NÁZEV PŘÍSPĚVKU SVOČ FST 2008

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1 NÁZEV PŘÍSPĚVKU SVOČ FST 2008 Ing. Miroslav Kuda, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika Ing. Jan Hlaváč, Ph.D, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika ABSTRAKT Umwandlung der Druckenergie von Flüssigkeit in elektrische Energie. Die Idee besteht darin, die kinetische Energie eines Fahrzeuges und dessen Masse in eine andere Energieform (Elektrizität) umzuwandeln. Das Auto fährt über elastisches Element. Durch das Gewicht des Fahrzeuges wird das elastische Element verformt. In dem elastischen Element ist eine Flüssigkeit. Sie fließt in dem Tank. Das Wasser treibt die Turbine an. Die Turbine dreht sich, so lange ein Unterschied zwischen der Wasserspiegeldifferenz vorhanden ist. EINLEITUNG Zur Zeit ist immer mehr Nachdruck auf die Senkung der Emissionswerte zu legen, die zur Herstellung der elektrischen Energie verursacht. Dieser Aspekt veranlasst das immer öfter genutzte erneuerbare Energiequelle. Die Erhöhung des Energiebedarfs stellt nicht nur Ansprüche auf ihr Produktionssteigerung an, sondern auch fortwährende Suche neuen Quellen. Eine aus der Möglichkeiten dieser Herstellung ist die Umwandlung der Druckenergie von Flüssigkeit in elektrische Energie. Diese Idee wurde in Österreich von Josef Padera patentiert (Nr.: ) und gab den Impuls zu dieser Arbeit. Die kinetische Energie eines Fahrzeuges und dessen Masse in eine andere Energieform (Elektrizität) umzuwandeln. Es handelt sich um ein Kleinauto-kinetisch fluid Kraftwerk, die auf genau solchem Prinzip arbeitet. Diese Idee war zu ersten mal im Jahr 2003 an der Universität im Brno realisiert. Nach jährige Entwicklungsforschung war diese Arbeit auf Grund des niedrigen Wirkungsgrads und Leistungen beenden. Nach Rücksprache mit Herrn Padera wurde diese Arbeit im Jahr 2008 an der Westböhmische Universität im Pilsen wiederaufgenommen. KONSTRUKTION ELASTISCHER ELEMENTEN FÜR EIN AUTOKINETISCHES FLUID KRAFTWERK 1) PRINZIP DES AUTOKINETISCHEN KRAFTWERKES Umwandlung der Druckenergie von Flüssigkeit in elektrische Energie. Die Idee besteht darin, die kinetische Energie eines Fahrzeuges und dessen Masse in eine andere Energieform (Elektrizität) umzuwandeln. Das Herz des kinetischen Kraftwerkes besteht aus elastischen Elementen. Die Aufgabe ist ein elastisches Element zu konstruieren und experimentell zu verifizieren. Das Prinzip ist auf dem Bild 1 dargestellt. Bild 1. Prinzip des autokinetischen Kraftwerkes Autokinetische Fluid Kraftwerk besteht aus: Saugtank, Ausflusstank, Turbine, Elastischem Element.

2 Das Fahrzeug (PkW) fährt über ein elastisches Element. Durch das Gewicht des Fahrzeuges wird das elastische Element verformt. In dem elastischen Element ist eine Flüssigkeit. Sie fließt in den Tank. Wasser treibt die Turbine an. Die Turbine dreht sich so lange bis ein Unterschied zwischen der Wasserspiegeldifferenz vorhanden ist. 2) ARBEITSSCHEMA Auf dem Bild 2 ist ein Arbeitschema der Konstruktion des Elastischen Elements darstellen. Notwendig ist darauf zu Betrachten die ganze Konzeption des Autokinetischen Kraftwerk nicht nur das Elastisches Element zu ziehen. Variante A spezifische Anforderungen Varianten des elastischen Elements Variante B Variante C - Variantenvergleich - Berechnung Variante D Auswahl der Optimalvariante Zeichnungen 3D Model ; Konstruktion der Optimalvariante - Auswahl des Optimalmaterials - Berechnungen Experiment Ergebnisse des Experiments Parameter (Druck, Maximalleistung, Durchflussmenge) Mathematisches Modell Validierung des Modells Bild 2. Arbeitsschema Zum Schluss vergleichen wir die Ergebnisse des mathematischen Modells mit den Ergebnissen von Versuchten. Dann können wir ein Optimales mathematisches Model finden. Auf dem Bild 3 sind die spezifischen Anforderungen an das System dargestellt. Spezifische Anforderungen Realisierung der Anforderungen Bemerkung Maximal Hub der Matte 80 mm Maximal zulässiger Wert der EU Medium (Flüssigkeit) Salzwasserlösung (Variante 1), Sauerstoff (Variante 2) Das Medium darf nicht gefrieren Schnelle Installation der Matte Anwendung Für LKW und PKW Installation der Waage für LKW Bestandteil der Matte Oberfläche der Matte Gummi Anti-Rutsch Oberfläche Schnelle Reparatur Optimierung der Parameter des Matematischen Modells Schneller Austausch der Matte Seitlich.

3 Kalibration der Matte Die Matte (Panel) wird mit Anschlägen versehen Entlüftung Entlüftungsventil im Matte Maximalgeschwindigkeit Maximalgeschwindigkeit bis 20 km/stunde. Fehlermeldung Undichtheit des elastisches Elements Recycling Gute Recycling Mechanische Anschläge für Fahrzeuge schwerer 2000 kg Bild 3. Spezifische Anforderungen 3) VARIANTENÜBERSICHT DER ELASTISCHEN ELEMENTE In diesem Kapitel sind die Varianten dargestellt, die zusammen verglichen werden. Auf Grund ihre Erkenntnisse kommen wir zu der optimalen Variantenauswahl. A) Variante mit Hydraulikzylinder Hier ist die Variantenübersicht der elastischen Elemente. Als elastisches Element dient ein Hydraulikzylinder (Bild 4). Diese Variante besteht aus der obere Platte, untere Platte, dazwischen liegt der Hydraulikzylinder. UNBELASTET Bild 4. Variante mit Hydraulikzylinder Vorteile: Kompakte und bewährte Lösung System kann mit hohen Drücken arbeiten Einfacher Austausch Guter Wirkungsgrad Nachteile: Hoher Preis des Hydraulikzylinders Gegenseitige Verbindung der Hydraulikelemente Anspruchsvoller Wechsel der Platte Große Verluste durch die Verbindung der Hydraulikelemente B) Variante mit elastischem Schlauch Als elastisches Element dient elastischer Schlauch. Bild 5. Variante mit elastischem Schlauch

4 Vorteile: Niedriger Preis Schneller Wechsel des Paneells Einfache Montage und Demontage Einfache Fertigung Nachteile: Entsprechendes Material Spezielles Material erforderlich C) Variante mit elastischem Kissen Als elastisches Element dient elastisches Kissen. Bild 6. Variante mit elastischem Kissen Vorteile: Schnelle Wechsel des Paneells Einfache Montage und Demontage Einfache Fertigung Nachteile: Entsprechendes Material Spezielles Material erforderlich D) Variante mit Federbalg Als elastisches Element dient elastisches Kissen siehe Bild 7. Bild 7. Variante mit Federbalg Vorteile: Nachteile: Schnelle Wechsel des Paneells Einfache Montage und Demontage Einfache Fertigung Entsprechendes Material Spezielles Material erforderlich

5 4) VARIANTENVERGLEICH Der Variantenvergleich ist im Bild 8 dargestellt. Durch Beurteilung der 10 Kriterien können wir die optimale Lösung finden. Eigenschaften Variante A (mit Hydraulikzylinder) Variante B ( mit elastischem Schlauch) Varianten Variante C (mit elastischem Kissen) Variante D (mit Federbalg) max. Bewertung 1. Wirkungsgrad Lösbarkeit Preis Austauschbarkeit des elastischen Elements Einfacher Aufbau Umweltfreundlichkeit Herstellung Lebensdauer Montage/Demontage Füllgeschwindigkeit des elastischen Elements INSGESAMT Bild 8. Variantenvergleich 5) VARIANTENAUSWAHL Die Optimalvariante ist die Variante mit dem elastischen Element. Zur Auswahl stehen zwei Varianten. Variante mit querlaufenden und längslaufenden Elementen (siehe Bild 9). Bild 9. Varianten mit den elastischen Schlauch 6) KONSTRUKTION DER OPTIMALVARIANTE In diesem Kapitel werden zwei Optimalvarianten dargestellt (Variante mit querlaufenden Elementen und mit längslaufenden Elementen). Diese zwei Varianten werden weiter für das Experiment verwendet. A) Variante mit querlaufenden Elementen: Als elastisches Element dient ein Klöppelschlauch, der zwischen die obere und untere Platte positioniert ist. Das Fahrzeug fährt über den Holzdeckel, der auf die elastischen Elemente drückt. Durch das Gewicht des Fahrzeuges werden die elastischen Elemente verformt. In dem elastischen Element ist eine Flüssigkeit. Sie fließt in dem Tank.

6 Wasser treibt die Turbine an. Die Turbine dreht sich so lange bis ein Unterschied zwischen dem Wasserspiegeldifferenz vorhanden ist. Prinzip des autokinetischen Kraftwerkes ist im Bild 10 dargestellt. Bild 10. Variante mit Querlaufende Elemente Klöppelschlauch Bild 11. Darstellung des Elastischen Elements B) Variante mit querlaufenden Elementen: Als Elastisches Element dienten zwei Klöppelschläuche, die zwischen der oberen und unteren Platte positioniert sind siehe Bild 11. Das Fahrzeug fährt über den Holzrost, der auf das elastischen Element drückt. Das Fahrzeug nutzt nicht nur sein Gewicht sondern auch die Bewegungsenergie. Durch das Gewicht des Fahrzeuges wird das elastische Element verformt. In dem elastischen Element ist eine Flüssigkeit. Sie fließt in den Tank. Wasser treibt die Turbine an. Die Turbine dreht sich so lange bis ein Unterschied zwischen der Wasserspiegeldifferenz vorhanden ist. Das Prinzip des autokinetischen Kraftwerkes ist im Bild 12 dargestellt.

7 Bild 12. Variante mit Längslaufende Element Bild 13. Darstellung des elastischen Elements

8 KONKLUSION In dem ersten Teil der Arbeit ist das Prinzip des autokintetischen Kraftwerkes dargestellt. Das Herz des kinetischen Kraftwerkes besteht aus elastischen Elementen. Mit der Hilfe dieser Elementen wandelt die Druckenergie in die elelektrische Energie. Im vorangehenden wurden die spezifische Anforderungen für das elastische Element beschrieben. Variantenübersicht der elastischen Elemente wurde nachdem dargestellt. Die Optimalvariante der Plazierung des elastischen Elementes wurde konstruiert und im Experiment verwendet und verifiziert. LITERATUR [1] DEBREZENI. O., Autokinetická malá fluidní elektrárna, Brno, 2003, č. dokumentu:vut-eu-qp [2] VÁVRA. P., Strojnické tabulky, Praha 1, 1983, ISBN