DE379890C - Verfahren und Einrichtung zur gemeinsamen Ausnutzung von atmosphaerischer Elektrizitaet und Windenergie - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur gemeinsamen Ausnutzung von atmosphärischer Elektrizität und Windenergie. Es ist bekannt, daß man atmosphärische Elektrizität durch viele in die Luft aufgelassene, mit scharfen Spitzen versehene und große Fläche besitzende metallische Ballons sammeln und solche einzelnen Sammler durch umfangreiche Verbindungsleiter, die auf.Masten isoliert in die Luft gelegt oder in die Erde gebettet sind, zu einem Netz verbinden kann, wodurch große Mengen statischer Elektrizität gewonnen werden, deren Umwandlung in technisch verwendbare Ströme möglich ist.
• Die heutige Höchstgrenze der beständig zu

  erhaltenden Elektrizitätsmenge beträ ;t aLer

  Bekannterweise nur etwa 200 PS für jede,i

  ')tiadratl;i!onieter 1#läche. Für teclinisclic

  Zwecke, sobald größere l?nergieniengen in Be-

  tracht kommen, ist diese Zahl z u gering.

  Wenn aber atil,ier der bis heute gewinnbaren

  atmosphärischen Elektrizität auch die Uni-

  wandlung der auf demselben Quadratkilometer

  sich befindlichen \@-i:iclenergie (%ven:g,:tens ein

  Teil) in statische l#_tiergief!;rni niciglich wäre,

  so würde durch eine gemeinsame Ausnutzung

  dieser beiden Energiearten d#e Sutnn;e der zu

  gewinnenden Energie von aoo PS auf ;oo bis

  uoo 1' S gesteigert werden können.

  Es ist wohl bekannt. Windenergie in mecha-

  nische Energie umzuwandeln und letztere wie-

  deruni in elektrische, aller in diesem Fal;e --

  näinlich für gemeinsame Verwendung von

  atni(,s;)liärisclier Elektrizität und Windenergie

  - ist dies nicht möglich, da sich atiliospliä-

  rische Elektrizität in Form von statischer

  Elektrizität bildet und bis hegte clie Wind-

  energie in dvnamis;lie Elektrizität stets dur,-li

  D_vnamoiliascliiiien umgewandelt wurden.

  Auch die C"ni«-andlung der durch Wind-

  energie erzeugten Kraft allein in statische

  Elektrizität sowie deren Auffangen durch

  Zusammenschluß der einzelnen Windmühlen-

  stationen unter Zuhilfenahme großer netzfiir-

  miger Sannnelanlagen war gleichfalls nicht

  bekannt.

  Laut Erfindung wird nun erzielt, daß

  mechanische. durch Windmühlen gewonnene

  Kraft für die @le« egung von statischen In-

  fluenzmaschinen unmittelbar oder durch vor-

  herige Umwandlung mittels geeigneter L'ni-

  foriner, z. B. oszillatorischer Schwingungs-

  kreise, ohne oder mit Funkenstrecken in

  @Wechselstroni mehr oder weniger hoher Peri-

  odenzahl umgewandelt und dann in solcher

  Form für praktische Zwecke verwendet wird.

  Die -Maschinen können unmittelbar oder

  über Funkenstrecken mit positiven Elektroden

  an die Antennenleiter und mit negativen an die

  Erdschlußleitung (direkte, parallele Schaltung

  zur Funkenstrecke) angeschlossen werden,

  oder inan kann nur den positiven Pol an die

  Antennenleitung und den negativen Pol an

  eine Kapazitäts- oder Induktionsspirale, die

  frei in der Luft liegt (unipolare Schaltung

  zum Sammelnetz), anschalten. Schließldch

  kann man auch die Maschine parallel zu einer

  Kondensatorenbatterie anordnen, wobei der

  positive Pol über eine -Funkenstrecke mit dein

  Antennennetz und der negative Pol über einen

  Kondensator, wie oben, mit dein Erdpol ver-

  bunden ist, oder die Schaltung nach unipola-

  rem Schema ausführen. Die durch Influenz-

  niaschinen gewonnene Energie kann in ge-

  wissen Fällen auch durch Einschaltung von

  Schwingungskreisen vorher in dynamische

  "lclctrizität hoher Schwingungszahl oder

  durch andere Transformatorenarten in ge-

  wöIinliche "7echselströme umgewandelt wer-

  den. Diese kömien dann nicht der Antennen-

  leitung, sondern der Arbeitsleitung, «-elche

  Wecliselstroiii gleicher Art führt, nach Par-

  allelschaltung zugeführt werden.

  Die @-er@s-enching von Windenergie zur l-'e-

  wegung von 1;iiiiienzinas:liinen bat viele Vor-

  züge vor der von gewöhnlichen Dcnanioina-

  :,chinen und deren P rtrallelschaltung z ue:niin-

  der. Statische -Maschinen geben einen Strotn

  hoher Spannung unmittelbar ohne je;@li@1:e

  Transformation. Diese Spänilungen k@si_na

  einfach durch (1;e Weite der Funkenstrecken

  :;o«-ie durch die Grüße der eingeschalteten

  i@()ndeiisatoren in einfachster und billigster

  Weise eingestellt werden. Es können aber

  auch dadurch in vorteilhafter ;'eise zwei

  r@-ler drei sehr weit voneinander stehende

  Elelctro«-iiidniühleiistationen oder Stations-

  gruppen dur,li einen Leitungsdraht von gerin-

  gem Querschnitt verbunden werden. Man l:e-

  ni')tigt daher bei Verwendung von statischer

  Llektrizität hoher Si)annung eine erhel>li.-li

  geringere -Menge Kupfer, als wenn man für

  dieselben Zwecke dynamische 1-lelctrizität

  niedriger SF.annung Lind hoher Stromstärke

  von dersell:en Station entnimmt. Da aber die

  Verbindung aller Samnieistationen zu einem

  Sammelnetz eine der wichtigsten Fragen bei

  Gewinnung periodisch auftretender Natur-

  kräfte ist (wie es nun Windenergie und

  atmosphärische Elektrizität einmal sind'), um

  bei einem Potentialgefälle oder iViildstille die

  Zufuhr der Energie von einer Ge-end, in wel-

  cher die Naturkräfte vorhanden sind, in die

  andere, in der sie fehlen (z. B. Windstille ),

  zu bewirken, so ist die Verwendung vcn stati-

  scher Elektrizität hoher Spannung äulerst

  wichtig. Es ist daher sogar unter L anständen

  vorteilhaft, Anlagen zu bauen, in denen nur

  Windenergie in statische Energie tongewan-

  delt wird. T:ieselbe kann nicht nur durch Zu-

  sainnienschluß vieler Elektrowindmühlen,

  welche nur die statische Elektrizität erzeugen,

  auch ohne Anschluß an die Netzleitung der

  atmosphärischen Elektrizität ausgenutzt. son-

  dern auch in besonderen, für diese Zwecke ge-

  bauten Sammlernetzen gesammelt und umge-

  formt «-erden.

  Ein zweiter Vorteil dieser Erfindung ist,

  das dieselbe gestattet, bei gemeinsamer Aus-

  nutzung der sowohl aus der Atmosphäre als

  auch durch die Windenergie gewonnenen

  statischen Elektrizität in einer Leitung eine

  erheblich sichere elektrische Energiequelle zu

  erhalten, als bei der Verwendung jeder ein-

  zelnen für sich.

  Es ist die Beobachtung gemacht worden,

  daß Windstille und völliges Fehlen des

  Potentialgefälles in der Atmosphäre zu ein und derselben Zeit fast nie vorkommt.
• Dadurch ist es aber ohne Akkumulatoren möglich, stetig Kraft zu erzeugen und zu verabfolgen. Um so mehr ist dieses gesichert, wenn außerdem zwei weit auseinanderliegende Gegenden durch Verbindungsleitungen verbunden sind lind sich dadurch in solchen Zeiten mit Strom unterstützen können, in welchen in einer der beiden Gegenden keine Energie aus der Luft gewcrinen «-erden kann (z. B. bei Windstille). Einer stetigen Kraftleistung ist man vor allen dann sicher,. wenn man ein System verwendet, in dem zwei Arten von Naturenergien, nämlich die atmosphärische Elektrizität und die Windenergie, gemeinsam ausgenutzt werden. Was den Ausbau von . Windmühlen betrifft, so können hierfür beliebige Svsteine verwendet werden.
• Die Influenzmaschinen können im Fuß des Turmes oder auch unmittelbar gleich oben bei den Flügeln in einem besonderen Gehäuse eingebaut werden. In allen Fällen müssen die Influenzmaschinen, um eine sichere Arbeit zu erzielen, und um vor Feuchtigkeit geschützt zu sein, z. B. in luftdicht verschlossenen oder leicht abschließbaren Gehäusen untergebracht sein.
• Das oben beschriebene Verfahren wird durch die schematischen Abbildungen näher erläutert: Abt). i zeigt eine Ausführungsform für die Apparatur zur gleichzeitigen Verwertung der atmosphärischen Elektrizität und der Windenergie, und zur Umwandlung der zunächst gewonnenen statischen Energie im Wechselstrom. Dem auf Masten gut isoliert aufmontierten Sammelleitungsnetz i führen Ballone 2 oder durch einen Turm 4. getragene Sammelantennen 3 die statische atmosphärische Elektrizität zu.
• Von diesem Sammelnetz wird über eine Funkenstrecke bekannten Systems 6 die Elektrizität zur Erde e abgeleitet.
• Die Windenergie wird auf folgende Weise nutzbar gemacht: Der Windmotor 8 wird vom Wind in Drehung versetzt und die hierbei gewonnene Energie durch die Achse 9 und die Konusräder io (oder auf anderem Wege) auf eine luftdicht in einem Gehäuse 14 eingeschlossene Influenzinaschine übertragen. Dadurch, daß deren Scheibe i i in schnelle Drehung versetzt wird, entsteht statische Elektrizität, welche durch die Induktoren und Sam- i melkondensatoren 12 und 13 abgenommen wird. Mit den Schleifkonduktoren sind zwei Kondensatorenbatterien 17 und 18 verbunden und diesen parallel zwei Funkenstrecken 15 und r6 geschaltet. Die Kondensatoren werden so lange aufgeladen, bis der Funken bei den Strecken 15 und 16 überspringt. Durch An-Wendung der Funkenstrecken und Kondensatoren wird gleichzeitig die Spannung des überschlagenden Funkens in einfachster Weise geregelt, weil die Funkenentladung nur dann geschehen kann, wenn die Ladungsspannung der Influenzmaschine stärker ist als die der Sammelleitung. Ist die Gesamtladung der Funkenstrecke 6 so groß, daß die Funkenstrecke durchschlagen wird, dann bilden sich oszillatorische Entladungen, und wenn parallel zur Funkenstrecke 6 eine Kondensatorenbatterie 2o von genügender Größe und Selbstinduktion eingeschaltet wird, so entsteht ein sogenannter kurzgeschlossener Braun'scher Resonanzkreis. @-ermittels der Induktionsspulen (Primärwicklung 2i und Sekundärwicklung 22) gelingt es dann leicht, eine Umwandlung statischer Elektrizität hoher Spannung und geringer Stromstärke in dynamische Ströme von hoher Wechselzahl größerer Stromstärke und niedriger Spannung zu bewirken, welche bei 23 und 24 abgenommen werden können. Durch Quecksilberdampfgleichrichter oder ähnlich wirkende Apparate lassen sie sich nach bekanntem Methoden in Gleichstrom verwandeln.
• Das durch Abb.2 dargestellte Schema ist dem ersteren sehr ähnlich. Der Unterschied besteht darin, daß an Stelle der Funkenstrecke hier ein bzw. zwei oder mehrere in Reihe geschaltete Kondensatoren 6a (oder KondensatGrenbatterien) vorgesehen sind. Der Saminelpol 12 der Influenzinaschine ist in diesem Falle durch Leitung i 9 unmittelbar mit dem Sammelleitungsnetz verbunden, ihr negativer Pol 13 aber über Funkenstrecke 16 und Kondensator 17 mit der Erde. Parallel zum Kondensator 6a ist eine Funkenstrecke 6 und die Primärwicklung einer Induktionsspule 21 eingeschaltet, wodurch, wie im ersten Fall an den Enden 23 und 24 der Sekundärwicklung 22 Arbeitsstrom abgenommen werden kann. Hierbei ist zu beachten, daß ein Elektromagnet 11 in die Antennenleitung einzuschalten ist, um zu verhüten, daß die Schwingungen in die Antennensammler dringen.
• Abb.3 zeigt eine unipolare Schaltung der Influenzmaschine zur Antennenleitung; ferner ist dargestellt, wie die Energie von zwei Windmotoren durch zwei Influenzmaschinen in statische Elektrizität umgewandelt und mit der aus der Atmosphäre gewonnenen Elektrizität zu einem Arbeitsnetz zusammen geschlossen werden kann. Die Influenzmaschinen i i sind hier nur mit einem Pol 12 über Funkenstrecken 15, welche parallel mit j e einem genügend großen Kondensator 18 überbrückt sind, mit dem Sammelleitungsnetz der atmosphärischen Elektrizität verbunden. Der andere Knnduktor 13 der Influenzmaschine ist bei Svstein I unmittelbar gekuppelt mit einer Kondensatorenbatterie 25 genügender Größe, deren zweiter Pol 26 mit einer frei in der Luft endigenden Induktionsspirale 27 verbunden ist. Die Induktion dieser Spirale kann durch einen induktionslosen Kontaktbügel K beliebig verändert werden. Durch Einschaltung solcher Induktionsspulen hinter der Kondensatorenbatterie erreicht inan, daß die Ladung und Entladung der Polflächen durch Induktionsveränderung geregelt werden kann. Das hat aber zur Folge, dall die aufgenommene Ladung hei der lntiadtuig zurü:l:gew(mnen werden kann, ebenso wie eine Feder fähig ist, beim Zusarmnenpressen Arbeit aufzuspeichern und beire loslassen die aufgespeicherte Arbeit wieder freizugeben. Bei der anderen Influenzmaschine I Svstein 11; ist der negative Pol mit der frei endigenden Priniä rwicklung 29 eines Induktionskondensators verbunden. Dadurch wird eine Kondensator- und Induktionswirkung in einem Apparat erzielt. Bei beiden Influenzmaschinen ist es erforderlich, je eine Sicherungsfunkenstrecke :8 einzuschalten, tun Kurzschluß zu verhüten. Die Strecke ist regelbar und maß einen gri lßereri \Viderstand haben als Strecke 6.
• Die Antennenleitung ist über zwei hunkenstrecken 6 mit der Erde verbunden. Parallel zu diesen Funkenstrecken sind je zwei Kon-(lensratorenbatterien 2o und 20« und die Priniä rlyickltlilgell 21 eingeschaltet. Der Arbeitsstrom wird in den Sekundärwicklungen 22 gebildet und durch die Leitungen 23 und 2.1 den Polen eines besonderen Kondensators zugeführt. Von Svstein 1 werden die Flächen 31 und 3 2 dieser Kondensatoren aufgeladen und von System 11 die Flächen 33 und 34.. Zwischen je zwei dieser Kondensatorenflächen befindet sich eine dritte Platte 35 (bzw. 36), von welcher durch die Leitungen 357 und 36u unmittelbar Ströme hoher Wechselzahl dynamischer Natur (gegebenenfalls mach Umwandlung in Gleichstrom) den Arbeitsmaschinen zugeführt «-erden können.
• Der dreipolige Plattenkondensator kann auch durch einen dreipoligen Induktionskondensator ersetzt werden.
• Anstatt (las Sammelleitungsnetz über zwei 1#unkenstrecken 6 reit der Erde zu verbinden. kann man auch mir eine Funkenstrecke wie in Scheiria 1 ver-,venden. Die in System 11 aus Windenergie gewonnene statische Elektrizität müßte dann durch eine ähnliche Schaltung wie in Abb. i dargestellt. mit der des Systems I vereinigt «-erden. Die beiden Systeme 1 und 11 müssen hierbei aber so abgestimmt sein. daß sie Ströme gleicher Wellenlänge und damit auch gleicher Periodenzahl bilden: nur dann kann ein Maximum der Wirkung erzielt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Zerfahren zur gemeinsamen Ausnutzung von atmosphärischer Elektrizität und Windenergie, dadurch gekennzeichnet, Mali Windenergie zur Bewegung von Infltienzniaschinen verwendet wird, und die so erhaltene elektrische Ladungsenergie über Funkenstrecken und Kondensatoren ()der Kondensatoren allein mit dem Sammelnetz der statischen atmosphärischen I_lektrizität zusammengeschlossen und in @Vechselstr-ine gewünschter Spannung und I'eriordenzahl verwandelt wird. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die Influenzmaschinen in Parallelschaltung zu einer Arbeitsfunkenstrecke oder zu Transformatorpolen zur Umwandlung von statischer Elektrizität in Wechselströme in solcher @Vei@e verbunden werden, d aß der positive Pol unmittelbar oder über eine Funkenstrecke mit dem atmosphärischen Sammelnetz und der negative Pol in gleicher Weise reit der Er(lleitung verbunden ist. 3. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, (iaß die Influenzmaschinen parallel einer Kondensatorenbatterie eingeschaltet werden, und zwar in der Weise, daß der positive Pol unmittelbar oder über Funkenstrecken mit der Sammelantennenleitung von atmosphärischer Elektrizität und der negative Pol über einen Kondensator geeigneter Größe mit der Erdleitung verbanden ist. .4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Influenzinaschinen unipolar angeschlossen werden j in der Weise, daß der negative Pol entweder mit einer Kondensatorbatterie, deren zweiter Pol in eine regelbare Induktion-,-spule ausläuft, oder reit einem Induktion-,-' Kondensator verbunden ist. Einrichtung zur Ausführung des Verfahren-, nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, (laß die aus Windenergie gewonnene statische Elektrizität zunächst durch oszillatorische Kreise in dynamische Ströme hoher Wechselzahl umgewandelt wird. welche dann mit den aus der Antennenleitung gewonnenen und transformierten dynamischen Strömen durch Parallelschaltung vereinigt «erden.