WO2020084326A1 - Antriebseinheit und verfahren zum betreiben der antriebseinheit - Google Patents

Antriebseinheit und verfahren zum betreiben der antriebseinheit Download PDF

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WO2020084326A1
WO2020084326A1 PCT/IB2018/058207 IB2018058207W WO2020084326A1 WO 2020084326 A1 WO2020084326 A1 WO 2020084326A1 IB 2018058207 W IB2018058207 W IB 2018058207W WO 2020084326 A1 WO2020084326 A1 WO 2020084326A1
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floating body
float
deformable
drive
deformable element
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Application number
PCT/IB2018/058207
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English (en)
French (fr)
Inventor
Majid Rahmanifar
Original Assignee
Majid Rahmanifar
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/02—Other machines or engines using hydrostatic thrust
    • F03B17/04—Alleged perpetua mobilia

Definitions

  • the present invention relates to the field of drive units that provide mechanical output power.
  • buoyancy which is equal to the sum of the water pressure on all (non-deformable) body surfaces. This can also be found in the documents CA 2437599 A1, US 4742242 A, WO 03/076798 A1, WO 2004/067952 A1 and US 3412482 A. From the document D1 (EP 2681 446 B1), a motor is also known which uses a hydrostatic force to generate a torque which results from a change in the center of gravity due to buoyancy of floating bodies of a rotating unit in a fluid.
  • the buoyancy of the floating bodies results in an upward movement of the floating bodies and drives them around an axis of rotation from a lower position to an upper position.
  • a drive element is driven by the upward movement.
  • the upward movement also presses air from upper segments of a deformable element into lower segments, thereby raising the center of gravity of the rotating units, which comprise the floating bodies and the deformable element, via an axis of rotation.
  • This increased center of gravity enables, when the floats are in their upper position, a rotation of the rotating unit back to its starting position, especially if in the meantime the buoyancy of the surrounding fluid through the segments of the deformable element or through a periodically changing fluid environment of the rotating units is temporarily canceled so that the motor known from D1 can be used successfully in tides and / or wave power plants for energy generation.
  • a disadvantage of the motor known from D1 is its limited dynamics and limited rotational speed, which at least when using segments of the deformable element, from the flow rate of the gaseous filling of the deformable element to the upper, fully inflated and fully expanded segment Entering into the initially folded lower compressed segments must be carried out in order to fully inflate and unfold these lower segments until the center of gravity of the float is completed and vice versa.
  • the object of the present invention is to improve the motor known from D1 to a drive unit, the dynamics of which is improved compared to the motor known from D1.
  • a drive unit which is designed to generate a torque using a hydrostatic force, wherein the
  • Torque arises due to a shift in the center of gravity of a rotating unit, and wherein the drive unit has a drive element and the rotating unit has a rigid, form-stable floating body.
  • the rotating unit is arranged in a liquid fluid so that the float, the relative density of which is lower than the relative density of the liquid fluid, is subjected in a lower position to a buoyancy force which causes the float to move upwards drives into an upper position and thereby drives the drive element ent.
  • the center of gravity of the rotating unit with the float is then in the upper position above the drive element. Shifting the center of gravity drives the rotating unit back to a starting position in which the float is in the lower position.
  • the rotating unit contains a deformable element with a gaseous one
  • the floating body and the deformable element are arranged in the liquid fluid, so that the floating body contains a first part of the deformable element that is above the
  • Floating body is arranged during the upward movement
  • the compression of the first part of the deformable element forces the gaseous filling medium into a second part of the deformable element, which is arranged under the floating body.
  • the drive unit is filled with the liquid fluid
  • Pressure housing arranged. I n the pressure housing are two
  • the pressure housing has an upper cover. There is a pressure build-up system with one on the top cover
  • Pressure pipe arranged.
  • the pressure pipe is partially filled with a fluid.
  • An inlet valve provided with a safety valve is arranged above the fluid level of the fluid.
  • a gaseous filling medium can be introduced into the pressure pipe via the inlet valve
  • the drive unit has the advantage over the motor according to D1 that far greater thrust forces act on the swimmers than just their own buoyancy forces.
  • the performance of the hydrostatic motor known from D1 essentially increases as a result, even if the effect and losses of the functionally required mechanisms, such as locking mechanism, fork mechanism and / or Tightening mechanism, which are explained in more detail below,
  • the improved GCS Gravity Conversion System
  • the improved GCS Gravity Conversion System of the improved engine according to the present invention enables dynamics of the drive unit according to the invention, which multiply the flow rate of the gas filling, which results from the pressure that the ascending floats mer on the gas filling of the upper Exercise segments of the deformable element.
  • the water column is at least ten times larger than the identical diameter of the rotating units, and the area of the side walls held by the fork mechanism is approximately a quarter of the total area of a deformable
  • Floating body is a dimensionally stable floating body, for example a dimensionally stable hollow body.
  • the density of the float is less than the density of the fluid.
  • the fluid can be a liquid.
  • any other fluid medium which has liquid-like properties and which is in particular able to generate a buoyancy force on the floating body can be used.
  • the rotary unit comprises a deformable element which has a filling medium, a floating body (for example the floating body described in previous embodiments) and the deformable element being arranged in the fluid, so that the floating body forms a first part of the deformable element during the Compressed upward movement, the first part being arranged above the floating body; and compressing the first portion of the deformable member
  • Filling medium pushes into a second part of the deformable element, the second part being arranged under the floating body. Consequently, the first part of the deformable element is compressed when the floating body is in the upper position.
  • the deformable element filled with the filling medium has a lower (or, in another embodiment, a higher) average density than the floating body.
  • the deformable element is an airbag.
  • the deformable element is a balloon, for example a balloon with 2 or more segments, which are generally referred to as wings in one embodiment. According to another disclosed herein
  • the segments are referred to as air chambers.
  • the deformable element provides a possibility of shifting the center of gravity during the upward movement of the floating body, in order to result in its upper position in a center of gravity of the rotating unit, which lies above the drive element.
  • the rotating unit is therefore subjected to an effective force which is downwards, i.e. acts against the buoyancy. For example, by locking the floating body with the rotating unit, the floating body together with the rotating unit can be driven back into the starting position due to the high center of gravity.
  • the floating body can be locked in the upper position with the deformable element and thereby results in a locked state of the rotating unit, the center of gravity of the rotating unit in its locked state with the floating body in the upper position being above the drive element and the center of gravity thereby the turntable drives into the starting position.
  • the floating body can be locked to the first part of the deformable element, the first part being compressed when the floating body is in the upper position.
  • the locking of the floating body with the deformable element is such that the outer shape of the deformable element is fixed. It is understood that the external shape of the deformable body cannot be fixed in an exact mathematical sense. Rather, the fixation of the outer shape can usually be achieved to the extent that the outer shape in the
  • the drive unit according to the invention can be a
  • Locking mechanism for locking the floating body with the deformable element with which the
  • At least one of the floating body and the deformable element is connected to the
  • Drive element coupled or couplable so as to exert a force on the drive element during the upward movement of the float.
  • the drive unit according to the invention has a coupling device which is adapted for coupling the floating body to the drive element during the upward movement of the floating body, in order thereby to
  • Floating bodies opposite to the upward movement can be brought into the lower position without driving the drive element against the drive direction.
  • the drive element is an output shaft caused by the upward movement of the Floating body is set into a rotational movement with a predetermined direction of rotation
  • the coupling device or the decoupling of the floating body from the drive element can drive the floating body into the starting position in the opposite direction to the predetermined direction of rotation.
  • the drive element is a rotatable element which has an axis of rotation; and the deformable member and the float are configured to rotate together about the axis of rotation while driving the rotating unit to the home position.
  • the first part of the deformable element is then arranged with respect to the floating body in such a way that the first part of the deformable element moves (again) upwards under the
  • the Float is arranged.
  • the first part of the deformable element can be arranged next to the floating body. Furthermore, the first part of the deformable
  • Rotary units can be arranged.
  • the coupling device can be designed to couple the deformable element to the drive element instead of to couple the floating body to the
  • the coupling device comprises coupling elements actuated by actuators, the actuators being controlled by a control device.
  • the coupling device is formed by at least one freewheel. Depending on the configuration, two or more freewheels may be required to ensure the functionality described here.
  • the drive unit according to the invention further includes a locking mechanism for locking the position of the floating body relative to the deformable element during the common rotation about the axis of rotation.
  • the locking mechanism may have a locking element (e.g., at least one protrusion) on one of the floating body and on the deformable element and one with the first
  • the joint member for the common rotation of the float and the deformable member can be engaged with a protrusion on the float as well as a protrusion on the deformable member to position the float relative to that
  • the engagement of the first and the second connecting element can, for example, by a mechanical device which is actuated by the movement of the floating body or the drive element, or by an actuator which is controlled by a control device.
  • the locking mechanism is also for unlocking the
  • Float and the deformable element configured to thereby enable an upward movement of the float. That is, after unlocking the float and the
  • the float can perform the upward movement to the upper position as described above and thereby drive the drive element.
  • the drive unit according to the invention contains two or more rotary units as described herein.
  • the drive unit according to one embodiment contains the The rotating unit described above as a first rotating unit and further comprises a second rotating unit configured like the rotating unit according to one of the embodiments described herein.
  • the second rotating unit is designed analogously to the first rotating unit.
  • the first rotating unit and the second rotating unit are configured for a common rotation about a common rotation axis.
  • the drive element of the first rotary unit and the drive element of the second rotary unit can be coaxial.
  • the second rotating unit is designed as a mirror image of the first rotating unit.
  • the two rotating units can be arranged next to one another, the floating body being in one each
  • Semicircle segment (segment that encompasses a semicircle) that is assigned to the respective rotating unit.
  • the rotating units can have common elements.
  • deformable elements can be formed in order to fix the floating bodies of two rotating units relative to one another, for example by rigidly connecting the floating bodies.
  • the first parts of the body in question are located between the floats
  • deformable elements are fixed relative to each other by two rotating units and the first parts are fixed relative to the floating body of the rotating unit concerned.
  • the two or more rotary units have one thing in common
  • Locking mechanism is provided with which the turntable can be spatially fixed.
  • This spatial fixation of the turntable allows an upward movement of the float, however, prevents the rotating unit from rotating due to a shift in the center of gravity. By unlocking this additional locking mechanism, the rotating unit can be rotated and can therefore be brought into the starting position.
  • the spatial fixation of the rotary unit is only released when the position of the float is locked (fixed) relative to the deformable element.
  • the drive element from the first rotary unit and the drive element from the second rotary unit are each coupled to a gear via a drive path, the gear being operable to control the movement of the drive element of the first rotary unit and the movement of the drive element of the second Combine rotating unit.
  • the drive element of the first rotary unit is coupled to the transmission via a drive train and the drive element of the second rotary unit is coupled to the drive via a second drive train
  • the transmission is a planetary gear
  • the first drive train being coupled to one of a sun gear, a planet carrier or a ring gear of the planetary gear
  • the second drive train being coupled to another of the sun gear, the planet carrier or the ring gear
  • one Output shaft of the planetary gear is coupled with the remaining one of the sun gear, the planet carrier and the ring gear.
  • the drive element is the first
  • Rotary unit formed by one of a sun gear, one
  • the drive element of the second rotary unit can be formed by another of the sun gear, the planet carrier or the ring gear, and an output shaft of the planetary gear is coupled to the remaining one of the sun gear, the planet carrier and the ring gear.
  • the transmission contains freewheels and / or clutch elements, the clutch elements being actuated in one embodiment by actuators in order to move the drive elements to a continuous movement of a
  • the density of the filling medium is less than the density of the fluid.
  • the filling medium is in one
  • Embodiment a gas, for example air.
  • the invention corresponds to one embodiment
  • a gravity conversion system (GCS) drive unit For example, the drive unit according to the invention forms a “multi-body system” consisting of the combination of a system and the fluid in which the system is immersed. According to one embodiment, the system generates its driving force from the buoyancy of two swims of the rotary element.
  • GCS gravity conversion system
  • the fluff body is volume-like and weight-balanced and cylindrical.
  • the floats are floated by the water due to an artificially produced biological entareness gradient.
  • Density gradient is used, apart from the fluff body of the system
  • Fluid came.
  • the gradient is substantiated by a much lower density of the fluff body than that of the fluid.
  • the Fluidkam m er offers adequate size and depth and their
  • Flaupe body under the fluid surface during the entire operation remains, ie. remains immersed in the fluid, the slope also persists.
  • the floats that serve as the drive elements of a GCS system are driven directly by the fluid - as the lighter component of a density gradient.
  • the gradient in the water caused by floating bodies is bi-elementary and not temperature-based. Due to the fact that the gradient is created artificially, repetition of the buoyancy of a GCS system must also be ensured through technical interventions.
  • This task comprises a problematic of complex problems and difficult requirements, which are broken down into individual components within the framework of the GCS concept and through the use of relevant principles as well as through specially developed constructions in
  • a float To obtain energy from the water buoyancy, a float must first be immersed in the water. This costs at least as much energy as can be achieved by buoyancy of the float.
  • the buoyancy of a float in the water depends on the density gradient (gradient principle, Archimedes). This is released by a floating body when it reaches the water surface. It follows :
  • buoyancy route of a float once immersed in the water must run completely below the surface of the water.
  • the function of the main body is to turn through 180 ° completely during each operating cycle.
  • the shape of a cylinder gave him the property
  • the factor sin (2a) is a coefficient of the torque work done by the buoyancy of a float.
  • an airbag divided into four chambers and two floats are used as the drive element of the system, which are mounted on the axis in opposite directions and have the shape of a quarter-cylinder.
  • the use of two swimmers is also an advantage in later development stages.
  • the counterweight ensures a balance of gravity, which puts the power-carrying part in limbo (similar
  • Float is created by something equivalent to float Volume element. So that the buoyancy of the float is not counteracted, the volume element must have the flexibility to be converted to adapt to the float buoyancy. Access to non-system technology to solve this task is not useful due to the energy consumption limits to be observed. The solution therefore had to be created within the existing design options in the water.
  • Airbag developed. In consideration of the possibilities offered by the existence of two swimmers, the airbag was constructed from four chambers with a deformable skin, each of the chambers having the same weight and almost the same volume as a swimmer. The division of the airbag into four chambers also has advantages in terms of the continuity of the airbag's functionality. The airbag is half filled with air.
  • volume element will face.
  • the main body of the system is created from the entirety of the airbag and the floats.
  • the floats are at the bottom at the start of operation and two chambers of the airbag are compressed between them. The other two chambers are spread out with air above the float. Due to the buoyancy of the floats, the upper chambers have to be compressed.
  • the chambers experience water forces as an independently movable segment of the main body.
  • the water pressure on the lower air chambers is three times greater than on the upper ones.
  • the upper surface of the upper air chamber is at a depth of almost zero and its base is at a depth of 0.5 m. Som it results in an average depth of 0.25 m.
  • the water depth for the lower chambers is 0.5 m on the upper surface and 1 m on the base, which corresponds to an average of 0.75 m. If the outer surface of the upper and lower chambers is identical, this pressure difference leads to hydropower on the lower
  • Chambers with 0.75gpA is three times as large as on the upper chambers with 0.25gpA.
  • g is the acceleration due to gravity
  • p the density
  • A the area in question. This difference in force prevents the air transfer from the upper to the lower chambers and thereby prevents the float from reaching the designed end position. The following measures are taken to avoid this problem:
  • the opposite sides (surfaces) of the lower chambers are held locked by the fork mechanism described below during the float buoyancy.
  • a second step is a complex one, especially for this purpose developed mechanism of solid and flexible elements, the flexible elements being attached to the edge of the chambers and moving partly through a fixed guide and thereby being able to assume rigidity, used for tightening the skin of the chambers below, the weight of which also depends on Frame is worn.
  • This mechanism keeps the outer surface of the chambers tight as long as they are in the lower position. The water pressure is then warded off at the outer surface of the chamber and transferred to the tightening mechanism.
  • Chambers that are 1.7 times larger than that of the affected area of the lower chambers create a considerable excess force on the side of the upper chambers, which pushes the air into the lower air chambers.
  • the effort required for the air transfer is therefore covered by the water forces acting on the chambers themselves.
  • both swimmers are at the top. There are two compressed air chambers between them. In the lower half of the
  • the main body contains two air chambers filled with air.
  • the chambers at the top will have changed their position with the ones at the bottom. However, this does not interfere with the function of the airbag, since the change of position also results in a change of function between the chambers. The result is that the chambers in the next cycle fulfill the function of the other chambers that they have replaced. The structure of the airbag explains why this is possible.
  • the airbag is homogeneous and symmetrical.
  • the airbag is homogeneous and symmetrical.
  • the upper and lower chambers can alternately perform the same function in successive rotation cycles.
  • the main body results from a combination of four air chambers and two floats.
  • the mass of a swimmer may be as
  • the main body threatens to tip over as soon as the focus in his the upper half. This is done by crossing the horizontal center line of the main body through the float, i.e. after half the buoyancy distance and thus clearly before the float has reached its end position. In one embodiment, however, the system concept could only work if the floats were floated up to their end position. This has two goals:
  • Gabelmechanism us was designed to hold the main body locked until the buoyancy of the float ended and thereby keep it stable.
  • the fork mechanism ensures that this
  • the concept of the fork mechanism has included the function of prematurely accessing the lower half of the main body, which is in the course of the rotation on the way up, in order to access to stop the main body exactly at 180 ° rotation.
  • the concept of the locking mechanism is such that it also disintegrates when the main body is rotated exactly 180 °. Dam it are them
  • the method comprising: spatial fixation of the
  • Rotary unit in the starting position in a fluid within a pressurizable housing; Applying a gas pressure to the liquid fluid via an inlet valve above a fluid level in a pressure attachment of the pressurizable pressure housing; Subsequently Release the float in the lower position to the
  • the method includes providing control signals to actuators around those described herein
  • Actions for example the spatial fixing of the rotating unit, the release of the floating body, the release of the rotating unit, the fixing of the floating body with respect to the fixing unit; etc. to effect.
  • a computer program for providing a physical object, namely a control signal, the computer program being adapted to, when executed by a processor device, the method according to the second aspect or one
  • An example is a feature that relates to a method that can be combined with a feature that relates to a device.
  • reference to a computer program is intended to be equivalent to a reference to a computer program
  • Program m element and / or a computer-readable medium the instructions for controlling a computer system or one
  • the computer program may be implemented as a computer readable instruction code using any suitable one
  • the instruction code is executable to program a computer or any other programmable device to perform the desired functions as described herein.
  • the computer program can run on one
  • FIG. 1 is a perspective view of a housing according to an embodiment of the subject matter of the present invention disclosed herein;
  • FIG. 2 shows an end view of a deformable element according to an embodiment of the subject matter disclosed herein;
  • FIG. 3 shows the deformable element from FIG. 2, which is half filled with a filling medium
  • FIG. 4 shows two floats according to one embodiment of the subject matter disclosed herein;
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the compressible element in the configuration from FIG. 3 together with the two floating bodies, as shown in FIG. 4, in a motor or a drive unit according to one embodiment of the subject matter disclosed herein;
  • FIG. 6 shows a partial view of the motor from FIG. 5 according to one
  • FIG. 7 shows the deformable element in an initial position of the rotating unit according to an embodiment of the one disclosed herein
  • FIG. 8 shows the motor and in particular the deformable element in the state shown in FIG. 7 together with two
  • FIG. 9 shows the motor from FIG. 8 in a state in which the floating bodies are in their upper position
  • FIG. 10 shows the motor from FIG. 8 after the starting position has been taken up again
  • FIG. 1 1 shows a part of the motor from FIG. 5 according to an embodiment of the object disclosed herein.
  • the drive unit is based on the use of a hydrostatic force to generate a torque resulting from a shift in the center of gravity of a rotating unit.
  • the drive unit contains a drive element and a rotary unit, the rotary unit according to one embodiment having a deformable element.
  • a common deformable element can be provided for two or more rotating units.
  • FIG. 1 is a perspective view of a housing 170 according to an embodiment of the subject matter of the present invention disclosed herein.
  • a drive unit 122A based on a known motor 122, as is explained in more detail in the following FIGS. 2 to 11 and is known from the document D1.
  • a shaft end of an output shaft 130 protrudes from the end of the housing 170, to which, for example, an electric generator can be coupled for energy generation.
  • the drive unit is in the pressure housing 170 from a pressurized liquid fluid.
  • the pressure housing 170 has an upper cover.
  • a pressure build-up system 171 is arranged on the upper cover and contains a pressure tube 172 which is partially filled with a fluid, above a fluid level in the pressure tube 172 an inlet valve provided with a safety valve 1 73 is arranged, via which a gaseous filling medium can be introduced into the pressure pipe 172 in order to produce a pressure head corresponding to a predetermined water column in the pressure housing 170.
  • the deformable element 100 consists of a cylinder-shaped balloon, the balloon being able to have two or more wings. As shown in FIG. 2, the balloon 100 has four segments 102a, 102b, 102c, 102d, which have a circular cross-section and are connected to one another in terms of flow via a central region 104, so that a filling medium 103, for example air, can flow from each of the segments 102a-102d via the central region 104 into another of the segments.
  • the central region 104 also has a through hole 105 through which a drive element of the drive unit (not shown in FIG.
  • the four segments or wings 102a, 102b, 102c, 102d thereby form a closed cylinder body, an axis 106 of the cylinder body extending perpendicular to the plane of the drawing and defining an axial direction.
  • the deformable element 100 includes a support device that defines the deformability of the deformable element.
  • the deformable element is deformable in the circumferential direction 113, but its dimensions are fixed in the radial direction with respect to the axis 106.
  • the support device can, for example, frame bars have, which in one embodiment keep the side walls 108 stretched while allowing movement of the side walls 108 relative to each other.
  • the frame rods extend in the radial direction with respect to the axis 106. I n Fig. 2, the frame rods are generally designated 1 12.
  • the frame rods 1 12 are arranged only in the area of the side walls 108. According to other embodiments, further frame rods can also be provided, which are arranged between the side walls 108 and extend in the radial direction (not shown).
  • the frame rods 1 12 ensure that the side walls 108 retain their shape.
  • an outer wall 1 14, which extends in the circumferential direction 1 13, is kept in shape by each segment.
  • the further frame openings, not shown, between the side walls 108 can be designed in accordance with one embodiment in order to ensure the shape stability of a segment 102a, 102b, 102c, 102d, and in particular the shape stability of the side wall 114 or an end wall to increase.
  • the side walls 108 and the outer wall 114, as well as the end wall of the deformable element not shown in FIG. 2, are made from a flexible, that is to say bendable, material, for example one Foil.
  • the film is only slightly or not elastic in a film plane, but can only be bent transversely to the film plane without elastically deforming the film.
  • the film can be a fiber reinforced or a fabric reinforced film.
  • the deformable element 100 in the form of the four-segment balloon is completely filled with air in order to explain the configuration of the deformable member 100 to facilitate.
  • the deformable element is only partially filled with a filling medium 103.
  • the deformable element 100 is half-filled with a filling medium 103 such as air.
  • FIG. 3 shows the deformable element 100 from FIG. 2, which is half-filled with air as the filling medium 103.
  • This allows a configuration of the deformable element 100, in which the two upper segments 102a and 102d in FIG. 3 are completely filled with the filling medium 103, while the two lower segments 102b, 102c are completely emptied.
  • the configuration of the deformable element 100 shown in FIG. 3 can be achieved by compressing the lower segments 102b, 102c, the air content of which flows into the upper segments 102a, 102d, so that the upper segments 102a, 102d expand to the full volume .
  • the reverse configuration is also possible.
  • the deformable element is a balloon.
  • the segments can be referred to as air balloon wings.
  • the segments 102a, 102b, 102c, 102d of the deformable element 100 are supported and guided by the frame rods 112, which in one embodiment extend along radial edges of the segments.
  • PKLBF 4000 kg / m 3 .
  • a compressed air balloon wing has a density that is higher than the density of water (approx. 1000 kg / m 3 ).
  • an air-filled segment 102a, 102b, 102c, 102d FLBF
  • PFLBF 23 kg / m 3
  • a rotating unit contains a floating body next to the deformable element 100.
  • the floating bodies 116 are dimensionally stable floating bodies.
  • the float 116 can be made of a rigid material, such as plastic or metal.
  • the floating bodies 116 can be made from plexiglass.
  • each floating body 116 is dimensioned so that it can be positioned between an upper segment 102a, 102d and a lower segment 102b, 102c of the deformable element 100.
  • the floating body 116 can have a circular segment-shaped cross section.
  • the cross section of the float 116 has approximately the shape of a quarter circle in FIG. 4, this is only exemplary and the angular range between a first side wall 118a and a second side wall 118b of the
  • Float 116 is different from 90 °.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the compressible element 100 in the configuration from FIG. 3 together with that of the floating bodies 116, as shown in FIG. 4, in a motor 122 according to an embodiment of the object disclosed herein.
  • 5 now shows the compressible element 100 in the configuration from FIG. 3 together with the two floating bodies 116, as shown in FIG. 4, in a motor 122 in accordance with embodiments of the object disclosed herein.
  • the angular range over which the floating body 116 extends and the angular range over which the two segments (102a, 102b; or 102c, 102d) of the deformable element 100 arranged next to the floating body extend to 180 degrees as shown in Fig.5.
  • two segments 102a and 102b or 102c and 102d of the deformable element 100 together with the floating body 116 arranged therebetween form a rotating unit 120a, 120b or at least a part thereof.
  • two or more rotating units share a common deformable element, as shown in FIG. 5.
  • Each rotating unit 120a, 120b is assigned a drive element, shown in FIG. 5 by a shaft unit 124 which carries the deformable element 100 and the floating bodies 106.
  • the shaft device 124 can be supported in any suitable manner.
  • the storage of the shaft device 124 is shown as an example in FIG. 5 at 126.
  • the floating bodies which can be configured as rigid body walls, have an average density of 106 kg / m 3 .
  • the segments of the deformable element are arranged in the circumferential direction 113 at a distance from the flute bodies 116. Consequently, according to one embodiment, open gaps remain between the deformable element 100 and the floating bodies 116.
  • spacing elements such as projections or connecting elements, can be provided on the floating bodies 116 and / or on the deformable element, for example, the minimum distance between the floating body 116 and the deformable limit bar element, be arranged.
  • the opposite side walls 1 18a, 1 18b of the floating body 1 16 and the side walls 1 18a, 1 18b opposite side walls 1 12 of the deformable element 100 are fixed to one another, for example by connecting elements not shown.
  • the floating body and the deformable element are not fixed to one another, but are merely arranged adjacent to one another in order to exert forces corresponding to the respective operating state on the operation of the engine described herein.
  • the deformable element 100 has in its central region 104 the through hole 105 shown in FIG. 2, through which the shaft device 124 extends.
  • the frame rods 1 12 of the deformable element 1 00 are coupled to rings rotatably mounted on the shaft device 124.
  • the coupling of the frame rods 1 12 to the rings is such that the frame rods 1 12 can incline in the circumferential direction with respect to the rings in order to compress the segment 102a, 1 02b, 102c,
  • each floating body 1 16 is coupled to its associated drive element by means of a coupling device. That is, according to one embodiment, the force is transmitted to the drive element by the floating body 1 16. According to another embodiment, the floating body 1 16 is freely rotatably mounted and the force is transmitted to the drive element of the rotating unit by the deformable element or the frame rods of the deformable element.
  • the shaft device 124 must have two separate shafts in order to couple the drive elements of the two rotary units 102a, 120b to the transmission.
  • the shaft device in one embodiment contains two coaxially guided shafts.
  • the gear 128 has an output shaft 130 on which the force or energy generated by the motor 122 is available, for example in order to drive a generator.
  • motor 122 may be used to drive a generator and thereby generate electrical energy.
  • FIG. 6 shows a partial view of motor 122 from FIG. 5 in accordance with embodiments of the subject matter disclosed herein.
  • the motor includes a first locking mechanism 135 for locking the position of the float body 16 relative to the deformable element 100.
  • the first locking mechanism can be used 135 have a first locking element 136 on each floating body 116, which can be brought into engagement with a second locking element 138 to determine the position of the two
  • Floating body 1 16 to fix relative to each other. Since the compressed segments (segments 102b, 10c in the state of the motor 122 shown in FIG. 6) are located between the floating bodies 116, the two floating bodies are fixed relative to one another by fixing the two floating bodies the compressed segments 102b, 102c arranged between the floating bodies 116 are also fixed relative to one another (and also relative to the floating bodies 116). According to one embodiment, the position of the floating body is lockable relative to the deformable element both when the first part (segment 102a, 102d) is compressed and when the second part (segment 102b, 102c) of the floating body is compressed. For this purpose, for example, two first locking mechanisms 135 can be provided (as shown in FIG. 9), of which only one is shown in FIG. 9 to simplify the illustration.
  • the first locking mechanism 135 can be a bistable mechanism that can assume two stable states.
  • the first locking mechanism 135 can be designed to be locked by a first actuation and to be unlocked by a second actuation after transferring the rotary unit into the starting position.
  • the unfolded segments 102a, 102d are also fixed when the compressed segments 102b, 102c are fixed.
  • a further locking mechanism can be provided for fixing the unfolded segments 102a, 102d to one another.
  • This further locking mechanism can be designed analogously to the first locking mechanism.
  • the first locking mechanism and the further locking mechanism are part of the rotary element 120a, 120b and are movable together with the rotary element (eg, according to exemplary embodiments shown in the drawings, rotatable about the axis 106).
  • the first locking element 136 can each consist of a projection and the second locking element 138 consist of a fork which engages around the projections 136 and thereby fixed relative to each other.
  • a first drive cycle of the motor 122 is described below with reference to FIGS. 7 to 10.
  • Motor 122 is entirely in a fluid, e.g. Water, submerged. That is, according to one embodiment, the motor 122 is located below a fluid surface 132 of a fluid 134.
  • a fluid e.g. Water
  • FIG. 7 shows the deformable element 100 in a starting position of the rotating unit according to embodiments of the object disclosed herein, the floating bodies 116 being not shown in FIG. 7 for reasons of clarity.
  • the first drive cycle begins with an unlocking of the float body 16 and the deformable element, for example by pulling back the second locking element 138 from the projections 136 (see FIG. 6, not shown in FIG. 7), thereby the floating body and the lower segments 102b, 102c are released.
  • the release of the floating body 116 or the deformable element 100 allows the lower segments 102b, 102c to unfold, i.e. filling the lower segments with air.
  • the configuration of the motor 122 causes the water buoyancy acting on the upper segments 102a, 102b to become torque on the sides of the lower segments 102b, 102c. This torque leads to the compression of the upper segments 102a, 102d and forces the filling medium 103 out of them into the lower segments 102b, 102c.
  • a buoyancy force acts on the lower side walls 108a, 108b of the upper segments 102a, 102d of the deformable egg m ents 100. This leads to an upward movement of the lower side walls 108a, 108b, the upward movement being indicated in FIG. 7 by the arrows 140.
  • the water pressure that acts on the lower sidewalls 108a, 108b is indicated at 142.
  • the upward movement of the lower side walls 108a, 108b causes the air from the upper segments 102a, 10d to be pressed into the lower segments 102b, 102c.
  • the resulting air flow is indicated at 144.
  • FIG. 8 shows the motor 122 and in particular the deformable element 100 in the state shown in FIG. 7 together with the two floating bodies 116, which are arranged between the upper segments 102a, 102d and the lower segments 102b, 102c are.
  • a second locking mechanism 153 can be provided according to a further embodiment, with which a pair of opposing side walls 108c, 108d of two different segments 102a, 102d are stationary are fixable. In this way, the deformable element 100 is spatially fixable, while the
  • a single second locking mechanism 153 is provided. This is sufficient in each case in the motor 122 exemplarily shown in FIG. 7, since the other two opposite sides 108e, 1 08f are configured by the configuration of the rotating unit (degree of filling of the deformable element and the shape adapted to the deformable element the swimming body) are also fixed.
  • the motor 122 can, however, also have a further, second locking mechanism for spatially fixing a further pair of opposing side walls, for example for spatially fixing the side walls 108e, 1 08f.
  • the first locking mechanism us 153 prevents undesired rotation of the entire rotating unit during the upward movement of the floating bodies 116 in the upper position.
  • the second locking mechanism 153 comprises, as the first locking element, a projection 154 which is connected to the relevant side wall 108c, 108d to be locked.
  • the second locking mechanism 153 includes the second locking element 156, for example in the form of a fork, which can be brought into an advanced position in which the second locking element 156 engages around the first locking elements 154 on the side walls and thereby fixes them spatially.
  • the second locking element 156 can be brought into a retracted position in which the second locking element 156 is disengaged from the first locking elements 154.
  • the first, locking position and the second, releasing position can be locked by an actuator 158, which can be controlled by a control device 160 by means of a corresponding control signal 162.
  • a sensor device 161 is provided which supplies a sensor signal 163 to the control device 160.
  • the control device 160 is designed in accordance with one embodiment to generate a control signal (for example the control signal 162) in response to the sensor signal 163 for at least one actuator of the motor.
  • the first locking elements 136 of the first locking mechanism (see FIG. 6) and the first locking elements 154 of the second locking mechanism 153 can both be arranged in a radially outer circumferential region and in the axial direction against one another be offset so that independent actuation of the first locking mechanism and the second locking mechanism is possible.
  • a locking mechanism for example the first locking mechanism 135, by means of which the two floating bodies can be fixed to one another, can be arranged on an end face of the floating bodies 116, as shown in FIG.
  • the corresponding locking mechanisms 135, 153 can be actuated by controlled actuators.
  • the locking mechanisms are operated purely mechanically and are controlled by the movement of one or more elements of the rotary unit and / or by the movement of the drive element of the relevant rotary unit.
  • the floating bodies 116 are also subjected to a buoyancy force which, due to the coupling of the relevant floating body 116 with its drive element (not shown in FIG. 8), leads to a rotational movement 146 of the floating body 116 according to one embodiment.
  • the rotary movement 146 ultimately leads to an upward movement of the
  • FIG. 9 consequently shows the motor 122 in a state in which the floating body or the floating bodies 116 are in an upper position, the upper segments 102a, 102d are compressed and the lower segments 102b, 102c are filled with the filling medium 103 .
  • the lower segments 102b, 102c are expanded as follows: the inflowing air from the air flow 144 from the upper segments 102a, 102d causes the lower segments 102b, 102c to expand increasingly and become lum ina exposed to water pressure.
  • a locking device can be provided which prevents the already expanded segment from being compressed again against the direction of expansion by the water pressure.
  • Such a locking device can be implemented, for example, by means of a toothed rack 150 and a locking pawl 152, the locking pawl being pretensioned in the direction of the toothed rack 150 and in this way being engaged with it.
  • the pawl slides over locking lugs of the rack 150, but prevents movement in the opposite direction by appropriate shaping of the locking pawl and the locking lugs on the rack 150.
  • the locking device 150 can be implemented in any other way, for example by means of a freewheel or by means of an actuator, which engages and damages a sensor signal which indicates movement against expansion of the lower segments 102b, 102c it prevents such a counter movement.
  • the upper segments 102a, 102d can also have such a locking device which is activated in order to exert the locking effect described and to prevent an undesired counter-movement.
  • the blocking device can be deactivated in order not to exert the blocking effect described and to permit the counter movement.
  • the counter movement is required, for example, when compressing segments, for example when compressing the upper segments.
  • the locking device can be activated / deactivated, for example, purely mechanically or by controlled actuators.
  • the blocking device 150, 152 prevents the water pressure acting on the lower segments 102b, 102c from acting as a counterpressure against the air flow from the upper segments 102a, 1 02d. As long as they are in the lower position, the lower segments become Pass 102b, 102c the water pressure rather as torque to the float 116. Because the volume sum of the segments 102a, 102b, 102c, 102d remains unchanged, the water pressure valid for their sum and thus also the sum of the torques resulting therefrom also remains constant in the end result. By keeping the surface of the respective segments below taut by the locking device 150, 152, the system can gain additional power. If the skin of the segments below is kept tight, the segments below behave like swimmers. You will then no longer be deformable.
  • the sum of the torques acting on the floating bodies 116 i.e. torque on the floating bodies 116 and torque on the lower side walls 108a, 108b of the upper segments 102a, 102d (see Fig. 7)) is via the coupling device, which the
  • Floats 116 couples to the associated drive element, forwarded to the relevant drive element. As shown in FIG. 5, these torques on the drive elements can be supplied to the transmission 128 via the shaft device 124, in order to combine the torques supplied by the rotary units 120a, 120b and provide an output torque on the output shaft 130 (see FIG. 5 ).
  • each float 116 is in relation to the deformable element 100 fixed, for example by the first locking mechanism 135 described with reference to FIG. 6, for example by the locking elements 136, 138.
  • the second locking mechanism 153 holds the opposite side walls 108c, 108d of the upper segments 102a, 102d and, as described above, indirectly configures the opposite side walls 108f, 108e of the lower segments 102b through the configuration of the rotating unit 120a, 120b , 102c locked until the two floating bodies 116 have reached their upper position (FIG. 9).
  • the first locking mechanism 135 is actuated to lock the float 116 together, thereby locking the position of the float 116 relative to its adjacent deformable element, e.g. relative to its adjacent segment of deformable element 100.
  • the second locking mechanism 153 is brought into its releasing position in order to release the first locking elements 154.
  • the center of gravity of the two rotary units 120a, 120b lies above the drive elements and above the axis 106.
  • the rotary units locked by the first locking device move downward together with the floats 116, for example in a left rotation 164, as shown in FIG .9 specified.
  • the rotational movement can also take place in the opposite direction, opposite to the left rotation 164.
  • the second locking mechanism 153 for example the second locking element 156 when the side walls 108c, 108d are released exerts a torque on the rotating units 120a, 120b, which leads to a rotation of the rotating units 120a, 120b, as indicated in FIG. 9 by the arrows 164.
  • the entirety of the floating bodies 116 and the segments 102a, 102b, 102c, 102d is referred to as the fluff body.
  • rotation 164 can also be referred to as a rotation of the fluff body, with this rotation the elements of the fluff body, in particular the floating bodies 116 and the segments 102a, 102b, 102c, 102d, being locked against one another, so that their relative positions within the fluff body remain unchanged.
  • FIG. 10 shows the motor from FIG. 8 after the starting position has been taken up again.
  • This position is referred to herein as the home position because it provides the home position for upward pivotal movement of the floats 116 and compression of the upper segments (now, in Fig. 10) 102b, 102c.
  • the second locking devices 1 53 are brought back into their advanced position, that is to say into their locking position, around the one opposite the other Side walls 108e, 108f and 108c, 108d spatially fixed.
  • the second locking devices engage on the segments 102b rotating upwards,
  • Fig. 1 1 shows part of the motor 122 from FIG. 5 according to
  • FIG. 1 shows a coupling device 166a, 1 66b, which is adapted for coupling the floating body 1 16 with the respective drive element 1 68a,
  • Drive elements 168a, 168b form in one embodiment
  • the coupling devices 166a, 166b are, for example, couplings which are actuated by actuators (not shown). According to one embodiment, the
  • Coupling devices 166a, 166b part of a transmission, which is shown schematically in Fig. 5 and designated 128. According to one
  • Rotary units can be arranged, for example in the through hole 105.
  • the drive elements 168a, 168b can be parts of the planetary gear.
  • the coupling devices 166a, 166b are further adapted to decouple the floating body 116 from the drive element while driving the rotary unit into the starting position. This decoupling can take place, for example, by opening the couplings. According to another embodiment, others can
  • Coupling devices can be used to provide the functions described herein.
  • any entity eg, component, unit, mechanism, or device
  • the subject matter disclosed herein can be implemented in various ways and with different granularities at the device level or at the control module level while still providing the desired functionality described herein. finished.
  • a separate entity may be provided for each function disclosed herein.
  • an entity may be provided that provides two or more of the functions disclosed herein.
  • the control device contains a processor device with at least one processor for executing at least one computer program which corresponds to a corresponding software module.

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Abstract

Offenbart wird eine Antriebseinheit (122A), welche meine hydrostatische Kraft verwendet zur Erzeugung eines aufgrund einer Verlagerung des Schwerpunkts einer Dreheinheit (120a, 120b) sich ergebenden Drehmoments, wobei die Antriebseinheit (122A) in einem druckbeaufschlagten Fluid innerhalb eines Druckgehäuses (170) angeordnet ist. Das Druckgehäuse (170) weist einen oberen Deckel auf. Auf dem oberen Deckel ist ein Druckaufbausystem (171) mit einem Druckrohr (172) angeordnet. Das Druckrohr (172) ist teilweise mit einem Fluid befüllt. Oberhalb des Fluidspiegels des Fluids ist ein mit einem Sicherheitsventil (173) versehenes Einlassventil angeordnet. Über das Einlassventil ist ein gasförmiges Füllmedium in das Druckrohr (172) einführbar, um eine Druckhöhe, entsprechend einer vorbestimmten Wassersäule im Druckgehäuse (170) herzustellen.

Description

Antriebseinheit und Verfahren zum Betreiben der Antriebseinheit
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Antriebseinheiten, welche eine mechanische Ausgangsleistung bereitstellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, dass in Flüssigkeiten eingetauchte Körper einer
Auftriebskraft unterliegen, die gleich der Summe des Wasserdrucks auf alle (nicht verformbaren) Körperflächen ist. Dies ist den Druckschriften CA 2437599 A1 , US 4742242 A, WO 03/076798 A1 , WO 2004/067952 A1 und US 3412482 A ebenso zu entnehmen. Aus der Druckschrift D1 (EP 2681 446 B1 ) ist darüber hinaus ein Motor bekannt, welcher eine hydrostatische Kraft zur Erzeugung eines Drehmoments verwendet, das sich aufgrund einer Verlagerung des Schwerpunkts durch Auftrieb von Schwimmkörpern einer Dreheinheit in einem Fluid ergibt.
Die Auftriebskraft der Schwimmkörper resultiert in einer Aufwärtsbe wegung der Schwimmkörper und treibt diese um eine Rotationsachse von einer unteren Position in eine obere Position. Durch die Aufwärtsbewe gung wird ein Antriebselement angetrieben. Durch die Aufwärtsbewegung wird ferner Luft aus oberen Segmenten eines deformierbaren Elementes in untere Segmente gepresst und dadurch der Schwerpunkt der Dreh einheiten, welche die Schwimmkörper und das deformierbare Element umfassen, über eine Drehachse angehoben. Diese erhöhte Schwerpunkt lage ermöglicht, wenn die Schwimmkörper in ihrer oberen Position ange langt sind, eine Rotation der Dreheinheit zurück in ihre Ausgangsposition, zumal wenn zwischenzeitlich die Auftriebswirkung des umgebenden Fluids durch die Segmente des deformierbaren Elementes oder durch eine periodisch wechselnde Fluidumgebung der Dreheinheiten zeitweise auf gehoben wird, so dass der aus D1 bekannte Motor in Gezeiten und/oder Wellenkraftwerken erfolgreich zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann.
Ein Nachteil des aus D1 bekannten Motors ist seine begrenzte Dynam ik und begrenzte Rotationsgeschwindigkeit, die zum indest beim Einsatz von Segmenten des deform ierbaren Elem ents von der Ström ungsgeschwin digkeit der gasförm igen Füllung des deform ierbaren Elements aus zu nächst den oberen vollaufgeblasenen und vollentfalteten Segm enten in die zunächst unteren zusam m engefalteten kom prim ierten Segmente erfolgen m uss, um diese unteren Segmente voll aufzublasen und voll zuentfalten, bis die Schwerpunktverlagerung der Schwim m körper abgeschlossen ist und um gekehrt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den aus D1 bekannten Motor zu einer Antriebseinheit zu verbessern, deren Dynam ik gegenüber dem aus D1 bekannten Motor verbessert ist.
Diese Aufgabe wird m it dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den von den unabhängigen Ansprüchen abhängigen Ansprüchen.
Gem äß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Antriebseinheit geschaffen, welche ausgebildet ist, um unter Verwendung einer hydrostatischen Kraft ein Drehm oment zu erzeugen, wobei das
Drehmom ent sich aufgrund einer Verlagerung des Schwerpunkts einer Dreheinheit ergibt, und wobei die Antriebseinheit ein Antriebselement, und die Dreheinheit einen starren form stabilen Schwim m körper aufweist. Die Dreheinheit ist in einem flüssigen Fluid angeordnet, so dass der Schwim m körper, dessen relative Dichte geringer als die relative Dichte des flüssigen Fluids ist, in einer unteren Position einer Auftriebskraft unterworfen ist, welche den Schwim m körper in einer Aufwärtsbewegung in eine obere Position treibt und dadurch das Antriebselem ent antreibt. Der Schwerpunkt der Dreheinheit m it dem Schwim m körper liegt dann in der oberen Position über dem Antriebselement. Die Verlagerung des Schwerpunktes treibt die Dreheinheit zurück in eine Ausgangsposition, in welcher der Schwim m körper in der unteren Position ist. Dazu enthält die Dreheinheit ein deform ierbares Element m it einem gasförm igen
Füllm edium . Dabei sind der Schwim m körper und das deform ierbare Element in dem flüssigen Fluid angeordnet, so dass der Schwim m körper einen ersten Teil des deform ierbaren Elem ents, der über dem
Schwim m körper angeordnet ist während der Aufwärtsbewegung
kom prim iert. Das Komprim ieren des ersten Teils des deform ierbaren Elements drängt das gasförm ige Füllmedium in einen zweiten Teil des deform ierbaren Elem ents, der unter dem Schwim m körper angeordnet ist.
Die Antriebseinheit ist in einer verbesserten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem m it dem flüssigen Fluid befüllten
Druckgehäuse angeordnet. I n dem Druckgehäuse sind zwei
Dreheinheiten angeordnet. Das Druckgehäuse weist einen oberen Deckel auf. Auf dem oberen Deckel ist ein Druckaufbausystem m it einem
Druckrohr angeordnet. Das Druckrohr ist teilweise m it einem Fluid befüllt. Oberhalb des Fluidspiegels des Fluids ist ein m it einem Sicherheitsventil versehenes Einlassventil angeordnet. Über das Einlassventil ist ein gasförm iges Füllmedium in das Druckrohr einführbar, um eine
Druckhöhe, entsprechend einer vorbestim mten Wassersäule im
Druckgehäuse herzustellen.
Diese in einem unter Druck stehenden Gehäuse angeordnete
Antriebseinheit hat gegenüber dem Motor gemäß D1 den Vorteil, dass weitaus größere Schubkräfte auf die Schwimmer wirken als nur deren eigene Auftriebskräfte. Die Leistung des aus D1 bekannten hydrostatischen Motors erhöht sich dadurch im wesentlichen Maße, auch wenn m an dabei die Wirkung und Verluste der funktionell erforderlichen Mechanismen, wie Verriegelungsm echanism us, Gabelm echanism us und/oder Stram mziehmechanism us, die unten näher erläutert werden,
berücksichtigt. Das verbesserte GCS (Gravity Conversion System) des verbesserten Motors gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Dynam ik der erfindungsgem äßen Antriebseinheit, die eine Vervielfachung der Ström ungsgeschwindigkeit der Gasfüllung, die sich aus dem Druck ergibt, den die aufsteigenden Schwim mer auf die Gasfüllung der oberen Segmente des deform ierbaren Elem entes ausüben.
I n einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wassersäule m indesten zehnmal größer als der identische Durchmesser der Dreheinheiten, und die Fläche der durch den Gabelmechanism us festgehaltenen Seitenwände beträgt etwa ein Viertel der Gesamtfläche eines deform ierbaren
Segmentes. Diese Größenverhältnisse ermöglichen eine deutliche
Verbesserung der Dynam ik der erfindungsgem äßen Antriebseinheit gegenüber dem aus D1 bekannten Motor.
I n einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Druckgefälle zu Gunsten der oberen Segm ente vorhanden, das eine verstärkte Ström ung deren Gasfüllung in die unteren Segmente bewirkt, wobei die Ström ung einem künstlich erzeugten Wind entspricht, durch dessen Kraft sich die unteren Segmente ausdehnen und dabei die Schwim mer nach oben drücken, währenddessen sich die oberen Segmente kom prim ieren. Die Rotationsgeschwindigkeit um die gemeinsame Rotationsachse der Schwim m körper und der deform ierbaren Segm ente wird in vorteilhafter Weise in der erfindungsgem äßen Antriebseinheit gegenüber dem aus D1 bekannten Motor erhöht.
Gem äß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das
Antriebselem ent eine Abtriebswelle der erfindungsgem äßen
Antriebseinheit. Gem äß einer weiteren Ausführungsform ist der
Schwim m körper ein formstabiler Schwim m körper, beispielsweise ein formstabiler Hohlkörper. Gem äß einer Ausführungsform ist die Dichte des Schwim m körpers geringer als die Dichte des Fluids. Das Fluid kann zum Beispiel eine Flüssigkeit sein. Ferner kann jedes andere fluide Medium, welches flüssigkeitsähnliche Eigenschaften aufweist und welches insbesondere in der Lage ist, eine Auftriebskraft auf den Schwimmkörper zu erzeugen, verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Dreheinheit ein deformierbares Element, welches ein Füllmedium aufweist, wobei ein Schwimmkörper (beispielsweise der in vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Schwimmkörper) und das deformierbare Element in dem Fluid angeordnet sind, so dass der Schwimmkörper einen ersten Teil des deformierbaren Elements während der Aufwärtsbewegung komprimiert, wobei der erste Teil über dem Schwimmkörper angeordnet ist; und das Komprimieren des ersten Teils des deformierbaren Elementes das
Füllmedium in einen zweiten Teil des deformierbaren Elementes drängt, wobei der zweite Teil unter dem Schwimmkörper angeordnet ist. Folglich ist der erste Teil des deformierbaren Elements komprimiert, wenn sich der Schwimmkörper in der oberen Position befindet.
Gemäß einer darüber hinaus gehenden Ausführungsform hat das mit dem Füllmedium gefüllte, deformierbare Element eine geringere (oder, in einer anderen Ausführungsform, eine höhere) durchschnittliche Dichte als der Schwimmkörper. Gemäß einer Ausführungsform ist das deformierbare Element ein Luftsack. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das deformierbare Element ein Ballon, beispielsweise ein Ballon mit 2 oder mehr Segmenten, die in einer Ausführungsform allgemein als Flügel bezeichnet werden. Gemäß einer weiteren hierin offenbarten
Ausführungsform werden die Segmente als Luftkammern bezeichnet.
Es versteht sich, dass die hierin verwendeten Begriffe aufwärts, abwärts, obere Position und untere Position sich auf die Richtung der Schwerkraft bzw. die Richtung der Auftriebskraft beziehen. So bezeichnet eine
Richtung nach oben bzw. aufwärts allgemein eine Bewegung in Richtung der Auftriebskraft in der Flüssigkeit und eine Richtung nach unten allgemein eine Richtung entgegengesetzt der Richtung, in welcher die Auftriebskraft in der Flüssigkeit wirkt.
Das deformierbare Element liefert eine Möglichkeit der Verlagerung des Schwerpunkts während der Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers, um in dessen oberer Position in einem Schwerpunkt der Dreheinheit zu resultieren, der über dem Antriebselement liegt. Die Dreheinheit ist daher einer effektiven Kraft unterworfen, die nach unten, d.h. entgegen der Auftriebskraft wirkt. Zum Beispiel durch Verriegeln des Schwimmkörpers mit der Dreheinheit kann bewirkt werden, dass der Schwimmkörper zusammen mit der Dreheinheit aufgrund des hohen Schwerpunkts in die Ausgangsposition zurückgetrieben wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schwimmkörper in der oberen Position mit dem deformierbaren Element verriegelbar und resultiert dadurch in einem verriegelten Zustand der Dreheinheit, wobei der Schwerpunkt der Dreheinheit in ihrem verriegelten Zustand mit dem Schwimmkörper in der oberen Position über dem Antriebselement liegt und der Schwerpunkt dadurch die Dreheinheit in die Ausgangsposition treibt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Schwimmkörper mit dem ersten Teil des deformierbaren Elements verriegelbar, wobei der erste Teil komprimiert ist, wenn sich der Schwimmkörper in der oberen Position befindet. Durch die Verriegelung des Schwimmkörpers mit der
Dreheinheit wird vermieden, dass der Schwimmkörper in der oberen Position bleibt. Vielmehr wird durch die Verriegelung erreicht, dass der Schwimmkörper sich zusammen mit dem deformierbaren Element als eine Einheit bewegt. Auf diese Weise kann zuverlässig die
Ausgangsposition der Dreheinheit hergestellt werden, bei welcher der Schwimmkörper seine untere Position einnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verriegelung des Schwimmkörpers mit dem deformierbaren Element derart, dass die äußere Form des deformierbaren Element fixiert ist. Es versteht sich, dass die Fixierung der äußeren Form des deform ierbaren Körpers nicht in einem exakten mathematischen Sinne möglich ist. Vielmehr ist die Fixierung der äußeren Form in der Regel insoweit erreichbar, dass die äußere Form im
Wesentlichen unverändert bleibt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Antriebseinheit einen
Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln des Schwimmkörpers mit dem deformierbaren Element enthalten, mit welchem der
Schwimmkörper in seiner oberen Position mit dem deformierbaren Element verriegelbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eines von dem Schwimmkörper und dem deformierbaren Element mit dem
Antriebselement gekoppelt oder koppelbar, um so eine Kraft auf das Antriebselement während der Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers auszuüben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Antriebseinheit eine Kopplungsvorrichtung auf, welche angepasst ist zum Koppeln des Schwimmkörpers an das Antriebselement während der Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers, um dadurch das
Antriebselement anzutreiben, insbesondere um das Antriebselement in einer Antriebsrichtung anzutreiben. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform ist die Kopplungsvorrichtung angepasst, um den
Schwimmkörper von dem Antriebselement bei Bedarf zu entkoppeln. Beispielsweise kann bei bestimmten Konfigurationen der Dreheinheit eine solche Entkopplung unter bestimmten Bedingungen erforderlich sein, beispielsweise während des Treibens der Dreheinheit in die
Ausgangsposition. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass der
Schwimmkörper entgegengesetzt zu der Aufwärtsbewegung in die untere Position gebracht werden kann ohne das Antriebselement entgegen der Antriebsrichtung anzutreiben. Zum Beispiel, wenn das Antriebselement eine Abtriebswelle ist, die durch die Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers in eine Rotationsbewegung mit einem vorbestimmten Drehsinn versetzt wird, kann durch die Kopplungsvorrichtung bzw. die Entkopplung des Schwimmkörpers von dem Antriebselement das Treiben des Schwimmkörpers in die Ausgangsposition entgegengesetzt zu dem vorbestimmten Drehsinn erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Antriebselement ein rotierbares Element, welches eine Rotationsachse aufweist; und das deformierbare Element und der Schwimmkörper sind konfiguriert, um zusammen um die Rotationsachse zu rotieren, während des Treibens der Dreheinheit in die Ausgangsposition. In der Ausgangsposition ist dann der erste Teil des deformierbaren Elements bezüglich des Schwimmkörper so angeordnet, dass der erste Teil des deformierbaren Elements bei einer (erneuten) Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers unter dem
Schwimmkörper angeordnet ist. In der Ausgangsposition selbst kann der erste Teil des deformierbaren Elements neben dem Schwimmkörper angeordnet sein. Ferner kann der erste Teil des deformierbaren
Elements, beispielsweise in einer Konfiguration, in der zwei Dreheinheiten nebeneinander angeordnet sind und synchron betrieben werden, in der Ausgangsposition zwischen den Schwimmkörpern der beiden
Dreheinheiten angeordnet sein.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Kopplungsvorrichtung zum Koppeln des deformierbaren Elements mit dem Antriebselement ausgebildet sein statt zum Koppeln des Schwimmkörper mit dem
Antriebselement.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Kopplungsvorrichtung durch Aktuatoren betätigte Kupplungselemente, wobei die Aktuatoren von einer Steuervorrichtung gesteuert sind. Gemäß anderen Ausführungsformen ist die Kopplungsvorrichtung durch mindestens einen Freilauf gebildet. Je nach Konfiguration können zwei oder mehr Freiläufe erforderlich sein, um die hierin beschriebene Funktionalität zu gewährleisten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Antriebseinheit ferner einen Verriegelungsmechanism us zum Verriegeln der Position des Schwimmkörpers relativ zu dem deformierbaren Element während der gemeinsamen Rotation um die Rotationsachse. Zum Beispiel kann der Verriegelungsmechanismus ein Verriegelungselement (z. B. mindestens einen Vorsprung) an einem von dem Schwimmkörper und an dem deformierbaren Element und ein mit dem ersten
Verriegelungselement in Eingriff bringbares zweites Verriegelungselement an dem anderen von dem Schwimmkörper und an dem deformierbaren Element aufweisen. Beispielsweise kann das Verbindungsteil für die gemeinsame Rotation des Schwimmkörpers und des deformierbaren Elements mit einem Vorsprung an dem Schwimmkörper als auch mit einem Vorsprung an dem deformierbaren Element in Eingriff gebracht werden, um die Position des Schwimmkörpers relativ zu dem
deformierbaren Element während der gemeinsamen Rotation um die Rotationsachse zu fixieren. Das in Eingriff bringen des ersten und des zweiten Verbindungselements kann zum Beispiel durch eine mechanische Vorrichtung, die durch die Bewegung des Schwimmkörpers oder des Antriebselements betätigt wird, oder durch einen Aktuator, der von einer Steuervorrichtung gesteuert wird. Der Verriegelungsmechanismus ist gemäß einer Ausführungsform ferner zum Entriegeln des
Schwimmkörpers und des deformierbaren Elements konfiguriert, um dadurch eine Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers zu ermöglichen. Das heißt, nach dem Entriegeln des Schwimmkörpers und des
deformierbaren Elements kann der Schwimmkörper wie oben beschrieben die Aufwärtsbewegung in die obere Position durchführen und dadurch das Antriebselement antreiben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier offenbarten
Gegenstands enthält die erfindungsgemäße Antriebseinheit zwei oder mehr Dreheinheiten, wie sie hierin beschrieben sind. Zum Beispiel enthält die erfindungsgemäße Antriebseinheit gemäß einer Ausführungsform die oben beschriebene Dreheinheit als eine erste Dreheinheit und weist ferner eine zweite Dreheinheit auf, die konfiguriert ist wie die Dreheinheit nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Dreheinheit analog zu der ersten Dreheinheit ausgebildet. Gem äß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Dreheinheit und die zweite Dreheinheit für eine gem einsam e Rotation um eine gem einsam e Rotationsachse konfiguriert. Zum Beispiel können gemäß einer Ausführungsform das Antriebselement der ersten Dreheinheit und das Antriebselement der zweiten Dreheinheit koaxial ausgebildet sein. Gem äß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Dreheinheit spiegelbildlich zu der ersten Dreheinheit ausgebildet.
Beispielsweise können die beiden Dreheinheiten nebeneinander angeordnet sein, wobei der Schwim m körper sich jeweils in einem
Halbkreissegm ent (Segm ent, welches einen Halbkreis umspannt) , welches der jeweiligen Dreheinheit zugeordnet ist, bewegt.
Wenn die erfindungsgemäße Antriebseinheit zwei oder mehr
Dreheinheiten aufweist, können die Dreheinheiten gemeinsame Elemente aufweisen. Beispielsweis kann der Verriegelungsm echanism us zum
Verriegeln der Position des Schwim m körpers relativ zu dem
deform ierbaren Elem ent ausgebildet sein, um die Schwim m körper von zwei Dreheinheiten relativ zueinander zu fixieren, beispielsweise durch starres Verbinden der Schwim m körper. Dadurch werden die zwischen den Schwim m körpern befindlichen ersten Teile des betreffenden
deform ierbaren Elem ents von zwei Dreheinheiten relativ zueinander fixiert und die ersten Teile werden relativ zu dem Schwim m körper der betreffenden Dreheinheit fixiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die zwei oder mehr Dreheinheiten ein gemeinsames
deform ierbares Elem ent auf.
Gem äß einer weiteren Ausführungsform ist ein weiterer
Verriegelungsm echanism us vorgesehen, m it welcher die Dreheinheit räum lich fixierbar ist. Diese räum liche Fixierung der Dreheinheit erlaubt eine Aufwärtsbewegung des Schwim m körpers, verhindert jedoch, dass sich die Dreheinheit aufgrund einer Schwerpunktsverlagerung dreht. Durch Entriegeln dieses weiteren Verriegelungsmechanism us ist die Dreheinheit drehbar und daher in die Ausgangsposition bringbar. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die räum liche Fixierung der Dreheinheit nur dann gelöst wird, wenn die Position des Schwim m körpers relativ zu dem deform ierbaren Elem ent verriegelt (fixiert) ist.
Gem äß einer weiteren Ausführungsform ist das Antriebselem ent der ersten Dreheinheit und das Antriebselem ent der zweiten Dreheinheit über jeweils einen Antriebsweg m it einem Getriebe gekoppelt, wobei das Getriebe betreibbar ist, um die Bewegung des Antriebselements der ersten Dreheinheit und die Bewegung des Antriebselements der zweiten Dreheinheit zu kombinieren. Zum Beispiel ist gem äß einer
Ausführungsform das Antriebselem ent der ersten Dreheinheit über einen Antriebsstrang m it dem Getriebe gekoppelt und das Antriebselement der zweiten Dreheinheit ist über einen zweiten Antriebsstrang m it dem
Getriebe gekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Getriebe ein Planetengetriebe, wobei der erste Antriebsstrang gekoppelt ist m it einem von einem Sonnenrad, einem Planetenträger oder einem Hohlrad des Planetengetriebes, der zweite Antriebsstrang m it einem anderen von dem Sonnenrad, dem Planetenträger oder dem Hohlrad gekoppelt ist und eine Abtriebswelle des Planetengetriebes m it dem verbleibenden von dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Hohlrad gekoppelt ist.
Gem äß einer Ausführungsform ist das Antriebselement der ersten
Dreheinheit gebildet durch eines von einem Sonnenrad, einem
Planetenträger oder einem Hohlrad des Planetengetriebes. Ferner kann das Antriebselement der zweiten Dreheinheit durch ein anderes von dem Sonnenrad, dem Planetenträger oder dem Hohlrad gebildet sein und eine Abtriebswelle des Planetengetriebes ist m it dem verbleibenden von dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Hohlrad gekoppelt. Gem äß einer anderen Ausführungsform enthält das Getriebe Freiläufe und/oder Kupplungselemente, wobei die Kupplungselem ente in einer Ausführungsform durch Aktuatoren betätigt werden, um die Bewegung der Antriebselemente zu einer kontinuierlichen Bewegung einer
Abtriebswelle des Getriebes zu kombinieren .
Gem äß einer Ausführungsform ist die Dichte des Füllmediums geringer als die Dichte des Fluids. Zum Beispiel ist das Füllmedium in einer
Ausführungsform ein Gas, beispielsweise Luft.
Gem äß einer Ausführungsform entspricht die erfindungsgemäße
Antriebseinheit einem Gravitations- Konversionssystem (engl gravity conversion System , GCS) . Beispielsweise bildet die erfindungsgem äße Antriebseinheit ein„Mehrkörper-System“ bestehend aus der Kombination einer Anlage und des Fluides, in das die Anlage getaucht ist. Gemäß einer Ausführungsform generiert die Anlage ihre Antriebskraft aus dem Auftrieb zweier Schwim m er des Drehelem ents.
Nachfolgend werden einige Ausführungsform en und Merkm ale einer solchen Anlage beschrieben.
Gem äß einer Ausführungsform ist der Flauptkorpus volum enmäßig wie auch gewichtm äßig ausgeglichenem- und zylinderförm ig. Die Schwim mer werden vom Wasser auf Grund eines künstlich hergestellten bi- elem entaren Densitätsgefälles aufgetrieben. Als Kom ponente des
Densitätsgefälles dient, außer dem Flauptkorpus der Anlage eine
Fluidkam m er. Das Gefälle substantiiert sich durch eine wesentlich niedrigere Dichte des Flauptkorpus, als die des Fluids.
Die Fluidkam m er bietet angem essene Größe und Tiefe und ihre
Beschaffenheit erfüllt die Anforderungen der Funktion und der
Beherbergung der Anlage. Dadurch, dass die Anlage samt ihres
Flauptkorpus während des gesamten Betriebes unter der Fluidoberfläche bleibt, d.h . in das Fluid eingetaucht bleibt, besteht auch das Gefälle fort. Die als Antriebselem ent einer GCS Anlage dienenden Schwim mer werden - als die leichtere Kom ponente eines Densitätsgefälles - direkt vom Fluid aufgetrieben. Das durch Schwim m körper entstehende Gefälle im Wasser ist bi-elementar und nicht temperaturbasiert. Dadurch, dass das Gefälle hier künstlich hergestellt wird, m uss auch für die Wiederholung des Auftriebes einer GCS Anlage durch technische Eingriffe gesorgt werden.
Diese Aufgabe umfasst eine Problem atik aus kom plexen Problemen und schwierigen Anforderungen, die im Rahmen des GCS- Konzepts in einzelne Kom ponenten zerlegt und durch Einsatz von einschlägigen Prinzipien sowie durch eigens entwickelten Konstruktionen in
verschiedenen Entwicklungsstufen bewältigt wurden. Das Gravity
Conversion System profitiert von einem kom plexen Einsatz des
Fluidauftriebs, der aus quasi-statischen state-by-state geführten
Bewegungen eine Rotation entwickelt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise einer beispielhaften GCS- Anlage m it Wasser als Fluid beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass jede andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden kann.
Zur Energiegewinnung aus dem Wasserauftrieb m uss ein Schwim m körper erst ins Wasser getaucht werden. Das kostet m indestens soviel Energie, wie dann durch den Auftrieb des Schwim m körpers erzielt werden kann.
Ein durch Wasser aufgetriebener Schwim m körper kom mt auf
herköm m liche Weise über eine Teilrotation nicht hinaus. Wegen seiner niedrigeren Dichte wird der - an einer Achse gelagerte - Schwim m körper nach Erreichen des Kreisgipfelpunktes weiterhin vom Wasser nur nach oben gedrückt. Dadurch bleibt ein versuchter Achsen Wellenantrieb erfolglos. Zudem besteht der Auftrieb eines Schwim m körpers im Wasser nur solange, als das Gefälle Bestand hat. Dam it steht außer Frage, dass aus einem bloßen Wasserauftrieb auf herköm m liche Weise keine Energie zu gewinnen ist. Der beträchtliche Wasserauftrieb, der durch ein bi- elem entares Gefälle ausgelöst werden kann, wird wohl aus diesem Grund bisher nur einen simplen Einsatz gefunden haben.
Theoretisch gesehen könnte dennoch, beim Vorliegen entsprechender Voraussetzungen, durch eine state-by-state Wiederholung des Auftriebs, der zum Eintauchen eines Schwim m körpers entstandene Aufwand übertroffen und daraus Nutzenergie gewonnen werden.
Eine denkbare Wiederholung des Auftriebs setzt voraus, dass die erforderlichen Rahmenbedingungen zur Rückführung des
Schwim m körpers in seine Ausgangsposition bereits in der
Entstehungsphase des Auftriebes integriert sein m üssen. Die Lösung dieser kom plexen Aufgabe konstituiert das nachfolgend dargelegte GCS Konzept gem äß einer Ausführungsform des hierin offenbarten
Gegenstands und die Entwicklung einer danach funktionierenden Anlage.
Der Auftrieb eines Schwim m körpers im Wasser ist vom Densitätsgefälle abhängig (Gefälleprinzip, Archimedes) . Dieses löst sich beim Erreichen der Wasseroberfläche durch einen Schwim m körper. Daraus folgt :
1 . Um das Gefälle zum Wasser zu erhalten, m uss die Auftriebsroute eines einmal ins Wasser getauchten Schwim m körpers vollständig unterhalb der Wasseroberfläche verlaufen.
2. Zudem m uss der Schwim m körper nach Ende eines jeden Auftriebslaufs wieder zum Ausgangspunkt zurückgeführt werden.
3. Entscheidend dabei ist, dass die Rückführung des Schwim m körpers in die Ausgangsposition nicht zu einer negativen Energiebilanz führen darf.
Die Erfüllung der letztgenannten Bedingung 1 erfordert, dass die Anlage unter Wasser betrieben wird. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit zum Einsatz einer Wasserkam m er, deren Tiefe größer ist als der Durchm esser des Auftriebskreises. Dadurch kann dieser auf Dauer unterhalb der Oberfläche des Wassers verlaufen, wenn seine Position in der
Wasserkam m er unverändert bleibt. Dies lässt sich durch die Befestigung der Anlage am Boden der Wasserkam mer gewährleisten. Dadurch ist sichergestellt, dass das Gefälle erhalten bleibt.
Da das Endziel der Anlage die Herstellung einer Rotation ist, m uss die vertikale Wasserauftriebsbewegung über eine Achse in eine Drehung um gewandelt werden. Für einen Schwim m er m it einer geometrischen Form , die hom ogen und sym metrisch ist, gelten gemäß einer
Ausführungsform folgende Bestim m ungen.
Der Auftrieb eines an eine Achse gelagerten Schwim m ers
(Schwim m körpers) findet zwischen (- n/ 2 + a) und +n/ 2-a statt, also ist der Drehwinkel n - (2a), ( 1 ) wobei (a) der -achsenseitige- Halbwinkel des Schwim mers ist.
Bei Einsatz von zwei Schwim mern, die an die zentrale Achse der Anlage gelagert sind und den Wasserauftrieb gegenläufig erfahren, beträgt der Drehwinkel
2x(+n/ 2- 2a -(- n/ 2 + 2a)) = 2n - (4a), wobei a < n/ 4 (siehe unten) 2n - (4a) > n - (2a) (2)
Zur Funktion des Hauptkorpus gehört, sich bei jedem Betriebszyklus gänzlich um 180° zu drehen. Durch die Form eines Zylinders wurde ihm die Eigenschaft
verliehen, bei seinen Drehungen die Reibungsverluste klein zu halten.
Als Bestandteil des Hauptkorpus wurde der periphere Schwim merabriss an die Abrundung des Zylinders angepasst. Dementsprechend ist der Faktor sin(2a) ein Beiwert der durch den Auftrieb eines Schwimmers geleisteten Drehmomentarbeit. Um die Arbeitsleistung zu maxim ieren, m uss (sin(2a)) = l sein. Daraus folgt (2a) = n/ 2, wodurch dann auch fest steht, dass Drehwinkel(2) > Drehwinkel( 1 ) ist.
Mit Rücksicht auf diese Erkenntnisse werden ein in vier Kam mern unterteilter Luftsack sowie zwei Schwim mer als Antriebselement ein heit der Anlage eingesetzt, die gegenläufig an die Achse gelagert sind und die Form eines Viertel-Zylinders besitzen. Der Einsatz von zwei Schwim m ern ist auch in späteren Entwicklungsstufen von Vorteil.
Die Rückführung der Schwim m er in die Ausgangsposition ist zwar keine technische Flerausforderung, doch die Schwim m er einfach über ihre Auftriebsroute wieder zurückzuführen führt zu einer negativen
Energiebilanz. Es m üssen daher Zusatzm aßnahm en ergriffen werden, die der Entstehung des Energieaufwands entgegenwirken können.
Zur Energieeinsparung wird nach dem Gegengewichtprinzip ein
gleichwertiges Gegengewicht für den leistungstragenden Teil eingesetzt. Das Gegengewicht sorgt für einen Schwerkraftausgleich, der den leistungstragenden Teil in Schwebezustand versetzt (ähnlich
Gegengewichten bei einer Flebeeinrichtung wie einer Zugbrücke oder einem Personenaufzug) .
Während die Leistung einer Flebeeinrichtung in der Hebung der Lasten liegt, wobei es die Schwerkraft zu überwinden gilt, werden die
Schwim mer durch die Schwerkraftdifferenz aufgetrieben. Es ist eben diese Schwerkraftdifferenz zum Wasser, die es bei der Rückführung der Schwim mer zu überwinden gilt. Mit anderen Worten m uss hier eine der Auftriebskraft der Schwim mer gleichwertige Ausgleichskraft geschaffen werden, also ein Gegenauftrieb. Ein Auftriebsausgleich für die
Schwim mer entsteht durch ein den Schwim m ern gleichwertiges Volumenelement. Damit dem Auftrieb der Schwimmer aber nicht entgegengewirkt wird, muss das Volumenelement die Flexibilität besitzen, sich in Anpassung an den Schwimmerauftrieb umbauen zu lassen. Der Zugriff auf systemexterne Technologie zur Lösung dieser Aufgabe ist aus Gründen der einzuhaltenden Energieaufwandgrenzen nicht zweckdienlich. Die Lösung musste daher innerhalb der bestehenden Gestaltungsmöglichkeiten im Wasser kreiert werden.
Zur Lösung dieser komplexen Aufgabe wurde ein zylinderförmiger
Luftsack entwickelt. Mit Rücksicht auf die sich durch Bestehen von zwei Schwimmern anbietenden Möglichkeiten wurde der Luftsack aus vier Kammern mit einer deformierbaren Haut konstruiert, wobei jede der Kammern dasselbe Gewicht und ein beinahe gleich großes Volumen hat wie ein Schwimmer. Die Aufteilung des Luftsacks in vier Kammern bringt im Übrigen auch bei der Kontinuität der Funktionsfähigkeit des Luftsacks Vorteile. Der Luftsack wird zur Hälfte mit Luft befüllt. Durch die
Unterbringung der Schwimmer im Luftsack wird die Hälfte seines
Volumens komprimiert. Die gesamte Luft befindet sich dann in der anderen Hälfte, die den Schwimmern, als ein gleichwertiges
Volumenelement, gegenüber stehen wird. Aus der Gesamtheit des Luftsacks und der Schwimmer entsteht der Hauptkorpus der Anlage.
Die Schwimmer stehen zum Betriebsbeginn unten und zwei Kammern des Luftsacks sind zwischen ihnen komprimiert. Die anderen beiden Kammern stehen ausgedehnt mit Luft oberhalb der Schwimmer. Durch den Auftrieb der Schwimmer müssen die oberen Kammern komprimiert werden.
Dadurch stellen sich folgende Aufgaben:
1. Es wird ein anderer Raum benötigt, in den der Luftinhalt der oberen Kammern überführt wird.
2. Der Kraftaufwand zur Luftüberführung muss gedeckt sein. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde im Zentrum des Luftsacks ein Durchlassraum untergebracht, der als eine Luftschleuse dient. Durch die Schleuse kann die Luft zwischen den Kam mern fließen. Nach dem Expansions- Prinzip breitet sich die Luft in jedem verfügbaren Raum gleichmäßig aus, um den Druck zu m indern. Dem gemäß kann der Luftinhalt der oberen Kam mern, das erforderliche Kräfteverhältnis vorausgesetzt, durch die Schleuse in die unteren überführt werden.
Was die Kraft angeht, so erfahren die Kam m ern - als selbständig bewegliche Segm ente des Hauptkorpus Wasserkräfte. Der Wasserdruck fällt in einer Gesamttiefe des Hauptkorpus von 1 m auf die unteren Luftkam mern dreimal so groß aus wie auf die oberen. Dabei befindet sich die obere Deckfläche der Oberen Luftkam m ern in einer Tiefe von fasst null und ihre Grundfläche in einer Tiefe von 0,5 m . Som it ergibt sich eine Durchschnittstiefe von 0,25 m . Die Wassertiefe beträgt bei den unteren Kam m ern dagegen 0,5 m an der oberen Deckfläche und 1 m bei der Grundfläche, was einem Durchschnitt von 0,75 m entspricht. Bei identischer Außenfläche bei den oberen und unteren Kam m ern führt diese Druckdifferenz dazu, dass die Wasserkraft auf die unteren
Kammern mit 0.75gpA dreimal so groß ist wie auf die oberen Kammern mit 0,25gpA. Hierbei ist g die Erdbeschleunigung, p die Dichte und A die betreffende Fläche. Dieser Kraftunterschied verhindert den Lufttransfer aus den oberen in die unteren Kam mern und dadurch auch das Erreichen der konzipierten Endposition durch die Schwim m er. Um dieses Problem zu um gehen, werden folgende Maßnahm en ergriffen :
Als erstes werden die sich gegenüberliegenden Seiten ( Flächen) der unteren Kam mern durch einen weiter unten beschriebenen Gabel- Mechanism us während des Schwim m erauftriebs arretiert gehalten.
Dadurch wird der Wasserdruck auf diese Seiten abgewehrt. Er wird dann vielm ehr vom Gabel-Mechanism us getragen, der am Gestell installiert ist.
I n einem zweiten Schritt wird ein komplexer, eigens für diesen Zweck entwickelter Mechanismus aus festen und flexiblen Elementen, wobei die flexiblen Elemente an den Rand der Kammern befestigt sind und sich teilweise durch eine feste Führung bewegen und dadurch Rigidität annehmen können, zur Stramm-Ziehung der Haut der unten stehenden Kammern eingesetzt, deren dessen Gewicht ebenso vom Gestell getragen wird. Durch diesen Mechanismus wird die Außenfläche der Kammern stramm gehalten solange sie sich in der unteren Position befinden. Der Wasserdruck wird dann an der Kammeraußenfläche abgewehrt und an den Stramm-Ziehungsmechanismus übergeleitet.
Die Wirkung des Wasserdrucks bleibt durch diesen Mechanismus fern, während die oben stehenden Kammern die Wasserkraft in vollem Umfang erfahren. Sie werden dadurch komprimiert und drücken die Luft durch die Luftschleuse nach unten.
Die in die unteren Kammern hineinfließende Luft führt zu ihrer Inflation. Die Inflation findet dadurch statt, dass sich die den Schwimmern gegenüberliegenden Seiten (Flächen) der unteren Kammern aus ihrer senkrechten Position in einer Durchschnitttiefe von 0,75 m in die
Waagerechte der Tiefe 0,5 m drehen. Dabei muss die auf sie wirkende Wasserkraft überwunden werden.
Angesichts eines komprimierungseffektbereinigten
Multiplikationsproduktes der Flächen- und Tiefenwerte der oberen
Kammern, das 1,7 mal größer ausfällt als das der betroffenen Fläche der unteren Kammern, entsteht eine beträchtliche Überkraft auf der Seite der oberen Kammern, wodurch die Luft in die unteren Luftkammern gedrückt wird. Kraftaufwand für den Lufttransfer wird daher durch die auf die Kammern selbst wirkenden Wasserkräften- gedeckt.
Am Ende des Auftriebes stehen beide Schwimmer oben. Zwischen ihnen liegen zwei komprimierte Luftkammern. In der unteren Hälfte des
Hauptkorpus befinden sich zwei mit Luft befüllte Luftkammern. Am Ende eines Drehzyklus werden die zu Beginn oben gestandenen Kam m ern ihre Position m it den u-Unten-gestandenen gewechselt haben. Dadurch wird jedoch die Funktion des Luftsacks nicht gestört, da m it dem Positionswechsel auch ein Funktionswechsel zwischen den Kam mern stattfindet. Die Folge ist, dass die Kam m ern jeweils beim nächsten Zyklus die Funktion der jeweils anderen Kam mern erfüllen, die sie ersetzt haben. Dass dies m öglich ist, begründet sich durch den Aufbau des Luftsacks.
Der Luftsack ist homogen und sym m etrisch. Zudem wird die
Funktionsfähigkeit seiner vier Luftkam m ern durch den Betrieb nicht verändert und nicht beeinträchtigt. Zu jeder Zeit stehen den zwei
Kam m ern oben auch zwei ihnen identische Kam mern unten gegenüber. Die oberen und die unteren Kam m ern können dadurch wechselartig dieselbe Funktion bei aufeinander folgenden Rotationszyklen erfüllen.
Der Hauptkorpus ergibt sich aus einer Kom bination aus vier Luftkam m ern und zwei Schwim mern. Die Masse eines Schwim mers darf als
gleichwertig zu der einer Kam mer behandelt werden. I n Ruhelage befinden sich zwei Kam m ern oberhalb der horizontalen Mittellinie des Hauptkorpus und zwei darunter. I n ihrer Ausgangsposition stehen die Schwim mer unten nebeneinander und die zwei unteren Kam mern sind zwischen ihnen komprim iert. Die geringfügige Luftm asse ignoriert, befindet sich dam it unten zweimal so viel Masse wie oben, weshalb auch der Schwerpunkt in der unteren Hälfte des Hauptkorpus liegt.
Da sich die Schwim m er durch Wasser von unten nach oben auftreiben lassen, bewegt sich m it I hnen auch der Schwerpunkt des Hauptkorpus. Durch die Bewegung der Schwim mer nach oben entwickelt sich ein zunehmendes Potential zur Verlagerung des Schwerpunktes in die obere Hälfte des Hauptkorpus, dessen Höchstwert am Ende des
Schwim merauftriebs erreicht wird.
Der Hauptkorpus droht umzukippen, sobald der Schwerpunkt in seine obere Hälfte gelangt. Dies geschieht durch die Überschreitung der horizontalen Mittellinie des Hauptkorpus durch die Schwim mer, also nach Ablauf des halben Auftriebslaufwegs und dadurch deutlich bevor die Schwim mer ihre Endposition erreicht haben. Das Anlagenkonzept könnte aber in einer Ausführungsform nur dann aufgehen, wenn die Schwim m er bis zu ihrer Endposition aufgetrieben würden. Dadurch werden zwei Ziele verfolgt:
1 . Die Auftriebsleistung der Schwim m er wird vollständig erbracht.
2. Durch eine Halbkreisdrehung des Hauptkorpus können dann die Schwim mer in ihre Ausgangsposition zurückgeführt werden.
Durch Um kippen des Hauptkorpus m itten im Auftrieb der Schwim mer wären beide Vorhaben gescheitert. Der Betrieb wäre dam it beendet. Um dies zu vermeiden , m üsste verhindert werden, dass der Hauptkorpus trotz unausgeglichener Schwerkraftwirkung stabil bleibt, dies jedoch ohne dabei andere Belange der Funktion zu benachteiligen.
Zu diesem Zweck wurde ein komplementärer Mechanism us entwickelt, der nachfolgend als Gabelmechanism us bezeichnet wird. Der
Gabelm echanism us wurde konzipiert, um den Hauptkorpus bis Ende des Auftriebs der Schwim mer arretiert und dadurch stabil zu halten.
Am Ende I hres Auftriebslaufs stehen die Schwim m er an einem Punkt, der genau das vertikale Gegenteil ihrer Ausgangsposition darstellt. Daher werden sie durch eine 180° Drehung wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren.
Durch den Gabelm echanism us wird erreicht, dass sich das
Schwerkraftpotential bis zum Ende des Schwim merauftriebs sum m iert, jedoch zurückgehalten wird. Dieses Potential wird erst danach
freigegeben und zu einer Drehung des Hauptkorpus aktiviert. Eine Halbkreisdrehung würde jedoch nur dann vollzogen werden, wenn sich der Schwerpunkt während der Drehung nicht verschöbe. Durch Wasserdruck würden sich die Schwim m er jedoch m itten in der Drehung des Hauptkorpus von einander trennen. Die Luft würde teilweise aus den unteren in die oberen Kam mern fließen bis ein neues Gleichgewicht zustande käm e. Dies würde dazu führen, dass die Schwim m er ihre Ausgansposition doch nicht erreichten.
Zur Lösung dieses Problem s wurde ein Schließmechanism us eingesetzt, um die Schwim mer während der Halbkreisdrehung des Hauptkorpus m iteinander verriegelt zu halten. Dadurch wird die Gefahr einer
Verschiebung des Schwerpunkts ausgeräumt. Die Halbkreisdrehung des Hauptkorpus kann som it vollendet werden, wodurch die Schwim mer wieder in ihre Ausgangsposition versetzt werden.
Dam it die Drehung des Hauptkorpus nicht über 180° hinausgeht, wurde im Konzept des Gabelmechanism us gem äß einer Ausführungsform die Funktion eingeschlossen, auf die untere Hälfte des Hauptkorpus, die sich im Zuge der Drehung auf dem Weg nach oben befindet, vorzeitig zuzugreifen, um den Hauptkorpus exakt bei 180° Drehung anzuhalten.
I m Konzept des Schließmechanism us ist vorgesehen, dass er sich ebenso bei exakt 180° Drehung des Hauptkorpus auflöst. Dam it sind die
Voraussetzungen zur Wiederholung des Auftriebs erfüllt.
Gem äß einem zweiten Aspekt des hierin offenbarten Gegenstands wird ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgem äßen Antriebseinheit gem äß dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform davon
bereitgestellt, das Verfahren enthaltend: Räum liches Fixieren der
Dreheinheit in der Ausgangsposition in einem Fluid innerhalb eines druckbeaufschlagbaren Gehäuses; Aufbringen eines Gasdrucks auf das flüssige Fluid über ein Einlassventil oberhalb eines Fluidspiegels in einem Druckaufsatz des druckbeaufschlagbaren Druckgehäuses; Anschließend Freigeben des Schwim m körpers in der unteren Position, um dem
Schwim m körper so zu erlauben, die Aufwärtsbewegung zu der oberen Position durchzuführen und dabei das Antriebselem ent anzutreiben ; m it dem Schwim m körper in der oberen Position, Überführen der Dreheinheit in einen verriegelten Zustand, in welchem der Schwim m körper bezüglich der Dreheinheit räum lich fixiert ist; und Freigeben der Dreheinheit, um so der Dreheinheit zu erlauben, sich in die Ausgangsposition zu bewegen, in welcher der Schwim m körper in der unteren Position ist.
Gem äß einer Ausführungsform enthält das Verfahren das Bereitstellen von Steuersignalen für Aktuatoren, um die hierin beschriebenen
Aktionen, beispielsweise das räum liche Fixieren der Dreheinheit, das Freigeben des Schwim m körpers, das Freigeben der Dreheinheit, das Fixieren des Schwim m körpers bezüglich der Fixiereinheit; etc., zu bewirken.
Gem äß einem dritten Aspekt des hierin offenbarten Gegenstands wird ein Com puterprogram m bereitgestellt zum Bereitstellen eines physikalischen Objektes, näm lich eines Steuersignals, wobei das Computerprogram m angepasst ist, um , wenn es durch eine Prozessorvorrichtung ausgeführt wird, das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt oder einer
Ausführungsform davon durchzuführen.
I m Folgenden werden exemplarische Ausführungsform en des hierin offenbarten Gegenstands beschrieben, wobei beispielsweise auf eine Antriebseinheit oder ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit Bezug genom m en wird. Es sollte hervorgehoben werden, dass jede Kom bination von Merkmalen verschiedener Aspekte, Ausführungsform en und Beispiele, wie sie hierin offenbart sind, m öglich ist. I nsbesondere werden einige Ausführungsform en m it Bezug auf ein Verfahren
beschrieben, während andere Ausführungsform en m it Bezug auf eine Vorrichtung beschrieben werden. Wiederum andere Ausführungsform en werden m it Bezug auf Aktuatoren beschrieben, die Funktionen der Antriebseinheit oder Schritte gemäß dem Verfahren steuern. Jedoch wird der Fachmann der vorstehenden und der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehm en, dass, solange es nicht anders angegeben ist, Merkmale verschiedener Aspekte,
Ausführungsformen und Beispiele beliebig kom binierbar sind. Zum
Beispiel ist ein Merkmal, welches sich auf ein Verfahren bezieht, m it einem Merkmal kombinierbar, welches sich auf eine Vorrichtung bezieht. Wie hierin verwendet, ist die Bezugnahme auf ein Computerprogram m beabsichtigt, äquivalent zu sein zu einer Bezugnahm e auf ein
Program m element und/oder ein com puterlesbares Medium , welches I nstruktionen zum Steuern eines Com putersystems oder einer
Prozessorvorrichtung aufweist, um die Durchführung von hierin
beschriebenen Verfahren zu bewirken und/oder zu koordinieren.
Das Com puterprogram m kann im plementiert sein als com puterlesbarer I nstruktionscode unter Verwendung von jeder geeigneten
Program m iersprache, wie beispielsweise JAVA, C+ + , und kann
gespeichert sein auf einem computerlesbaren Medium (z. B. entfernbare Platte, flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher, eingebetteter (em bedded) Speicher/ Prozessor, etc.) . Der I nstruktionscode ist ausführbar, um einen Com puter oder irgendeine andere program m ierbare Vorrichtung zu program m ieren, zum Ausführen der gewünschten Funktionen, wie sie hierin beschrieben sind. Das Com puterprogram m kann auf einem
Netzwerk verfügbar sein, wie beispielsweise dem WorldWideWeb, von welchem es heruntergeladen werden kann.
Der Gegenstand und die Merkmale, wie sie hierin offenbart werden, können m ittels eines Com puterprogram m s, respektive Software realisiert sein. Ferner können der Gegenstand und die Merkm ale, wie sie hierin beschrieben sind, m ittels einem oder mehreren spezifischen
elektronischen Schaltungen, respektive Hardware, realisiert sein. Ferner können der Gegenstand und die Merkm ale, wie sie hierin offenbart sind, in einer Hybridform , d.h. in einer Kom bination von Softwarem odulen und Hardwarem odulen realisiert sein.
Die oben definierten Aspekte und Ausführungsform en und weitere
Aspekte und Ausführungsform en der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich von den hierin nachfolgend beschriebenen Beispielen und werden erläutert m it Bezug auf die Zeichnungen, auf welche die
Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
KURZE BESCHREI BUNG DER ZEI CHNUNGEN
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht eines deform ierbaren Elements gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands;
Fig. 3 zeigt das deform ierbare Element aus Fig. 2, welches zur Hälfte m it einem Füllm edium gefüllt ist;
Fig. 4 zeigt zwei Schwim m körper gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands; Fig. 5 zeigt eine schem atische perspektivische Ansicht des komprim ierba ren Elements in der Konfiguration aus Fig. 3 zusam m en m it den beiden Schwim m körpern, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind in einem Motor bzw. einer Antriebseinheit gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbar ten Gegenstands;
Fig. 6 zeigt eine Teilansicht des Motors aus Fig. 5 gem äß einer
Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands; Fig. 7 zeigt das deform ierbare Element in einer Ausgangsposition der Dreheinheit gem äß einer Ausführungsform des hierin offenbarten
Gegenstands;
Fig. 8 zeigt den Motor und insbesondere das deform ierbare Elem ent in dem in Fig. 7 dargestellten Zustand zusam m en m it zwei
Schwim m körpern ;
Fig. 9 zeigt den Motor aus Fig. 8 in einem Zustand, in welchem sich die Schwim m körper in ihrer oberen Position befinden ;
Fig. 10 zeigt den Motor aus Fig. 8 nach dem erneuten Einnehmen der Ausgangsposition ; und
Fig. 1 1 zeigt einen Teil des Motors aus Fig. 5 gemäß einer Ausführungs- form des hierein offenbarten Gegenstands.
DETAI LLI ERTE BESCHREI BUNG
Die Darstellung in den Zeichnungen ist schem atisch. Es wird angemerkt, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente oder Kom ponenten m it denselben Bezugszahlen versehen sind, oder m it Be zugszahlen, die sich nur in der ersten Ziffer oder einem angehängten Buchstaben unterscheiden. Solche Merkmale und Komponenten, die m it den entsprechenden Merkmalen bzw. Kom ponenten in einer anderen Fi gur gleich oder zum indest funktionsgleich sind, werden nur bei ihrem ers ten Auftreten in dem nachfolgenden Text detailliert beschrieben und die Beschreibung wird bei einem nachfolgenden Auftreten dieser Merkmale und Komponenten (bzw. der entsprechenden Bezugszahlen) nicht wieder holt. I n einigen Figuren sind Elem ente zur übersichtlicheren Darstellung weggelassen. Folglich bedeutet ein Fehlen eines Elem entes in einer Figur nicht, dass das Element tatsächlich nicht vorhanden ist. Nachfolgend wird m it Bezug auf die Zeichnungen eine Antriebseinheit ge m äß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands be schrieben. Hierzu werden einzelne Elem ente der Antriebseinheit in ihrer Ausgestaltung und Funktion beschrieben und hieran anschließend das Zu sam m enwirken dieser Elemente gem äß einer anschaulichen Ausführungs- form des hierin offenbarten Gegenstands.
Wie vorstehend erläutert, basiert die Antriebseinheit gem äß einer Ausfüh- rungsform des hierin offenbarten Gegenstands auf der Verwendung einer hydrostatischen Kraft zur Erzeugung eines aufgrund einer Verlagerung des Schwerpunkts einer Dreheinheit sich ergebenden Drehmoments.
Die Antriebseinheit enthält hierzu ein Antriebselem ent und eine Drehein heit, wobei die Dreheinheit gemäß einer Ausführungsform ein deform ier bares Element aufweist. Gem äß einer Ausführungsform kann für zwei o- der mehr Dreheinheiten ein gemeinsames deform ierbares Element vorge sehen sein.
• Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses 170 gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands der vorliegenden Erfindung. I n dem Gehäuse 170 ist eine Antriebsein heit 122A, auf der Basis eines bekannten Motors 122, wie er in den nachfolgenden Figuren 2 bis 1 1 näher erläutert wird und aus der Druckschrift D1 bekannt ist, angeordnet. Dabei ragt aus dem Ge häuse 170 stirnseitig ein Wellenstum m el einer Abtriebswelle 130 heraus, an den beispielsweise ein Elektrogenerator zur Energiege winnung angekoppelt werden kann.
Die Antriebseinheit ist in dem Druckgehäuse 170 von einem unter Druck stehenden flüssigen Fluid um geben. Das Druckgehäuse 170 weist einen oberen Deckel auf. Auf dem oberen Deckel ist ein Druckaufbausystem 171 angeordnet, das ein Druckrohr 172 enthält, welches teilweise m it ei nem Fluid befüllt ist, wobei oberhalb eines Fluidspiegels in dem Druckrohr 172 ein m it einem Sicherheitsventil 1 73 versehenes Einlassventil ange ordnet ist, über das ein gasförm iges Füllm edium in das Druckrohr 172 einführbar ist, um eine Druckhöhe, entsprechend einer vorbestim mten Wassersäule im Druckgehäuse 170 herzustellen.
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht eines deform ierbaren Elem ents gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands. Gem äß der Aus führungsform ist das deform ierbare Element ein komprim ierbares Ele m ent. Das deform ierbare Elem ent 100 besteht aus einem sich zylinder förm ig erstreckenden Ballon, wobei der Ballon zwei oder m ehr Flügel auf weisen kann. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Ballon 100 vier Seg m ente 102a, 102b, 102c, 102d auf, die einen kreissegm entförm igen Querschnitt haben und über einen Zentralbereich 104 ström ungsm äßig m iteinander verbunden sind, so dass ein Füllmedium 103, beispielsweise Luft, von jedem der Segmente 102a- 102d über den Zentralbereich 104 in ein anderes der Segmente strömen kann. Der Zentralbereich 104 weist ferner ein Durchgangsloch 105 auf durch welches sich ein Antriebsele m ent der Antriebseinheit ( in Fig. 2 nicht dargestellt) hindurch erstrecken kann. Die vier Segmente oder Flügel 102a, 102b, 102c, 102d bilden dadurch einen geschlossenen Zylinderkörper, wobei eine Achse 106 des Zylinderkörpers sich senkrecht zu der Zeichenebene erstreckt und eine axiale Richtung definiert.
Jedes der Segm ente 102a, 102b, 102c, 102d weist Seitenwände auf, die sich in der axialen Richtung erstrecken, und die Segmente in Umfangs richtung zum indest in einem radial äußeren Bereich 1 10 voneinander trennen. Gem äß einer Ausführungsform enthält das deform ierbare Ele m ent 100 eine Stützvorrichtung, welche die Deform ierbarkeit des defor m ierbaren Elements definiert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das deform ierbare Element in Umfangsrichtung 1 13 deform ierbar ist, in radialer Richtung bezüglich der Achse 106 jedoch in seinen Abm essungen fixiert ist. Die Stützvorrichtung kann beispielsweise Rahmenstangen auf- weisen, welche in einer Ausführungsform die Seitenwände 108 aufge spannt halten, während sie eine Bewegung der Seitenwände 108 relativ zueinander ermöglichen. Die Rahm enstangen erstrecken sich gem äß ei ner Ausführungsform bezüglich der Achse 106 in radialer Richtung. I n Fig. 2 sind die Rahmenstangen allgemein m it 1 12 bezeichnet.
Gem äß einer Ausführungsform sind die Rahmenstangen 1 12 lediglich im Bereich der Seitenwände 108 angeordnet. Gem äß anderen Ausführungs formen können auch weitere Rahm enstangen vorgesehen sein, die zwi schen den Seitenwänden 108 angeordnet sind und sich in der radialen Richtung erstrecken (nicht dargestellt) .
Wie erläutert, sorgen die Rahmenstangen 1 12 gemäß einer Ausführungs form für eine Formstabilität der Seitenwände 108. Dadurch wird eine in der Umfangsrichtung 1 13 sich erstreckende Außenwand 1 14 jedes Seg m ents in Form gehalten. Die weiteren, nicht dargestellten Rahm enstan gen zwischen den Seitenwänden 108 können gemäß einer Ausführungs form ausgebildet sein, um die Form stabilität eines Segments 102a, 102b, 102c, 102d, und insbesondere die Form Stabilität der Seiten wand 1 14 o- der einer stirnseitigen Wand zu erhöhen.
Gem äß einer Ausführungsform des deform ierbaren Elements 100 sind die Seiten wände 108 und die Außenwand 1 14, sowie in Fig. 2 nicht darge- stellte stirnseitige Wand des deform ierbaren Elem ents aus einem flexib len, das heißt biegbaren Material hergestellt, zum Beispiel einer Folie. Ge m äß einer Ausführungsform ist die Folie in einer Folienebene nur gering oder nicht elastisch, sondern lediglich quer zu der Folienebene biegbar, ohne die Folie hierbei elastisch zu verform en. Zum Beispiel kann die Folie eine faserverstärkte oder eine gewebeverstärkte Folie sein.
I n Fig. 2 ist das deform ierbare Elem ent 1 00 in Form des viersegm entigen Ballons vollständig m it Luft gefüllt, um eine Erläuterung der Konfiguration des deformierbaren Elements 100 zu erleichtern. Gemäß einer Ausfüh- rungsform des hierin offenbarten Gegenstands ist das deformierbare Ele ment jedoch nur teilweise mit einem Füllmedium 103 gefüllt. Zum Bei spiel ist gemäß einer Ausführungsform das deformierbare Element 100 zur Hälfte mit einem Füllmedium 103 wie beispielsweise Luft gefüllt.
Fig.3 zeigt das deformierbare Element 100 aus Fig.2, welches zur Hälfte mit Luft als Füllmedium 103 gefüllt ist. Dies erlaubt eine Konfiguration des deformierbaren Elements 100, in welcher die beiden oberen Seg mente 102a und 102d in Fig.3 vollständig mit dem Füllmedium 103 ge füllt sind, während die beiden unteren Segmente 102b, 102c vollständig entleert sind. Die in Fig.3 dargestellte Konfiguration des deformierbaren Elements 100 kann erreicht werden, indem durch Komprimierung der un teren Segmente 102b, 102c, deren Luftgehalt in die oberen Segmente 102a, 102d fließt, so dass sich die oberen Segmente 102a, 102d zum vollen Volumen ausdehnen. Die umgekehrte Konfiguration ist ebenfalls möglich. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das deformierbare Element ein Luftballon. In diesem Fall können die Segmente als Luftbal lonflügel bezeichnet werden.
Die Segmente 102a, 102b, 102c, 102d des deformierbaren Elements 100 werden durch die Rahmenstangen 112, die sich in einer Ausführungsform entlang von radialen Rändern der Segmente erstrecken, unterstützt und geführt.
In einer exemplarischen Ausführungsform hat ein komprimiertes Seg ment 102a, 102b, 102c, 102d des deformierbaren Elements 100 ohne Luftgehalt (komprimierter Luftballonflügel, KLBF) eine durchschnittliche Dichte von PKLBF = 4000 kg/m3. Das heißt ein komprimierter Luftballonflü gel hat eine Dichte, die höher ist als die Dichte von Wasser (ca.1000 kg/m3). Im Gegensatz dazu hat ein mit Luft befülltes Segment 102a, 102b, 102c, 102d (FLBF) eine durchschnittliche Dichte von PFLBF = 23 kg/m3. Das heißt, das mit Luft befühlte Segment des deformierbaren Ele ments hat eine geringere Dichte als Wasser.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hierin offenbarten Gegen stands enthält eine Dreheinheit einen Schwimmkörper neben dem defor mierbaren Element 100.
Fig.4 zeigt zwei Schwimmkörper 116 gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer Ausführungsform sind die Schwimmkörper 116 formstabile Schwimmkörper. Beispielsweise können die Schwimmkörper 116 aus einem steifen Material, beispielsweise Kunst stoff oder Metall, hergestellt sein. In einer exemplarischen Ausführungs form können die Schwimmkörper 116 aus Plexiglas hergestellt sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist jeder Schwimmkörper 116 dimensio niert, so dass er zwischen einem oberen Segment 102a, 102d und einem unteren Segment 102b, 102c des deformierbaren Elements 100 positio nierbar ist. Beispielsweise kann der Schwimmkörper 116 einen kreisseg mentförmigen Querschnitt aufweisen. Obwohl in Fig.4 der Querschnitt des Schwimmkörpers 116 ungefähr die Form eines Viertelkreises auf weist, ist dies nur exemplarisch und der Winkelbereich zwischen einer ersten Seitenwand 118a und einer zweiten Seitenwand 118b des
Schwimmkörpers 116 ist von 90° verschieden.
Fig.5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des komprimierba ren Elements 100 in der Konfiguration aus Fig.3 zusammen mit den bei den Schwimmkörpern 116, wie sie in Fig.4 dargestellt sind in einem Mo tor 122 gemäß einer Ausführungsform des hierin offenbarten Gegen stands. Fig.5 zeigt nun das komprimierbare Element 100 in der Konfigu ration aus Fig.3 zusammen mit den beiden Schwimmkörpern 116, wie sie in Fig.4 dargestellt sind in einem Motor 122 gemäß Ausführungsfor men des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer Ausführungsform ergänzen sich der Winkelbereich, über den sich der Schwimmkörper 116 erstreckt und der Winkelbereich, über den sich die beiden neben dem Schwimmkörper angeordneten Segmente (102a, 102b; bzw.102c, 102d) des deformierbaren Elements 100 erstre cken, zu 180 Grad, wie in Fig.5 dargestellt.
Bei dem in Fig.5 dargestellten Motor 122 bilden jeweils zwei Segmente 102a und 102b bzw.102c und 102d des deform ierbaren Elements 100 zusammen mit dem dazwischen angeordneten Schwimmkörper 116 eine Dreheinheit 120a, 120b oder zumindest einen Teil davon.
Gemäß einer Ausführungsform teilen sich zwei oder mehr Dreheinheiten ein gemeinsames deformierbares Element, wie in Fig.5 dargestellt.
Jeder Dreheinheit 120a, 120b ist ein Antriebselement zugeordnet, darge stellt in Fig.5 durch eine Welleneinheit 124, welche das deformierbare Element 100 sowie die Schwimmkörper 106 trägt. Die Wellenvorrichtung 124 kann auf jede geeignete Weise gelagert sein. Exemplarisch ist die La gerung der Wellenvorrichtung 124 in Fig.5 bei 126 dargestellt.
In einer exemplarischen Ausführungsform haben die Schwimmkörper, welche als Flohlkörper mit starren Wänden ausgebildet sein können, eine durchschnittliche Dichte von 106 kg/m3.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Segmente des deformierbaren Elements in Umfangsrichtung 113 m it Abstand von den Flohlkörpern 116 angeordnet. Folglich bleiben gemäß einer Ausführungsform offene Fugen zwischen dem deformierbaren Element 100 und den Schwimmkörpern 116. Zur Aufrechterhaltung des Abstands können an den Schwimmkör pern 116 und/oder an dem deformierbaren Element Abstandselemente, wie beispielsweise Vorsprünge oder Verbindungselemente, die den mini malen Abstand zwischen dem Schwimmkörper 116 und dem deformier- baren Element begrenzen, angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungs form sind die sich gegenüberliegenden Seitenwände 1 18a, 1 18b des Schwim m körpers 1 16 und die den Seitenwänden 1 18a, 1 18b gegenüber liegenden Seitenwände 1 12 des deform ierbaren Elem ents 100 aneinander fixiert, beispielsweise durch nicht dargestellte Verbindungselem ente. Ge m äß einer anderen Ausführungsform sind der Schwim m körper und das deform ierbare Elem ent nicht aneinander fixiert, sondern sind lediglich an einander angrenzend angeordnet, um bei dem hierin beschriebenen Be trieb des Motors dem jeweiligen Betriebszustand entsprechende Kräfte aufeinander auszuüben.
Gem äß einer Ausführungsform weist das deform ierbare Elem ent 100 in seinem Zentralbereich 104 das in Fig. 2 dargestellte Durchgangsloch 105 auf, durch welches sich die Wellenvorrichtung 124 erstreckt.
Gem äß einer Ausführungsform sind die Rahmenstangen 1 12 des defor m ierbaren Elements 1 00 an auf der Wellenvorrichtung 124 drehbar gela gerte Ringe gekoppelt. Die Kopplung der Rahmenstangen 1 12 an die Ringe ist gemäß einer Ausführungsform derart, so dass sich die Rahmen stangen 1 12 bezüglich der Ringe in Umfangsrichtung neigen können, um eine Kom prim ierung des betreffenden Segm entes 102a, 1 02b, 102c,
102d zu erlauben. Die nicht dargestellten Ringe können auf der Wellen vorrichtung 124 frei drehbar gelagert sein. Gemäß einer Ausführungsform ist jeder Schwim m körper 1 16 m ittels einer Kopplungsvorrichtung an sein zugeordnetes Antriebselement gekoppelt. Das heißt gemäß einer Ausfüh rungsform erfolgt die Kraftübertragung auf das Antriebselement durch den Schwim m körper 1 16. Gem äß einer anderen Ausführungsform sind die Schwim m körper 1 16 frei drehbar gelagert und die Kraftübertragung auf das Antriebselem ent der Dreheinheit erfolgt durch das deform ierbare Element bzw. die Rahm enstangen des deform ierbaren Elements.
Gem äß einer Ausführungsform sind die Antriebselem ente der beiden Dre heinheiten 120a, 120b in Form der Wellenvorrichtung 124 in Fig. 5, m it einem Getriebe 128 gekoppelt, wobei das Getriebe 128 eingerichtet ist, um die Bewegung des Antriebselem ents der ersten Dreheinheit 1 20a und die Bewegung des Antriebselem ents der zweiten Dreheinheit 120b zu kom binieren. Es versteht sich, dass in solch einem Fall die Wellenvorrich tung 124 zwei separate Wellen aufweisen m uss, um die Antriebselem ente der beiden Dreheinheiten 102a, 120b m it dem Getriebe zu koppeln . Bei spielsweise enthält die Wellenvorrichtung in einer Ausführungsform zwei koaxial geführte Wellen. Das Getriebe 128 weist eine Abtriebswelle 130 auf, an welcher die von dem Motor 122 erzeugte Kraft bzw. Energie zur Verfügung steht, beispielsweise um einen Generator anzutreiben.
Gem äß einer Ausführungsform kann der Motor 122 zum Antreiben eines Generators und dadurch Erzeugen von elektrischer Energie verwendet werden.
Nach der Beschreibung der strukturellen Merkmale des Motors 122, der im Einklang ist m it exem plarischen Ausführungsformen des hierin offen barten Gegenstands, wird im Folgenden auf die Funktionsweise des Mo tors 122 eingegangen.
Fig. 6 zeigt eine Teilansicht des Motors 122 aus Fig. 5 gemäß Ausfüh rungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer Ausfüh rungsform enthält der Motor einen ersten Verriegelungsm echanism us 135 zum Verriegeln der Position des Schwim m körpers 1 16 relativ zu dem de form ierbaren Elem ent 100. Beispielsweise kann bei dem exemplarisch in den Zeichnungen dargestellten Motor 122 der erste Verriegelungsm echa nism us 135 an jedem Schwim m körper 1 16 ein erstes Verriegelungsele m ent 136 aufweisen, welches m it einem zweiten Verriegelungselement 138 in Eingriff gebracht werden kann, um die Position der beiden
Schwim m körpers 1 16 relativ zueinander zu fixieren. Da die kom prim ier ten Segm ente (Segmente 102b, 1 02c in dem in Fig. 6 dargestellten Zu stand des Motors 122) sich zwischen den Schwim m körpern 1 16 befinden, werden durch das Fixieren der beiden Schwim m körper relativ zueinander auch die zwischen den Schwimmkörpern 116 angeordneten, komprimier ten Segmente 102b, 102c ebenfalls relativ zueinander (und auch relativ zu den Schwimmkörpern 116) fixiert. Gemäß einer Ausführungsform ist die Position des Schwimmkörpers relativ zu dem deformierbaren Element verriegelbar sowohl wenn der erste Teil (Segment 102a, 102d) kompri miert ist, als auch wenn der zweite Teil (Segment 102b, 102c) des Schwimmkörpers komprimiert ist. Hierzu können beispielsweise zwei erste Verriegelungsmechanismen 135 vorgesehen sein (wie in Fig.9 dar gestellt), von denen in Fig.9 zur Vereinfachung der Darstellung jedoch nur einer dargestellt ist.
Der erste Verriegelungmechanismus 135 kann ein bistabiler Mechanismus sein, welcher zwei stabile Zustände einnehmen kann. Damit kann bei spielsweise der erste Verriegelungsmechanismus 135 ausgebildet sein, um durch eine erste Betätigung verriegelt zu werden, und um nach dem Überführen der Dreheinheit in die Ausgangsposition durch eine zweite Be tätigung entriegelt zu werden.
Sofern die entfalteten Segmente 102a, 102d nicht elastisch verformbar sind, sind mit der Fixierung der komprimierten Segmente 102b, 102c auch die entfalteten Segmente 102a, 102d fixiert. Zusätzlich kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein weiterer Verriegelungsmechanismus zum aneinander Fixieren der entfalteten Segmente 102a, 102d vorgese hen sein. Dieser weitere, nicht dargestellte Verriegelungsmechanismus kann analog zu dem ersten Verriegelungsmechanismus ausgebildet sein. Insbesondere sind der erste Verriegelungsmechanismus und der weitere Verriegelungsmechanismus Teil des Drehelements 120a, 120b und zu sammen mit dem Drehelement bewegbar (z. B., gemäß exemplarischen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen, um die Achse 106 rotierbar).
Wie in Fig.6 dargestellt, kann das erste Verriegelungselement 136 je weils aus einem Vorsprung und das zweite Verriegelungselement 138 aus einer Gabel bestehen, welche die Vorsprünge 136 umgreift und dadurch relativ zueinander fixiert.
Nachfolgend wird m it Bezug auf Fig. 7 bis Fig. 10 ein erster Antriebszyk lus des Motors 122 beschrieben.
Der Motor 122 ist gem äß einer Ausführungsform vollständig in einem Fluid, z.B. Wasser, untergetaucht. Das heißt, gemäß einer Ausführungs form befindet sich der Motor 122 unterhalb einer Fluidoberfläche 132 ei nes Fluids 134.
Fig. 7 zeigt das deform ierbare Element 100 in einer Ausgangsposition der Dreheinheit gemäß Ausführungsform en des hierin offenbarten Gegen stands, wobei in Fig. 7 die Schwim m körper 1 16 aus Gründen der Über sichtlichkeit nicht dargestellt sind.
Der erste Antriebszyklus beginnt m it einem Entriegeln des Schwim m kör pers 1 16 und des deform ierbaren Elem ents, beispielsweise durch Zurück ziehen des zweiten Verriegelungselem ents 138 von den Vorsprüngen 136 (siehe Fig. 6, in Fig. 7 nicht dargestellt) , wodurch der Schwim m körper und die unteren Segmente 102b, 102c freigegeben werden. Das Freige ben der Schwim m körper 1 16 bzw. des deform ierbaren Elem ents 100 er laubt eine Entfaltung der unteren Segm ente 102b, 102c, d.h. ein Befüllen der unteren Segm ente m it Luft. Kurz gesagt bedingt die Konfiguration des Motors 122, dass der auf die oberen Segm ente 102a, 102b wirkende Wasserauftrieb in ein Drehm oment an den Seiten der unteren Segm ente 102b, 102c aufgeht. Dieses Drehm oment führt zur Komprim ierung der oberen Segmente 102a, 102d und drängt das Füllmedium 103 aus ihnen heraus in die unteren Segm ente 102b, 102c.
Genauer gesagt wirkt eine Auftriebskraft auf die unteren Seitenwände 108a, 108b der oberen Segm ente 102a, 102d des deform ierbaren Eie- m ents 100. Dies führt zu einer Aufwärtsbewegung der unteren Seiten wände 108a, 108b, wobei die Aufwärtsbewegung in Fig. 7 durch die Pfeile 140 angezeigt wird. Der Wasserdruck, der auf die unteren Seitenwände 108a, 108b wirkt, ist bei 142 angegeben.
Die Aufwärtsbewegung der unteren Seitenwände 108a, 108b führt dazu, dass die Luft aus den oberen Segm enten 102a, 1 02d in die unteren Seg m ente 102b, 102c gedrückt wird. Die daraus resultierende Luftström ung ist bei 144 angegeben.
Fig. 8 zeigt den Motor 122 und insbesondere das deform ierbare Element 100 in dem in Fig. 7 dargestellten Zustand zusam men m it den beiden Schwim m körpern 1 16, die zwischen den oberen Segmenten 102a, 102d und den unteren Segmenten 102b, 102c angeordnet sind.
Neben dem m it Bezug auf Fig. 6 erläuterten ersten Verriegelungsmecha nism us kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein zweiter Verrie gelungsmechanism us 153 vorgesehen sein, m it welchem ein Paar von sich gegenüberliegenden Seitenwänden 108c, 108d von zwei verschiede nen Segm enten 102a, 102d ortsfest fixierbar sind. Auf diese Weise ist das deform ierbare Element 100 räum lich fixierbar, während die
Schwim m körper 1 16 beweglich bleiben. Gemäß einer Ausführungsform ist ein einziger zweiter Verriegelungsm echanism us 153 vorgesehen. Je denfalls in dem exemplarisch in Fig. 7 dargestellten Motor 122 ist dies ausreichend, da die anderen beiden sich gegenüberliegenden Seiten wände 108e, 1 08f durch die Konfiguration der Dreheinheit ( Füllungsgrad des deform ierbaren Elem ents und der an das deform ierbare Element an gepasste Form der Schwim m körper) ebenfalls fixiert sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Motor 122 jedoch auch einen weite ren zweiten Verriegelungsm echanism us zum räum lich Fixieren eines wei teren Paars von einander gegenüberliegenden Seitenwänden, beispiels weise zum räum lich Fixieren der Seitenwände 108e, 1 08f, aufweisen. Der erste Verriegelungsmechanism us 153 verhindert in einer Ausfüh- rungsform eine unerwünschte Drehung der gesamten Dreheinheit wäh rend der Aufwärtsbewegung der Schwim m körper 1 16 in die obere Posi tion. Dem nach ist gemäß einer Ausführungsform bereits in dem in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellten Zustand des Motors 122 m indestens ein Paar voneinander gegenüberliegenden Seitenwänden 108c, 1 08d bzw. 108e, 108f durch jeweils ein erstes Verriegelungselem ent 154 und ein zweites Verriegelungselement 156 ortsfest arretiert. Der zweite Verriegelungsm e chanism us 153 umfasst dabei in einer Ausführungsform als erstes Verrie gelungselem ent einen Vorsprung 154, der m it der betreffenden, zu arre tierenden Seitenwand 108c, 108d verbunden ist. Ferner umfasst der zweite Verriegelungsm echanism us 153 das zweite Verriegelungselem ent 156, beispielsweise in Form einer Gabel, welches in eine vorgeschobene Position bringbar ist, in welcher das zweite Verriegelungselement 156 die ersten Verriegelungselem ente 154 an den Seitenwänden umgreift und dadurch räum lich fixiert. Um die beiden Seitenwände 1 08c, 108d freizu geben, ist das zweite Verriegelungselem ent 156 in eine zurückgezogene Position bringbar, in welchem das zweite Verriegelungselement 156 außer Eingriff m it den ersten Verriegelungselem enten 154 ist. Eine Fierstellung der ersten, verriegelnden Position und der zweiten, freigebenden Position kann durch einen Aktuator 158 erfolgen, der durch ein entsprechendes Steuersignal 162 von einer Steuervorrichtung 160 steuerbar ist. Gem äß einer Ausführungsform ist eine Sensorvorrichtung 161 vorgesehen, wel che ein Sensorsignal 163 an die Steuervorrichtung 160 liefert. Die Steu ervorrichtung 160 ist gem äß einer Ausführungsform ausgebildet, um in Reaktion auf das Sensorsignal 163 ein Steuersignal (z. B. das Steuersig nal 162) für m indestens einen Aktuator des Motors zu erzeugen.
Die ersten Verriegelungselemente 136 des ersten Verriegelungsm echa nism us (siehe Fig. 6) und die ersten Verriegelungselemente 154 des zweiten Verriegelungsm echanism us 153 können beide in einem radial äu ßeren Umfangsbereich angeordnet und in axialer Richtung gegeneinander versetzt sein, so dass eine unabhängige Betätigung des ersten Verriege lungsmechanismus und des zweiten Verriegelungsmechanismus möglich ist. Andere Konfigurationen sind jedoch ebenfalls möglich. Beispielsweise kann ein Verriegelungsmechanismus, beispielsweise der erste Verriege lungsmechanismus 135, mittels welchem die beiden Schwimmkörper an einander fixierbar sind, an einer Stirnfläche der Schwimmkörper 116 an geordnet sein, wie in Fig.8 dargestellt.
Wie in den Figuren beispielhaft dargestellt, können die entsprechenden Verriegelungsmechanismen 135, 153 durch gesteuerte Aktuatoren betä tigt sein. Gemäß anderen Ausführungsformen sind die Verriegelungsme chanismen rein mechanisch betätigt und sind von der Bewegung von ei nem oder mehreren Elementen der Dreheinheit und/oder von der Bewe gung des Antriebselements der betreffenden Dreheinheit gesteuert.
Auch die Schwimmkörper 116 sind einer Auftriebskraft unterworfen, die durch die Kopplung des betreffenden Schwim m körpers 116 m it seinem Antriebselement (nicht dargestellt in Fig.8) gemäß einer Ausführungs- form zu einer Drehbewegung 146 des Schwim m körpers 116 führt. Die Drehbewegung 146 führt letztlich zu einer Aufwärtsbewegung des
Schwimmkörpers 116 von der unteren Position, die in Fig.8 dargestellt ist hin zu einer oberen Position, die in Fig.9 dargestellt ist.
Fig.9 zeigt folglich den Motor 122 in einem Zustand, in welchem der Schwimmkörper bzw. die Schwimmkörper 116 sich in einer oberen Posi tion befinden, die oberen Segmente 102a, 102d komprimiert sind und die unteren Segmente 102b, 102c mit dem Füllmedium 103 gefüllt sind.
Im Detail erfolgt gemäß einer Ausführungsform das Expandieren der un teren Segmente 102b, 102c wie folgt: Durch die einfließende Luft aus der Luftströmung 144 aus den oberen Segmenten 102a, 102d dehnen sich die unteren Segmente 102b, 102c zunehmend aus und werden ihren Vo- lum ina entsprechend dem Wasserdruck ausgesetzt. Gemäß einer Ausfüh rungsform kann eine Sperrvorrichtung vorgesehen sein, welche verhin dert, dass das bereits expandierte Segment entgegen der Expansions richtung durch den Wasserdruck wieder zusam m engedrückt wird. Eine solche Sperrvorrichtung kann beispielsweise m ittels einer Zahnstange 150 und einer Sperrklinke 152 realisiert werden, wobei die Sperrklinke in Richtung der Zahnstange 150 vorgespannt ist und auf diese Weise m it dieser in Eingriff ist. Bei einer Expansionsbewegung (entsprechend der Aufwärtsbewegung 146 der Schwim m körper 1 16) gleitet die Sperrklinke über Rastnasen der Zahnstange 150, verhindert jedoch eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung durch entsprechende Form gebung der Sperr klinke und der Rastnasen auf der Zahnstange 150. Die Sperrvorrichtung 150, 152 kann jedoch gemäß anderer Ausführungsform en auf beliebige andere Weise realisiert werden, beispielsweise m ittels eines Freilaufs oder m ittels eines Aktuators, der auf ein Sensorsignal, das auf eine Bewegung entgegen einer Expansion der unteren Segmente 102b, 102c hinweist, in Eingriff bringt und dam it eine solche Gegenbewegung verhindert. Es ver steht sich, dass gemäß einer Ausführungsform auch die oberen Segmente 102a, 102d eine solche Sperrvorrichtung aufweisen können, die aktiviert wird um die beschriebene Sperrwirkung auszuüben und eine uner wünschte Gegenbewegung zu verhindern. Ferner erkennt der Fachm ann, dass in einer Ausführungsform die Sperrvorrichtung deaktivierbar ist um die beschriebene Sperrwirkung nicht auszuüben und die Gegenbewegung zuzulassen. Die Gegenbewegung ist beispielsweise bei einer Komprim ie rung von Segmenten, beispielsweise bei der Kom prim ierung der oberen Segmente, erforderlich. Die Aktivierung/ Deaktivierung der Sperrvorrich tung kann beispielsweise rein m echanisch oder durch gesteuerte Aktua toren erfolgen.
Durch die Sperrvorrichtung 150, 152 wird verhindert, dass der auf die unteren Segmente 102b, 102c wirkende Wasserdruck als Gegendruck ge gen die Luftström ung aus den oberen Segmenten 102a, 1 02d wirkt. So lange sie an der unteren Position sind, werden die unteren Segm ente 102b, 102c den Wasserdruck vielmehr als Drehmoment an die Schwimm körper 116 weitergeben. Dadurch, dass die Volumensumme der Seg mente 102a, 102b, 102c, 102d unverändert bleibt, bleibt auch im Ender gebnis der für ihre Summe geltende Wasserdruck und damit auch die Summe der dadurch entstandenen Drehmomente konstant. Durch die Strammhaltung der Oberfläche der jeweils unten stehenden Segmente durch die Sperrvorrichtung 150, 152 kann die Anlage zusätzliche Kraft gewinnen. Wenn die Haut der unten stehenden Segmente stramm gehal ten wird, verhalten sich die unten stehenden Segmente wie Schwimmer. Sie werden dann nicht mehr deformierbar sein. Dadurch wird der nega tive Wasserdruck an der Oberfläche abgewehrt. Hinzu kommt, dass die unten stehenden Segmente, wie es bei den Schwimmkörpern der Fall ist, einen Auftrieb erfahren. De facto wird der Wasserdruck, der zuvor die unteren Segmente verformte und als negative Kraft gegolten hat, nun mehr in Antriebskraft umgewandelt und die unten stehenden Kammern nach oben expandieren. Dies führt zur Erhöhung der Leistung auf das Zweifache.
Die Summe der Drehmomente, die auf die Schwimmkörper 116 wirken (d.h. Drehmoment auf die Schwimmkörper 116 und Drehmoment auf die unteren Seitenwände 108a, 108b der oberen Segmente 102a, 102d (siehe Fig.7)), wird über die Kopplungsvorrichtung, welche die
Schwimmkörper 116 an das zugeordnete Antriebselement koppelt, an das betreffende Antriebselement weitergeleitet. Wie in Fig.5 dargestellt, kön nen diese Drehmomente an den Antriebselementen über die Wellenvor richtung 124 dem Getriebe 128 zugeführt werden, zur Kombination der durch die Dreheinheiten 120a, 120b gelieferten Drehmomente und Be reitstellen eines Ausgangsdrehmoments an der Abtriebswelle 130 (siehe Fig.5).
In dem in Fig.9 dargestellten Zustand, in welchem sich die Schwimmkör per 116 in ihrer oberen Position befinden, wird gemäß einer Ausführungs form jeder Schwimmkörper 116 bezüglich des deformierbaren Elements 100 fixiert, beispielsweise durch den mit Bezug auf Fig.6 beschriebenen ersten Verriegelungsmechanismus 135, beispielsweise durch die Verrie gelungselemente 136, 138.
Der zweite Verriegelungsmechanismus 153 hält die einander gegenüber liegenden Seitenwände 108c, 108d der oberen Segmente 102a, 102d ar retiert und, wie oben beschrieben, durch die Konfiguration der Drehein heit 120a, 120b indirekt auch die einander gegenüberliegenden Seiten wände 108f, 108e der unteren Segmente 102b, 102c arretiert, bis die beiden Schwimmkörper 116 in ihrer oberen Position angelangt sind (Fig. 9). Wenn die Schwimmkörper 116 in ihrer oberen Position angelangt sind, wird der erste Verriegelungsmechanismus 135 betätigt, um die bei den Schwimmkörper 116 miteinander zu verriegeln, dadurch verriegelnd die Position des Schwimmkörpers 116 relativ zu seinem benachbarten de formierbaren Element, z.B. relativ zu seinem benachbarten Segment des deformierbaren Elements 100.
Nun wird der zweite Verriegelungsmechanismen 153 in seine freigebende Position gebracht, um die ersten Verriegelungselemente 154 freizugeben.
In der Konfiguration in Fig.9 haben die obenstehenden Schwimmkörper 116 eine höhere Dichte (rp = 106 kg/ m3 ) als die gefüllten unteren Seg mente 102b, 102c (PFLBF = 23 kg/m3).
Durch diese Dichtendifferenz liegt der Schwerpunkt der beiden Drehein heiten 120a, 120b über den Antriebselementen und über der Achse 106. Dadurch bewegen sich die durch die erste Verriegelungsvorrichtung ver riegelten Dreheinheiten zusammen mit den Schwimmkörpern 116 nach unten, z.B. in einer Linksdrehung 164, wie in Fig.9 angegeben. Es ver steht sich, dass die Drehbewegung auch in der entgegengesetzten Rich tung, entgegengesetzt zu der Linksdrehung 164 erfolgen kann. Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der zweite Verriege lungsmechanismus 153, beispielsweise das zweite Verriegelungselement 156 beim Freigeben der Seitenwände 108c, 108d auf die Dreheinheiten 120a, 120b ein Drehmom ent ausübt, welches zu einer Drehung der Dre heinheiten 120a, 120b führt, wie in Fig. 9 durch die Pfeile 164 angegeben ist.
Gem äß einer Ausführungsform wird die Gesamtheit der Schwim m körper 1 16 und der Segm ente 102a, 102b, 102c, 102d als Flauptkorpus bezeich net. I nsofern kann bei der Drehung 164 auch von einer Drehung des Flauptkorpus gesprochen werden, wobei bei dieser Drehung die Elem ente des Flauptkorpus, insbesondere die Schwim m körper 1 16 und die Seg m ente 102a, 102b, 102c, 102d gegeneinander verriegelt sind, so dass ihre relativen Positionen innerhalb des Flauptkorpus unverändert bleiben.
Folglich bewegen sich die Dreheinheiten 120a, 120b solange, bis der Schwerpunkt der Dreheinheiten unter der Achse 106 in einer Gleichge wichtsposition liegt. Diese Position, die bezüglich des Schwerpunktes eine Gleichgewichtsposition ist, ist in Fig. 1 0 dargestellt.
Fig. 10 zeigt den Motor aus Fig. 8 nach dem erneuten Einnehmen der Ausgangsposition. Diese Position wird hierin deshalb als Ausgangsposition bezeichnet, weil sie die Ausgangsposition für eine Aufwärtsschwenkbewe gung der Schwim m körper 1 16 und ein Komprim ieren der oberen Seg m ente (nun, in Fig. 10) 102b, 102c bewirkt. Bevor die erste Verriege lungsvorrichtung 138 die beiden Schwim m körper 1 16 freigibt und dadurch eine Aufwärtsbewegung der Schwim m körper erlaubt, werden die zweiten Verriegelungsvorrichtungen 1 53 wieder in ihre vorgeschobene Position, das heißt in ihre verriegelnde Position, gebracht, um die einan der gegenüberliegenden Seitenwände 108e, 108f und 108c, 108d räum lich zu fixieren. Dam it die Drehung der Dreheinheiten nicht über 180° hinausgeht, greifen gem äß einer Ausführungsform die zweiten Verriege lungsvorrichtungen auf die sich nach oben drehenden Segmente 102b,
102c vorzeitig zu und halten sie
dann bei 180° Drehung an. Anschließend erfolgt die Freigabe der Schwim m körper 1 16 sowie die Auf wärtsbewegung der Schwim m körper 1 16, die Komprim ierung der oberen Segmente 102b, 102c und das Befüllen der unteren Segmente 102a, 102d, analog zu der Beschreibung von Fig. 8.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich, ist folglich m it der erfindungsgem äßen Ausgestaltung eines Motors ein kontinuierlicher Be trieb des Motors m öglich.
Fig. 1 1 zeigt einen Teil des Motors 122 aus Fig. 5 gem äß
Ausführungsform en des hierein offenbarten Gegenstands Fig. 1 1 zeigt eine Kopplungsvorrichtung 166a, 1 66b, die angepasst ist zum Koppeln des Schwim m körpers 1 16 m it dem jeweiligen Antriebselem ent 1 68a,
168b während der Aufwärtsbewegung des Schwim m körpers 1 16, um dadurch das Antriebselem ent 166a, 166b anzutreiben. Die
Antriebselem ente 168a, 168b bilden in einer Ausführungsform
beispielsweise die Wellenvorrichtung 124, wie sie m it Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde. Die Kopplungsvorrichtungen 166a, 166b sind beispielsweise Kupplungen, die durch nicht dargestellte Aktuatoren betätigt werden. Gem äß einer Ausführungsform sind die
Kopplungsvorrichtungen 166a, 166b Teil eines Getriebes, das in Fig. 5 schematisch dargestellt und m it 128 bezeichnet ist. Gemäß einer
Ausführungsform kann ein Planetengetriebe radial innerhalb der
Dreheinheiten angeordnet sein, beispielsweise in dem Durchgangsloch 105. Gem äß einer Ausführungsform können die Antriebselem ente 168a, 168b Teile des Planetengetriebes sein.
Die Kopplungsvorrichtungen 166a, 166b sind ferner angepasst zum Entkoppeln des Schwim m körpers 1 16 von dem Antriebselem ent während des Treibens der Dreheinheit in die Ausgangsposition. Diese Entkopplung kann beispielsweise durch Öffnen der Kupplungen erfolgen. Gem äß anderer Ausführungsform en können andere
Kopplungsvorrichtungen verwendet werden, um die hierin beschriebenen Funktionen bereitzustellen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebenen Ausführungs formen lediglich eine beschränkte Auswahl an m öglichen Ausführungsva rianten der Erfindung darstellen. So ist es zum Beispiel m öglich, die Merkm ale einzelner Ausführungsform en in geeigneter Weise m iteinander zu kom binieren, so dass für den Fachmann m it den hier explizit offenbar ten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungs formen als offensichtlich bzw. im plizit offenbart anzusehen sind. Ferner sollte erwähnt werden, dass die Begriffe wie„ein“ oder„eines“ eine Mehr zahl nicht ausschließen. Begriffe wie„enthaltend“ oder„aufweisend“ schließen weitere Merkm ale oder Verfahrensschritte nicht aus. Es sollte sich ferner verstehen, dass die hierin offenbarten Verriegelungsm echanis m en bzw. ihre Art der Betätigung lediglich beispielhaft sind, und dass jede geeignete Form von Verriegelungsm echanism us und jede geeignete Art der Betätigung eines Verriegelungsmechanism us möglich und zusam m en m it dem hierin offenbarten Gegenstand implementierbar ist. Bei spielsweise kann anstelle der durch eine Steuervorrichtung gesteuerten Aktuatoren vorgesehen sein, dass die Verriegelungsmechanism en oder die Kopplungselemente durch eine geeignete m echanische Konfiguration automatisch rein mechanisch durch den Betrieb des Motors 122 betätigt werden.
Es sollte sich ferner verstehen, dass jede hierin offenbarte Entität (z.B. Kom ponente, Einheit, Mechanism us oder Vorrichtung) nicht auf eine dezi dierte Entität beschränkt ist, wie sie in einigen Ausführungsformen be schrieben ist. Vielmehr kann der hierin offenbarte Gegenstand auf ver schiedene Weisen implem entiert werden und m it verschiedenen Granula- ritäten auf Vorrichtungsebene oder auf Steuerungsmodulebene, während im mer noch die gewünschte und hierin beschriebene Funktionalität gelie- fert wird. Ferner sollte sich verstehen, dass gem äß einigen Ausführungs- formen für jede hierin offenbarte Funktion eine separate Entität vorgese hen sein kann. Ferner kann gem äß anderen Ausführungsform en eine En tität vorgesehen sein, die zwei oder m ehr von hierin offenbarten Funktio- nen bereitstellt. Gem äß einer Ausführungsform enthält die Steuervorrich tung eine Prozessorvorrichtung m it m indestens einem Prozessor zum Ausführen von m indestens einem Com puterprogram m , welches einem entsprechenden Softwaremodul entspricht.
Bezugszeichenliste
100 deformierbares Element
102a, 102b, 102c, 102d Segment von 100
103 Füllmedium
104 Zentralbereich
105 Durchgangsloch
106 Achse
108 Seitenwände von 100
110 radial äußerer Bereich von 100
112 Rahmenstangen
113 Umfangsrichtung
114 Außenwand
116 Schwimmkörper
118a, 118b Seitenwand von 116
120a, 120b Dreheinheit
122 Motor
122A Antriebseinheit
124 Wellenvorrichtung
126 Lagerung der Wellenvorrichtung
128 Getriebe
130 Abtriebswelle
132 Fluidoberfläche
134 Fluid
135 erster Verriegelungsmechanismus
136 erstes Verriegelungselement von 135
138 zweites Verriegelungselement von 135 140 Aufwärtsbewegung
142 Wasserdruck
144 Luftströmung
146 Drehbewegung (Aufwärtsbewegung) von 116 150 Zahnstange
152 Sperrklinke 153 zweiter Verriegelungsm echanism us
154 erstes Verriegelungselement von 153 156 zweites Verriegelungselement von 153 158 Aktuator
160 Steuervorrichtung
161 Sensorvorrichtung
162 Steuersignale
163 Sensorsignal
164 Drehung der Dreheinheiten
166a, 166b Kopplungsvorrichtung
168a, 168b Antriebselem ent
170 Druckgehäuse
171 Druckaufbausystem
172 Druckrohr
173 Luftventil inkl. Sicherheitsventil

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Antriebseinheit (122A), welche eine hydrostatische Kraft verwendet zur Erzeugung eines aufgrund einer Verlagerung des Schwerpunkts von Dreheinheiten (120a, 120b) sich ergebenden Drehmoments, wobei die Antriebseinheit (122A) in einem druckbeaufschlagten Fluid innerhalb eines Druckgehäuses (170) angeordnet ist, und das Druckgehäuse (170) einen oberen Deckel aufweist, auf dem ein Druckaufbausystem (171) mit einem Druckrohr (172) angeordnet ist, wobei das Druckrohr (172) teilweise mit einem Fluid befällt ist, und oberhalb des Fluidspiegels des Fluids ein mit einem Sicherheitsventil (173) versehenes Einlassventil angeordnet ist, über das ein gasförmiges Füllmedium in das Druckrohr (172) einführbar ist, um eine Druckhöhe, entsprechend einer
vorbestimmten Wassersäule im Druckgehäuse (170) herzustellen.
2. Antriebseinheit (122A) nach Anspruch 1, wobei die Wassersäule mindesten zehnmal größer als der identische Durchmesser der
Dreheinheiten (120a, 120b) ist, und wobei die Fläche von durch einen Gabelmechanismus festgehaltenen Seitenwänden (108e, 108f) etwa einem Viertel der Gesamtfläche eines deformierbaren Segmentes (102b,
102c) beträgt.
3. Antriebseinheit (122A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein
Druckgefälle zu Gunsten der oberen deformierbaren Segmente (102a, 102d) vorhanden ist, das eine verstärkte Strömung (144) deren
Gasfüllung (103) in die unteren deformierbaren Segmente (102b, 102c) bewirkt, wobei die Strömung einem künstlich erzeugten Wind entspricht, durch dessen Kraft sich die unteren deformierbaren Segmente (102b
102c) ausdehnen und dabei die Schwimmer (116) nach oben drücken, währenddessen sich die oberen deformierbaren Segmente (102a, 102d) komprimieren.
4. Antriebseinheit (122A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dreheinheit (120a, 120b) einen starren formstabilen Schwimmkörper (116) aufweist; und
wobei die Dreheinheit (120a, 120b) in dem druckbeaugschlagten flüssigen Fluid (134) angeordnet ist, so dass der Schwimmkörper (116), dessen relative Dichte geringer als die relative Dichte des flüssigen Fluids ist, in einer unteren Position einer Auftriebskraft unterworfen ist, welche den Schwimmkörper (116) in einer Aufwärtsbewegung (146) in eine obere Position treibt und dadurch ein Antriebselement (124) antreibt; und
wobei der Schwerpunkt der Dreheinheit (120a, 120b) mit dem Schwimmkörper (116) in der oberen Position über dem Antriebselement (124) liegt und der Schwerpunkt dadurch die Dreheinheit (120a, 120b) zurück in eine Ausgangsposition treibt, in welcher der Schwimmkörper (116) in der unteren Position ist; und
wobei die Dreheinheit (120a, 120b) ferner enthält:
ein deformierbares Element (100) enthaltend ein gasförmiges Füllmedium (103);
wobei der Schwimmkörper (116) und das deformierbare Element (100) in dem flüssigen Fluid (134) angeordnet sind, so dass
der Schwimmkörper (116) einen ersten Teil (102a, 102d) des deformierbaren Elements (100) während der Aufwärtsbewegung (146) komprimiert, wobei der erste Teil (102a, 102d) über dem
Schwimmkörper (116) angeordnet ist;
das Komprimieren des ersten Teils (102a, 102d) des
deformierbaren Elements (100) das gasförmige Füllmedium (103) in einen zweiten Teil (102b, 102c) des deformierbaren Elements (100) drängt, wobei der zweite Teil (102b, 102c) unter dem Schwimmkörper (116) angeordnet ist.
5. Antriebseinheit (122A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (116) in der oberen Position mit dem
deformierbaren Element (100) verriegelbar ist, dadurch resultierend in einem verriegelten Zustand der Dreheinheit (120a, 120b), wobei der Schwerpunkt der Dreheinheit (120a, 120b) in ihrem verriegelten Zustand mit dem Schwimmkörper (116) in der oberen Position über dem
Antriebselement (124) liegt und der Schwerpunkt die Dreheinheit (120a, 120b) zurück in die Ausgangsposition treibt.
6. Antriebseinheit (122A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend eine Kopplungsvorrichtung (166a, 166b) angepasst zum Koppeln des Schwimmkörpers (116) mit dem Antriebselement (168a, 168b) während der Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers (116), um dadurch das Antriebselement (166a, 166b) anzut reiben.
7. Antriebseinheit (122A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement (168a, 168b) ein rotierbares Element ist, welches eine Rotationsachse (106) aufweist;
wobei das deformierbare Element (100) und der Schwimmkörper (116) konfiguriert sind für eine gemeinsame Rotation (164) um die Rotationsachse (106) während des Treibens der Dreheinheit (120a, 120b) in die Ausgangsposition.
8. Antriebseinheit (122A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend einen Verriegelungsmechanismus (135) zum
Verriegeln der Position des Schwimmkörpers (116) relativ zu dem deformierbaren Element (100) während der gemeinsamen Rotation (164) um die Rotationsachse (106);
wobei das Verriegelungselement (135) konfiguriert ist zum
Entriegeln des Schwimmkörpers (116) und des deformierbaren Elements (100), dadurch erlaubend eine nachfolgende Aufwärtsbewegung (146) des Schwimmkörpers (116).
9. Verfahren des Betreibens einer Antriebseinheit (122A) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das Verfahren enthaltend:
Räumlich Fixieren der Dreheinheit (120a, 120b) in einer
Ausgangsposition mit einem Schwimmkörper (116) in einer unteren Position innerhalb eines druckbeaufschlagten flüssigen Fluids; Anschließend Freigeben des Schwimmkörpers (116) in der unteren Position, um dem Schwimmkörper (116) zu erlauben, eine
Aufwärtsbewegung zu der oberen Position durchzuführen und dabei das Antriebselement (116) anzutreiben;
mit dem Schwimmkörper (116) in der oberen Position, Überführen der Dreheinheit (120a, 120b) in einen verriegelten Zustand, in welchem der Schwimmkörper (116) bezüglich der Dreheinheit (120a, 120b) räumlich fixiert ist; und
Freigeben der Dreheinheit (120a, 120b), um der Dreheinheit zu erlauben, sich in die Ausgangsposition zu bewegen, in welcher der Schwimmkörper (116) in der unteren Position ist.
10. Computerprogramm zum Bereitstellen eines physikalischen
Objektes, nämlich eines Steuersignals (162), wobei das
Computerprogramm angepasst ist, um, wenn es durch eine
Prozessorvorrichtung ausgeführt wird, das Verfahren nach Anspruch 9 auszuführen.
11. Verwendung einer hydrostatischen Kraft zur Produktion eines aufgrund einer Verlagerung des Schwerpunkts einer Dreheinheit (120a, 120b) sich ergebenden Drehmoments,
wobei die Dreheinheit ein deformierbares Element (100), enthaltend ein gasförmiges Füllmedium (103), und einen starren formstabilen Schwimmkörper (116) aufweist, die in einem
druckbeaufschlagten flüssigen Fluid (134) angeordnet sind, so dass
der Schwimmkörper (116) einen ersten Teil (102a, 102d) des deformierbaren Elements (100) während der Aufwärtsbewegung (146) komprimiert, wobei der erste Teil (102a, 102d) über dem
Schwimmkörper (116) angeordnet ist; und
das Komprimieren des ersten Teils (102a, 102d) des
deformierbaren Elements (100) das Füllmedium (103) in einen zweiten Teil (102b, 102c) des deformierbaren Elements (100) mit Unterstützung der Druckbeaufschlagung des Fluids drängt, wobei der zweite Teil (102b, 102c) unter dem Schwim m körper (116) an geordnet ist.
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