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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung, mit einem angetriebenen, um eine starre Achse drehbaren Rotationskörper zum Antrieb einer Generatorwelle.
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Antriebe für Generatoren mit einem angetriebenen, um eine starre Achse drehbaren Rotationskörper zum Antrieb einer Generatorwelle sind aus der Praxis in verschiedensten Ausführungsformen, wie beispielsweise ein über ein sich drehendes Rad eines Fahrrades angetriebener Dynamo oder als Windkraftanlage, bekannt.
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Ziel bei den verschiedenen Ausführungsformen zum Antrieb einer Generatorwelle ist es, die eingesetzte Energie zum Antrieb des Rotationskörpers zum Erzeugen von Strom möglichst verlustarm auf die Generatorwelle übertragen zu können und den Energieeinsatz zum Antrieb des Rotationskörpers möglichst gering zu halten.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung bereitzustellen, die einen energiearmen Antrieb des Rotationskörpers gewährleistet.
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Die Lös u n g dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch:
- - einen Rotationskörper, der als hohle Halbkugel ausgebildet ist,
- - mehrere entlang der halbkugelförmigen Oberfläche der Halbkugel ausgebildete Rollbahnen für magnetische Rollkörper, wobei die Rollbahnen vom Scheitelpunkt der Halbkugel ausgehend radial und in Drehrichtung der Halbkugel sichelförmig zur scheibenförmigen Stirnfläche der Halbkugel gebogen verlaufend ausgebildet sind sowie
- - einen Supraleiter aufweisenden Rückführmechanismus zum Rückführen der magnetischen Rollkörper entlang vorgegebener Rückführbahnen zu einem Aufgabemagazin im Bereich der starren Achse.
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Aufgrund der Schwerkraft rollen die am Scheitelpunkt der Halbkugel aus dem Aufgabemagazin in die Rollbahnen aufgegebenen magnetischen Rollkörper nach unten und radial innen zur Stirnfläche der Halbkugel, wobei der als Halbkugel ausgebildete Rotationskörper aufgrund des gebogenen Verlaufs der Rollbahnen und des Gewichts der Rollkörper in eine Rotation um die starre Achse versetzt wird. Die erfindungsgemäße Verwendung von mindestens zwei Supraleitern, für den Rückführmechanismus, über den die Rollkörper zurück zu ihrer Ausgangsposition im Aufgabemagazin gefördert werden, ermöglicht es aufgrund des Diamagnetismus des mindestens einen Supraleiters, der die magnetischen Rollkörper über dem mindestens einen Supraleiter schweben lässt, diese magnetischen Rollkörper reibungsarm und kraftarm entlang der Rückführbahnen dem Aufgabemagazin zuzuführen.
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Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens fünf gleichmäßig voneinander beabstandete Rollbahnen für die magnetischen Rollkörper vorgesehen sind. Diese mindestens fünf Rollbahnen garantieren einen kontinuierlichen Drehantrieb der Halbkugel über die außen entlang der Rollbahnen abrollenden Rollkörper und der über den Rückführmechanismus zum Aufgabemagazin zurückgeführten Rollkörper, da sich immer mindestens ein Rollkörper zum Antrieb der Halbkugel in einer der äußeren Rollbahnen befindet.
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Zur Ausbildung des Rückführmechanismus, über den die magnetischen Rollkörper wieder dem Aufgabemagazin zugeführt werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Rückführmechanismus mindestens zwei Supraleiter, nämlich einen ortsfest unterhalb der Halbkugel angeordneten ersten Supraleiter mindestens einen im Inneren der Halbkugel angeordneten und einseitig an der starren Achse gelagerten ortsfesten zweiten Supraleiter, wobei der zweite Supraleiter viertelkreisförmig radial entlang der inneren Oberfläche der Halbkugel verlaufend ausgebildet ist sowie mehrere im Inneren der Halbkugel angeordnete, radial verlaufende und mit der Halbkugel mitrotierende Rückführbahnen für die magnetischen Rollkörper aufweist.
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Aufgrund des sehr starken Diamagnetismus der Supraleiter werden die magnetischen Rollkörper von den ortsfest angeordneten Supraleitern abgestoßen, sobald das Magnetfeld der magnetischen Rollkörper in den Wirkungsbereich des Supraleiters eintritt. Diese abstoßende diamagnetische Wirkung der Supraleiter lässt die magnetischen Rollkörper über den Supraleitern schweben.
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Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der im Inneren der Halbkugel angeordnete zweite Supraleiter aus einer Vielzahl kleiner Supraleiter besteht, deren Oberflächen im Wesentlichen parallel zur starren Achse ausgerichtet sind, um die Richtung der Abstoßungskraft zwischen dem zweiten Supraleiter und dem entlang der Rückführbahn geförderten magnetischen Rollkörper möglichst im Wesentlichen senkrecht zur starren Achse der Halbkugel auszurichten.
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Um die Rückführung der magnetischen Rollkörper zurück zum Aufgabemagazin möglichst reibungsarm und somit energiesparend zu ermöglichen, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Rückführbahnen spiralförmig so ausgebildet ist, dass sich ein in der Rückführbahn befindlicher magnetischer Rollkörper bei sich drehender Halbkugel immer oberhalb des im Inneren der Halbkugel angeordneten zweiten Supraleiters befindet, wodurch dieser magnetische Rollkörper wegen der abstoßenden Wirkung des diamagnetischen Supraleiters in der Schwebe gehalten wird und der Rückführbahn somit nur eine führende und begrenzende Wirkung zufällt.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass pro Rollbahn und zugehöriger Rückführbahn ein sich mitdrehender Supraleiter vorgesehen ist, wobei der Supraleiter im Bereich des äußeren Endes einer jeden Rollbahn bis hin zum Übergangsbereich oberhalb der jeweiligen Rollbahn angeordnet und innerhalb der Halbkugel unterhalb der jeweiligen Rückführbahn angeordnet ist.
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Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Rückführbahnen im Inneren der Halbkugel spiralförmig gebogen ausgebildet sind und die Anzahl der inneren Rückführbahnen der Anzahl der äußeren Rollbahnen entspricht.
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Um die Rollkörper einfach von den äußeren Rollbahnen an die Rückführbahnen im Inneren der Halbkugel zu überführen, ist erfindungsgemäß am radial äußeren Ende der Rollbahnen ein Übergangsbereich zur zugehörigen Rückführbahn im Inneren der Halbkugel ausgebildet. In diesem Übergangsbereich ist unterhalb der Halbkugel der erste Supraleiter angeordnet, der den jeweiligen Rollkörper aufgrund der abstoßenden Kraft des diamagnetischen Supraleiters schwebend aus der äußeren Rollbahn anhebt und den Übergang in die zugehörige Rückführbahn im Inneren der Halbkugel ermöglicht.
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Die magnetischen Rollkörper sind gemäß einer bevorzugen Ausführungsform der Erfindung als magnetische Kugeln ausgebildet.
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Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass zwei als Halbkugeln ausgebildete Rotationskörper über ihre planen Kreisflächen aneinander koppelbar sind, wobei beide miteinander koppelbaren Halbkugeln dieselbe Drehrichtung aufweisen müssen.
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Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der als Halbkugel ausgebildete Rotationskörper von einer sich mit der Halbkugel mitdrehenden luftdichten Umhüllung umgeben ist, um störende äußere Einflüsse von dem Rotationskörper/ der Halbkugel fernzuhalten. Vorteilhafterweise ist der Innendruck innerhalb der Umhüllung gegenüber dem Umgebungsdruck reduziert, um auch den Luftwiderstand des sich drehenden Rotationskörpers zu verringern.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung nur beispielhaft dargestellt sind, ohne die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele zu beschränken. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung;
- 2 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 1 in Richtung des Pfeils II gemäß 1;
- 3 einen vergrößerten schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III in 2 durch eine Rollbahn mit darin angeordnetem Rollkörper;
- 4 eine vergrößerte Ansicht des Details IV gemäß 2, jedoch von der Stirnfläche aus betrachtet;
- 5 eine Ansicht gemäß 1, jedoch nur den inneren Aufbau der Halbkugel darstellend;
- 6 einen vergrößerten schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie VI-VI in 4 durch eine Rückführbahn mit darin angeordnetem Rollkörper sowie durch den zugehörigen Supraleiter;
- 7 eine Seitenansicht einer alternative Ausführungsform des zweiten Supraleiters und
- 8 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung.
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Die Abbildung 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung, die im Wesentlichen aus einem um eine starre horizontale Achse 1 drehbaren Rotationskörper 2 besteht, der in der Seitenansicht als Halbkugel 3 ausgebildet ist. Die starre horizontale Achse 1 ist bei der dargestellten Ausführungsform als Teil eines ortsfest aufgestellten Stativs 4 ausgebildet, der den drehbaren Rotationskörper 2 trägt.
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Um die den Rotationskörper 2 bildende Halbkugel 3 in eine Drehbewegung um die horizontale Achse 1 anzutreiben, sind mehrere, die äußere halbkugelförmige Oberfläche 5 der Halbkugel 3 bildende Rollbahnen 6 für magnetische Rollkörper 7 vorgesehen, wobei die Rollbahnen 6 vom Scheitelpunkt 8 der Halbkugel 3 ausgehend radial in Drehrichtung D der Halbkugel 3 sichelförmig zur scheibenförmigen Stirnfläche 9 der Halbkugel 3 verlaufend ausgebildet sind.
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Vorzugsweise wird die halbkugelförmige Form der äußeren Oberfläche 5 der Halbkugel 3 allein durch die Form Rollbahnen 6 selbst gebildet ohne, dass eine feste halbkugelförmige Außenhaut vorliegt, weshalb die halbkugelförmige äußere Oberfläche 5 in den Abbildungen 1 und 5 auch nur gestrichelt dargestellt ist. Dahingegen ist die Stirnfläche 9 als flächige Scheibe ausgebildet.
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Ausgehend von einem auf der starren Achse 1 angeordneten Aufgabemagazin 10 werden die Rollbahnen 6 nach und nach mit den magnetischen Rollkörpern 7, die vorzugsweise als magnetische Kugeln ausgebildet sind, bestückt. Aufgrund der Schwerkraft rollen die am Scheitelpunkt 8 der Halbkugel 3 aus dem Aufgabemagazin 10 in die Rollbahnen 6 aufgegebenen magnetischen Rollkörper 7 nach unten innen zur Stirnfläche 9 der Halbkugel 3, wobei der als Halbkugel 3 ausgebildete Rotationskörper 2 aufgrund des gebogenen Verlaufs der Rollbahnen 6 und des Gewichts der Rollkörper 7 in eine Rotation um die starre horizontale Achse 1 versetzt wird.
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Zum Rückführen der magnetischen Rollkörper 7 zurück zum Aufgabemagazin 10, ist ein Rückführmechanismus 11 vorgesehen, der bei dem in den Abbildungen 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform aus mindestens zwei Supraleitern 12 und 13 sowie im Inneren der Halbkugel 7 angeordneten Rückführbahnen 14 besteht.
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Wie aus 2 ersichtlich, sind mindestens fünf gleichmäßig voneinander beabstandete Rollbahnen 6 für die magnetischen Rollkörper 7 vorgesehen. Diese mindestens fünf Rollbahnen 6 garantieren einen kontinuierlichen Drehantrieb der Halbkugel 3 über die außen entlang der Rollbahnen 6 abrollenden magnetischen Rollkörper 7 und der über den Rückführmechanismus 11 zum Aufgabemagazin 10 zurückgeführten magnetischen Rollkörper 7, da sich immer mindestens ein magnetischer Rollkörper 7 zum Antrieb der Halbkugel 3 in einer der äußeren Rollbahnen 6 befindet.
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Um einen möglichst geringen Rollwiderstand der sich entlang der Rollbahnen 6 bewegenden magnetischen Rollkörper 7 zu erzielen, bestehen die Rollbahnen 6 aus drei auf einer Kreisbahn versetzt zueinander angeordneten Stäben 15 aus einem nicht magnetischen Material, die einen sich entlang der Rollbahn 6 bewegenden magnetischen Rollkörper 7 so umschließen, dass dieser im Wesentlichen nur punktförmig an den die Rollbahn 6 bildenden Stäben 15 anliegt, wenn der Rollkörper 7 als Kugel ausgebildet ist, wie dies in 3 dargestellt ist.
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Wie weiterhin aus 1 ersichtlich, ist der als Halbkugel 3 ausgebildete Rotationskörper 2 bei dieser Ausführungsform von einer luftdichten Umhüllung 16 umgeben, um störende äußere Einflüsse von dem Rotationskörper 2 bzw. der Halbkugel 3 fernzuhalten. Die Umhüllung 16 umgibt die Halbkugel 3 eng anliegend und dreht sich mit der Halbkugel 3 mit. Vorteilhafterweise ist der Innendruck innerhalb der Umhüllung 16 gegenüber dem Umgebungsdruck reduziert, um auch den Luftwiderstand des sich drehenden Rotationskörpers 2 bzw. der sich drehenden Halbkugel 3 zu verringern. Aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit ist die optional einsetzbare Umhüllung 16 nur in 1 und darüber hinaus mit Abstand zur Halbkugel 3 dargestellt.
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Der Aufbau und die Arbeitsweise des Rückführmechanismus 11 werden nachfolgend anhand der Abbildungen 4 bis 7 näher erläutert.
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Zur Ausbildung des Rückführmechanismus 11, über den die magnetischen Rollkörper 7 wieder dem Aufgabemagazin 10 zugeführt werden, umfasst der Rückführmechanismus 11 einen ortsfest unterhalb der Halbkugel 3 angeordneten ersten Supraleiter 12, mehrere im Inneren der Halbkugel 3 angeordnete, spiralförmig radial verlaufende und mit der Halbkugel 3 mitrotierende Rückführbahnen 14 für die magnetischen Rollkörper 7 sowie mindestens einen im Inneren der Halbkugel 3 angeordneten und einseitig an der starren Achse 1 gelagerten ortsfesten zweiten Supraleiter 13. Der zweite Supraleiter 13 ist dabei viertelkreisförmig radial entlang der inneren Oberfläche 19 der Halbkugel 3 verlaufend ausgebildet ist.
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Aufgrund des sehr starken Diamagnetismus der Supraleiter 12, 13 werden die magnetischen Rollkörper 7 von den ortsfest angeordneten Supraleitern 12, 13 abgestoßen, sobald das Magnetfeld der magnetischen Rollkörper 7 in den Wirkungsbereich der die Supraleiter 12, 13 in eintritt. Diese abstoßende diamagnetische Wirkung der Supraleiter 12, 13 lässt die magnetischen Rollkörper 7 über den Supraleitern 12, 13 schweben.
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Um die Rollkörper 7 einfach von den äußeren Rollbahnen 6 an die Rückführbahnen14 im Inneren der Halbkugel 3 zu überführen, ist am radial äußeren Ende 17 der Rollbahnen 6 ein Übergangsbereich 18 zur zugehörigen Rückführbahn 14 im Inneren der Halbkugel 3 ausgebildet. In diesem Übergangsbereich 18 ist unterhalb der Halbkugel 3 der erste Supraleiter 12 angeordnet, der den jeweiligen Rollkörper 7 aufgrund der abstoßenden Kraft des diamagnetischen ersten Supraleiters 12 schwebend aus der äußeren Rollbahn 6 anhebt und bei sich weiterdrehender Halbkugel 3 den Übergang in die zugehörige Rückführbahn 14 im Inneren der Halbkugel 3 ermöglicht. Zu diesem Zweck ist die Rollbahn 6 im Übergangsbereich 18 zur Rückführbahn 14 hin wendelförmig gedreht ausgebildet, wie dies in 4 schematisch dargestellt ist. Die Anzahl der inneren Rückführbahnen 14 entspricht der Anzahl der äußeren Rollbahnen 6.
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Um zu bewegende Masse zu sparen sowie im Inneren der Halbkugel 3 Platz zu sparen, können zwei oder mehr Rückführbahnen 14 vor dem Erreichen des Aufgabemagazins 10 zu einer gemeinsamen Rückführbahn 14 zusammengeführt werden.
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Damit die Rückführung der magnetischen Rollkörper 7 zurück zum Aufgabemagazin 10 möglichst reibungsarm und somit energiesparend erfolgt, ist der spiralförmige Verlauf der Rückführbahnen 14 so ausgebildet ist, dass sich ein in der Rückführbahn 14 befindlicher magnetischer Rollkörper 7 bei sich drehender Halbkugel 3 immer oberhalb des im Inneren der Halbkugel 3 angeordneten zweiten Supraleiters 13 befindet, wodurch dieser magnetische Rollkörper 7 wegen der abstoßenden Wirkung des diamagnetischen Supraleiters 13 in der Schwebe gehalten wird und der Rückführbahn 14 somit nur eine führende und begrenzende Aufgabe zukommt.
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Die Abbildung 6 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Rückführbahn 14 mit darin angeordnetem Rollkörper 7. Wie aus dieser Abbildung ersichtlich, besteht die Rückführbahn 14 ebenfalls aus nur drei versetzt zueinander angeordneten Stäben 15, die dem über dem zweiten Supraleiter 13 schwebenden Rollkörper 7 führen und den Rollkörper 7 immer im abstoßenden Wirkungsbereich des zweiten Supraleiters 13 halten.
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Die Verwendung von mindestens zwei Supraleitern 12, 13, für den Rückführmechanismus 11, über den die Rollkörper 7 zurück zu ihrer Ausgangsposition im Aufgabemagazin 10 gefördert werden, ermöglicht es aufgrund des Diamagnetismus der Supraleiter 12, 13, der die magnetischen Rollkörper 7 über den Supraleitern 12, 13 schweben lässt, diese magnetischen Rollkörper 7 reibungsarm und aufgrund des Schwebezustandes, der quasi eine Aufhebung der Gravitation darstellt, kraftarm entlang der Rückführbahnen 14 erneut dem Aufgabemagazin 10 zuzuführen.
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Der im Inneren der Halbkugel 3 angeordnete zweite Supraleiter 13 besteht vorteilhafterweise aus einer Vielzahl kleiner Supraleiter 20, deren Oberflächen 21 im Wesentlichen parallel zur starren horizontalen Achse 1 ausgerichtet sind, um die Richtung der Abstoßungskraft zwischen dem zweiten Supraleiter 13 bzw. 20 und dem entlang der Rückführbahn 14 geförderten magnetischen Rollkörper 7 möglichst im Wesentlichen senkrecht zur starren horizontalen Achse 1 der Halbkugel 3 auszurichten, wie dies in 7 dargestellt ist.
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Zur Steigerung der auf eine Generatorwelle 22 übertragbaren Rotationsenergie ist es möglich, zwei als Halbkugeln 3 ausgebildete Rotationskörper 2 über ihre planen Kreisflächen 9 miteinander zu koppeln, wobei beide miteinander koppelbaren Halbkugeln 3 die selbe Drehrichtung D aufweisen müssen. Bei der Kopplung von zwei Halbkugeln 3 zu einem gemeinsamen Rotationskörper 2 kann die Anzahl der insgesamt notwendigen Rollbahnen 6 auf mindestens drei Rollbahnen 6 pro Halbkugel 3 reduziert werden, wodurch sich die anzutreibende Masse des Gesamtsystems verringert und die Statik des Gesamtsystems verbessert.
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Die Übertragung der Rotationsenergie auf die Generatorwelle 22 kann beispielsweise über einen Dynamo 23 erfolgen, der mit seinem Reibrad 24 am Außenrand der Stirnfläche 9 der sich drehenden Halbkugel 3 anliegt, wie dies in 1 schematisch angedeutet ist.
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Alternativ kann die Generatorwelle 22 beispielsweise auch in Verlängerung der starren horizontalen Achse 1 an der Stirnfläche 9 der Halbkugel 3 angeordnet sein und so die Rotationsenergie der sich drehenden Halbkugel 3 verlustfrei auf die Generatorwelle 22 übertragen, wie dies schematisch in 5 dargestellt ist.
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Die Abbildung 8 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung unterscheidet sich von der zuvor anhand der Abbildungen 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass statt der mindestens zwei ortsfesten Supraleiter 12 und 13 pro Rollbahn 6 und zugehöriger Rückführbahn 14 ein einzelner mitdrehender Supraleiter 25 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Supraleiter 25 im Bereich des äußeren Endes 17 einer jeden Rollbahn 6 bis hin zum Übergangsbereich 18 unterhalb der jeweiligen Rollbahn 6 angeordnet und innerhalb der Halbkugel 3 unterhalb der jeweiligen Rückführbahn 14 angeordnet, wie dies schematisch in 8 dargestellt ist.
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Auch bei dieser Ausgestaltungsform ist es möglich, dass die Rückführbahnen 14 im Bereich des Aufgabemagazins 10 zu einer einzigen Rückführbahn 14 zusammengeführt werden, so dass der Supraleiter 25 einstückig ausgebildet sein kann.
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Eine wie zuvor beschrieben aufgebaute Vorrichtung zum Antrieb eines Generators zur Stromerzeugung zeichnet sich dadurch aus, dass der einmal durch mehrere magnetische Rollkörper 7 in Rotation versetzte Rotationskörper 2 aufgrund der nahezu schwerelosen Rückführung der magnetischen Rollkörper 7 in der Lage ist, permanent weiter zu laufen. Aufgrund des Diamagnetismus der Supraleiter 12,13, der die magnetischen Rollkörper 7 bei der Rückführung zum Aufgabemagazin 10 in der Schwebe hält und somit quasi eine Aufhebung der Gravitation erzeugt, liegt hier kein Perpetuum mobile vor.
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Besonders vorteilhaft für diesen Vorrichtungsaufbau sind bei Raumtemperatur wirkende Supraleiter 12, 13, wie diese in der Literatur immer wieder als existent beschrieben werden, da hier keine Energie für die Kühlung der Supraleiter 12, 13 aufgewendet werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achse
- 2
- Rotationskörper
- 3
- Halbkugel
- 4
- Stativ
- 5
- äußere Oberfläche (Halbkugel)
- 6
- Rollbahn
- 7
- Rollkörper
- 8
- Scheitelpunkt
- 9
- Stirnfläche
- 10
- Aufgabemagazin
- 11
- Rückführmechanismus
- 12
- erster Supraleiter
- 13
- zweiter Supraleiter
- 14
- Rückführbahn
- 15
- Stab
- 16
- Umhüllung
- 17
- äußeres Ende (Rollbahn)
- 18
- Übergangsbereich
- 19
- innere Oberfläche (Halbkugel)
- 20
- Supraleiter
- 21
- Oberfläche (Supraleiter)
- 22
- Generatorwelle
- 23
- Dynamo
- 24
- Reibrad
- 25
- Supraleiter
- D
- Drehrichtung
