Generatorsystem zur Erzeugung, insbesondere auch zur Erhaltung, von elektrischer Energie

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Generatorsystem zur Erzeugung, insbesondere auch zur Erhaltung von elektrischer Energie entsprechend den jeweiligen Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Generatorsystem zur Erzeugung, insbesondere auch zur Haltung von elektrischer Energie zumindest einen Zündanschluss zum Einspeisen von elektrischer Energie in das Generatorsystem. Des Weiteren umfasst das Generatorsystem zumindest ein Konverterelement, welches die in den Zündanschluss eingespeiste Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert.

Des Weiteren umfasst das hier beschriebene Generatorsystem zumindest ein Regulatorelement, welches im Moment oder während der Zündung in das Generatorsystem eingespeist und von dem Konverterelement in eine Wechselspannung konvertierte elektrische Energie gemäß vorliegender Gleichung verstärkt wird:

Amplitude_U_aus = Verstärkungsfaktor mal Amplitude U_Zündung. Zudem umfasst das Generatorsystem zumindest ein Verbrauchselement, beispielsweise wiederum einen Generator und/oder einen Motor, wobei zum Betreiben des Verbrauchselementes die von dem Regulatorelement verstärkte Wechselspannung des Verbrauchsele- mentes eingespeist wird, um dieses zu betreiben, wobei eine Zündenergie des Zündungsschlosses wie bei einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zündspanne einbringbar ist.

Erfindungsgemäß wird nach Ende der Zündspanne mittels des Regulatorelementes der Ver- Stärkungsfaktor nach Ablauf einer Einstellzeit, welche unmittelbar auf den Ablauf der

Zündspanne folgt, auf einen Gleichgewichtsverstärkungsfaktor V_Gleichgewicht eingestellt, wobei vorzugsweise um so ein Generatorsystem zu betreiben, welches im Wesentlichen unabhängig von externen Energiequellen, insbesondere beliebig lang betreibbar ist. Das Generatorsystem umfasst zumindest einen Zündungsanschluss zum Einspeisen von elektrischer Energie in das Generatorsystem.

Der Zündungsanschluss kann mit einer Zündungsbatterie verbunden sein oder verbindbar sein. Über die Zündungsbatterie wird vorzugsweise ausschließlich elektrische Zündungs- energie in das Generatorsystem eingespeist.

Vorzugsweise ist das gesamte Generatorsystem frei von jeglichen weiteren Energieeinspeisungen. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, dass in vorgebbaren Zeitabständen oder auch kontinuierlich dem System insbesondere nur über den Zündungsanschluss elekt- rische und/oder mechanische Energie zugeführt wird.

Des Weiteren umfasst das hier beschriebene Generatorsystem zumindest ein Konverterelement, welches die in den Zündungsanschluss eingespeiste Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert. Diese Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung erschien dem Erfinder als nötig, um einen später zu betreibenden elektrischen Generator mit ausreichender Wechselspannung zu versorgen.

Des Weiteren umfasst das hier beschriebene Generatorsystem zumindest ein Regulatorelement, welches die im Moment oder während der Zündung in das Generatorsystem einge- speiste und von dem Konverterelement in einer Wechselspannung konvertierte elektrische Energie gemäß folgender Gleichung verstärkt:

Amplitude_U_aus = Verstärkungsfaktor mal Amplitude U_Zündung. Alternativ hierzu kann beispielsweise gemäß obig genannter Verstärkungsgleichung das Regulatorelement noch vor dem Konverterelement angeordnet sein, so dass das Regulatorelement entsprechend der obigen mathematischen Gesetzmäßigkeit die Gleichspannungsamplituden verstärkt.

Weiter alternativ kann vorgesehen sein, dass gleichzeitig mit der Umwandlung der Zündungsspannung in eine Wechselspannung noch in dem Konverterelement die Amplitude der Gleichspannung in eine maximale oder effektive Wechselstromamplitude gemäß der obigen Gesetzmäßigkeit konvertiert wird. In diesem Fall ist dann das Regulatorelement ein Teil des Konverterelementes.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Zündenergie in einen Zündungsan- schluss über eine vorgegebene oder eine vorgebbare Zündspannung eingebracht. Wie obig bereits erwähnt, kann diese Zündenergie durch eine Batterie bereitgestellt sein, welche bei- spielsweise über 5 Sekunden oder über eine längere Zeitspanne mit dem Generatorsystem elektrisch leitend verbunden ist. Ist einmal eine Zündenergie in das Generatorsystem eingebracht, so kann es möglich sein, dass nach Ablauf dieser Zündspanne das Generatorsystem über eine vorgegebene Betriebszeit mit keiner weiteren externen elektrischen Energie versorgt werden muss.

Die vorliegende erfinderische Idee liegt unter anderem auch darin begründet, als dass somit nach Ende der Zündspannung das Regulatorelement den Verstärkungsfaktor nach Ablauf einer Einstellzeit, welche unmittelbar aus dem Ablauf der Zündspanne folgt, auch einen Gleichgewichtsverstärkungsfaktor V_Gleichgewicht einstellt, vorzugsweise um so ein Gene- ratorsystem zu betreiben, welches im Wesentlichen unabhängig von externen Energiequellen, insbesondere beliebig lang betreibbar ist.

Die„Einstellzeit" ist daher diejenige Zeitspanne von Zeitspanne ab dem Ende der Zündspanne bis zu der sich der Verstärkungsfaktor auf einen Gleichgewichtsverstärkungsfaktor ein- stellt, beispielsweise einpendelt.

Denkbar ist nämlich, dass unmittelbar nach Ablauf der Zündspanne der Verstärkungsfaktor einen besonders hohen Wert annimmt und durch Wärme- und/oder Reibungsverluste sich - so hat sich herausgestellt - der obig genannte Gleichgewichtsverstärkungsfaktor einstellt. Unter anderem konnte daher auch überraschend festgestellt werden, dass nach dem sich Einstellen des Gleichgewichtsverstärkungsfaktors insbesondere durch die obig genannte Verstärkungsformel sich ein derartiger Energie- und/oder elektrischer Zustand innerhalb des Generatorsystems einstellt, als dass das Generatorsystem nur noch sehr wenig oder aber gar keine elektrische und/oder Wärme und/oder mechanische Energie mehr verliert. Insofern kann es vorkommen, dass über sehr lange, beispielsweise unbegrenzt lange Zeiträume das Generatorsystem ohne die Einspeisung elektrischer oder mechanischer Energie in das Generatorsystem sich selbst mit Energie versorgt. Nach Einstellung des Gleichgewichtsverstärkungsfaktors kann damit ein Energiegleichgewichtszustand erreicht sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Wert von V_Gleichgewicht nach Ablauf der Einstellzeit wenigstens 3 und höchstens 4, bevorzugt wenigstens 3,4 und höchstens 3,7. Dabei ist der Wert des Faktors V_Gleichgewicht selbstverständlich dimensionslos.

Beginnt nun nach Ablauf der Zündzeit das Regulatorelement mit der Einstellung eines Verstärkungsfaktors von >4, beispielsweise von 5, so ist das Regulatorelement in der Lage, dass dieses beispielsweise, sofern dieses vorher einprogrammiert ist oder entsprechende elektrische Schaltungen umfasst, auf den Wertebereich von wenigstens 3,4 und höchstens 3,7 herunterreduziert. Insbesondere kann das obig beschriebene Regulatorelement auch als ein Faktorsteuerungsgerät interpretiert werden. Dazu kann das Regulatorelement eine solche Verstärkungsprogrammierung aufweisen, die die obige Taktverstärkung insbesondere im Hinblick auf deren Zeitabhängigkeit steuert und/oder regelt. Gemäß zumindest einer Ausfüh- rungsform wird der Verstärkungsfaktor nach Beendigung der Zündspanne und unmittelbar darauffolgend gemäß der folgenden Einstellgleichung von dem Regulatorelement geregelt und/oder gestuert:

Verstärkungsfaktor = V_Gleichgewicht mal (1 + e (- Delta (t) mal t)),

wobei die mathematische Funktion Delta (t) eine zeitabhängige Dämpfungsfunktion ist, welche von dem Regulatorelement beispielsweise selbstständig gewählt wird oder welche in dem Regulatorelement hinterlegt ist. Denkbar ist, dass das Regulatorelement die Funktion Delta (t) aus einer Vielzahl von in einem Speicherelement des Regulatorelementes hinterlegten Dämpfungsfunktion Delta (t) auswählt. Maßgeblich für die Auswahl der entsprechenden in dem Regulator hinterlegten Dämpfungsunktion Delta (t) kann beispielsweise eine Außentemperatur, eine Luftfeuchtigkeit oder auch ein entsprechender Energiebedarf eines Generators des Generatorsystems sein.

Dazu kann das Regulatorelement einen Hell-Dunkel-Sensor, einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor umfassen. Beispielsweise erkennt das Regulatorelement hohe Außentemperaturen über dessen Temperatursensor. Entsprechend wählt das Regulatorelement daher eine solche Dämpfungsfunktion Delta (t) aus, welche zu einer möglichst schnellen Einstellung des Gleichgewichtsverstärkungsfaktors V_Gleichgewicht führt. Insofern wird somit eine Dämpfungsfunktion Delta (t) benötigt, welche einen starken Dämpfungsfaktor abbildet. Bei hohen Umgebungstemperaturen wurde nämlich erkannt, dass ein geringer Dämpfungsfaktor, d.h. eine lange Zeitspanne bis sich der Gleichgewichtsverstärkungsfaktor V_Gleichgewicht einstellt, dazu führt, dass die Maschine heißlaufen kann. Wird jedoch besonders früh der obig beschriebene Gleichgewichtsverstärkungsfaktor V_Gleichgewicht eingestellt, so kann eine Überhitzung des gesamten Systems durch das Generatorsystem vermieden werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt die Dämpfungsfunktion Delta (t) der folgenden mathematischen Form:

Delta (t) = Delta_ Null mal (1 + e (- Delta_Damp mal t)),

wobei Delta_Null ein Dämpfungsmaximalwert ist und Delta_Damp ein Dämpfungswert der Dämpfungsfunktion.

Eine besonders fein justierbare Einstellung der Dämpfungseigenschaften insbesondere auch der Dämpfungsfunktion wurde von Erfindern insofern erkannt, als dass zudem nochmals die Dämpfungsfunktion Delta (t) gemäß der obig genannten Exponentialfunktion genügt. Als besonders sensitiver Einstellparameter darf daher insbesondere der zusätzliche Dämpfungsfaktor Delta_Damp gelten. Beispielsweise ist der zusätzliche Einstellfaktor Delta_Damp in einer weiteren Tabelle in dem Regulatorelement hinterlegt, so dass das Regulatorelement entsprechend der Außentemperatur und/oder der Außenluftfeuchtigkeit und/oder der Tagesund Nachtzeit und/oder der Jahreszeit den entsprechend geeigneten Delta_Damp-Wert auswählen kann. Zudem kann insbesondere die Regel gelten, dass der Dämpfungsmaximalwert Delta_Damp größer ist je größer eine Außentemperatur von dem Regulatorelement detektiert wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Dämpfungswert der Dämpfungsfunktion Delta_Damp von dem Regulatorelement beispielsweise selbstständig gewählt oder ist in dem Regulatorelement hinterlegt, wobei der Dämpfungswert der Dämpfungsfunktion Del- ta_Damp einen Wert aufweist, welcher zwischen 0,1 und 4 liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das hier beschriebene Generatorsystem benutzt, um medizinische und elektrisch betreibbare Geräte zu betreiben. Das Generatorsystem kann eine Energiequelle sein, welche beispielsweise dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist, in einem Operationssaal in Betrieb genommen zu werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass dadurch, dass das hier beschriebene Generatorsystem oftmals ohne die Zufuhr weiterer elektrischer Energie auskommt, dadurch Sterilbedingungen innerhalb des Operationssaals besonders einfach aufrechterhalten werden können. Das Generatorsystem muss nämlich nicht ständig mit externer elektrischer Energie aufgeladen werden, sondern kann sich beispielsweise mit elektrischer Energie selbstversorgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Generatorsystem zum Betrieb von Motoren, insbesondere von Fahrzeug- und/oder Schiffsmotoren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient dieses Generatorsystem zum Betrieb von Flüssigkeitskomponenten. Des Weiteren wird ein Generatorsystem zur Erzeugung, insbesondere auch zur Erhaltung von elektrischer Energie beschrieben.

Im Folgenden wir ein konkreteres Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen Generatorsystems dargestellt.

Generatorsystem zur Erzeugung, insbesondere auch zur Erhaltung, von elektrischer Energie, umfassend die folgende Bauelemente:

a) zumindest eine Batterie, welche in das Generatorsystem eine Spannung von 12V einspeist, b) zumindest ein Konverterelement, welches eine, insbesondere von eine Zün- dungsanschluss, eingespeiste Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert und daher insbesondere eine 12V-Gleichspannung in eine 220V- Wechselspannung konvertiert,

c) zumindest ein Regulatorelement zumindest ein Regulatorelement, welches die im Moment oder während der Zündung in das Generatorsystem eingespeiste und von dem Konverterelement in eine Wechselspannung konvertierte elektrische Energie verstärkt,

d) zumindest einen Motor des Generatorsystems, wobei zum Betreiben des Motors die von dem Regulatorelement verstärkte Wechselspannung in den Motor eingespeist wird, um dieses zu betreiben, und insbesondere wobei der Motor mit einer Drehzahl von 3000 r. p. m bei einer Kapazität von % H betreibbar ist, e) zumindest einem Getriebe, welches die Drehzahl des Motors von 3000 r. p. m auf eine Drehzahl von 500 r.p.m. reduziert,

f) zumindest einem Generator, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist bei 500 r. p. m. und einer Inputleistung von 6000 Watt betrieben zu werden, wobei nach der Leistungsumwandlung des Konverterelements in Verbindung mit dem Regulatorelement eine Ausgangsleistung des Generators von 36000 Watt entsteht, und wobei insbesondere der Stator des Generators 6 doppelte Statoren und/oder Rotoren aufweist,

g) zumindest ein Regulatorgeschwindigkeitselement, welches die Geschwindigkeit der Rotoren des Generators steuert, insbesondere reguliert, h) zumindest einem zweiten Motor, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist bei 3000 r.p.m betrieben zu werden,

i) zumindest einem Getriebe, welcher die Geschwindigkeit zumindest eines Rotors des Motors von 3000 r.p.m. auf 250 r.p.m. reduziert um das Drehmoment zu erhöhen,

j) zumindest ein zweiter Generator, welcher dazu eingerichtet und dafür vorgesehen ist bei 250 r.p.m betrieben zu werden, wobei der zweite Generator eine Inputkapazität von 36000 Watt und eine Outputkapazität von 72000 Watt aufweist.

Im Folgenden wird das hier beschriebene Generatorsystem anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Aufbau des hier beschriebenen Generatorsystems, dem das hier beschriebene Verfahren betrieben werden kann;

Fig. 2 schematisch einen Spannungsverlauf einer in das Generatorsystem eingespeisten elektrischen Spannung in Abhängigkeit der Zeit.

Fig. 3 einen schematischen Aufbau eines Beispiels eines noch detaillierter aufgebauten Generatorsystems im Sinne der Figur 1. Fig. 3 eine Tabelle welche den Zusammenhang zwischen der Rotor und/oder der

Stator Anzahl im Generator und dem Wirkungsgrad zeigt.

Die hier beschriebenen Elemente können insbesondere - wie in den Figuren ersichtlich - übertrieben groß dargestellt sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In der Figur 1 ist in einer schematischen Darstellung ein beispielhafter Aufbau eines hier beschriebenen und erfindungsgemäßen Generatorsystems 1 gezeigt. Der Figur 1 ist damit entnehmbar, dass zunächst der Zündanschluss 10 an einer Batterie 9 elektrisch leitend angeschlossen ist. Über die Batterie 9 wird über eine vorgegebene

Zündspanne 11 elektrische Energie in das Generatorsystem 1 eingespeist.

In Reihe mit dem Zündungsanschluss geschaltet ist ein Konverterelement 20 in dem Gene- ratorsystem 1 angeordnet, welches die in den Zündanschluss 10 eingespeiste elektrische Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert. Beispielsweise konvertiert das Konverterelement 20 eine Gleichspannung von 12 V in eine Wechselspannung von 220 V.

Des Weiteren ist erkennbar, dass nach der Umwandlung der Gleichspannung in die Wech- selspannung ein Regulatorelement 30 innerhalb des Generatorsystems angeordnet ist, welches eine eingehende Spannungsamplitude U_Zündung mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Beispielsweise handelt es sich bei der Amplitude U_Zündung um die Gleichspannungsamplitude der Batterie oder welche die Batterie bereitstellt. Darüber hinaus ist in der Figur 1 ein Verbrauchselement 40 dargestellt, welches einen Motor 41 , ein Getriebe 42 sowie einen weiteren Generator 43 umfasst.

Der Generator 43 kann daher durch den Motor betrieben werden und erzeugt so elektrische Energie.

Die Figur 2 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Aufschaltung der Zündspannung und der von dem Regulatorelement konvertierten Ausgansspannung U_aus. Dargestellt ist daher auf der horizontalen Achse die Zeit t, auf der vertikalen Achse ist die jeweilige Spannung dargestellt. Erkennbar ist aus der Figur 2, dass bis zu einem Ablauf einer Zündspanne, welche mit dem Bezugszeichen 11 auf der Horizontalachse, welche die Zeit darstellt, markiert ist, eine Zündspannung beispielsweise die Gleichspannung der Batterie von beispielsweise 12V anliegt und nach Ablauf der Zeitspanne 11 die Einstellzeit VE anläuft, wobei der Verstärkungsfaktor zunächst bei einem Wert von in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 5 beginnt und in Abhängigkeit der Zeit von Werten 3,5, also den Gleichgewichtswerten des Gleichgewichtsverstärkungsfaktors V in das Gleichgewicht abfällt.

In der Figur 3 ist die in Anspruch 1 beanspruchte Aufgabe graphisch gezeigt. Die Figur 4 zeigt eine Tabelle bezüglich, des Wirkungsgrades (Verhältnis zwischen Output und Input Energie).

Nachdem sich der Gleichgewichtsverstärkungsfaktor V_Gleichgewicht eingestellt hat, befindet sich daher das gesamte Generatorsystem 1 in energetischem Gleichgewicht und ist daher beispielsweise beliebig lang ohne die Einbringung von externer elektrischer und/oder mechanischer Energie betreibbar.

Bezugszeichenliste

V Gleichgewichtsverstärkungsfaktor

VE Einstellzeit

1 Generatorsystem

9 Batterie

10 Zünd(ungs)anschluss

11 Zündspanne/ Horizontalachse

20 Konverterelement

30 Regulator

40 Motor

41 Getriebe

42 Generator

43 Regulatorgeschwindigkeitselement

44 zweiter Motor

45 zweites Getriebe

46 zweiter Generator