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Vorrichtung zur Umwandlung von Energie
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Energie,
mit wenigstens einem, mindestens teilweise in einem Flüssigkeitsspeicher angeordneten
endlosen Förderer, dessen Trume vertikal um mindestens eine Umlenkrolle herumgeführt
sind, und der eine Vielzahl von Hohlkdrpern trägt.
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Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind in verschiedenen
Ausführungsformen bereits bekannt (DE-OS 26 06 158; DE-OS 25 57 746).
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Diesen Vorrichtungen ist gemeinsam, dass sich lediglich das unter
der Wirkung des hydrostatischen Auftriebes nach oben bewegende Förderertrum innerhalb
von Wasser bewegt, wobei dieses Trum samt den Hohlkörpern bodenseitig in den Wasserspeicher
eindringt.
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Um hierbei einen Wasserverlust im Speicher zu vermeiden, müssen die
Hohlkörper entweder durch eine mit aufwendigen Dichtungen ausgestattete Schleuse
hindurchgeführt werden, oder sie tragen selbst entsprechende Umfangsdichtungen,
mit denen sie in einem Bodenkanal abgedichtet geführt sind.
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Solche Vorrichtungen sind allein schon aus Gründen der notwendigen
Dichtungsanordnungen und weiterer konstruktions-und prinzipbedingter Einflüsse,
insbesondere, wenn sie ohne Hilfsenergie funktionieren sollen, so gut wie nicht
funktions-bzw. leistungsfähig.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der
eingangs erwähnten Art anzugeben, die entlang des Weges der Hohlkörper keinerlei
Dichtungsmassnahmen erfordert und die einen Energiewandler bildet, der ohne Aufwendung
zusätzlicher Energie dauerarbeitsfähig und Leistung nach aussen abzugeben in der
Lage ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sich beide
Trume des Förderers samt Hohlkörper im Flüssigkeitsspeicher und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
befinden, dass die Grösse der Hohlkörper zur Veränderung des durch sie
verdrängbaren
Flüssigkeitsvolumens veränderbar ist und dass zur Erzeugung der zur Grössenänderung
benötigten Energie die Erdgravitation oder der Auftrieb dient.
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Bei der erfindungsgemässen Konstruktion befinden sich somit sämtliche
bewegten Komponenten des Förderers in Flüssigkeit.
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Die Antriebsenergie wird deshalb ausschliesslich durch den hydrostatischen
Auftrieb erbracht, der lediglich an dem Trum des Förderers wirksam wird, dessen
aufschwimmenden Hohlkörper in der Grösse zur Erhöhung des durch sie verdrängten
Flüssigkeitsvolumens automatisch durch die Anziehungskraft der Erde oder durch Auftriebskräfte
vergrössert worden bzw. variabel sind. Damit ist die Vorrichtung in der Lage, Arbeit
zu leisten, ohne dass ihr zusätzliche Energie zugeführt werden muss und zwar durch
Energie, die aus der Auftriebsdifferenz an beiden Trumen resultiert. Dabei ist die
Dauerarbeitsfhigkeit die gesamte anfallende, von der Verluste aller Art wie Lager-
und Wasserreibung usw. noch abzuziehen sind.
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Dabei haben Versuche gezeigt, dass sich bereits ein Förderer in entsprechender
Dimensionierung selbsttätig in ständiger Bewegung hält, wenn an jedem seiner Trume
lediglich ein Hohlkörper angeordnet ist, deren Lage zueinander um 1800 verändert
ist.
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Die Leistung der Vorrichtung lässt sich demgemäss durch entsprechende
Wahl der Tiefe des Flüssigkeitsspeichers bzw. der Länge der Trume des Förderers
und der Dimensionierung und Grössenvariabilität der Hohlkörper bestimmen.
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Die Hohlkörper kennen sich hierbei zur Veränderung ihrer Grösse in
beliebiger Richtung ausdehnen. Es muss lediglich
gewährleistet sein,
dass bei der Aufwärtsbewegung des einen Fördcrertruns durch eine durch die Erdanziehungskraft
bzw.
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durch Auftriebskräfte aktivierbare Betätigungsvorrichtung die rsenveränderung
der Hohlkörper bewirkt wird, wobei vorteilnaft jeder Hohlkörper mit einer solchen
Betätigungsvorrichtung ausgestattet ist.
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Sofern beispielsweise eine Grössenveränderung der Hohlkörper in einer
Richtung quer zur Förderrichtung erfolgen soll, so kann dies z.B. über ein Hebelgetriebe
erfolgen, das durch ein ei der Aufwärtsbewegung der Hohlkörper nach unten hängendes
Gewicht oder durch einen Schwirnmkörper entsprechend verstellt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlkörper in ihrer
Grösse in Längsrichtung der sie tragenden Fördertrume und zueinander in gleicher
Richtung veränderbar.
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tinte besonders günstige Konstruktion ergibt sich in diesem Zusarunenhang,
wenn die ilohlkörper mindestens einen hermetisch verschlossenen, mit einem Gas,
insbesondere atmosph&-rischer Luft, gefüllten Gasraum aufweisen, der mindestens
einen relativ zum übrigen Teil der Raumwandung beweglichen Wandteil besitzt, der
zur Veränderung der Hohlkörpergrösse unter der wirkung eines Gewichtes oder eines
insbesondere hohlen Schwimmkörpers entsprechend verlagerbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die hohlkörper
hohlzylindrisch auszubilden und mit ihrer Längsachse im wesentlichen parallel zu
den Trumen anzuordnen.
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Die eine Zylinderstirnwand ist dabei vorteilhaft elastisch ausgebildet,
und an deren Aussenseite kann das Gewicht oder der Schwimskdrper unmittelbar verankert
sein, wobei im Falle
des Schwimmkörpers dessen Innenraum über mindestens
einen Durchbruch in der Membran mit dem Gasraum des Hohlkörpers zu verbinden ist.
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Eine besonders einfache Ausbildung ergibt sich in diesem Zusamnenhang,
wenn die elastische Zylinderstirnwand eine Membran bildet, an der das Gewicht oder
der Schwimmkörper unmittelbar befestigt ist.
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In weiterer günstiger Weiterbildung solcher Hohlkörper ist das Gewicht
bzw. der Schwinmkörper mit einem an der Innenseite der Membran befestigten, im Zylinder
mit radialem Spiel verschiebbar geführten napfartigen Führungskörper verbunden.
Zweckmässig ist dabei das Gewicht bzw. der Schwimmkörper mit radialem Spiel innerhalb
einer zylindrischen Führung des Hohlkörpers geführt.
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Wie oben bereits erläutert worden ist, ist die Vorrichtung bereits
funktionsfähig, wenn der endlose Förderer um lediglich eine Umlenkrolle herulgeführt
ist. Bevorzugt wird man jedoch die Trume des Förderers in bekannter Weise um zwei
Umlenkrollen herumführen. en Förderer wird man zweckmässig in einem Wasserspeicher
installieren.
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Schliesslich können mehrere Förderer nebeneinander angeordnet sein,
deren obere Umlenkrollen insbesondere auf einer gemeinsamen Welle sitzen.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der sich anschliessenden
Beschreibung von in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung
und/oder in den Patentansprüchen erläutert.
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In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung:
Fig.
1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen
Vorrichtung, deren Hohlkörper unter der Wirkung der Erdanziehungskraft auftriebsvariabel
sind, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Hohlkörper des sich nach oben bewegenden
Förderertri:.ms der Vorrichtung, gemäss Fig. 1, in ausgedehntem Zustand, Fig. 3
einen Längsschnitt durch einen Hohlkörper des sich nach unten bewegenden Förderertrums
der Vorrichtung, gemäss Fig. 1, in zusammengedrücktem Zustand, Fig. 4, einen Längsschnitt
durch zwei an jeweils Fig. 5 einem Förderertrum angebrachte auftriebsvariable Ilohlkörper
eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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In Fig. 1 bezeichnet 10 einen Wasserspeicher. In diesen ist ein als
Ganzes mit 12 bezeichneter Förderer eingebaut. Dieser Förderer weist gemäß Fig.
2 zwei im Parallelabstand zueinander angeordnete endlose Fördererelemente 14, 16
auf, Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese z.B. durch Rollenketten gebildet.
Sie können jedoch auch in einer anderen geeigneten Art beschaffen sein.
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Diese endlosen Fördererelemente laufen über obere Umlenkrollen 18
und untere Umlenkrollen 20, deren Achsen sich in einer gemeinsamen vertikalen Ebene
befinden. Die oberen Umlenkrollen 18 sitzen drehfest auf einer Welle 22, während
die unteren Umlenkrollen 20 drehbar auf einer Achse 24 sitzen.
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Zwischen den Fördererelemanten 14, 16 sind in gleichen Abständen voneinander
als Ganzes mit 26 bezeichnete, in ihrer Grdsse veränderbare Hohlkörper derart angeordnet,
dass sie in Querrichtung der Fördererelemente 14, 16 im wesentlichen unbeweglich
sind.
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Sämtliche Komponenten des Förderers befinden sich unterhalb des Wasserspiegels.
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Die l.ohlkörper sind derart ausgebildet und am Förderer so angeordnet,
dass sich lediglich diejenigen, die sich zur Veränderung ihrer Grösse ausdehnen
können, an dem sich nach oben bewegenden Förderertrum 28 befinden. Die Hohlkörper
weisen dabei eine ntereinander übereinstimmende Ausbildung auf und sind so am Förderer
angeordnet, dass sie sich alle in der gleichen Richtung auszudehnen vermögen, und
zwar bei diesem Ausführungsbeispiel ausschliesslich durch die Massenanziehungskraft
der Erde.
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Zu diesem Zweck weisen die Hohlkörper einen vorzugsweise im Querschnitt
kreiszylindrischen Behälter 30 auf, der an einem Stirnende durch einen Boden 32
dicht verschlossen ist. An seinem anderen Stirnende ist dieser Behälter mittels
einer elastischen Membran 34 ebenfalls gasdicht verschlossen. An diese Membran schliesst
sich ein innen und aussen dem Durchmesser des Behälters 30 etsprechender Stutzen
36 an. Die Membran ist mit ihrem Randteil vorzugsweise zwischen zwei Aussenringflanschen
38, 40 vom Behälter 30 und Stutzen 36 gas- und flüssigkeitsdicht gehalten. Im Behälter
befindet sich somit ein hermetisch verschlossener Behälterraum 42, der mit einem
Gas, vorzugsweise mit atmosphärischer Luft, gefüllt ist. An der Innenseite der Membran
ist mit radialem Spiel ein napfartiger Führungskörper 44 gehalten, der sich
an
seinem der Membran 34 zugekehrten Ende konisch verjüngt.
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An der Aussenseite der Membran ist ein massiver z.B. aus Stahl bestehender
Block 46 gehalten, dessen der Membran 34 zugewandtes Endstück im wesentlichen symmetrisch
zu dem entsprechenden Endstück des Führungskörpers ausgebildet ist.
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Dieser Block ist innerhalb des Stutzens 36 mit radialem Spiel geführt.
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Durch die sich der Membran zu verjüngenden Endstücke des Führungskörpers
44 und des Blocks 46 wird erreicht, dass die Membran bei axialer Vterlagerung des
Blockes 46 über ihren grössten Flächenbereich einer gleichmässigen Dehnbeanspruchung
unterliegt und Scherkräfte nicht auftreten können.
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Die Membran kann aus Gummi oder aus einem geeigneten Kunststoff bestehen,
der auch Über lange Zeiträume den beim Lauf des Förderers auftretenden Zug- bzw.
Dehnkräften gewachsen ist.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermassen: Aufgrund dessen,
dass die ifohlkörper am Förderer sich alle in die gleiche Richtung erstrecken, befindet
sich bei den Hohlkörpern, die an dem sch nach oben bewegenden Förderertrum 28 angeordnet
sind, der Gewichtsblock 46 an deren Unterseite, während er sich bei den Hohlkörpern,
die sich an dem sich nach unten bewegenden Förderertrum 29 befinden, an deren oberen
Seite befindet. Hieraus resultiert der Effekt, dass einmal durch die Anziehungskraft
der Erde bei den aufschwimmenden Hohlkörpern das Gas im Behälterraum 42 dekomprimiert
und dabei die Ausdehnung der auftriebsvariablen Hohlkörper im Verlaufe ihrer Bewegung
sukzessive vergrössert
wird. Zur. anderen werden durch den sich
mit zunehmender Wassertiefe steigernden Wasserdruck auf die freie Stirnflache der
Gewichtsblöcke diese i:nmer mehr in die Stutzen 36 der abwärtsschwimmenden Hohlkörper
hineingedrückt, wodurch das Gas in diesen Hohlkörpern komprimiert und deren Grösse
sukzessive bis zu einen Kleinstwert minimiert wird.
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Die sich nach oben bewege-lden und dabei ausdehnenden Ifohlkörper
verdrängen ein wesentlich grösseres Wasservolumen als die abwErtsschwimmenden Ilohlkörper,
so dass dadurch ein hydrostatischer Auftrieb bzw. eine der Schwerkraft entgegengerichtete
Kraft erzielt wird, die gleich ist dem Gewicht des durch die aufschwimnenden Hohlkörper
verdrängten Flüssigkeitsvolumens. Dieser hydrostatische Auftrieb bewirkt einen kontinuierlichen
Umlauf des Förderers 12, wobei an der Welle 22 Leistung abgenonmen werden kann,
die aus der Auftriebsdifferenz an beiden Förderertrumen resultiert.
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Damit wird ohne Zuführung zusätzlicher Antriebsenergie ein kontinuierlicher
Fördererantrieb erzielt, wobei sich die Leistung einer solchen Vorrichtung nach
der Länge der Förderertrune, nach Anzahl und Grösse der liohlkörper sowie nach Bewegungsverlusten
infolge Lagerreibung, Wasserverkrängung und -reibung, Membran-Kraft- und -hysteresæsverluste
usw. richtet.
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Es können mehrere Förderer in einem gemeinsamen Wasserbehalter untergebracht
sein, wobei man zweckmässig deren obere Umlenkrollen auf einer gemeinsamen Welle
anordnen wird.
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Die Konstruktion der auftriebsvariablen Hohlkörper des zweiten Ausführun-Jsbeispieles
der erfindungsgemässen Vorrichtung unterscheidet sich von denjenigen des ersten
Ausführungsbeispiels lediglich dadurch, dass anstelle des massiven Blocks 46 ein
Schwim-'Ikörper 50 an der Membran 34 befestigt ist. Aus diesem Grunde sind alle
Teile der Hohlkörper beider Ausführungsbeispiele, die sich gleichen, mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet.
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Der Schwimakörper 50 ist vorzugsweise durch einen Behälter gebildet,
dessen Aussenkonturen mit denjenigen des Blocks 46 übereinstimmen, dessen Länge
und Durcbnesser jedoch grösser sein können.
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Der Innenraum dieses Behälters steht über einen Verbindungsstutzen
52 mit dem Behälterraum 42 des Behälters 30 in Verbindung, d.h. beide Beiiälterinnenräume
sind mit Gas, insbesondere atmosphärischer Luft, gefüllt.
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Bei den ilohlkörpern, bei denen sich der Schwimmkörper 50 an der Unterseite
befindet, wird dieser unter dem Einfluss des Auftriebs in den Stutzen 36 hineingedrückt,
wobei das im Behälterraum 42 vorhandene Gas komprimiert und zum Teil in den Behälterraum
des Schwimnkörpers verdrängt wird. Die Länge dieser Hohlkörper vcrkleinert sich
also. Infolgedessen sinken diese Hohlkörper ab.
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Bei den liohlkörpern, bei denen sich hingegen der Schwimmkörper 50
an der Oberseite befindet, wird sich dieser aus dem Stutzen 36 nach oben herausbewegen,
wobei das Gas in beiden Behälterräumen zugleich entspannt wird. Infolgedessen dehnen
sich die Hohlk£irper in der Länge aus und erzeugen einen verstärkten Auftrieb, wobei
wiederum die Auftriebsdifferenz zwischen den abwärts und aufwärts schwimmenden Hohlkörpern
die Leistung dieser Vorrichtung bestimmt.