Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie zur Energieerzeugung

[Beschreibung]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie zur Energieerzeugung und/oder Ener- giespeicherung. Die potentielle Energie wird durch eine Gewichtskraft dargestellt, die beispielsweise aus Gütern, Medien und/oder Personen (Verkehrsströmen) besteht und die auf großen Flughäfen, in Warenhäusern oder in anderen Einrichtungen nutzbringend in einer Richtung mobilisierbar ist.

[Stand der Technik]

Grundsätzlich ist bekannt, z. B. aus der DE 10 2005 047 559 A1 , potentielle Energie in andere Energieformen, wie z. B. elektrische oder thermische Energie zu wandeln, indem die potentielle Energie von einem höheren auf ein tieferes Niveau gebracht wird und anschließend durch eine Auftriebskraft wieder in die Ausgangsposition überführt wird. Eine wirtschaftlich praktische Anwendung dieses Systems ist nicht zu erkennen. Aus der DE 26 18 046 A1 ist bei einer elektrohydraulischen Hebeeinrichtung bekannt, gespeicherte potentielle Energie beim Entladen von Waren nutzbringend in das System zurückzuführen. In dem beschriebenen Verfahren und der Anordnung wird ein Druck, der durch das Absenken des Ladeguts anfällt, zur Erzeugung von Elektroenergie zum Aufladen eines Akkumulators genutzt. Mit dieser Anord- nung wird keine außerhalb des Systems nutzbare Energie erzeugt, sondern lediglich die vollständige Entladung des Akkumulators verzögert. -

Ferner beschreibt die WO 02/103201 A1 ein System zur Ausnutzung des Gravitationsdruckes, bei dem ein beladener LKW auf einer Plattform von einem höheren Niveau auf ein niederes Niveau gebracht wird. Die Gewichtskraft des LKW erzeugt

über ein mechanisches System, hydraulische Kompression und Generator elektrische Energie.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass nicht die gesamte Gewichtskraft zur Energieerzeugung genutzt wird. Ein schwenkbares mechanisches System und eine zusätzliche Gegenkraft, um die unbelastete Plattform wieder auf das höhere Niveau zu bringen, sind erforderlich.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie zur Energieerzeugung und/oder Energiespeicherung zu schaffen, bei der vorhandene oder organisierte Verkehrsströme zur Energiegewinnung ausgenutzt werden. Ferner soll die Vorrichtung möglichst einfach und mit einem geringen Materialeinsatz aufgebaut sein, um bei einem geringen Verbrauch an Eigenenergie eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

Die Aufgabe wird in bezug auf das Verfahren mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs und für die Vorrichtung mit den Merkmalen des 2. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie nutzt zur Energieerzeugung und/oder Energiespeicherung Verkehrsströme, die in einer Richtung verlaufen oder organisierbar sind. Solche Verkehrsströme können Waren, Güter, Personen oder Medien, wie z. B. Wasser oder fließfähiger Sand, sein, die eine Gewichtskraft darstellen und mittels einer Vorrichtung von einem höheren Niveau auf ein niederes Niveau verbracht werden.

Dadurch wird vorzugsweise ein Druck erzeugt, der direkt der Gewinnung von Wärme oder Elektrizität dient.

Die Vorrichtung besitzt dazu, ähnlich einem Fahrstuhl, eine Plattform, die auf dem höheren Niveau beladen und auf dem niederen Niveau entladen wird, wobei ein

Teil der erzeugten Energie dazu genutzt wird, die Plattform nach Entladung wieder auf das höhere Niveau zu bringen.

Die Plattform ist zur Energieerzeugung und/oder Energiespeicherung beispielsweise mit einer druckerzeugenden Einrichtung gekoppelt, die mittels hydraulischer oder andersartiger Maschinen Wärme oder Elektrizität erzeugt.

Für ein optimales Verhältnis zwischen eingesetzter Gewichtskraft und notwendiger Rückstellkraft ist unter Vorraussetzung der erfindungsgemäßen Bauweise eine Gewichtskraft von ca. 25 000 kg bis 30 000 kg notwendig. Das entspricht etwa 300 erwachsenen Personen. Um eine derart große Anzahl von Personen transportieren zu können, ist es zweckmäßig, die Plattform mit mehreren Etagen auszustatten, beispielsweise 5 Etagen a 60 Personen. Um dafür die Bauhöhe der Vorrichtung zu begrenzen, ist es weiterhin vorteilhaft, die Personen im Sitzen zu transportieren.

Grundlage der Vorrichtung bildet für die Konstruktion der Plattform ein Tragege- rüst in Leichtbauweise, das von einer dreieckigen Grundform ausgeht und aus bekannten Materialien hergestellt ist, die beispielsweise irn Flugzeug- oder Raketenbau eingesetzt werden und stabil genug sind, um eine Masse von 30 000 kg tragen zu können. Als ein besonders leichtes und mit hohem Druck belastbares Material bietet sich für viele Teile der Vorrichtung der Stoff Aerogel an Bei mehrstufiger Ausführung der Plattform ist zu berücksichtigen, dass die Stabilität der Träger proportional der zu belastenden Masse in den einzelnen Etagen auszuführen ist.

Optimal ist eine Ausführung als druckerzeugende Vorrichtung, die zur Kompression eines Gases und/oder zur Strömungsbeschleunigung einer Flüssigkeit oder eines Gases dient. Damit wird sowohl eine Federung gewährleistet, als auch die Fallgeschwindigkeit gedämpft, ein Teil des Druckes wird als Rückführkraft genutzt und der Druck wird durch den Einsatz bekannter Maschinen zur Erzeugung und Speicherung von Elektrizität, Wärme oder anderen Energieformen genutzt.

Als optimales Transportmittel wird für die Vorrichtung ein Tragegestell vorgeschla- gen, das aus mindestens einer Plattform besteht, die an einer zentralen Säule befestigt ist. Die Plattform wird vorteilhaft aus drei Trägerarmen gebildet, die

sternförmig, ausgehend von der zentralen Säule, im Abstand von 120° ausgerichtet sind. Damit bildet die Grundform des Tragegestells in der Draufsicht ein gleichschenkliges Dreieck.

Die äußeren Enden der Trägerarme sind über Schienen reibungsarm in drei Säulen geführt, die ein äußeres Gestell bilden und über die der Zugang zu der Plattform gewährleistet ist.

über die zentrale Säule wird mit der belasteten Plattform zur Energiegewinnung ein Druck auf ein Medium (Gas oder Flüssigkeit) ausgeübt und eine hydraulische Federung drückt von unten das leere Gerüst wieder in seine Ausgangsposition zurück.

Zur Energiegewinnung werden bekannte Mechanismen eingesetzt. Eine Gewichtskraft wird von einem höheren Niveau auf ein niederes Niveau bewegt, so dass gewinnbringend Elektroenergie oder Wärme erzeugt werden kann.

Darüber hinaus lässt sich diese Anordnung vorteilhaft an Staudämmen installie- ren. Neben der Nutzung des Wasserdruckes zum Antrieb von Turbinen wird überschüssiges ins Tai abfließendes Wasser am oberen Niveau des Staudammes in einen Behälter gefüllt und der volle Wasserbehälter bewegt sich, ähnlich den Verkehrsströmen in Form von Waren oder Personen, in einem senkrecht vor der Staumauer angeordnetem Gerüst oder Röhre durch seine Gravitationskraft nach unten.

Durch die Gewichtskraft des Behälters wird eine druckerzeugende Einrichtung betätigt. Am unteren Ende wird der Behälter entleert und der leere Behälter durch eine relativ zum Gewicht des vollen Behälters geringe Gegenkraft zum erneuten Befüllen wieder auf das höhere Niveau gebracht. Neben der Nutzung des Druckes zur Energiegewinnung ist es auch denkbar, zwischen dem Behälter und dem Haltegerüst Linearmotoren anzuordnen, über die direkt oder zusätzlich Elektroenergie erzeugt wird.

Eine weitere nutzbringende Anordnung ergibt sich beispielsweise beim Umschlag von Containern oder anderen schweren Gütern von Schiffen auf die Straße, auf Schienen oder umgekehrt.

Auf der Grundlage der erfinderischen Idee und dem Grundaufbau der Vorrichtung lassen sich zahlreiche weitere Anwendungsbeispiele ableiten, bei denen durch Ausnutzung von Gewichtskräften potentielle Energie in kinetische Energie nutzbar umgewandelt werden kann.

[Beispiele]

An Hand von Zeichnungen werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Darstellung der Vorrichtung in Ausführung mit fünf Etagen für den Transport von Personen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Plattform nach Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Nutzung der Gewichtskraft von Wasserbehältern.

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Nutzung der Gewichtskraft beim Güterumschlag.

Für den Transport von Personen ist in Fig. 1 eine Vorrichtung mit einer Plattform 1 dargestellt, die mit fünf Etagen ausgerüstet ist.

Die Plattform 1 ist an einer zentralen Säule 2 befestigt, wobei jede Ebene der Plattform 1 aus drei horizontal ausgerichteten Trägerarmen 3 besteht, die ein gleichschenkliges Dreieck 4 bildend, sternförmig von der zentralen Säule 2 aus ausgerichtet sind. Jede Ebene der Plattform 1 ist so in gleicher weise aufgebaut.

Die äußeren Enden der Trägerarme 3 sind durch Tragesäulen 5 vertikal gegeneinander abgestützt (dargestellt in Fig. 2) und bilden so zusammen mit Verbin- dungsstützringen 6 in den einzelnen Ebenen eine stabile Konstruktion.

Die Tragesäulen 5, die gleichzeitig schienenförmig ausgebildet sind, gleiten reibungsarm in äußeren Stützsäulen 7, die gleichzeitig Teil eines Gebäudes sein können.

Zwischen den äußeren Stützsäulen 7 und den Ebenen sind Zugänge 8 (dargestellt in Fig. 2) angeordnet. Zur Verringerung der Bauhöhe der Plattform 1 ist es zweckmäßig, die Personen im Sitzen zu transportieren.

Ausgehend von einer normalen Geschosshöhe in Gebäuden können somit zwei Ebenen in der Plattform 1 mit Personen beschickt werden. Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, dass die Personen auf Rollsitzen Platz nehmen und so auf Schienen oder Rollen entlang der Trägerarme 3 in die Plattform 1 hineinfahren.

Zur Sicherheit der zu transportierenden Personen wird das Tragegerüst 3, 4, 5, 6 der Plattform 1 beispielsweise mit Plexiglas verkleidet.

Bewegt sich die Plattform 1 bei Belastung von einer Ebene A zu einer Ebene B, wird durch Druck der zentralen Säule 2 auf einen Druckspeicher und/oder Druckwandler (nicht dargestellt) Energie erzeugt. Für die Weiterverarbeitung des durch die zentrale Säule 2 erzeugten Druckes sind aus der Technik zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Es ist aber auch möglich, die Gleitschienen zwischen den vertikalen Tragesäulen 5 und den äußeren Stützsäulen 7 mit Lineargeneratoren auszurüsten und so direkt Elektroenergie zu erzeugen.

Durch die Konstruktion des Tragegerüstes 3, 4, 5, 6 in Leichtbauweise, hergestellt aus bekannten Materialien, die beispielsweise im Flugzeug- oder Raketenbau eingesetzt werden und stabil genug sind, um eine Masse von 30 000 kg zu tragen, wird der Bedarf an Eigenenergie weiter verringert.

Ferner ist die Plattform 1 sowohl in der Ebene A, als auch in der Ebene B mit einer Arretierung ausgestattet, die in der Ebene A erst gelöst wird, wenn alle Personen eingestiegen oder die Plattform 1 maximal beladen ist. In der Ebene B wird die Plattform 1 ebenfalls arretiert und erst gelöst, wenn alle Personen ausgestiegen oder alle Waren ausgeladen sind.

Es ist aber auch möglich, die Arretierung im Zusammenhang mit dem Schließen der Zugänge 8 zu lösen.

Durch die Gewichtskraft der Personen entsteht in der Ebene A eine druckerzeu- gende Last (Arbeit). In der Ebene B findet eine Umkehr des Vorganges statt und die Plattform 1 bewegt sich wieder in die Ebene A.

In der Ebene A kommen, beispielsweise wie auf einem Flugterminal, immer neue Personen an oder die Personen gelangen aus der Ebene B über eine Treppe oder energiearm über einen Paternoster wieder in die Ebene A.

In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Plattform 1 der energieerzeugenden Vorrichtung dargestellt.

Ausgehend von einem Träger 4 in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, der die Hauptsäule bildet und/oder mit der druckerzeugenden zentralen Säule 2 verbunden ist, gehen sternförmig drei Trägerarme 3 aus. Bei der Anordnung einer Plattform 1, die sich über fünf Gebäudeetagen erstreckt, sind bei einem sitzenden Transport von Personen 30 Trägerarme 3 notwendig. Bei 10 Personen auf einem Trägerarm 3 können so 300 Personen transportiert werden.

An ihren äußeren Enden sind die Trägerarme 3 an vertikalen Tragesäulen 5 über Anker 9, wie auch an dem dreieckigen Träger 4 der zentralen Säule 2 befestigt. Die vertikalen Tragesäulen 5 sind untereinander mit einem Verbindungsstützring 6 verbunden.

Die Tragesäulen 5 gleiten reibungsarm in äußeren Stützsäulen 7, die Teil eines Gebäudes sind und über die auch die Zugänge 8 zu der Plattform 1 erfolgen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung zeigt in einer schematischen Zeichnung wie die Erfindung nutzbringend an Staudämmen 10 eingesetzt werden kann.

An der trockenen Seite 11 des Staudammes 10 ist senkrecht ein Rohr oder ein Gestell 12 angeordnet, indem ein großer Wasserbehälter 13 nach unten fallend angeordnet ist. Der Wasserbehälter 13 wird in seiner oberen Stellung über ein überlauf röhr 14 und einem steuerbaren Ventil (nicht dargestellt) mit Wasser aus dem Staubecken befüllt. In der unteren Stellung wird der Wasserbehälter 13 durch öffnen von an geeigneter Stelle angeordneten Klappen entleert.

Beim Herunterfahren des Wasserbehälters 13 wird Druck auf einen Kolben 16 ausgeübt, der mit einer nicht näher ausgeführten druckwandelnden Einrichtung 17 in Verbindung steht.

Bei Anordnung des Wasserbehälters 13 in einem durch den Kolben 16 nach unten abgedichteten Rohr 12 kann der Druck auch durch die im Rohr 12 durch den Wasserbehälters 13 komprimierte Luft auf den Kolben 16 übertragen werden.

Das Fassungsvermögen des Behälters 13 sollte je nach Höhe des Staudammes 10 100.000 bis 200.000 Liter betragen. In der druckwandelnden Einrichtung 17 wird die einen Druck ausübende Gewichtskraft des Wassers in Wärme, mechani- sehe oder elektrische Energie gewandelt. Es ist auch möglich mehrere dieser druckerzeugenden Einrichtungen 12, 13, 16, 17 an einem Staudamm 10 anzuordnen.

Eine Möglichkeit der Nutzung der Gewichtskraft beim Verladen von Gütern, insbesondere große Container 18 zeigt Fig. 4.

Beim Umschlag von Containern 18, beispielsweise in einem Hafen, werden diese durch einen Kran 19 entladen und entsprechend ihrer Bestimmung verteilt (a). Während der Entladung werden die Güter 18 zwischenzeitlich auf einer Plattform 1 abgesetzt (b), bevor sie ihrer Bestimmung (c) zugeführt werden. Beim Absenken der Last, beispielsweise für einen logistisch notwendigen Stopp, erzeugt die Gewichtskraft des vollen Containers 18 nutzbringend mittels einer modifizierten Vorrichtung 16, 17 der erfinderischen Lösung Energie. Auf einen Kolben 16, der mit einer nicht näher ausgeführten druckwandelnden Einrichtung 17 in Verbindung steht, wird Druck ausgeübt.

[Bezugszeichenliste]

1 Plattform

2 Druckerzeugende Hauptsäule 3 Trägerarme

4 Tragedreieck, gleichschenkliges Dreieck

5 Vertikale Tragesäulen

6 Verbindungsstützringe

7 äußere Stützsäulen 8 Zugänge

9 Verbindungsanker

10 Staudamm

11 Trockene Staudammseite

12 Rohr oder Gestell 13 Wasserbehälter

14 überlauf röhr

15 Entleerungsklappen

16 Kolben

17 Druckwandelnde Einrichtung 18 Container

19 Kran