DE3528022A1

DE3528022A1 - Energy converter

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Publication number: DE3528022A1
Application number: DE19853528022
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: VOX ANTON J
Current assignee: VOX ANTON J
Priority date: 1985-08-05
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1987-02-05

Abstract

A device for converting mechanical energy into electrical energy are proposed in which a weight (23-26) is arranged so as to be periodically displaceable by mechanical, hydraulic or pneumatic means against the direction of gravity, in at least one duct (11-14) extending in a diametral direction and arranged in a circular frame rotatable about its middle transverse axis. In this arrangement the frame (10) is drive connected at the circumference to at least one electrical generator (21, 22). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie.The invention relates to a device for conversion mechanical to electrical energy.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art besteht prinzipiell das Bedürfnis, einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erzielen. Darüber hinaus erweist es sich oft als schwierig, lineare Bewegungen mit geringen Reibungsverlusten in Drehbewegungen umzusetzen, wie sie zum Betrieb eines elektrischen Generators und vieler anderer Vorrichtungen benötigt werden. Auch die Umwandlung des Energieinhalts eines hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsmediums in elektrische Energie bei gutem Wirkungsgrad erweist sich als problematisch, Derartige Energiewandler weisen weiterhin meistens den Nachteil auf, daß kurzzeitige, hohe elektrische Energieentnahmen nur in dem Maße möglich sind, in dem augenblicklich mechanische Energie zugeführt wird.In known devices of this type there is in principle the need to maximize efficiency achieve. In addition, it often turns out to be difficult, linear movements with low friction losses to implement in rotary movements, such as Operation of an electrical generator and many other devices are needed. Even the conversion the energy content of a hydraulic or pneumatic working medium in electrical energy with good efficiency proves to be problematic, Such energy converters mostly continue to show that Disadvantage that short, high electrical energy withdrawals are only possible to the extent that currently mechanical energy is supplied.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die bei hohem Wirkungsgrad und geringen Reibungsverlusten sowohl mechanische, wie auch in hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsmedien gespeicherte Energieeinhalte in elektrische Energie umzusetzen vermag, wobei die Vorrichtung gleichzeitig als Energiepuffer wirken soll.The invention is therefore based on the object To create a device of the type specified at the outset, that with high efficiency and low friction losses both mechanical, as well as hydraulic or stored energy content in pneumatic working media can convert into electrical energy, whereby the device is also intended to act as an energy buffer.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 angegebene Markmalskombination gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist leicht zu fertigen und weist einen hohen Wirkungsgrad auf, so daß ausgangsseitig eine große Energiemenge zur Verfügung steht. Der Vorrichtung können wahlweise verschiedene Arten von Energie zugeführt werden, durch die lediglich eine Masse linear verschoben werden muß. Dieser Masse, die auch aus mehreren Einzelmassen bestehen kann, wird dabei potentielle Energie zugeführt und gespeichert, wodurch eine Energiepufferwirkung erzeugt wird.This object of the invention is achieved by the in claim 1 specified combination of features solved. The invention Device is easy to manufacture and exhibits a high degree of efficiency, so that a large amount of energy is available. The device can optionally be supplied with different types of energy by which only a mass is linear must be moved. This mass that also made can exist several individual masses, becomes potential Energy supplied and stored, creating a Energy buffer effect is generated.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements to device specified in the main claim possible.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von mehreren, insbesondere von vier um jeweils gleiche Winkel gegeneinander versetzt nebeneinander angeordneten Kanälen zur Aufnahme von linear beweglichen Gewichten. Dadurch werden die Starteigenschaften der Vorrichtung verbessert und ein gleichmäßiger Lauf erzielt.The use of several, in particular four, by the same angle in each case channels offset from one another for taking up linearly movable weights. Thereby the starting properties of the device are improved and achieved a smooth run.

Durch die Lagerung des die Kanäle aufnehmenden Gestells direkt auf nebeneinander an-geordneten Wellen oder Rollen bzw. Rädern, von denen mindestens eine bzw. eines das Antriebsteil eines Generators ist, erhalten die Wellen od. dgl. eine Doppelfunktion.Through the storage of the frame receiving the channels directly on shafts or rollers arranged side by side or wheels, at least one or one of which The drive part of a generator receives the waves or the like. A double function.

Die Führung der Gewichte in den rechteckförmigen Kanälen durch Rollen hält die Reibungsverluste klein.The guidance of the weights in the rectangular channels rolling keeps friction losses low.

Beim Betrieb der Vorrichtung mit hydraulischer oder pneumatischer Antriebsenergie weisen die Gewichte zweckmäßig eine zylindrisch ausgebildete, an beiden Enden abgedichtete, zentrale Längsbohrung auf, in die ein Kolben, dessen Kolbenstange fest in dem zugeordneten Kanal angeordnet ist, derart hineinragt, daß in jeder Stellung des Gewichts die Bohrung durch den Kolben in zwei Bereiche unterteilt wird. Dadurch ist die Bewegung des Gewichts auf einfache Weise dadurch möglich, daß ein Arbeitsmedium abwechselnd in den einen Bereich und in den anderen Bereich hineingepumpt wird.When operating the device with hydraulic or pneumatic drive power show the weights expediently a cylindrical, on both Ends sealed, central longitudinal bore on, into the one piston, the piston rod of which is fixed in the assigned channel is arranged, protrudes in such a way that in every position of the weight through the hole the piston is divided into two areas. This is the movement of the weight is possible in a simple manner that a working medium alternately in one area and is pumped into the other area.

Als vorteilhaft erweist sich auch die Verlängerung der Kanäle über das Gestell hinaus, um bei kleiner Bauweise des Gestells eine große Energiemenge umwandeln zu können. Zur Starterleichterung wird zweckmäßig ein Antriebsmotor vorgesehen, wofür insbesondere einer der beiden elektrischen Generatoren eingesetzt werden kann.The extension of the Channels beyond the frame in order to be small to be able to convert a large amount of energy into the frame. A drive motor is expedient to make starting easier provided, for which in particular one of the two electrical Generators can be used.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:Advantageous further developments and refinements of the invention are based on an embodiment explained. Show it:

Fig. 1 Ein Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht, Fig. 1 shows an embodiment in side view,

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht,The embodiment illustrated in Fig. 1 Fig. 2 in a top view,

Fig. 3 die detaillierte Darstellung eines in einem Kanal gelagerten Gewichts, Fig detailed view of a bearing in a channel weight. 3,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung nach der Anhebung des Gewichts und Fig. 4 is a representation corresponding to FIG. 3 after lifting the weight and

Fig. 5 einen Querschnitt durch den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Kanal. Fig. 5 shows a cross section through the channel shown in Figs. 3 and 4.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in einem im wesentlichen aus zwei Außenrädern bestehenden Gestell 10 vier Kanäle 11, 12, 13, 14 mit rechteckförmigem Querschnitt um jeweils 45° gegeneinander versetzt hintereinander angeordnet. Dabei liegt der vorderste Kanal 11 am vorderen, scheiben- oder reifenförmig ausgebildeten Außenrad und der hinterste Kanal 14 am hinteren Außenrad des Gestells 10 an. Die Kanäle 11-14 sind in ihrem mittleren Bereich miteinander verbunden. Nicht dargestellte Streben zwischen den Teilen des Gestells und den Kanälen können zur Verbesserung der mechanischen Stabilität eingesetzt werden.In the example shown in Figs. 1 and 2, are in a substantially consisting of two outer wheel frame 10 has four channels 11, 12, 13, 14 with rectangular cross section by 45 ° to each other arranged in series. The foremost channel 11 rests on the front, disc-shaped or tire-shaped outer wheel and the rearmost channel 14 on the rear outer wheel of the frame 10 . The channels 11-14 are connected to one another in their central region. Struts, not shown, between the parts of the frame and the channels can be used to improve the mechanical stability.

Das Gestell 10 ruht umfangsseitig auf vier Antriebsrädern 15-18, wobei die Antriebsräder 15, 17 auf einer ersten Antriebswelle 19 und die Antriebsräder 16, 18 auf einer zweiten Antriebswelle 20 angebracht sind. Die beiden Antriebswellen 19, 20 sind auf einer Horizontalen in einem festen Abstand voneinander angeordnet, der kleiner als der Außendurchmesser des Gestells 10 ist. Sie treiben zwei elektrische Generatoren 21, 22 an.The frame 10 rests on the circumference on four drive wheels 15-18 , the drive wheels 15, 17 being mounted on a first drive shaft 19 and the drive wheels 16, 18 on a second drive shaft 20 . The two drive shafts 19, 20 are arranged on a horizontal at a fixed distance from one another which is smaller than the outer diameter of the frame 10 . They drive two electrical generators 21, 22 .

Das Gestell kann alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel auch direkt auf den Antriebswellen gelagert sein, oder die Antriebsräder sind mit den Antriebswellen, bzw. den Generatoren über einen Triebstrang verbunden.The frame can alternatively to the illustrated embodiment also be mounted directly on the drive shafts, or the drive wheels are with the drive shafts, or connected to the generators via a drive train.

Einer der Generatoren 21, 22 kann auch zusätzlich als Antriebsmotor arbeiten, um den Start des Drehvorgangs zu erleichtern. Selbstverständlich kann auch ein separater Antriebsmotor vorzugsweise außenseitig, jedoch unter Umständen auch mittig am Gestell 10 angebracht sein. Es ist ebenfalls möglich, weitere Antriebsräder, Antriebswellen und Generatoren vorzusehen.One of the generators 21, 22 can also work as a drive motor in order to facilitate the start of the turning process. Of course, a separate drive motor can also preferably be attached to the outside of the frame 10 , but under certain circumstances also centrally. It is also possible to provide additional drive wheels, drive shafts and generators.

In den Kanälen 11, 14 sind Gewichte 23-26 längsverschiebbar gelagert. Bei Kanälen mit rechteckförmigem Querschnitt weisen diese Gewichte einen entsprechenden Querschnitt auf. Ihre Länge soll maximal der halben Länge eines Kanals entsprechen.Weights 23-26 are mounted in longitudinally displaceable fashion in the channels 11, 14 . In the case of channels with a rectangular cross section, these weights have a corresponding cross section. Their length should not exceed half the length of a channel.

Kanäle und Gewichte mit anderem Querschnitt sind ebenfalls verwendbar. So können die Gewichte auch scheibenförmig oder insbesondere bei runden Kanälen auch kugelförmig oder kreiszylinderförmig ausgebildet sein. Auch die Zahl der Kanäle ist selbstverständlich nicht auf die dargestellte Zahl beschränkt. So können einerseits über 20 Kanäle und andererseits auch nur ein einziger Kanal vorgesehen sein. Bei einer großen Zahl von Kanälen ergibt sich eine große Breite der Anordnung, so daß das Gestell 10 zweckmäßig Zwischenräder aufweist, die ebenfalls auf Rädern gelagert sind.Channels and weights with a different cross section can also be used. For example, the weights can also be disc-shaped or, in particular in the case of round channels, also spherical or circular-cylindrical. The number of channels is of course not limited to the number shown. On the one hand, more than 20 channels and, on the other hand, only a single channel can be provided. With a large number of channels, there is a large width of the arrangement, so that the frame 10 expediently has intermediate wheels which are also mounted on wheels.

Die Wirkungsweise der dargestellten Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß das jeweils unterste Gewicht (gemäß Fig. 1 das Gewicht 23) kurz vor Erreichen des unteren Tiefpunkts hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch innerhalb des Kanals in die obere Extremstellung oder wenigstens in eine Stellung bewegt wird, in der der Schwerpunkt des Gewichts oberhalb der Drehachse des Gestells liegt. Dieser Gewichtshub kann eingestellt werden. Die dadurch in diesem Gewicht gespeicherte potentielle Energie wird bei der Drehung des Gestells 10 im Gegenuhrzeigersinn in kinetische Energie umgewandelt. Da jeweils nach 45° das nächste Gewicht angehoben wird, entsteht eine quasikontinuierliche Drehbewegung des Gestells, die über die Antriebsräder 15-18 auf die Generatoren 21, 22 übertragen wird, so daß diese elektrische Energie erzeugen.The operation of the device shown essentially consists in that the lowest weight (according to FIG. 1 the weight 23 ) is moved hydraulically, pneumatically or mechanically within the channel into the upper extreme position or at least into one position shortly before the lower low point is reached, in which the center of gravity of the weight lies above the axis of rotation of the frame. This weight stroke can be adjusted. The potential energy thus stored in this weight is converted into kinetic energy when the frame 10 rotates counterclockwise. Since the next weight is raised after every 45 °, there is a quasi-continuous rotary movement of the frame, which is transmitted to the generators 21, 22 via the drive wheels 15-18 , so that they generate electrical energy.

Zum Start der Vorrichtung werden die im Ruhezustand gleichmäßig über die untere Hälfte des Gestells verteilten Gewichte unter Zuhilfenahme des zuvor beschriebenen Antriebsmotors im Uhrzeigersinn um ca. 45° gedreht und dann eine nicht dargestellte Bremse eingelegt. Falls die Bremse im vorherigen Betriebszyklus in einer solchen Stellung eingelegt wurde, erübrigt sich die Zuhilfenahme des Antriebsmotors. Nach Lösen der Bremse und gleichzeitigem Start der Hubbewegung des untersten Gewichts nach oben beginnt sich die Vorrichtung zu drehen.At the start of the device, they become even in the idle state Weights distributed over the lower half of the frame with the help of the drive motor described above rotated clockwise by approx. 45 ° and then one brake not shown inserted. If the brake in previous operating cycle inserted in such a position there is no need to use the drive motor. After releasing the brake and starting at the same time the lifting movement of the lowest weight starts up the device to rotate.

Zur Steuerung der Drehzahl des Gestells, der Aufwärtsbewegung und des Hubs der Gewichte sowie des Startvorgangs wird vorzugsweise eine nicht dargestellte elektronische Steuervorrichtung verwendet. Dabei kann der Start der Drehbewegung zum Beispiel schon dann eingeleitet werden, wenn der Schwerpunkt des vor dem Start anzuhebenden Gewichts die Mittelachse des Gestells 10 erreicht bzw. überschritten hat.An electronic control device (not shown) is preferably used to control the speed of the frame, the upward movement and the lifting of the weights and the starting process. The start of the rotary movement can be initiated, for example, when the center of gravity of the weight to be lifted before the start has reached or exceeded the central axis of the frame 10 .

Alternativ zu der dargestellten Vorrichtung können sich die Kanäle 11-23 auch über das Gestell 10 hinaus erstrecken, so daß die Schwerpunkte der Gewichte in deren äußerster Stellung über die Umfangslinie des Gestells 10 hinausbewegt werden können. Hierdurch kann der Energieumsatz vergrößert bzw. die Baugröße verringert werden.As an alternative to the device shown, the channels 11-23 can also extend beyond the frame 10 , so that the centers of gravity of the weights can be moved beyond the circumferential line of the frame 10 in their outermost position. As a result, the energy turnover can be increased or the size reduced.

Aufgrund ihrer Wirkungsweise stellt die beschriebene Vorrichtung ein Mehrfachzylinder-Hub- und Schwerkrafttriebwerk für elektrische Generatoren dar, das auch als Triebwerk für andere anzutreibende Vorrichtungen verwendet werden kann.Because of its mode of operation, the device described a multi-cylinder lifting and gravity engine for electrical generators, also as an engine can be used for other devices to be driven can.

In den Fig. 3 bis 5 ist die hydraulische oder pneumatische Anhebung eines Gewichts 23 in einem Kanal 11 dargestellt. Die übrigen Kanäle sind selbstverständlich entsprechend aufgebaut. An dem Gewicht 23 sind acht Rollen 30 angebracht, mittels derer es entlang der Innenwände des Kanals 11 reibungsarm geführt ist. In eine zentrale, zylindrische Längsbohrung 31 im Gewicht 23 ragt eine mit einem Kolben 32 versehene Kolbenstange 33 hinein. Die Längsbohrung 31 ist bis auf die dichtende Durchführung der Kolbenstange 33 an beiden Enden verschlossen. Die Kolbenstange 33 ist mit dem Kanal 11 starr verbunden. Seitlich am Kanal 11 ist eine Hydraulik- oder Pneumatikpumpe 34 angebracht. Sie ist über Druckleitungen 35 mit den beiden Enden der Längsbohrung 31 und damit mit den beiden Zylinderbereichen verbunden, in die die Längsbohrung 31 durch den Kolben 32 aufgeteilt wird. In FIGS. 3 to 5, the hydraulic or pneumatic lifting a weight 23 is shown in a channel 11. The other channels are of course structured accordingly. Eight rollers 30 are attached to the weight 23 , by means of which it is guided with low friction along the inner walls of the channel 11 . A piston rod 33 provided with a piston 32 projects into a central, cylindrical longitudinal bore 31 in weight 23 . The longitudinal bore 31 is closed at both ends except for the sealing passage of the piston rod 33 . The piston rod 33 is rigidly connected to the channel 11 . A hydraulic or pneumatic pump 34 is attached to the side of the channel 11 . It is connected via pressure lines 35 to the two ends of the longitudinal bore 31 and thus to the two cylinder regions into which the longitudinal bore 31 is divided by the piston 32 .

In Fig. 3 ist die unterste Stellung des Gewichts 23 im Kanal 11 dargestellt. Zum Anheben dieses Gewichts 23 wird ein in der Längsbohrung 31 befindliches Arbeitsmedium vom unteren, größeren Zylinderbereich in den oberen, kleineren Zylinderbereich gepumpt. Das Gewicht wird dadurch kontinuierlich angehoben, bis die in Fig. 4 dargestellte oberste Stellung erreicht ist. Nach einer Drehung des Kanals um im wesentlichen 180° erfolgt ein erneuter Hebevorgang durch entsprechendes Zurückpumpen des Arbeitsmediums.In Fig. 3 the lowest position of the weight 23 in the channel 11 is shown. To lift this weight 23 , a working medium located in the longitudinal bore 31 is pumped from the lower, larger cylinder area into the upper, smaller cylinder area. The weight is thereby continuously raised until the uppermost position shown in FIG. 4 is reached. After the channel has been rotated by essentially 180 °, the lifting process is repeated by pumping back the working medium.

Liegt ein unter Über- oder Unterdruck stehendes Arbeitsmedium vor, so können die beiden Zylinderbereiche abwechselnd damit verbunden werden, um die Hebevorgänge auszuführen. Dabei kann auch eine Unterstützung durch eine Pumpe vorgesehen sein. Diese Pumpe kann wenigstens teilweise durch einen an einen der beiden Generatoren angeschlossenen Elektromotor angetrieben werden.Is a working medium under positive or negative pressure before, the two cylinder areas can alternate be connected to perform the lifting operations. This can also be supported by a pump be provided. This pump can at least partially by one connected to one of the two generators Electric motor are driven.

Auch eine eine lineare Bewegung erzeugende mechanische Energie kann zum Anheben der Gewichte eingesetzt werden. Ein Spindelantrieb für die Gewichte kann dabei unterstützend oder alternativ eingesetzt werden.Also a mechanical one that produces a linear movement Energy can be used to lift the weights. A spindle drive for the weights can support this or alternatively used.

Eine Realisierung der beschriebenen Vorrichtung kann beispielsweise mit der folgenden Dimensionierung erfolgen:Gestelldurchmesser2 mGesamtmasse aller Gewichte1.000 kgDrehzahl des Gestells6 Upm
Drehzahlübersetzungsverhältnisse
Gestell - Antriebsräder1 : 20Antriebsräder - Generatoren1 : 10.The device described can be implemented, for example, with the following dimensions: frame diameter 2 m total weight of all weights 1,000 kg speed of the frame 6 rpm
Speed ratios
Frame - drive wheels 1:20 Drive wheels - generators 1:10.

Claims

1. Device for converting mechanical into electrical energy, characterized in that in at least one in a rotatable round frame about its central transverse axis, extending in the diameter direction channel ( 11-14 ) a weight ( 23-26 ) mechanically, hydraulically or pneumatically is arranged periodically displaceable against the direction of gravity and that the frame ( 10 ) is peripherally connected to at least one electrical generator ( 21, 22 ) for driving purposes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the frame ( 10 ) on the circumference on horizontally at a fixed distance from each other arranged shafts ( 19, 20 ) or rollers or wheels ( 15-18 ) is mounted, of which at least one or one is the drive part of a generator ( 21, 22 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of channels ( 11-14 ) are arranged next to each other offset by the same angle.

4. The device according to claim 3, characterized in that four channels ( 11-14 ) are provided.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the channels ( 11-14 ) have a rectangular cross section and that the weights ( 23-26 ) on rollers ( 30 ) are mounted displaceably.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the weights ( 23-26 ) have a cylindrical, sealed at both ends, central longitudinal bore ( 31 ) into which a piston ( 32 ), the piston rod ( 33 ) fixed is arranged in the associated channel, protrudes in such a way that in each position of the weight ( 23 ) the longitudinal bore ( 31 ) is divided into two cylinder regions by the piston ( 32 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that each cylinder region is connected to a hydraulic or pneumatic pump ( 34 ) via lines ( 35 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that a pressure medium between the cylinder regions can be moved back and forth by the pump ( 34 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the channels ( 11-14 ) protrude beyond the frame ( 10 ) such that the centers of gravity of the weights ( 23-26 ) in their outermost position substantially on or outside the circumferential line of the frame ( 10 ).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that to facilitate starting Drive motor is provided, which is expedient with one of the waves supporting the circular frame, Rollers or wheels are drivingly connected.

11. The device according to claim 10, characterized in that one of the electrical generators ( 21, 22 ) can also be used as a drive motor.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an electronic control device to control the upward movement of the Weights and / or the stroke of the weights and / or the starting process is provided.