DE3909154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Drehbewegung mittels eines in eine Flüssigkeitssäule getauchten Auftriebskörpers, an dem die Flüssigkeit eine Auftriebskraft erzeugt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nach dem Archimedischen Prinzip ist der hydrostatische Auftrieb innerhalb einer Flüssigkeit eine der Schwerkraft entgegengerichtete Kraft, die ein in die ruhende Flüssigkeit untergetauchter Körper infolge der Wirkung der Flüssigkeitsdrücke auf seine Oberfläche erfährt, wobei diese Kraft gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit ist. Es ist beispielsweise bekannt, mittels des Archimedischen Prinzips versunkene Wracks zu heben.

Durch die DE 34 41 408 C2 ist eine Auftriebs-Energie-Anlage zur Umwandlung der Auftriebsenergie in Rotationsenergie bekanntgeworden, bestehend aus zwei mit Flüssigkeit gefüllten Behältern, wobei der Flüssigkeitsstand im ersten Behälter höher ist als im zweiten Behälter und in den ersten Behälter von oben Flüssigkeit zufließt, die an der Unterseite der Anlage wieder abfließt sowie einer Einschubvor­ richtung zwischen den Behältern, womit Auftriebskörper in den zweiten Behälter an dessen Sohle eingeführt werden, in welchem die Auftriebskörper bei ihrer Bewe­ gung nach oben ein über Rollen führendes Förderband antreiben durch das die Auftriebskörper bei Erreichen der Flüssigkeitsoberfläche aus dem zweiten Behälter heraus - und außerhalb der Flüssigkeit wieder zur Einschubvorrichtung hinabbe­ fördert werden. Der erste Behälter ist vom zweiten Behälter flüssigkeitsdicht ge­ trennt, wobei im ersten Behälter eine Klappe angeordnet ist, durch die derselbe in einem oberen und einem unteren Teil wasserdicht trennbar ist. Zwischen dem un­ teren Teil und der Einschubvorrichtung ist ein verschiebbares Wandsegment ange­ ordnet. Der zweite Behälter ist über der Einschubvorrichtung angeordnet und durch eine Klappe gegen diesen flüssigkeitsdicht abgesperrt, wobei die Steuerung der Klappen und des verschiebbaren Wandsegmentes, sowie der Zu- und Ablauf der Flüssigkeit so erfolgt, daß die Auftriebskörper durch den höheren Bodendruck im ersten Behälter in den zweiten Behälter mit niedrigerem Flüssigkeitsstand ein­ geführt werden. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie zwei Flüssigkeits­ behälter benötigt und daß die Schleusenstation der Einschubvorrichtung nicht opti­ mal gestaltet ist.

Durch die DE 33 46 634 A1 ist eine Fallklappen-Flußunterwasserkraftanlage be­ kanntgeworden, die der Gewinnung von elektrischer Energie aus ungestauten Flüssen dient und dazu auf dem Flußgrund verankert wird. Das anströmende Flußunterwasser drückt auf Fallklappen, die an einem Transportband befestigt sind und dasselbe in Rotation versetzen. Nach dem Arbeitsgang legen sich die Fallklappen an, laufen vor, klappen an der vorderen Umlenkung herab, um so erneut Be­ wegungsenergie aufzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genann­ ten Gattung zu schaffen, um mit einer optimalen Auslegung der Vorrichtung ein nutzbares Drehmoment zu gewinnen, beispielsweise für den Antrieb eines Generators oder einer Arbeitsmaschine.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß mit dieser z. B. eine höchst umweltfreundliche Energieerzeugung möglich ist, indem das durch die Auftriebskräfte erzeugte Drehmoment zum Antrieb eines elektrischen Generators verwendet werden kann. Ebenso gut kann mit dem dergestalt erzeugten Dreh­ moment eine Arbeitsmaschine angetrieben werden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zu reinen Demonstrationszwecken des Archimedischen Prinzips und dessen Umsetzung zur Gewinnung eines Drehmo­ mentes dienen, beispielsweise als Lehrmaterial für den Physikunterricht.

In vorteilhafter Weise werden die Auftriebskörper durch einen neben dem ersten Elevator befindlichen zweiten Elevator vermittels der Schwerkraft wieder in den Bereich der Druckschleuse transportiert, wobei das dergestalt gewonnene Drehmoment des zweiten Elevators mit dem Drehmoment des ersten Elevators gekoppelt werden kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein kontinuierlicher Betrieb des ersten Elevators sichergestellt und das zur Verfügung stehende Nutz- Drehmoment erhöht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert in vorteilhafter Weise unter der Vor­ aussetzung des kontinuierlichen Zuflusses von Wasser in den Behälter des ersten Elevators, weil durch die Beladung und Entladung der Druckschleuse mittels der Auftriebskörper ständig Wasser durch die Druckschleuse verlorengeht, welches von oben nachgefüllt werden muß.

In vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung des weiteren eine obere und eine untere Überführeinrichtung auf, um zum einen die aus dem Wasser aufsteigenden Auftriebskörper vom ersten Elevator zum zweiten Elevator zu transportieren und zum anderen, um die Auftriebskörper nach dem Absenken mittels des zweiten Elevators in den Bereich der Druckschleuse durch die Schleusentür in die Druckschleuse zu transportieren, damit die Auftriebskörper wieder in die Flüssigkeit überführt werden können. Auf diese Weise wandern die Auftriebskörper zyklisch durch die Flüssigkeitssäule hinaus und erzeugen während dieser Aufwärts­ bewegung aufgrund der Auftriebskräfte des Wassers ein Drehmoment am ersten Elevator, anschließend erzeugen die auf dem zweiten Elevator aufgrund der Schwerkraft herabsinkenden Auftriebskörper außerhalb der Flüssigkeit ein Drehmoment am zweiten, mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Elevator.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Innerhalb eines säulenartigen Behälters 1, der zum Beispiel ein Schacht oder eine betonierte Säule sein kann und der mit einer Flüssigkeit, bei­ spielsweise Wasser, gefüllt ist, befindet sich ein Elevator 3, der aus einer oberen Rolle 4 und einer unteren Rolle 4′ besteht, um die ein endloses Band 6 oder eine Kette geschlungen ist. Die Rollen 4, 4′ sind zentrisch um Drehachsen 5, 5′ drehbar gelagert, die in geeigneter Weise innerhalb des Behälters 1 gehaltert sind. Zur Abnahme eines Drehmomentes ist wenigstens eine der Drehachsen, vorzugsweise die obere Drehachse 5, mit der zugehörigen Rolle, die obere Rolle 4, fest verbun­ den, so daß bei Transport des Bandes 6 und Drehung der Rolle 4 an der Drehachse 5 ein Drehmoment erzeugt wird.

An dem Band 6 sind in gleichförmigen Abständen Gelenke 8, 8′ angeordnet, an denen Anlageflächen 7, 7′, 7′′ schwenkbar befestigt sind. Die Anlageflächen 7, 7′, 7′′ können um jeweils 90 Grad zum Band ausgeschwenkt werden, wie es in der Zeichnung betreffend die aufsteigende Hälfte des Bandes 6 dargestellt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung können an den freien Enden der Anlageflächen (nicht gezeigte) Schwimmkörper angeordnet sein, so daß aufgrund der Auftriebs­ kräfte an diesen Schwimmkörpern die Anlageflächen im Bereich der aufsteigenden Hälfte des Bandes 6 aufgrund der Auftriebskräfte waagerecht ausklappen. Im Bereich der absteigenden Hälfte des Bandes legen sich dann die Anlageflächen 7, 7′, 7′′ - beispielsweise wiederum aufgrund der Schwimmkörper - an das Band 6 an. Dadurch wird der Reibungswiderstand der Anlageflächen so klein wie möglich gehalten. Oder die Anlageflächen sind starr mit dem Band 6 verbundene Gitter, die nur eine kleine Oberfläche besitzen und einen geringen Widerstand gegenüber der Flüssigkeit aufweisen.

An den waagerecht ausgeklappten Anlageflächen 7′′ der aufsteigenden Hälfte des Bandes 6 lagern sich von unten Auftriebskörper 9 an, die aufgrund der Auftriebs­ kräfte innerhalb der Flüssigkeit 2 von unten die Anlageflächen 7′′ untergreifen und auf diese Weise das Band 6 mitnehmen und dergestalt die Rollen 4, 4′ drehen. Oberhalb der Flüssigkeitssäule 2 im Bereich der auftauchenden Auftriebskörper 9 befindet sich eine Überführeinrichtung, die beispielsweise ein Greifer 10 mit Klauen 11 ist, um einen auftauchenden Schwimmkörper 9 zu ergreifen und vollständig aus der Flüssigkeit zu heben. Statt eines Greifers kann die Vorrichtung als Überführ­ einrichtung auch einen Schieber aufweisen.

Unterhalb des Bodens 12 des Behälters 1 befindet sich eine Druckschleuse 13, die zwei Schleusentüren 14, 15 besitzt. Die eine im Boden 12 des Behälters angeord­ nete Schleusentür 14 führt durch den Boden 12 in die Flüssigkeitssäule 2; die andere Schleusentür 15 ist seitlich der Druckschleuse 13 außerhalb des ersten Behälters 1 angeordnet. Des weiteren ist der Behälter 1 mit der Druckschleuse 13 über einen Verbindungskanal 16 verbunden, innerhalb desselben ein Ventil 17 zum Öffnen und Verschließen des Verbindungskanals 16 angeordnet ist, der vorteilhafterweise am Boden 12 des Behälters 1 mündet. Des weiteren weist die Druckschleuse 13 an ihrem tiefsten Punkt einen Abflußkanal 26 auf, der ebenfalls durch ein Ventil 27 zu verschließen und zu öffnen ist.

Neben dem Behälter 1 befindet sich ein zweiter säulenartiger Behälter 18, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht und in welchem sich ein zweiter Elevator 19 befindet, der somit parallel oder parallel zum ersten Elevator verläuft. Auch dieser zweite Behälter kann zum Beispiel ein Schacht oder eine betonierte Säule sein. Dieser zweite Elevator 19 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einer oberen und einer unteren Rolle 20, 20′, um die ein endloses Band 22 oder eine Kette geschlungen ist. Durch die Rollen 20, 20′ ist je eine Drehachse 21, 21′ geführt, die innerhalb des Behälters 18 geeignet gelagert sind. Wenigstens eine der Drehachsen, vorzugsweise die Drehachse 21, kann mit der zugehörigen Rolle, die Rolle 20, fest verbunden sein, so daß bei Drehung der Rolle 20 an der Drehachse 21 ein Drehmoment abgenommen werden kann.

Am Band 22 sind Auflageflächen 23, 23′ angeordnet, die, wie bezüglich des Behälters 1, mittels Gelenken 28 um 90 Grad senkrecht zum Band 22 ausklappbar sind, so daß die Auflageflächen 23 im Bereich der absteigenden Hälfte des Bandes 22 waagerecht nach außen klappen und im Bereich der aufsteigenden Hälfte des Bandes 22 senkrecht nach unten hängend am Band 22 anliegen. Am Boden 29 des Behälters 1 befindet sich ebenfalls eine Überführeinrichtung, die vorzugsweise ein Zylinder 24 mit einem ausfahrbaren Kolben 25 sein kann, wobei die Über­ führeinrichtung im Bereich der seitlichen Schleusentür 15 der Druckschleuse 13 innerhalb des Behälters 18 angeordnet ist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Die innerhalb der Flüssigkeitssäule 2 aufsteigenden Auftriebskörper 9 nehmen unter Anlage an die jeweils unterste Anlagefläche 7′′ das endlose Band 6 mit, wodurch die Rollen 4, 4′ und vorzugsweise auch die Drehachse 5 gedreht werden, an der ein Drehmoment abgenommen werden kann. Beim Auftauchen des obersten Auftriebskörpers 9 aus der Flüssigkeit 2 ergreift der Greifer 10 mit seinen Klauen 11 den Auftriebskörper 9, wonach der Greifer 10 um 180 Grad geschwenkt und der Auftriebskörper 9′ auf die jeweils oberste Auflagefläche 23 des Elevators 19 aufgesetzt wird. Nunmehr sinkt der Auftriebskörpers 9′ aufgrund seiner Schwerkraft nach unten, wodurch das Band 22 um die Rollen 20, 20′ umläuft und gegebenenfalls an der Drehachse 21 ein Drehmoment erzeugt. Nach dem Absetzen des Auftriebskörpers 9′ auf den Boden 29 des Behälters 18 wird die Schleusentür 15 der Druckschleuse 13 geöffnet, wobei diese vorher über den Abflußkanal 26 von Flüssigkeit geleert worden ist. Mittels des Kolbens 25 wird der Auftriebskörper 9′ in die Druckschleuse 13 überschoben und die Schleusentür 15 wieder geschlossen. Nunmehr wird das Ventil 17 geöffnet, so daß über den Ver­ bindungskanal 16 Wasser in das Innere der Druckschleuse fließen kann, bis dieselbe gefüllt ist. Da der Auftriebskörper 9 innerhalb der Druckschleuse 13 viel Spiel besitzt, wirkt schon innerhalb der Druckschleuse 13 auf den Auftriebskörper 9 eine Auftriebskraft. Nunmehr wird die Schleusentür 14 innerhalb des Bodens 12 des Behälters 1 geöffnet, so daß der Auftriebskörper 9 aufgrund der Auftriebskräfte nach oben in die Flüssigkeitssäule 2 innerhalb des Behälters 1 bewegt wird und von unten an eine Anlagefläche 7′′ anfährt. Nach dem Einlaufen des Auftriebs­ körpers 9 in die Flüssigkeitssäule 2 werden die Schleusentür 14 und das Ventil 17 geschlossen und das Ventil 27 des Abflußkanals 26 geöffnet, so daß die Druck­ schleuse 13 geleert wird und wieder zur Aufnahme eines weiteren Verdrängungs­ körpers 9′ vorbereitet ist.

Die Schleusentüren 14, 15 sind geeignet innerhalb des Bodens 12 des Behälters 1 bzw. der Seitenwand der Druckschleuse 13 geöffnet hin zum zweiten Behälter 18 angeordnet und können Drehtüren 14, 15 oder Schieber sein, wobei in der Zeichnung nur Drehtüren 14, 15 gezeigt sind.

Liste der Bezugszeichen

 1 Behälter
 2 Flüssigkeitssäule
 3 Elevator
 4, 4′ Rollen
 5, 5′ Drehachsen
 6 Band
 7, 7′, 7′′ Anlageflächen
 8, 8′ Gelenke
 9, 9′ Auftriebskörper
10 Greifer
11 Klauen
12 Boden
13 Druckschleuse
14, 15 Schleusentüren
16 Verbindungskanal
17 Ventil
18 Behälter
19 Elevator
20, 20′ Rollen
21, 21′ Drehachsen
22 Band
23, 23′ Auflageflächen
24 Zylinder
25 Kolben
26 Abflußkanal
27 Ventil
28 Gelenk
29 Boden

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer Drehbewegung mittels eines in eine Flüssig­ keitssäule untergetauchten und darin aufsteigenden Auftriebskörpers, an dem die Flüssigkeit eine Auftriebskraft erzeugt, bestehend aus einem Elevator (3), der in die Flüssigkeitssäule (2) eintaucht und aus einer oberen und einer unteren Rolle (4, 4′), um die ein endloses Band (6) geschlungen ist, an welchem eine Mehrzahl von senkrecht zum Band (6) ausrichtbaren Anlageflächen (7, 7′, 7′′) angeordnet sind, mit am Boden (12) der Flüssigkeitssäule (2) angeordneter Druckschleuse (13), durch die von außerhalb der Flüssigkeitssäule (2) in die Flüssigkeit die Auftriebskörper (9, 9′) einführbar sind, die unter die Anlageflächen (7, 7′, 7′′) anzulaufen imstande sind und aufgrund des Auftriebs das Band (6) mitnehmen und die Rollen (4, 4′) drehen, so daß an diesen ein Drehmoment abnehmbar ist, wobei neben der Flüssigkeitssäule (2) außerhalb der Flüssigkeit ein zweiter wasserloser Elevator (19) angeordnet ist, der im Bereich der Druckschleuse (13) endet und über den die Auftriebskörper (9, 9′) mittels der Schwerkraft herabtransportierbar sind, wobei der zweite Elevator (19) in einem mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Behälter (18) angeordnet ist und aus einer oberen und einer unteren Rolle (20, 20′) besteht, um die ein endloses Band (22) geschlungen ist und im Bereich der oberen Rolle (4) des Elevators (3) sich eine Überführeinrichtung (10, 11) befindet zum Überführen der Auftriebskörper (9, 9′) bei deren Auftauchen aus der Flüssigkeit (2) auf den zweiten Elevator zum Rücktransport zur Druckschleuse (13) außerhalb der Flüssigkeitssäule (2), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Anlageflächen (7, 7′, 7′′) an dem Band (6) sind schwenkbar um 90 Grad gelenkig angeordnet und imstande, beim Umlaufen um die untere Rolle (4′) des Elevators (3) waagerecht auszuschwenken und legen sich beim Umlaufen um die obere Rolle (4) im Bereich des absteigenden Teils des Bandes an dasselbe an;
• b) am endlosen Band (22) des zweiten Elevators (19) sind eine Mehrzahl von senkrecht zum Band ausrichtbaren Auflageflächen (23, 23′) angeordnet;
• c) die Schleuse ist eine Druckschleuse (13) und weist zwei Schleusentüren (14, 15) auf, wobei der zweite Elevator (19) im Bereich der Schleusentür (15) der Druckschleuse (13) endet, die in den Raum des zweiten Elevators (19) mündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskörper (9, 9′) mit viel Spiel in die Druckschleuse (13) einführbar ist, die an ihrem tiefsten Punkt einen Auslauf (26) mit einem Ventil (27) besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführeinrichtung ein schwenkbarer Greifer (10, 11) ist, der die auftau­ chenden Auftriebskörper (9, 9′) zu ergreifen und auf eine der Auflageflächen (23, 23′) des zweiten Elevators (19) aufzusetzen imstande ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführeinrichtung ein Schieber ist, der von der oberen Rolle (4) des ersten Elevators (3) zur oberen Rolle (20) des zweiten Elevators (19) reicht zum Überführen der Auftriebskörper (9) auf den zweiten Elevator (19).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des unteren Endes des zweiten Elevators (19) ein Schieber (24, 25) angeordnet ist und daß die eine Schleusentür (15) seitlich zum Elevator (19) gerichtet ist zum Einschieben der nach unten transportierten Auftriebskörper (9, 9′) in die Druckschleuse (13) mittels des Schiebers (24, 25).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (7, 7′, 7′′) an Gelenken (8, 8′) drehbar am Band (6) befestigt sind und an ihren freien Enden Schwimmkörper tragen zum Ausschwenken der Anlageflächen (7, 7′, 7′′).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch beide Elevatoren (3, 19) erzeugten Drehmomente miteinander gekoppelt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschleuse (13) mittels eines weiteren Verbindungskanals (16), der ein Ventil (17) aufweist, mit der Flüssigkeitssäule (2) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssäule (2) einen steten Zulauf an nachfließender Flüssigkeit besitzt.