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Die Neuerung betrifft eine Einrichtung zur Energieerzeugung durch Nutzung der von fahrenden Fahrzeugen erzeugten Schwerkraft gegenüber der befahrenen Fahrbahn, insbesondere bezogen auf eine Pumpeneinheit in Kopplung mit einem Hydromotor-Generatoraggregat. mittels Massenkräfte rollender Fahrzeuge.
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Mit
DE 298 22 244 U1 wurde bereits eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der ein Fahrzeug beim Überfahren einer Pumpeneinheit durch die Massenkraft des Fahrzeuges ein Druck-impuls erzeugt wird, mit dem das Hydrauliköl aus der Pumpeneinheit in einen Hydromotor gefördert wird und in einem angekoppelten Generator zur Stromerzeugung benutzt wird.
Dazu ist die Kolbenstange der Pumpeneinheit mit einem am Fahrbahnboden schwenkbar angelenkten brückenartigen Überrollblech wirkverbunden. Beim Überfahren wird dieses Überrollblech in Richtung Boden gedrückt und gleichzeitig mit der angekoppelten Pumpen-einheit ein Förderimpuls für das Hydrauliköl ausgelöst. Das Hydrauliköl wird zum Hydrau-likmotor mit angekoppelten Generator gefördert, wo die Verstromung der eingetragenen Hydraulikenergie erfolgt. Nach dem Überfahren wird das Überrollblech durch ein Feder-element gemeinsam mit dem angekoppelten Pumpenkolben der Pumpeneinheit in die Ausgangsposition zurückgesetzt und steht damit für den nächsten Überrollvorgang bereit.
Das brückenartige Überrollblech ist so angeordnet, das es mindestens beide Radspuren von einem Fahrzeug überdeckt.
Um einen kontinuierlichen gleichförmigen Förderstrom zwischen den einzelnen Überroll-vorgängen zu erreichen sind der Einrichtung mehrere Pufferspeicher in Parallelschaltung zugeordnet.
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In der praktischen Umsetzung hat sich gezeigt, dass eine mechanische Abstützung des Überrollbleches durch Federelemente relativ viel Platz erfordert. Auch die mechanische Ankopplung und Befestigung Fahrbahnseitig ist einer langfristigen Verfügbarkeit abträglich und im Betrieb geräuschbelästigend. Hinzu kommt, dass die Aufwendungen für eine Batterie von Pufferspeichern erheblich sind.
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Aus
DE 20 2017 000 899 U1 ist bekannt, dass zur Energieerzeugung mittels einer Turbine zwei kurzgeschlossene Zylindereinheiten im Wechsel mit einem Gewicht beaufschlagt werden und dass die unter Druck gesetzt Flüssigkeit der Turbine zugeführt wird. Durch einen mittig gelagerten Hebel (
30) sind die Gewichte synchron verbunden. Das Zurück-stellen der Gewichte in ihre jeweilige Ausgangslage erfolgt hydraulisch unter Nutzung eingetragener Fremdenergie.
Dieses System ist funktionell und in seiner Bauweise sehr aufwendig. Für einen Einsatz als Überrolleinheit für Fahrzeuge entsprechend der erfindungsgemäßen Zielstellung ungeeignet.
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Die Neuerung/Erfindung verfolgt das Ziel, die mit
DE 298 22 244 U1 vorgeschlagene Einrichtung grundsätzlich zu verbessern. Insbesondere soll kein Überfahrblech zum Einsatz kommen und die Effektivität zur Gewinnung von Elektroenergie und Verfügbarkeit der Einrichtung verbessert werden.
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Die Ausführung der Neuerung/Erfindung umfasst die Merkmale gemäß Anspruch 1 und der zugeordneten Unteransprüche.
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Nach Anspruch 1 sind pro Fahrspur ein oder mehrere paarweise in Reihe angeordnete Pumpeneinheiten vorgesehen. Die Pumpenkoben der einzelnen Pumpenpaare sind mechanisch durch eine Wippe im wechselseitigen Wirkkontakt verbunden. Damit ist sichergestellt, dass mit dem Arbeitshub der ersten Pumpeneinheit gleichzeitig der Kolben der zweiten Pumpeneinheit in dessen Ausgangs- und Bereitschaftsstellung eingestellt wird. Im Umkehrschluss wiederholt sich dieser Vorgang, wenn die zweite Pumpeneinheit durch den Radkontakt des überrollenden Fahrzeuges belastet wird.
Die einzelnen Pumpeneinheit sind, je nach Leistungsanforderung mit einem einfach wirkenden Pumpen- vorzugsweise mit einer Doppelkolbenpumpen (Duplexpumpe) mit durchgehender Kolbenstange ausgestattet. Ist ein Einbau einer einfachwirkenden Pumpe vorgesehen, so bietet sich eine Pumpe mit eingebauter Rückstellfeder an.
In beiden Ausführungsformen trägt die Kolbenstange auf der zur Fahrbahn gerichteten Seite einen Druckteller mit flach gewölbten pilzförmigen Oberseite. Die Anordnung der Pumpeneinheit in der Fahrspur erfolgt so, dass der Druckteller im belasteten Zustand mit der Fahrbahndecke bündig abschließt.
Die einzelnen Paare der Pumpeneinheiten sind in Förderrichtung hydraulisch mit einem Hydraulikmotor-Generatoraggregat verbunden, wo eine Umformung der Hydraulikenergie zu elektrischen Strom erfolgt. Zur Sicherung eines gleichmäßigen Förderstromes ist dem Hydraulikmotor wenigstens ein Hydrospeicher vorgeschaltet. Die Systemsicherung und Steuerung erfolgt durch ein einstellbares vor dem Druckspeicher angeordneten Druckbegrenzungsventil.
Saugseitig sind die Wechselseitig wirkenden Pumpeneinheiten an einem gemeinsamen Tank angeschlossen. Weiterhin ist vorgesehen, dass alle Saug- und Druckleitungen entgegen ihrer Förderrichtung mit Rückschlagventilen ausgerüstet sind. Damit ist sichergestellt, dass beim Ansaugtakt der Pumpeneinheiten kein Hydrauliköl in die Druckleitungen gefördert bzw. aus der Druckleitung angesaugt wird. Im Umkehrschluss gelangt das unter Druck stehende Hydrauliköl nicht in die Saugleitungen. Das von der Pumpeneinheit geförderte und unter Druck stehende Hydrauliköl wird dem Hydromotor zugeführte und nach Abgabe der gespeicherten Energie in den Tank und damit in den Kreislauf zurückgeführt. Ein hydraulicher Druckspeicher vor dem Hydromotor sichert zugleich einen weitestgehend gleichmäßigen ruckfreien Antrieb. Die Anpassung an den die Einsatzsituation und gegen eine Überlastung erfolgt über das einstellbare Druckbegrenzungsventil.
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Der besondere Vorteil dieses Lösungsvorschlages besteht darin, dass von den in jeder Fahrspur eingebauten Pumpeneinheiten beim Überfahren durch ein Fahrzeug, nämlich den einzelnen in der Spur laufenden Rädern ein Kraftimpuls auf das betreffende Pumpen-element ausgeübt wird. Durch die mechanische Kopplung beider Pumpenelemente wird nach dem Überrollen das betreffende Pumpenelement automatisch in seine Bereitschafts-stellung zurückgestellt.
Mit dem Einsatz einer Pumpeneinheit auf Duplexbasis ergibt sich zugleich der Vorteil, dass beim Überfahren des jeweiligen Pumpenpaares in vierfacher Folge Hydraulikdrucköl zur Verstromung dem Hydraulikmotor-Generatoraggregat zugeführt wird. Neben dem damit erreichbaren gleichförmigeren Förderstrom wird eine höhere Effizienz bei der Verstromung der anstehenden Hydraulikenergie erzielt.
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Die vorgeschlagene Konstruktion ist im Aufbau und Funktion einfach und robust für einen Alltagseinsatz. Ein Einsatz zusätzlicher Hilfsenergie ist nicht erforderlich. Die einzelnen Pumpeneinheiten passen sich homogen an das jeweilige Fahrbahnniveau an. Die Pumpeneinheiten können an beliebigen Stellen in eine Fahrbahn eingebaut werden. Insbesondere bieten sich Auto-Waschstraßen, Tankstellen Ein- und Ausfahrten, Straßen-kreuzungen mit Ampelschaltungen oder Straßenabschnitte mit massiver Geschwindigkeitsbegrenzung an. Dieses System ist gleichermaßen in Industrieanlagen oder Speditionen einsetzbar. Auch eine Verwendung auf Fährschiffen und entsprechenden Anlegern kann dieses System eingesetzt werden. Im Betrieb sind die zu erwartenden Arbeitsgeräusche gering und führen zu keiner nennenswerten Lärmbelästigung.
Der besondere Effekt ergibt sich daraus, dass für eine Verstromung ein im wesentlichen homogener hydraulischer Förderstrom erreichbar ist und eine effektive Stromerzeugung ermöglicht. Insgesamt trägt das System dazu bei, durch Nutzung der Schwerkraft fahrender Fahrzeuge in vorteilhafter Weise alternative Elektroenergie zu gewinnen.
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Nachfolgend wird die Erfindung/Neuerung hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus und Funktionsweise zur Energieerzeugung durch Nutzung der von fahrenden Fahrzeugen erzeugten Schwerkraft gegenüber der Fahrbahn, insbesondere bezogen auf eine Pumpeneinheit in Kopplung mit einem Hydromotor-Generatoraggregat an Hand eines Ausführungsbeispieles in einer Prinzipdarstellung nochmals verdeutlicht.
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Die Abbildung zeigt die Einrichtung mit zwei mechanisch gekoppelter Pumpeneinheiten A und B auf Duplexbasis, die in Fahrtrichtung in den einzelnen Fahrspuren von Fahrzeugen in die Fahrbahn 17 eingebaut sind. Die Pumpeneinheiten A, B umfasst jeweils eine doppeltwirkende Zylindereinheit 1, 5 mit Kolben 2, 6 und mit zweiseitiger Kolbenstange 3, 7. Die zur Fahrbahn 18 gerichteten Kolbenstangen 3 und 7 tragen jeweils einen Druckteller 20, 21, dessen Oberseite pilzartig flach abgerundet ist. Die Höhe „h“ der Druckteller 4 und 8 richtet sich nach den zu erreichenden Arbeitshub „h“ der Pumpeneinheiten. Sie ist so ausgelegt, dass in Bereitschaftsstellung die Druckteller 4 bzw. 8 in dem jeweiligen Senkloch 15 und 16 der Farbahn 17 eine seitliche Führung erfolgt.
Auf der Unterseite der Pumpeneinheit A, B sind die Kolbenstangen 3 und 7 wechselseitig durch eine Wippe 9 mechanisch wirkverbunden. Die Abstützung der Kolbenstangen 3 und 7 auf der Wippe 9 erfolgt lose über eine ballartig abgerundete Stirnfläche oder einer gesonderten Gelenkverbindung. Damit wird erreicht, dass bei den jeweiligen Arbeitshub „h“ der Pumpeneinheit A bzw. B der Druckteller 4 bzw. 8 in seine Ausgangs- und Bereitschaftsposition zurückgestellt wird.
Zu der vorgenannten Ausführungsform ist auch vorstellbar, dass an Stelle einer doppelt-wirkenden Kolbenpumpe eine einfach wirkende Kolbenpumpe eingesetzt wird, wobei für den Rückhub ein Pumpentyp mit eingebautem Federelement als vorteilhaft angesehen wird.
Für die hydraulische Ansteuerung der Pumpeneinheiten A und B sind saugseitig die Zylindereinheite 1 und 5 über die Saugleitungen a und c mit dem offenen Tank 14 verbunden. In Förderrichtung sind bezogen auf die Zylinderräume I, II und III, IV einzeln wirkende Rückschlagventile 18,18' und 20, 20' vorgesehen. Sie verhindern während des Arbeitshubes den Rückfluss des Hydrauliköles.
Die an den Zylindereinheiten 1 und 5 angeschlossenen Druckleitungen b und d sind mit dem Hydromotor 10, dem Hydrospeicher 12 und zur Begrenzung und Regelung des Arbeitsdruckes im System mit einem Druckbegrenzungsventil 13 verbunden. Die Rück-führung des Hydrauliköles aus dem Hydromotor 10 erfolgt über die Leitung f zum Tank14. Analog ist das Druckbegrenzungsventil 13 mit der Entlüftungsleitung g am Tank14 angeschlossen.
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Überfährt ein Fahrzeug mit einem Rad 22 den Druckteller 4 der ersten in Bereitschafts-position befindliche Pumpeneinheit A, so wird das auf das Rad wirkende Gewicht eine Gewichtskraft FG erzeugt und ein Arbeitshub h ausgelöst. Damit wird das Hydrauliköl im Zylinderraum I über das Rückschlagventil 19 in die Druckleitung b zum Hydromotor 10 und vorgeschalteten Druckspeicher 12 gefördert. Gleichzeitig saugt der Kolben 2 durch den sich einstellenden Unterdruck im Zylinderraum 11 über die Saugleitung a und offenen Rückschlagventil 18' Hydraulik aus dem Tank 14 an. Das Rückschlagventil 18 verhindert zugleich einen Druckverlust im Zylinderraum I über die Saugleitung a.
Parallel zum Arbeitshub h in der ersten Pumpeneinheit A wird durch die Kolbenstange 3 und die Wippe 9 die Kolbenstange 7 der Pumpeneinheit B in die Gegenrichtung bewegt. Dabei wird das Hydrauliköl durch den Kolben 6 aus dem Zylinderraum IV in die Druck-leitung d und zum Hydromotor 10 gefördert. Auch hier unterbindet das geschlossene Rückschlagventil 20' eine Druckverlust über die Saugleitung c. Gleichzeitig wird im Zylinderraum III unter dem Kolben 6 ein Unterdruck erzeugt und über die Saugleitung c und offenen Rückschlagventil 20 Hydrauliköl aus dem gemeinsamen Tank 14 angesaugt.
Mit Abschluss des Arbeitshubes h der ersten Pumpeneinheit A wird durch die Kopplung der Pumpeneinheit B über die Wippe 9 neben der Druckölförderung die Bereitschafts-position für den Druckteller 8 bewirkt. Erreicht dann bei Weiterfahrt des Fahrzeuges das Rad 22 die Pumpeneinheit B, so wird wiederum durch die Gewichtskraft FG Pumpen-einheit B aktiviert und gleichzeitig im Umkehrschluss die Bereitschaftsposition des Drucktellers 4 der Pumpeneinheit A wieder hergestellt.
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Mit dem aus den Zylinderräumen I und III geförderte Drucköl erfolgt der Antrieb des Hydromotor-Generatoraggregates 10-12, wo eine Verstromung der eingetragenen Hydraulikenergie erfolgt.
Mit der Aktivierung der Pumpeneinheit B erfolgt die Drückölförderung aus den Zylinder-räumen III und II. Über den Hydrospeicher 12 werden beide Förderströme entsprechend den vom Druckbegrenzungsventil 13 vorgegebenen Arbeitsdruck angeglichen. Gleichzeitig erfolgt eine Zwischenspeicherung im Hydrospeicher 12, so dass ein relativ gleichmäßiger Förderstrom und Arbeitsdruck für den Hydromotor 10 gewährleistet wird. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn alle installierten Pumpeneinheiten gemeinsam an einem gemeinsamen Hydrospeicher angeschlossen sind, so dass auf diese Weise eine weitgehende gleichmäßiger Hydromotor-Generatorbetrieb erreicht wird.
Über die Rücklaufleitung f gelangt das im Hydromotor 10 entspannte Hydrauliköl zurück in den offenen Tank 14, womit sich der Ölkreislauf schließt. Die Abführung von Überdrucköl vom Druckbegrenzungsventil 13 erfolgt über die Entlüftungsleitung g ebenfalls in den Tank 14. Bei einer Kopplung mehrerer installierten Pumpeneinheiten ist es weiterhin naheliegend, dass diese an einem gemeinsamen Tank angeschlossen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylindereinheit
- 2
- Kolben
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Druckteller
- 5
- Zylindereinheit
- 6
- Kolben
- 7
- Kolbenstange
- 8
- Druckteller
- 9
- Wippe
- 10
- Hydromotor
- 11
- Generator
- 13
- Druckbegrenzungsventil (Sicherheitsventil)
- 14
- Tank
- 15
- Senkloch
- 16
- Senkloch
- 17
- Fahrbahn
- 18,
- 18' Rückschlagventil saugseitig
- 19,
- 19' Rückschlagventil druckseitig
- 20,
- 20' Rückschlagventil saugseitig
- 21,
- 21' Rückschlagventil druckseitig
- 22
- Laufrad
- I, II, III, IV
- Zylinderraum
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Förderleitungen:
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- a
- Saugleitung
- b
- Druckleitung
- c
- Saugleitung
- d
- Druckleitung
- e
- Sammelleitung
- f
- Rücklaufleitung
- g
- Entlüftungsleitung
- FG
- Gewichtskraft
- h
- Arbeitshub
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29822244 U1 [0002, 0005]
- DE 202017000899 U1 [0004]