greift über die Vorrichtungen: obere Platte (18) - Druckübertragungs kolben/-zylinder (42/43) - oberer Arbeitszylinderdeckel (23) - Fluid im Arbeitszylinder (25) am Arbeitskolben (26) der Erfindung, der beweglich geführt ist, an. Das Gegenkraftsystem B wirkt dabei unterstützend und sichert ab, dass das Gegenkraftsystem A in der beschriebenen Art wirkt. Mit der Kraft F* des Pumpenkolbens (gleich beweglicher Arbeitskolben (26) der Erfindung) wird die hydraulische Presse aktiviert und der Arbeitskolben der Presse gemäss den bekannten Gesetzen der Hydraulik bewegt. Der Ausgangszustand wird erreicht, indem das Gegenkraftsystem A wieder in die Ausgangslage zurückbewegt wird.

Bei dynamischen Systemen, die sich von einer oberen zur unteren Endlage des Arbeitszylin ders (25) bewegen - beispielsweise in Energieerzeugungsanlagen - wird dieser Druck des Wassers im Arbeitszylinder (25) in der Düse (65) in Geschwindigkeit w umgewandelt. Das ausströmende Wasser des Druckwasserstrahls (37) besitzt eine kinetische Energie, deren Größe der Druckenergie adäquat ist.

Die Ursache des hohen Drucks im System des Arbeitszylinderraumes (25) und der umzu setzenden Wassermenge (37) ist durch physikalische Gesetze geklärt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung sind diese Voraussetzungen abgesichert, da ein hoher Druck im System des Arbeitszy linderraumes (25) auf Grund des verfahrenstechnischen Ablaufs und vorrichtungsseitigen Auf baus in Verbindung mit einer kleineren umzusetzenden Wassermenge vorliegt.
Standard: Wasserpotential-Arbeitszylinder, auf dem die o. g. Gegenkraftsysteme wirken -Turbine
Nebenbedingung: etwas höhere Investitionskosten als bei herkömmlichen Laufwasserkraft werken und eben solche geringen Überflutungsflächen.
Effekt: eine Komponente sehr groß (Druck) - eine Komponente kleiner (Wassermenge) als bei herkömmlichen Laufwasserkraftwerken.
daher Resultat: Kurzfristig höhere Leistung als bei herkömmlichen Laufwasserkraftwerken bei höheren Investitionskosten und ebensolchen geringen Überflutungsflächen.

Das Zusammenwirken der Gegenkraftsysteme bewirkt folgenden Ablauf:

a) durch die Massenbelastung der Gegenkrafthebel (1) wird eine Gegenkraft erzeugt, indem die Massen m (4) freischwebend die Gegenkrafthebel (1) in der Phase der Abwärtsbewe gung des Arbeitszylinders (25) belasten und somit eine Kraft F* auf der oberen Platte (18) erzeugen, die von folgenden Komponenten bestimmt wird:
- - den Massen m (4) als absolute Ausgangsgröße, die die Kraft F mit m . g am jeweiligen Lastaufnahmepunkt (2) exakt definieren,
- - dem Hebelarmverhältnis, das von der ersten Hebellänge des Gegenkrafthebels (1) vom Lastaufnahmepunktes (2) bis zum Querlageraufnahmebügel (19) und der Länge des zweiten Hebels vom Querlageraufnahmebügel (19) zum Ende des Gegenkrafthebels (1) als Druckpunkt auf der oberen Platte (18) bestimmt wird,
- - dem Winkel des Gegenkrafthebels (1) zur Horizontalachse in der Belastungsphase, der dem Wirkungsgrad cos a entspricht. Diese Kraft F* wirkt auf einen hydraulikgefüllten Druckübertragungszylinder (43) und beeinflusst über den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) den Arbeitszylinder (25) kraftseitig.
b) durch die Anordnung mehrerer dynamisch wirkenden Arretierungshebel (20), die mittels Druckenergie von Gegenkraftzylindern (34) belastend auf die Querlagerplatte (22), die als Umlenkauflage der Gegenkrafthebel (1) fungiert, und den oberen Arbeitszylinder deckel (23) einwirken, die einer Kraft F** entsprechen, die der Kraft F* der massebelas teten Gegenkrafthebel (1) adäquat ist,
c) die Querlagerplatte (22) wird durch mehrere vertikal angeordnete Festarretierungshebel (55) zeitpunktbezogen in der Horizontalen fixiert,
d) durch mehrere Druckwechselzylinder (7), deren Anzahl mit der der Gegenkraftzylinder (34) identisch ist, und die paarweise versetzt zueinander auf einer Kurbelwelle (12) ange ordnet sind, wird bei der Rotation der Kurbelwelle (12) der jeweils zugeordnete Gegen kraftzylinder (34) beeinflusst, indem in diesem korrespondierenden Gegenkraftzylinder (34) der Druck entweder vermindert oder maximal wirkt, je nach der Stellung des Druck wechselzylinders (7) auf der Kreisbahn der Kurbelwelle (12). Somit werden die Arretie rungshebel (20) kraftseitig beeinflusst und die Querlagerplatte (22) von einer jeweils oberen Arbeitslage in die darunter befindliche nächste Arbeitslage in Form des nächsten Festpunktes, gleich Festarretierungshebel (55), bewegt. Mit diesem Gegenkraftsystem wird abgesichert, dass die kinematische Verschiebung des Arbeitszylinders (25) von einem oberen zum unteren Hubendpunkt erfolgt und das im Arbeitszylinder (25) befind liche Wasser unter einen ständigen Druck p gesetzt wird, der von den oben genannten Kraftkomponenten definiert ist. Dieses Druckwasser (37) im Arbeitszylinder (25) wird auf eine Vorrichtung zur Energieumwandlung (65, 66) geführt, in der vorzugsweise Elek troenergie (71) erzeugt wird.

1.2 Verluste an Energie, die durch den Ablauf bedingt sind

Die Energieverluste beziehen sich im einzelnen auf folgende Abläufe:

a) Antrieb der Kurbelwelle mittels des Wasserrades (inklusive des notwendigen Getriebes und Schwungrad)

Ursächlich bedingt ist die notwendige Energie zum abwechselnden Bewegen der Druck wechselzylinder (7), die von einer Position des Niedrigdrucks zum Höchstdruck - und umgekehrt - auf den Kurbelzapfen der Kurbelwelle (12) angeordnet sind. Da sie sich paarweise um jeweils 180° versetzt zueinander auf der Kurbelwelle (12) befinden, zieht das jeweilige Paar von der 0⁰-Achse in die jeweils andere Richtung und die Kräfte heben sich zum überwiegenden Teil zueinander auf. Die einzig wesentliche Energie, die sich nicht aufhebt, ist die Druckenergie in dem Druckwechselzylinder (7), der sich zum Extrempunkt = 0⁰ der grössten Entfernung zur Kolbenstangenbefestigung (15) bewegt und dort den grössten Druck im Druckwechselzylinder (7) erzeugt. Da der Druckwech selzylinder (7), der zum Extrempunkt = 0⁰ auf der äusseren Kreisbahn wechselt, den größten Innendruck aufbaut, ist sein Vorgänger, der den Extrempunkt verlässt, der Druckwechselzylinder (7), der den grössten Teil des ankommenden Druckwechselzylin ders (7) mit Energie versorgt, weil er an der "anderen" Kurbelwellenseite (12) angreift. Demzufolge ist im wesentlichen nur die Druckdifferenz des neu ankommenden Druck wechselzylinders (7) zum verlassenden Druckwechselzylinder (7) am Extrempunkt dem System zuzuführen, die mit Hilfe des oberschlächtigen Wasserrades (74) erfolgt. Je mehr Druckwechselzylinder (7) auf der Kurbelwelle (12) angeordnet sind, um so kleiner ist die zuzuführende Energie pro Druckwechselzylinder (7) durch das Wasserrad (74).

b) Beförderung der gesamten Elemente vom unteren Endpunkt in die oberen Endpunkte

Um die gesamten Elemente (1, 4, 18-19, 21-25, 27-28, 32, 41-44, 47-50) vom unteren zum oberen Hubendpunkt zu bewegen und um die Massen m (4) sowie die Gegenkrafthe bel (1) in die obere Ausgangslage zu befördern, werden die Elektrozüge (53) aktiviert und diese ziehen alle notwendigen Elemente (1, 4, 18, 19, 21-25, 27-28, 32, 41-44, 47-50) in die obere Ausgangslage. Die notwendige Energie definiert sich aus der Masse der hochzubefördernden Elemente (1, 4, 18-19, 21-25, 27-28, 32, 41-44, 47-50), der Höhe dieser Hochbeförderung und der Gravitation.

c) Schaltung von Ventilen und den Vorrichtungen zur Horizontalbewegung der Vertikalstützen/Arretierungsgestänge

Die Schaltung aller Ventile wie Druckleitungs-, Zulaufleitungs- und Entlüftungsventil (44, 50, 48) sowie die Bewegung der Vertikalstützen (59) und der Arretierungsgestänge (17) entweder zum Arretierungssegment (62) hin oder von ihm weg sowie die Reibungs verluste in den Kolben-Zylinder-Systemen (26, 25) beinhalten Energieverluste.

d) Flutung des Arbeitszylinders aus dem Zulaufwasser

Die Flutung des Arbeitszylinders (25) erfolgt aus dem Zulaufwasser (75). Die Zeitdauer beträgt annähernd die Zeit, die zur Energieumwandlung in der arbeitenden Vorrichtung erforderlich ist.

2. Grundsätzliche technische Wirkung

Diese Energieumwandlung weicht von den bisher bekannten Energieumwandlungen in der Art ab, dass ein Arbeitszylinder (25) von mehreren Gegenkraftsystemen (A, B, C) in abgestimmter Weise beeinflusst wird, indem ein Hebelsystem (1) mit einem freischwe benden massebelasteten (4) langen Hebelarm und einem kurzen Hebelarm den Arbeits zylinder (25) kraftseitig belastet.

Der Umlenkpunkt (19) des Hebelarmes (1) ist auf einer Zwischenplatte (22) angeordnet, und diese wird von Druckspeichern (34, 20) kraftseitig gesondert abgefangen und mit der gleichen Kraft, die am kurzen Hebelarm wirkt, nach unten gedrückt. Die Kraft- und Druckkomponenten sind aufeinander abgestimmt und bewirken den gleichmässig hohen Druck im Arbeitszylinder (25) in jeder Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders (25) vom oberen zum unteren Hubendpunkt. Es wird mit dieser Energieumwandlung ein sehr hoher Druck im System und eine kleinere Wassermenge genutzt.

3. Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo eine hohe

- Kraftwirkung und/oder
- Druckenergie und/oder
- kinetische Energie entweder kontinuierlich oder zeitweilig benötigt wird.

3.1. Anwendungsgebiete

Die vorzugsweisen Einsatzfelder der Erfindung sind:

a) Energieerzeugungsanlagen: Dieses Einsatzfeld ist bereits ausführlich behandelt worden.
b) Feuerlöschanlagen: Analog der Energieerzeugungsanlagen sind Feuerlöschanlagen zu gestalten, indem in vorzugsweise 2 alternierend arbeitenden Arbeitszylindern (25) eine Druckerhöhung im jeweilig arbeitenden Zylinder (25) stattfindet, wobei der Wasserstrahl (37) immer mit Hilfe der durch den jeweiligen Sensor aktivierten Düse (65) gelenkt wird und dort den Brandherd sofort löscht. Diese Vorrichtung wird gemäss Fig. 1 bis 4 gestal tet, wobei die Kurbelwelle (12) anstelle des Wasserrades (74) von einem Elektromotor angetrieben wird.
c) Wasserstrahlanlagen: Die Gestaltung erfolgt anlog der Feuerlöschanlagen, wobei der einzige Unterschied in der flächenmässig kleineren Gestaltung des Arbeitszylinders (25) liegt, um im Arbeitszylinder (25) einen Druck von ca. 4000 bar erreichen zu können.

Bezugszeichenliste "Verfahren und Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsysteme" Nr. Bezeichnung

1

Gegenkrafthebel

2

Lastaufnahme

3

Stahlseil

4

Masse m

5

Kolbenstange für Druckwechselzylinder (DWZ)

6

Zuganker für DWZ

7

Druckwechselzylinder

8

oberer Deckel für DWZ

9

Kolben für DWZ

10

unterer Deckel für DWZ

11

Zylinderstange für DWZ

12

Kurbelwelle

13

Festlager

14

Festlagerarretierung

15

Kolbenstangenbefestigung

16

Zylinderstange am Gegenkraftzylinder

17

Arretierungsgestänge

18

obere Platte

19

Querlageraufnahmebügel

20

Arretierungshebel

21

Querlagerfuss

22

Querlagerplatte

23

Oberer Arbeitszylinderdeckel

24

Zuganker am Arbeitszylinder

25

Arbeitszylinder

26

Arbeitskolben

27

Unterer Arbeitszylinderdeckel

28

Kolbenstangenführung

29

Kolbenstange am Arbeitszylinder

30

Kolbenstangenfuss am Arbeitszylinder

31

Fundament/Vorrichtung

32

Zulaufleitung

33

oberer Deckel Gegenkraftzylinder

34

Gegenkraftzylinder

35

unterer Deckel Gegenkraftzylinder

36

Kolbenfuss am Gegenkraftzylinder

37

Druckwasserstrahl

38

Zuganker am Gegenkraftzylinder

39

Gegenkraftkolben

40

Gegenkraftkolbenstange

41

Manometer

42

Kolben am Druckübertragungszylinder

43

Druckübertragungszylinder

44

Druckleitungsventil

45

Führungsbolzen am Arretierungsgestänge

46

Führungsbolzen an Zylinderstange

47

Entlüftungsleitung

48

Entlüftungsventil

49

Druckleitung

50

Zulaufleitungsventil

51

Quertraverse

52

Stützpfeiler für Quertraverse

53

Elektrozüge

54

Stahlseile

55

Festarretierungshebel (horizontal beweglich)

56

Distanzstücke

57

Druckfedern

58

Nivellierungsbolzen mit Muttern

59

Vertikalstütze

60

Horizontalträger

61

Querstütze

62

Arretierungssegment für Vertikalstütze

63

Vorrichtung zur Horizontalbewegung der Vertikal stützen/Arretierungsgestänge

64

Druckleitungsbefestigung

65

Düse

66

Freistrahlturbine

67

a Turbinenwelle

67

b Generatorwelle

68

Riemenscheiben

69

Treibriemen

70

Verstrebungen

71

Generator

72

Zulaufrinne

73

Schützentafel in der Zulaufrinne

74

oberschlächtiges Wasserrad

75

Zulaufwasser

Claims

1. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsysteme, insbesondere zur Gewinnung mechanischer oder elektrischer Energie, bestehend aus einem Arbeitszylinder, welcher wechselweise von einer oberen Arbeitslage im belasteten Zustand in eine untere Endlage gedrückt und in der Phase der Abwärtsbewegung wäh rend des Arbeitshubes zulaufseitig abgesperrt und mit seiner Druckmittelableitung auf eine Einrichtung zur Energieumwandlung geführt ist, und - nach zulaufseitiger Umsteue rung - im unbelasteten Zustand in die obere Arbeitslage mittels Elektrozüge, die mit dem Arbeitszylinder und den massebelasteten Gegenkrafthebeln mit Stahlseilen verbunden sind, zurückbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass:

a) die Kraft F der Gegenkrafthebel (1) entsprechend den Massen m (4) über die Hebelwir kung an der oberen Platte (18) mit der Kraft F* angreift,
b) der Umlenkpunkt der Gegenkrafthebel (1) als Querlagerplatte (22) ausgebildet ist, die durch die Arretierungshebel (20) und die Festarretierungshebel (55) kraftseitig beein flusst wird,
c) die angreifende Kraft F* der kurzen Gegenkrafthebel (1) an der oberen Platte (18) über den Kolben am Druckübertragungszylinder (42) mittels eines Flüssigkeitspolsters im Druckübertragungszylinder (43) den oberen Arbeitszylinderdeckel (23), an dem der Arbeitszylinder (25) befestigt ist, beaufschlagt und somit das im Arbeitszylinder (25) befindliche Wasser in einen Druckzustand versetzt,
d) bei dynamischen Systemen der Arbeitskolben (26) des Arbeitszylinders (25) stabil auf dem Fundament (31) verankert ist und der Arbeitszylinder (25) zwischen der oberen und unteren Arbeitsendlage - und umgekehrt - verschiebbar ist,
e) bei statischen Systemen der Kolbenstangenfuss am Arbeitszylinder (30) stabil auf der kraft- oder druckseitig zu beeinflussenden Vorrichtung (31) verankert ist und der Arbeits kolben (26) und die Kolbenstange am Arbeitszylinder (29) zwischen der oberen und unteren Arbeitsendlage - und umgekehrt - verschiebbar ist,
f) beidseitig des Arbeitszylinders (25) befindliche höhengestaffelte Festarretierungshebel (55) die Querlagerplatte (22) und den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) in abgestuften Intervallen in der Phase der Abwärtsbewegung des Arbeitszylinders (25) arretieren,
g) beidseitig des Arbeitszylinders (25) paarweise wirkende, luftgefüllte Gegenkraftzylinder (34) angeordnet sind, die als permanente Energiespeicher mit Hilfe einer Kraft F** über die Zylinderstangen (16) eine Bewegung von höhengestaffelten Arretierungshebeln (20) verursachen und diese Bewegung der Arretierungshebel (20) auf die Querlagerplatte (22) und den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) übertragen und somit eine kontinuierliche Bewegung des Arbeitszylinders (25) nach unten gegen den Arbeitskolben (26) bewirken und damit für einen kontinuierlichen Ausstoss von Druckwasser (37) zur Beaufschlagung der Turbine (66) oder zur Druck- oder Kraftverstärkung am Arbeitskolben (26) sorgen.

2. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die durch die Masse m (4) belasteten Gegenkrafthebel (1) auf die obere Platte (18) ein wirken und im Druckübertragungszylinder (43) einen konstanten Druck erzeugen, der über den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) auf das Wasser im Arbeitszylinder (25) übertragen wird,
b) die Umlenkpunkte der Gegenkrafthebel (1) auf der Querlagerplatte (22) mit den Elemen ten Querlagerfuss (21) und Querlageraufnahmebügel (19) angeordnet sind, und diese Querlagerplatte (22) kraftseitig durch:

- vertikal angeordnete Festarretierungshebel (55), zeitpunktbezogen in der Horizontale arretiert, und
- vertikal bewegliche Arretierungshebel (20), die druckseitig von Gegenkraftzylindern (34) belastet sind, von der oberen Arbeitslage in die nächstfolgende untere Arbeitslage zum nachfolgenden Festarretierungspunkt (55) bewegt wird,

a) die Gegenkraftzylinder (34) druckseitig beeinflusst werden, indem Druckwechselzylinder (7), die auf der Kurbelwelle (12) mit jeweils versetzten Kurbelzapfen angeordnet sind, infolge der Zwangsdrehung der Kurbelwelle (12) über die Beaufschlagung von Zulauf wasser (75) im oberschlächtigen Wasserrad (74) mit abwechselndem Druck auf die Gegenkraftzylinder (34) einwirken, und diese Druckwechselzylinder (7) zwischen den beiden Endstufen synchron wechseln:
- 1. befindet sich der Zapfen der Kurbelwelle am äusseren Ende des Kreises der Kurbelwelle (12), so wird im Druckwechselzylinder (7) der grösste Druck erzeugt, da sich der Zylin derraum im Druckwechselzylinder (7) infolge der Verschiebung des Kolbens für DWZ (9) verkleinert, und in der weiteren Folge zieht die Kolbenstange für DWZ (5) die Kol benstangenbefestigung (15) nach unten und dadurch wird die Zylinderstange am Gegen kraftzylinder (16) ebenfalls nach unten bewegt und die Arretierungshebel (20) werden in die Horizontale gebracht und auf die Querlagerplatte (22) und zusätzlich auf den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) bewegt,
- 2. befindet sich der Zapfen der Kurbelwelle am inneren Ende des Kreises der Kurbelwelle (12), so wird im Druckwechselzylinder (7) der kleinste Druck erzeugt, da sich der Zylin derraum im Druckwechselzylinder (7) infolge der Verschiebung des Kolbens für DWZ (9) vergrössert, und in der weiteren Folge wird die Kolbenstangenbefestigung (15) entlas tet und dadurch wird die Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (16) nach oben bewegt, da der grössere Druck im Gegenkraftzylinder (34) wirkt, und die Arretierungshebel (20) werden in eine Schrägposition gebracht und wirken kraftmäßig auf die Querlagerplatte (22) und auf den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) ein.

3. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsyste me nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Kurbelwelle (12) mehrere, aber immer paarweise gegenüberliegende Kurbelzapfen aufweist, an denen Druckwechselzylinder (7) mit den Elementen:
- - Druckwechselzylinder (7)
- - Zylinderstange für DWZ (11), die den unteren Deckel für DWZ (10) mit dem jeweiligen Kurbelzapfen der Kurbelwelle (12) verbindet
- - oberer Deckel für DWZ (8)
- - Kolben für DWZ (9)
- - unterer Deckel für DWZ (10)
- - mehrere Zuganker für DWZ (6), die den oberen und unteren Deckel für DWZ (8, 10) miteinander verbinden
- - Kolbenstange für DWZ (5), die den Kolben für DWZ (9) mit der Kolbenstangenbefesti gung (15) an der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (16) verbindet, angeordnet sind,
b) die Zylinderkammern der Druckwechselzylinder (7) im oberen Bereich vorzugsweise mit Druckluft gefüllt sind, und die Druckhöhe von der Kreisbahn des Kurbelzapfens abhän gig ist und damit von einer maximalen zur minimalen Druckhöhe wechselt - und umge kehrt - und somit kraftwechselnd wirkt, wobei eine größere Anzahl von Kurbelzapfen auf der Kurbelwelle (12) und deren adäquate Anzahl von Druckwechselzylindern (7) die Kraft minimieren, die zur Zwangsdrehung der Kurbelwelle (12) über die Beaufschlagung von Zulaufwasser (75) im oberschlächtigem Wasserrad (74) notwendig wird, wobei:
c) die Kurbelwellen (12) vorzugsweise sowohl links als auch rechts neben dem Arbeitszy linder (25) angeordnet sein sollten und mindestens zwei links- und rechtsseitig angeord nete Arretierungshebelpaare (20), die mittels der Gegenkraftzylinder (34) kraftseitig maximal- und minimalwirksam - in Abhängigkeit vom jeweils kooperierenden Druck wechselzylinder (7) - auf die Querlagerplatte (22) und auf den oberen Arbeitszylinderde ckel (23) angreifen,
d) die notwendige Kraft in Form des Drehmoments am oberschlächtigen Wasserrad (74) einerseits von der aufzunehmenden Wassermenge in den Schaufelzellen und des Über setzungsverhältnisses Wasserradradius zu Kurbelzapfenradius und zum zweiten von der Differenzkraft des jeweils zum Maximaldruck wechselnden Druckwechselzylinders (7) im Verhältnis seines Vorgängers, im Druck absinkenden Druckwechselzylinder (7), bestimmt wird.

4. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsysteme nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen der vertikal angeordneten Festarretierungshebel (55) und die vertikal beweglichen Arretierungshebel (20) vom obersten Hubendpunkt bis zum untersten Hub endpunkt des Arbeitszylinders (25) an den Vertikalstützen (59) und den Arretierungsge stängen (17) in solchen Abständen angebracht sind, die eine bewegliche Beförderung der Querlagerplatte (22) durch die von der Druckkraft bewegten Arretierungshebel (20) von einer jeweils oberen Arbeitslage von einem Festpunkt in die darunter befindliche nächste Arbeitslage in Form des nächsten Festpunktes, gleich Festarretierungshebel (55), ermög lichen, wobei die Arretierungshebel (20, 55) an den Arretierungsgestängen (17) und Vertikalstützen (59) so angebracht sind, dass sie nach aussen verschoben werden können - zum Zeitpunkt der Querung der Querlagerplatte (22) und des oberen Arbeitszylinder deckels (23) - und eine Zwangsrückführung der Arretierungshebel (20, 55) in ihre Aus gangslage auf Grund der in den Arretierungshebeln (20, 55) eingesetzten Druckfedern (57) erfolgt, sobald die Querung der Querlagerplatte (22) und des oberen Arbeitszylin derdeckels (23) abgeschlossen ist.

5. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsysteme nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gegenkraftsysteme verursachten Kräfte auf den Arbeitszylinder (25) und das im Arbeitszylinder (25) befindliche Wasser eine Druckenergie E_a erzeugen, die:

a) in der Düse (65), in der der Druck abgebaut und in Geschwindigkeit des Druckwasser strahls (37) umgewandelt wird, in kinetische Energie E_k des ausströmenden Wassers umgewandelt wird (bei dynamisch wirkenden Systemen) oder
b) bei Systemen, die eine kurzzeitige oder dauernde statische Kraft- und/oder Druckver stärkung erfordern, der Kolbenstangenfuss am Arbeitszylinder (30) an der jeweilig zu belastenden Vorrichtung befestigt ist und die Kolbenstange am Arbeitszylinder (29) verschiebbar ausgeführt ist und die Kraftverstärkung weiterleitet.

6. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsyste me nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Energie des Druckwasserstrahls (37) an der Freistrahlturbine (66) über die Turbinenwelle (67a) auf die Riemenscheibe (68) übertragen wird, die den Treibrie men (69) antreibt und dieser überträgt die Energie von der Riemenscheibe (68), die auf der Generatorwelle (67b) befestigt ist, auf die Generatorwelle (67b), die den Generator (71) antreibt, in dem elektrische Energie erzeugt wird.

7. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsyste me nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise zwei Arbeitszylinder (25) alternierend arbeiten, indem:

a) in der ersten Vorrichtung Energie erzeugt wird und folgende Abläufe stattfinden:
- - der Arbeitszylinder (25) ist vollständig mit Wasser gefüllt und das Entlüftungsventil (48) wurde nach Flutung des Arbeitszylinders (25) geschlossen, ebenso wie die Zulaufleitung (32) durch Schließen des Zulaufleitungsventils (50)
- - die Gegenkraftsysteme sind alle aktiviert, indem die Massen m (4) freischwebend die Gegenkrafthebel (1) belasten, die Arretierungsgestänge (17) und die Vertikal stützen (59) in die Arretierungsposition am Arbeitszylinder (25) gebracht wurden und somit die Funktion der Arretierungshebel (20) und der Festarretierungshebel (55) absi chern und das Zulaufwasser (75) das oberschlächtige Wasserrad (74) antreibt und damit das notwendige Drehmoment zur Rotation der Kurbelwelle (12) liefert
- - die Druckleitung (49) wird durch das Öffnen des Druckleitungsventils (44) geöffnet und das im Arbeitszylinder (25) befindliche Druckwasser (37) treibt die Freistrahlturbine (66) an, und
b) in der zweiten Vorrichtung der Ausgangszustand zur Energieumwandlung durch folgende Abläufe hergestellt wird:
- - die Flutung des Arbeitszylinders (25) erfolgt dadurch, indem das Druckleitungsventil (44) in der Druckleitung (49) geschlossen und synchron das Zulaufleitungsventil (50) in der Zulaufleitung (32) geöffnet wird
- - das Anheben der gesamten Vorrichtung mit den Massen m (4) und dem Arbeitszylinder (25) und seiner gesamten Elemente (1, 4, 18, 19, 21-25, 27-28, 32, 41-44, 47-50) erfolgt durch die Elektrozüge (53)
- - das Auseinanderverschieben aller Arretierungselemente (20, 55) erfolgt durch die Vorrichtung zur Horizontalbewegung der Vertikalstützen/Arretierungsgestänge (63) der Elemente Arretierungsgestänge und Vertikalstützen (17, 59) vom Arbeitszylinder (25) weg, wobei
c) der Arbeitszylinder (25) durch folgende Elemente gekennzeichnet ist:
- - den Arbeitszylinder (25)
- - den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) mit den Leitungen:
- - Druckleitung (49)
- - Entlüftungsleitung (47)
- - den Unteren Arbeitszylinderdeckel (27) mit der Zulaufleitung (32)
- - den Arbeitskolben (26)
- - die Kolbenstange am Arbeitszylinder (29)
- - den Kolbenstangenfuss am Arbeitszylinder (30)
- - die Kolbenstangenführung ((28)
- - mehrere Zuganker am Arbeitszylinder (24), die den oberen und unteren Arbeitszylin derdeckel (23, 27) miteinander verbinden.

8. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraftsyste me nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Gegenkraftzylinder (34) so ausgelegt sind, dass ihre Druckkraft durch den Innendruck p und ihre Flächen A der am Gegenkrafthebel (1) wirkenden Kraft F* auf der oberen Platte (18) identisch sind, wobei das Hebelverhältnis der Arretierungshebel (20) von der Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (16) zum Drehpunkt am Arretierungsgestänge (17) und vom Arretierungsgestänge (17) zum Druckpunkt auf der Querlagerplatte (22) berücksichtigt werden muss, und
b) die Gegenkraftzylinder (34) durch folgende Elemente gekennzeichnet sind:
- - Gegenkraftzylinder (34)
- - Zylinderstange am Gegenkraftzylinder (16), die den oberen Deckel Gegenkraftzylinder (33) mit den Arretierungshebeln (20) verbindet und am oberen Ende als Aufnahme der Kolbenstangenbefestigung (15) dient
- - oberer Deckel Gegenkraftzylinder (33)
- - Gegenkraftkolben (39)
- - unterer Deckel Gegenkraftzylinder (35)
- - mehrere Zuganker am Gegenkraftzylinder (38), die den oberen und unteren Deckel Gegenkraftzylinder (33, 35) miteinander verbinden
- - Gegenkraftkolbenstange (40), die den Gegenkraftkolben (39) mit dem Kolbenfuss am Gegenkraftzylinder (36) verbindet.

9. Vorrichtung zur Druckerhöhung und zur Energieumwandlung mittels Gegenkraft systeme nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwechselzylinder (7) so ausgelegt sind, dass ihre Fläche A und ihre Zugkraft an der Kolbenstange für DWZ (5) durch den wechselnden Innendruck p der an der Zylinder stange am Gegenkraftzylinder (16) wirkenden Kraft F*** zumindest in dem Moment des Maximaldrucks gleichgross sind, so dass die korrespondierenden Gegenkraftzylinder (34) zusammengepresst und das Arretierungshebelpaar (20) in eine Horizontalposition ge bracht wird und die Querlagerplatte (22) und den oberen Arbeitszylinderdeckel (23) quert.