Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung der Schwerkraft und somit potentieller Energie.

Die potentielle Energie beschreibt die Energie, die ein Körper durch seine Höhenlage hat und somit die Fähigkeit, eine Arbeit zu leisten.

Wird ein Körper an der Erdoberfläche um 1 m in die Höhe gehoben, so ist gegen die Schwerkraft FG eine Hubarbeit WH ZU verrichten. Sobald der Körper losgelassen wird, kann die Hubarbeit WH zurückgewonnen werden. Diese Fähigkeit Arbeit zu leisten bezeichnet man als potentielle Energie Ep. Sie ist genauso groß wie die geleistete Hubarbeit W _H .

Es wurden bisher eine große Zahl von Versuchen durchgeführt, um mittels Schwerkraft und potentieller Energie elektrischen Strom konstant zu erzeugen.

Bekannt sind beispielsweise Hydraulikspeicherkraftwerke.

Hydraulikspeicherkraftwerke verwenden hydraulische Hubvorrichtungen für die Erzeugung potentieller Energie.

Dabei werden Zweiwegezylinder eingesetzt, deren obere und untere Kammer über Druckleitungen verbunden sind.

Diese Druckleitung verlaufen über eine Pumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Beim Anheben eines Hydraulikkolbens entnimmt der Elektromotor den Strom aus dem Netz.

Der Masseträger ruht auf dem Schaft des Hydraulikkolbens und baut potentielle Energie auf.

Zum Entladen des Hydraulikspeichers wird ein Ventil der Druckleitung geschlossen und das einer weiteren Druckleitung geöffnet.

Das Gewicht des Masseträgers presst die Druckflüssigkeit über eine Turbine in die obere Zylinderkammer. Die Turbine treibt einen Generator an, der den Strom in das Netz zurück speist.

Diese technische Konzeption von Hydraulikspeicherkraftwerken entspricht in hohem Maße der von Pumpspeicherkraftwerken. Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung anhand der Abbildungen 1 bis 6 näher erläutert werden.

Dabei zeigen Abbildung 1 und Abbildung 2 eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung mit feststehendem Stempel 1.

Dabei zeigt Abbildung 1 die Vorrichtung mit dem Behälter 2 in unterer Stellung und Abbildung 2 die Vorrichtung mit dem Behälter 2 in oberer Stellung.

Abbildung 3 zeigt eine Kopplung zweier Vorrichtungen mit feststehendem Stempel 1 in aufeinander abgestimmter Taktung.

Abbildung 4 und Abbildung 5 zeigen eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung mit Schwimmer la und feststehendem Behälter 2, wobei Abbildung 4 die Vorrichtung mit dem Schwimmer la in oberer Stellung und Abbildung 5 die Vorrichtung mit dem Schwimmer la in unterer Stellung zeigt.

Abbildung 6 zeigt eine Variante zur Koppelung zweier

Energieerzeugungsvorrichtung mit einem zusätzlichen Arbeitsraum 16 unter den gekoppelten Energieerzeugungsvorrichtungen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung elektrischer Energie weist einen an einer Tragkonstruktion vertikal angeordneten feststehenden vorzugsweise zylindrischen Stempel 1. Dieser Stempel ist an seiner Unterseite verschlossen.

Ein vertikal beweglicher und nach unten hin verschlossener Behälter 2 ist den Stempel 1 an seinem unteren Bereich umschließend so angeordnet, dass sich bodenseitig auf einer Abtriebseinheit, gebildet aus vorzugsweise einem Abtrieb 6 mit Kurbel und Ausgleichsgewichten 7, abstützt.

Diese Abtriebseinheit ist zur Energieerzeugung vorzugsweise mit einem Generator 13 gekoppelt.

Dabei ist der Behälter 2 mit einem Arbeitsmedium 9 gefüllt und so dimensioniert, dass sich ein Zwischenraum zwischen der Außenwand des Stempels 1 und der inneren Wand des Behälters 2 bildet, welcher die Aufnahme der Arbeitsflüssigkeit 9 gewährleistet.

Das Volumen des Arbeitsmediums 9 ist dabei einem festen geschlossenen Volumen, gebildet aus Behälter 2 und Flüssigkeitsführung 8, angepasst.

Zwischen der Unterseite des Stempels 1 und dem inneren Boden des Behälters 2 ist vorzugsweise ein Dehnungsbehälter 4, vorzugsweise als Blase ausgeführt, angeordnet, welcher mit einem mit positiven Druck beaufschlagten Druckausgleichsbehälter 5 verbunden ist.

Dabei sind an der Unterseite des Stempels 1 und dem inneren Boden des Behälters 2 Drucksicherungen, beispielsweise in Form von Aussparungen 3 angeordnet. Diese sind notwendig um den Fluss des Arbeitsmediums 9 im gesamten Volumen des Behälters 2 zu gewährleisten.

Das Volumen des Arbeitsmediums 9 ist dabei sehr gering, etwa 1 bis 5% des Volumens des Innenraumes des Behälters 2. Daher ist die resultierende Energie im Vergleich zu der zum Bewegen des Arbeitsmediums 9 verwendeten besonders hoch. Diese resultierende Energie ist direkt proportional zum Volumen des inneren Zylinders, wenn dieser geflutet wird.

Auch zu berücksichtigen ist die Abhängig der resultierenden Energie von der Dichte des Arbeitsmediums 9.

Mittels einer Flüssigkeitsführung 8 ist der Behälter 2 mit einer Antriebseinheit verbunden. Diese Antriebseinheit wird in einer speziellen Ausführung gebildet aus einer motorisch angetriebenen Kurvenscheibe 12, welche die Taktsteuerung eines in einem Antriebslager 11 geführten Kolbens 10 realisiert.

Dieser Kolben 10 bewegt das Arbeitsmedium 9 in der Flüssigkeitsführung 8. Zur Unterstützung bei dieser zu leistenden Arbeit ist in dem Bereich zwischen dem Antrieb und dem Kolben 10 ein Druckausgleich 15 vorgesehen, welcher mit negativem Druck beaufschlagt ist.

Ebenfalls ist antriebsseitig ein Stopp-Schalter 14 angeordnet. Im Bereich zwischen dem Kolben 10 und dem Behälter 2 ist in der Flüssigkeitsführung 8 ein Längenausgleich 8a angeordnet. Dieser kann beispielsweise in Form einer Schlauchverlängerung ausgeführt sein und gleicht bei Lageveränderung des Behälters 2 die dabei entstehende Längenveränderung der Flüssigkeitsführung 8 aus.

Wird nun mittels der motorisch angetriebenen Kurvenscheibe 12 der Kolben 10 in der Flüssigkeitsführung 8 in Richtung des Behälters 2 bewegt, so wird das Arbeitsmedium 9 um einen Weg A-B in den Behälter 2 gedrückt. Da der Stempel 1 fest gelagert ist, wird der Behälter 2 an dem Stempel 1 nach unten gedrückt. Dabei wird die Abtriebseinheit, gebildet aus Abtrieb 6 mit Kurbel und Ausgleichsgewichten 7, bewegt und somit der Generator 13 angetrieben.

Parallel dazu füllt sich der Dehnungsbehälter 4 mit Luft aus dem mit Überdruck beaufschlagten Druckausgleichsbehälter 5 und unterstütz diese Bewegung.

Bei weiterer Drehung der Kurvenscheibe 12 wird der Kolben 10 zurückgezogen und das Arbeitsmedium 9 wird um den Weg B-A zurückbewegt, somit minimiert sich Druck im Behälter 2.

Dieser wird durch die erfolgte Drehung des Abtriebs 6 mit Kurbel und Ausgleichsgewichten 7 wieder mechanisch zum Boden des Stempels 1 nach oben bewegt. Dabei wird auch die Luft aus dem Dehnungsbehälter 4 wieder in den Druckausgleichsbehälter 5 bewegt.

Durch weitere Drehung der Kurvenscheibe 12 wiederholt sich dieser Vorgang oszillierend bis mittels des Stopp-Schalters der Vorgang unterbrochen wird.

Bei genauer Abstimmung der Kurvenscheibe 12, des Volumens der Arbeitsflüssigkeit 9 im Gesamtsystem sowie der Abtriebsseite ist somit ein Energieüberschuss im Vergleich mit der antriebsseitig zugeführten elektrischen Energie zu erreichen.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird bei Anwendung des gleichen Lösungsansatzes jedoch der Behälter 2 fest angeordnet. Beweglich angeordnet wird dabei in dem Behälter ein Schwimmer la. In dieser Ausführung ist der Schwimmer la mit der Abstriebseinheit, gebildet aus Abtrieb 6 mit Kurbel und Ausgleichsgewichten 7, verbunden und überträgt die Bewegung auf den Generator 13.

Somit wird bei Beaufschlagung des Arbeitsmediums 9 mit Druck durch in vorhergehendem Beispiel beschriebene Antriebseinheit der Schwimmer la angehoben und bei nachlassendem Druck abgesenkt, wodurch auch bei dieser Ausführungsvariante eine gleichmäßig rotierende Bewegung und somit Energieüberschuss erzeugt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Abbildung 6 schlägt eine Variante zur Koppelung zweier Energieerzeugungsvorrichtung vor. Hier ist ein zusätzlicher Arbeitsraum 16 unter den gekoppelten Energieerzeugungsvorrichtungen angeordnet. Dabei sind in diesem Arbeitsraum jeder Energieerzeugungsvorrichtung eine Kammer 17 zugeordnet, welche nicht mit der jeweils andere in Verbindung steht. Diese Kammern 17 sind ebenfalls vollständig mit dem Arbeitsmedium 9 geflutet und stehen mit dem jeweiligen Behälter 2 so in Verbindung, dass das Arbeitsmedium 9 von der Kammer 17 in den Behälter 2 bewegbar ist.

Ein horizontal beweglicher angetriebener Kolben 18 ist so in dem zusätzlichen Arbeitsraum 16 angeordnet, dass er sich horizontal zwischen zwei Endpunkten bewegt. Dabei sind die Endpunkte jeweils die Lage unter einem der zusätzlichen Arbeitsräume 16. Somit werden die zusätzlicher Arbeitsräume 16 abwechselnd geflutet und somit schwimmen die jeweiligen Schwimmer la in dem Behälter 2 auf. Über einen vorzugsweise als Kurbeltrieb gestaltete Kraftübertragung wird die Bewegung des Schwimmers la auf den Abtrieb zur Energiegewinnung übertragen. Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen sind die den Behältern 2 zugeordneten Druckausgleichsbehälter 5 beide mit positivem Druck beaufschlagt.

Die resultierende Druckkraft auf das Arbeitsmedium 9 ist direkt proportional zum Volumen des mit des Arbeitsmedium 9 befüllten Innenzylinders, diese resultierende Kraft unterliegt dem Archimedes'schen Gesetz für in eine Flüssigkeit eingetauchte Körper. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass als Arbeitsmedium 9 Quecksilber verwendet wird, da durch dessen Anwendung die Auftriebskraft um das ca. 13-fache erhöht wird, da die Quecksilberdichte 13546 kg / m ³ im Vergleich zu 1000 kg / m ³ bei Wasser beträgt.

Durch die Verwendung von Quecksilber als Arbeitsmedium 9 kann die gesamte Anlage entsprechend minimalisiert werden.

Dem Erfindungsgedanken zugehörig sind auch jegliche andere geeignete Antriebs- und Abtriebslösungen.

Bezuaszeichenliste

Stempel 1

Schwimmer la

Behälter 2

Drucksicherung 3

Dehnungsbehälter 4

Druckausgleichsbehälter 5

Abtrieb 6 mit Ausgleichsgewicht 7

Flüssigkeitsführung 8

Längenausgleich 8a

Arbeitsflüssigkeit 9

Kolben 10

Antriebslager 11

Kurvenscheibe 12

Generator 13

Stopp-Schalter 14

Druckausgleich 15

Zusätzlicher Arbeitsraum 16

Kammer 17

Kolben 18