DE9318417U1 - Einrichtung zur Erzeugung von Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Energie, die ein Wasserbecken aufweist, das von einem endlosen im Wasserauftrieb aufweisenden Treibglied durchlaufen wird, das zwischen zwei Führungsrädern gespannt ist, wobei nur ein Treibgliedstrang das Wasserbecken von einer unteren Öffnung, die eine Dichtvorrichtung aufweist, zur Wasseroberfläche hin durchdringt und wobei an eines der Führungsräder ein Generator gekoppelt ist.

Wasserkraftwerke zur Erzeugung von insbesondere elektrischer Energie unter Ausnutzung aufgestauter Wassermassen sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Diesen Wasserkraftwerken ist gemeinsam die Umwandlung des hydraulischen Energievorrates eines Wasserlaufes bzw. die Umwandlung der vorhandenen potentiellen Energie eines natürlichen oder künstlichen Speicherbeckens oder des Meeres in elektrische Energie.

Dabei werden in der Regel Wasserturbinen eingesetzt, die die potentielle Energie der Wassermassen in mechanische Arbeit umwandeln bzw. über Generatoren in elektrische Energie. Neben Niederdruckwasserkraftwerken, Hochdruckwasserkraftwerken und Gezeitenkraftwerken sind Pumpspeicherwerke bekannt, die es erlauben, bei Teillastzeiten des Verbundnetzes mit Hilfe der freien Leistungskapazität der verschiedenen Kraftwerke elektrische Energie in Gestalt hydraulischer Lageenergie zu speichern, um sie dann zu nutzen, wenn Bedarfsspitzen durch das übrige Kraftwerksystem des Netzes nicht gedeckt werden können. Dieser Umwälzbetrieb wird in der Weise durchgeführt, daß während der Teillastzeiten das Wasser von einem Becken mittels Pumpe in ein oberes Becken gefördert, dort gespeichert und später während der Spitzenlastzeit durch Turbinen abgearbeitet in das untere Becken zurückgeführt wird. Nachteilig bei derartigen Pumpenspeicherwerken ist es, daß für die Förderung des Wassers von einem unteren Becken in ein oberes Becken Energie benötigt wird. Weiterhin ist es nachteilig, daß eine große Menge Wasser oftmals nach einmaliger Nutzung und Entzug des Energiepotentials keiner weiteren Nutzung mehr unterzogen wird.

Darüber hinaus ist der Bau derartiger Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einem grossen baulichen Aufwand verbunden, da oftmals neben dem Bau der Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie, nämlich des Wasserkraftwerkes auch der Bau großer Speicherbehälter notwendig ist. Außerdem steht vielfach an den Stellen, an denen elektrische Energie benötigt wird, nicht eine ausreichende Menge an Wasser zur Verfügung, um eine entsprechende Energieerzeugungseinrichtung zu betreiben.

Es wurde daher versucht, wie beispielsweise in der Druckschrift G 85 10 493 beschrieben, diese Nachteile zu vermeiden, indem eine Einrichtung zur Energieerzeugung vorgeschlagen wurde, mit der unter Ausnutzung der Potentialkräfte in Flüssigkeiten und ggf. unter Ausnutzung eines Wassergefälles elektrische Energie erzeugbar ist und mit dem gleichzeitig die Auftriebskräfte von Hohlkörpern in Wasser zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzbar ist. Dabei sollte die Einrichtung derart ausgebildet werden, daß sie an jedem Ort unter Ausnutzung irgendwelcher zuführbarer Wasservorräte aus Regen, Wassersammeieinrichtungen od.dgl. bei einem möglichst geringem Verbrauch an Wasser einsetzbar ist. Diese vorbekannte Einrichtung weist eine endlose Kette dicht verschlossener Hohlkörper auf, die derart über Kammräder geführt wird, daß sich zwei parallelliegende Kettenstränge, die senkrecht zur Erdoberfläche verlaufen, ergeben, wobei ein Kettenstrang durch ein Wasserbecken geführt wird, so daß durch den Auftrieb der Hohlkörper die Kette eine Bewegung erfährt, die zur Erzeugung von Energie nutzbar ist. Als

problematisch ist dabei jedoch die Abdichtung des Wasserbeckens gegenüber den von unten in das Wasserbecken eintretenden Hohlkörpern anzusehen, da durch den wechselnden Durchmesser der Hohlkörper die Dichtvorrichtung ständig angepaßt werden muß, was zu einer erhöhten Reibung an der Kette führt bzw. zu Wasserverlusten, die der Bewegungsrichtung entgegenwirken. Außerdem ist bei dieser Vorrichtung im Eintrittsbereich der Kette eine Wasserdüse vorgesehen, die durch das Bestrahlen der Kette diese zusätzlich antreiben soll. Bedingt durch die mangelhafte Abdichtung sowie die Antriebswasserdüse treten derart große Wasserverluste auf, daß diese Einrichtung nur in Bereichen mit entsprechender Wasserversorgung einsetzbar ist. Darüber hinaus ist über den großen Reibungsverlust wahrscheinlich die ganze Funktion der Vorrichtung in Frage gestellt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Energieerzeugung zu schaffen, die unter Ausnutzung der Auftriebskräfte von Gegenständen mit einer geringeren spezifischen Dichte als Wasser in Wasser, unabhängig von der ständigen Zuführung Frischwasser, Energie liefert, wobei entweder direkt mechanische Arbeit oder aber elektrische Energie verrichtet bzw. gewonnen werden kann.

Dazu ist erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgesehen, die folgende Merkmale aufweist:

- Ein im wesentlichen kubischer Trägerrahmen, der zur Fixierung der Einzelkomponenten dient.

- Ein Wasserbecken mit einer bodenseitigen Öffnung,
die mit einer Dichtvorrichtung versehen ist, um den Querschnitt der Öffnung zu reduzieren und damit gegenüber der folgenden Komponente abzudichten.

- Ein in sich geschlossener und gleichrunder Riemen,
der eine geringere Dichte als Wasser aufweist und
zwischen zwei Führungsrädern aufgespannt ist, wobei die beiden Stränge des endlosen Riemens im wesentlichen senkrecht zum Erdboden geführt werden und wobei einer der Stränge durch das Wasserbecken bzw. die
Bodenöffnung geführt wird.

- Ein Generator oder eine Vorrichtung zur Ableitung
mechanischer Energie, der bzw. die an eines der Führungsräder gekoppelt ist.

Bei einer derartigen Einrichtung wird aufgrund des auf den Riemen wirkenden Auftriebs eine Drehung des Riemens und damit der Führungsräder bewirkt. Da der Auftrieb bedingt durch die endlose Führung des Riemens niemals nachläßt, bleibt die Einrichtung ständig in Bewegung und vermag z.B. mittels des an ein Führungsrad gekoppelten Generators ständig elektrische Energie zu erzeugen. Die Abdichtung der Bodenöffnung des Wasserbeckens ist aufgrund des konstanten Querschnittes des Riemens z.B. durch eine am Öffnungsrand umlaufende Gummilippe zu erzielen. Genau so ist eine variable Dichtung einsetzbar, die in ihrem Aufbau einer fotografischen Objektivblende entspricht und somit die Bodenöffnung an verschiedene Riemenstärken anpaßbar ist. Es ist auch denkbar, die Bodenöffnung derart paßgenau zum

Riemen zu fertigen, daß weitere Dichteinrichtungen entfallen können. Die durch die Dichtung auftretende Reibung und andere in der Anlage begründete Energieverluste werden mittels eines Windrades, das ebenfalls an eines der Führungsräder mechanisch gekoppelt ist, und seine durch Wind erzeugte Drehbewegung an dieses abgibt, kompensiert. Um die Reibungsverluste möglichst gering zu halten, muß stets eine optimale Spannung des Riemens gewährleistet sein, so daß der Verlauf des Riemens durch die Bodenöffnung stets konstant ist. Dazu muß die Spannung des Riemens stets gleichbleibend sein.

Dazu ist ein Spannrad vorgesehen, das mittels einer Feder gegen den einen Riemenstrang, der nicht durch das Wasser verläuft, gepreßt wird.

Die Leistung der Einrichtung läßt sich durch die Größe des Auftriebes im Wasserbecken variieren.

So können beliebige flexible Materialien zur Ausbildung des Riemens gewählt werden, wobei der gewünschte Auftrieb jeweils über die Dichte des Materials gewählt wird. Weiterhin besteht natürlich auch die Möglichkeit, den Riemen hohl auszubilden, so daß der Auftrieb vergrößert wird.

Besonders vorteilhaft ist es, die Oberfläche des Riemens, sofern er massiv ausgeführt ist, Vertiefungen einzubringen, die derart plaziert sind, daß sie bei

durch das Wasserbecken laufenden Riemen von unten nach oben führen, so daß sich beim Eintritt in das Wasserbecken dort Luftblasen festsetzen können.

Ebenso kann durch die Neigung der gesamten Einrichtung bzw. bestimmter Einzelkomponenten der Auftrieb beeinflußt werden. Wesentlich ist dabei, daß der durch das Wasserbecken laufende Riemen nicht parallel zur Wirkrichtung der Erdanziehung verläuft. Durch entsprechende Auswahl des Winkels zwischen Wirkrichtung der Erdanziehung und des Riemens kann der Auftrieb in gewünschter Weise eingestellt werden.

Vorteilhafterweise wird das Wasserbecken derart ausgebildet, daß die Höhe des Wasserbeckens möglichst dem
zwischen den Führungsrädern verlaufenden geraden Teil des Riemens entspricht, um einen optimalen Auftrieb zu gewährleisten. Soll dieser verändert werden, so kann dies auch über die Höhe des Wasserstandes im Wasserbecken realisiert werden.

Damit ist eine Einrichtung geschaffen, die eine weitgehend, von den örtlichen Gegebenheiten unabhängige Energieversorgung gewährleistet unter Ausnutzung der Auftriebskraft von Wasser.

Durch die kompakte Bauweise in einem Trägerrahmen läßt sich die Einrichtung beliebig mit weiteren Energieversorgungseinrichtungen koppeln und damit bedarfsgerecht einsetzen.

Der Tragrahmen ist vorteilhafterweise in seinen Abmessungen derart beschaffen, daß er einem Frachtcontainer entspricht. Dadurch läßt sich die Einrichtung mittels bereits zur Verfügung stehender Transporteinrichtungen an beliebige Einsatzorte verbringen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht

der erfindungsgemäßen Einrichtung, und

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht

des über Führungsräder das Wasserbecken durchlaufenden Riemens.

Die Einrichtung 100 weist einen Tragrahmen 10 auf, dessen Außenabmessungen kubisch sind. An dem die Standfläche bildenden Rahmenteil 11 ist einseitig ein Scharnier 12 vorgesehen, während auf der gegenüberliegenden Seite 13 ein Höhenstellmechanismus 14 vorgesehen ist, um die Neigung alpha des Tragrahmens einzustellen. Das Rahmenteil 11 ist bodenseitig mit Befestigungsvorrichtungen 15 versehen, um die Standsicherheit der Einrichtung sicherzustellen. An dem restlichen Tragrahmen ist über nicht weiter dargestellte Befestigungsvorrichtungen die eigentliche Energieerzeugungseinheit 16 fest-

gelegt. Diese Energieerzeugungseinheit 16 besteht aus zwei Führungsrädern 17,18, über die ein Riemen 19 derart gespannt ist, daß er annähernd parallel zu den Seitenteilen 20,21 des Tragrahmens 10 verläuft. Spannung erhält der Riemen 19 zusätzlich über ein Spannrad 22, das am Tragrahmen 10 angelenkt ist und mittels einer Feder 23 gegen den Riemen 19 im Bereich B gedrückt wird. Der gegenüberliegende Bereich A des Riemens 19 durchläuft zu einem möglichst großen Anteil ein mit Wasser gefülltes Wasserbecken 24, das bodenseitig 25 über eine Bodenöffnung 26 verfügt, die wiederum mit einer Dichtvorrichtung 27 versehen ist. Die Dichtvorrichtung 27 verhindert weitgehend, daß Wasser aus der Bodenöffnung 26 austritt. Um einen entsprechenden Neigungswinkel alpha zu erzielen, ohne daß Wasser aus dem Wasserbecken 24 ausläuft, ist das Wasserbecken 24 auf der Oberseite 28 mit einer Abdeckung 29 versehen, die einen deutlich größeren Durchmesser D aufweist als der Riemen 19 und gegenüber diesem nicht abgedichtet ist. Durch den Auftrieb des Riemens 19 im Bereich A wird die Drehung der Führungsräder 17,18 in Richtung X bewirkt, so daß der über eine nicht dargestellte Verbindung mit einem der Führungsräder 17,18 gekoppelte Generator angetrieben und damit elektrische Energie erzeugt wird, die über nicht dargestellte Leitungen abgeführt wird. Weiterhin ist auf der Oberseite 31 des Tragrahmens 10 ein Windrad 32 vorgesehen, das zum Transport in den Tragrahmen 10 eingeklappt werden kann und das über einen Freilauf und über eine ebenfalls nicht dargestellte Kraftübertragungseinrichtung mit einem der Führungsräder 17,18 verbunden ist.

Claims (15)

Ansprüche:

1. Einrichtung (100) zur Energieerzeugung, die ein Wasserbecken (24) aufweist, das von einem endlosen im Wasserauftrieb aufweisenden Treibglied durchlaufen wird, das zwischen zwei Führungsrädern (17,18) gespannt ist, wobei nur ein Treibgliedstrang das Wasserbecken (24) von einer unteren Öffnung, die eine Dichtvorrichtung (27) aufweist, zur Wasseroberfläche hin durchdringt und wobei an eines der Führungsräder (17,18) ein Generator (30) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,

daß das Treibglied einen konstanten Querschnitt aufweisender Riemen (19) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Riemen (19) Vertiefungen aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Riemen (19) hohl und abgedichtet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung (100) einen Tragrahmen (10) aufweist, der kubische Abmessungen aufweist und an dem die Einzelnen Komponenten der Einrichtung (100) befestigt sind.

5. Einrichtung nach einem

der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die untere Öffnung eine Bodenöffnung (26) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Dichtvorrichtung (27) aus einer im Innendurchmesser der Bodenöffnung (26) umlaufenden Gummilippe besteht, die einen geringeren Durchmesser aufweist als der Riemen (19).

7. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennz e ichnet,

daß die Dichtvorrichtung (27) aus einer einer Blende in Fotoobjektiven entsprechenden Anordnung besteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Riemen (19) und die Bodenöffnung (26) paßgenau aufeinander abgestimmt sind.

9. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß der die Standfläche des Tragrahmens (10) bildende Rahmenteil (11) einseitig mittels eines Scharnieres (12) am Resttragrahmen angelenkt ist, während auf der gegenüberliegenden Seite (13) des Rahmenteils (11) ein HöhenverStellmechanismus (14) vorgesehen ist, der den restlichen Rahmen einseitig anhebt.

10. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

daß an der zum Boden gewandten Seite des Rahmenteils (11) Befestigungsmittel zur Verankerung des Tragrahmens (10) im Boden vorgesehen sind.

11. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberseite des Wasserbeckens (24) eine Abdeckung aufweist, die im Bereich des Durchtritts des Riemens (19) einen größeren Durchmesser als dieser aufweist.

12. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennz e ichnet,

daß an einem der Führungsräder (17,18) ein Windrad (32) derart angekoppelt ist, daß die mechanische Drehbewegung des Windrades (32) in das entsprechende Führungsrad (17,18) übergeleitet wird.

13. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Windrad (32) in den Innenraum des Tragrahmens (10) einklappbar ist.

14. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 13,

daduch gekennzeichnet,

daß der Riemen (19) mittels eines Spannrades (22), das am Tragrahmen (10) angelenkt ist, gespannt wird.

13

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannrad (22) mittels einer Feder (23) ge gen den Riemen (19) gepreßt wird.