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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiegewinnung, bestehend
aus einer Baugruppe, die in einem Wasserbehälter beweglich angeordnet ist
und deren Bewegung über
zugeordnete Bauelemente zum Antrieb verschiedenartiger mechanisch und/oder
elektrisch betätigbarer
Objekte gewandelt wird.
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Für die Bereitstellung
von Energie werden bisher überwiegend
thermische oder nukleare Prozesse genutzt, beispielsweise auf Grundlage
fossiler Rohstoffe wie Erdöl
und Kohle oder durch atomare Kernspaltung. Die hiermit verbundenen
Nachteile und Risiken sind allgemein bekannt. So ist die Verbrennung
von fossilen Rohstoffen, die ohnehin nur begrenzt verfügbar sind,
eine wesentliche Ursache für
die globale Erwärmung.
Die Nuklearenergie kann insbesondere bei Havarien und sonstigen
Betriebsstörungen
erhebliche Gefährdungen
durch unkontrollierte Strahlungen ergeben. Deshalb wird zunehmend
eine Nutzung alternativer Energiekonzepte angestrebt.
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Eine
solche Alternative ist die Solarenergie, wobei bereits zahlreiche
technische Lösungen
sowohl für
Solarkollektoren als auch für
photovoltaisch betriebene Einrichtungen bekannt sind. Allerdings besteht
ein grundsätzliches
Problem derartiger Anlagen darin, dass für eine effektive Energieumwandlung
ein möglichst
intensiver Lichteinfall auf das jeweilige Solarmodul notwendig ist.
Diese Forderung wird jedoch lediglich in geographischen Lagen mit langer
Sonnenscheindauer und/oder mit einem durchgehend hohen Sonnenstand
erfüllt,
also vorwiegend in tropischen und subtropischen Klimazonen. In anderen
geographischen Gebieten ist ein erheblicher gerätetechnischer Aufwand notwendig,
um einen akzeptablen Wirkungsgrad der jeweiligen Anlage zu erreichen.
Hierfür
werden beispielsweise sonnenstandsabhängig verlagerbare Module oder
sehr große
Anlagen mit einer Vielzahl von Modulen genutzt.
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Eine
weitere Alternative ist die Windenergie, für die ebenfalls bereits zahlreiche
technische Lösungen
verfügbar
sind. Allerdings bestehen auch hier erhebliche Einschränkungen,
weil nur ausgewählte
geographische Lagen eine ausreichende Windhäufigkeit und Windstärke aufweisen.
Dies trifft überwiegend
auf Meeresküsten
und Hochgebirge zu.
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Selbst
wenn die benannten Nachteile bezüglich
Standort und Geräteaufwand überwunden
werden könnten,
bestehen Bedenken gegen eine umfangreiche Errichtung von Anlagen
zur Nutzung von Solar- und Windenergie, weil diese eine erhebliche Grundfläche erfordern und
einen oftmals nicht akzeptablen optischen und teilweise auch ökologischen Eingriff
in Landschaft und Umwelt verursachen.
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Deshalb
werden zunehmend Konzepte für eine – an sich
seit Jahrhunderten in Form von Sägewerken,
Getreidemühlen
und dergleichen bekannte – Nutzung
von Wasserkraft in verschiedenartiger Ausführung umgesetzt.
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Unter
Beachtung dieser aktuellen Entwicklungstendenzen ist es Aufgabe
der Erfindung, eine technische Lösung
zu schaffen, mit der Bewegungsvorgänge innerhalb eines Wasserbehälters für eine effektive
und ökologisch
unbedenkliche Erzeugung von Antriebsenergie nutzbar gemacht werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst,
indem die Vorrichtung mindestens zwei mittels Luft befüllbare Hohlkörper aufweist,
die in einem Wasserbehälter zwischen
einer unteren Befüllstellung
und einer oberen Entlüftungsstellung
verlagerbar angeordnet sind, wobei eine erste Luftfülleinheit über eine
erste Leitung mit dem ersten Hohlkörper verbunden ist, der über eine
erste Hub- oder Druckstange mit einer zweiten Luftfülleinheit
in Wirkverbindung steht, die über
eine zweite Leitung mit dem zweiten Hohlkörper verbunden ist, der über eine
zweite Hub- oder Druckstange mit der ersten Luftfülleinheit
in Wirkverbindung steht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
von Unteransprüchen,
deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben
werden.
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Die
Grundidee der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, die Auftriebskraft von mit Luft gefüllten Hohlkörpern in
einem Wasserbehälter
zur Energiegewinnung zu nutzen. Somit wird ein „Luftauftriebsmotor" geschaffen, der
mit einem geringen Bauteil- und Kostenaufwand eine effektive und ökologisch
unbedenkliche Erzeugung von Antriebsenergie realisiert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Es zeigen:
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1 den
grundsätzlichen
Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
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2 eine
erste Variante zur Anwendung der Vorrichtung
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3 eine
zweite Variante zur Anwendung der Vorrichtung
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Energiegewinnung mit einem Wasserbehälter 1 sowie zwei
Hohlkörpern 2 und 3.
Die Hohlkörper 2 und 3 sind
im Wasserbehälter 1 zwischen
einer unteren Befüllstellung
und einer oberen Entlüftungsstellung
verlagerbar angeordnet und können
mit Luft befüllt
werden.
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Eine
erste Luftfülleinheit 4 ist über eine
erste Leitung 5 mit dem ersten Hohlkörper 2 verbunden. Dieser
erste Hohlkörper 2 steht über eine
erste Hub- oder Druckstange 6 mit einer zweiten Luftfülleinheit 7 in
Wirkverbindung. Die zweite Luftfülleinheit 7 ist über eine
zweite Leitung 8 mit dem zweiten Hohlkörper 3 verbunden.
Dieser zweite Hohlkörper 3 steht über eine
zweite Hub- oder Druckstange 9 wiederum mit der ersten
Luftfülleinheit 4 in
Wirkverbindung.
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Die
Luftfülleinheiten 4 und 7 können verschiedenartig
ausgestaltet werden. 1 zeigt eine diesbezüglich einfache
Variante mit zylinderförmigen Grundkörpern nach
Art einer bekannten manuell betätigbaren
Luftpumpe. Ebenso können
andere geometrische Formen oder auch elektrisch betätigbare Kompressoren
vorgesehen werden.
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Die
Hub- oder Druckstangen 6 und 9 weisen jeweils
mehrere Segmente auf, die gelenkig miteinander verbunden sind. Gemäß 1 besteht
jede Hub- oder Druckstange 6 und 9 beispielsweise
aus jeweils drei derartigen Segmenten. Unabhängig von der Anzahl der Segmente
ist vorgesehen, dass mindestens ein Segment jeder Hub- oder Druckstange 6 und 9 auf
einer Wippe 10 bzw. 11 schwenkbar gelagert ist.
Durch die konkrete Anordnung der Wippen 10 und 11 lassen
sich unterschiedliche Hebelverhältnisse
erzielen, mit denen in Abhängigkeit
der konkreten Einsatzbedingungen unterschiedliche Übersetzungen
und Kraftwirkungen realisiert werden können.
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Dem
schwenkbar gelagerten Segment jeder Hub- oder Druckstange 6 und 9 ist
jeweils eine Rückholeinrichtung 12 bzw. 13 zugeordnet,
die in einer einfachen Variante als Feder ausgestaltet werden kann
und vorzugsweise an der Wippe 10 bzw. 11 abgestützt ist.
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Im
Strömungsweg
zwischen den Luftfülleinheiten 4 und 7 sowie
den Hohlkörpern 2 und 3 ist
jeweils ein Rückschlagventil 14 bzw. 15 angeordnet. Diese
Rückschlagventile 14 und 15 sind
vorzugsweise im Übergangsbereich
von Leitung 5 bzw. 8 und Hohlkörper 2 bzw. 3 angeordnet.
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Bei
der Ausführung
gemäß 1 sind
beide Hohlkörper 2 und 3 als
unten offene oder geschlossene quaderförmige oder sonstige Gebilde
ausgestaltet. An der Unterseite ist jeweils ein Anschluss für die Leitung 5 bzw. 8 zur
Luftbefüllung
und an der Oberseite ist jeweils ein Luftauslassventil 16 bzw. 17 vorgesehen.
Bei einer derartigen Ausgestaltung können die Hohlkörper 2 und 3 vertikal
zwischen unterer Befüllstellung
und oberer Entlüftungsstellung
verlagert werden.
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2 zeigt
eine Ausführung
der Erfindung in zwei Ansichten, links ist eine perspektivische
Ansicht und rechts ist eine seitliche Ansicht dargestellt. Hierbei
steht eine Luftfülleinheit 18 direkt,
also ohne weitere zwischengeschaltete Bauteile, mit einer Luftkammer 19 in
Wirkverbindung. Diese Luftkammer 19 ist schwenkbar gelagert
und durch mindestens eine Pleuelstange 20 mit der Kurbelwelle 21 eines
Motors verbunden. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die Luftkammer 19 vertikal
zwischen der unteren Befüllstellung
und der oberen Entlüftungsstellung
verlagert und außerdem
in der oberen Entlüftungsstellung auch
geschwenkt werden. Hierfür
ist der Luftkammer 19 eine zusätzliche Arretierungsstange 22 mit
einer Bremse 23 zugeordnet.
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3 zeigt
eine weitere Ausführung
der Erfindung. Hierbei steht eine Luftfülleinheit 24 direkt
mit einem als Zwischenspeicher 25 ausgestalteten Stauraum
in Wirkverbindung, der in einen Sammelstauraum 26 mündet. Der
Sammelstauraum 26 weist ein Ventil 27 oder einen
drehbarer Schieber auf, über den
die im Wasserbehälter 1 bewegbar
angeordneten Bauteile mit Luft befüllbar sind. Gemäß 3 wird
beispielsweise ein Wasserrad 28 mit Gondeln oder ähnlichen
Staubehältern 29 angetrieben.
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Nachfolgend
wird nochmals die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zusammengefasst beschrieben:
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1 – Mit der
Luftfülleinheit 4 wird
zunächst Luft
in den Hohlkörper 2 gepumpt.
Durch die Auftriebskraft im Wasserbehälter 1 drückt der
Hohlkörper 2 das
zugeordnete Segment der Hub- oder Druckstange 6 nach oben
und über
die Wippe 10 im weiteren Verlauf der Segmente die luftverdichtenden Elemente
der Luftfülleinheit 7 nach
unten. Dadurch wird über
die Leitung 8 die Luft von der Luftfülleinheit 7 in den
Hohlkörper 3 gedrückt bzw.
gepresst. Dieser nun mit Luft gefüllte Hohlkörper 3 wird wiederum über die
Auftriebskraft im Wasserbehälter 1 nach
oben gedrückt. Über die
Segmente der Hub- oder Druckstange 9 und die Wippe 11 werden
nunmehr die luftverdichtenden Elemente der Luftfülleinheit 4 nach unten gedrückt. Mit
dieser Luftfülleinheit 4 wird
jetzt wieder Luft in den Hohlkörper 2 gepumpt
und der beschriebene Bewegungsablauf beginnt erneut.
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Nachdem
die Hohlkörper 2 und 3 ihre
jeweils oberste Stellung erreicht haben, werden die Luftauslassventile 16 bzw. 17 geöffnet und
die Luft kann aus dem jeweiligen Hohlkörper 2 und 3 entweichen.
Die Luftauslassventile 16 und 17 können sowohl
elektronisch als auch mechanisch über Positions- oder Druckschalter
gesteuert werden. Die entweichende Luft kann zunächst gespeichert oder alternativ
sofort als Arbeitsmedium verwendet werden. Dieser Vorgang kann bei
einem Verzicht auf Luftauslassventile 16 und 17 auch
durch eine Drehung der Hohlkörper 2 und 3 realisiert
werden sofern diese – wie
die Luftkammer 19 in 2 – unten
offen ausgestaltet sind. Sobald die Luft aus den Hohlkörpern 2 und 3 entwichen
ist, füllen
sich diese mit Wasser und werden mittels der Rückholeinrichtungen 12 und 13 in
ihrer Ruhestellung positioniert. Auf die Rückholeinrichtungen 12 und 13 kann
verzichtet werden, sofern mehrere Hohlkörper 2, 3 usw. über eine
Wippe 10 oder 11 bzw. über eine Drehwelle (Zwangssteuerung)
miteinander verbunden werden.
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2 – Die ins
Wasser geführte
Luft wird von der im unteren Bereich des Wasserbehälters 1 angeordneten
Luftfülleinheit 18 direkt
von den Kompressions- bzw. Luftkammern in eine darüber liegende
Luftkammer 19 geleitet. Diese unten drehbar gelagerte Luftkammer 19 ist über Pleuelstangen 20 mit einer
Kurbelwelle 21 mit Schwungrad verbunden, wodurch die Auftriebskraft
der mit Luft gefüllten
Luftkammer 19 in eine Drehbewegung gewandelt wird. Die
Kurbelwelle 21 kann mit einer beliebigen Anzahl von Antriebseinheiten
gekoppelt werden.
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Die
Anordnung gemäß 2 realisiert
einen gleichartigen Funktionsablauf wie die Variante gemäß 1.
In der unteren Stellung (im Motorbetrieb auch als unterer Totpunkt
UT bezeichnet) wird die Luftkammer 19 mit Luft befüllt. In
der oberen Stellung (im Motorbetrieb auch als oberer Totpunkt OT
bezeichnet) wird der in der Luftkammer 19 enthaltenen Luft
das Entweichen durch eine Drehbewegung der Luftkammer 19 nach
oben ermöglicht.
Während
der Befüllung
in UT und während
der Hubbewegung nach oben wird die Luftkammer 19 über die
Arretierungsstange 22 in einer fixierten Position gehalten. Bei
Erreichen von OT löst
sich die Bremse 23 der Arretierungsstange 22 und
die Luftkammer 19 dreht sich nach oben. Sofern die Luftkammer 19 – wie die Hohlkörper 2 und 3 in 1 – nicht
drehbar ausgestaltet wird, kann das Entweichen der Luft auch hier über entsprechende
Ventile realisiert werden.
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3 – Die ins
Wasser geführte
Luft wird von der im unteren Bereich des Wasserbehälters 1 angeordneten
Luftfülleinheit 24 in
einem festen Stauraum 25 zwischengespeichert. Die gespeicherte
Luft kann über
einen Sammelstauraum 26 und ein Ventil 27 beispielsweise
in hierzu exakt positionierte bewegliche Staubehälter 29 eines Wasserrades 28 entweichen,
so dass die ausströmende
Luft als Antriebsquelle für
das Wasserrad 28 wirksam wird.
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- 1
- Wasserbehälter
- 2
- Hohlkörper
- 3
- Hohlkörper
- 4
- Luftfülleinheit
- 5
- Leitung
- 6
- Hub-
oder Druckstange
- 7
- Luftfülleinheit
- 8
- Leitung
- 9
- Hub-
oder Druckstange
- 10
- Wippe
- 11
- Wippe
- 12
- Rückholeinrichtung
- 13
- Rückholeinrichtung
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Rückschlagventil
- 16
- Luftauslassventil
- 17
- Luftauslassventil
- 18
- Luftfülleinheit
- 19
- Luftkammer
- 20
- Pleuelstange
- 21
- Kurbelwelle
- 22
- Arretierungsstange
- 23
- Bremse
- 24
- Luftfülleinheit
- 25
- Zwischenspeicher
- 26
- Sammelstauraum
- 27
- Ventil
- 28
- Wasserrad
- 29
- Staubehälter