Entwicklung der Antriebseinheit für eine mobile pedalgetriebene Entsalzungsanlage

Abstract

Im Zuge dieser Diplomarbeit wird ein Prototyp für eine rein mechanisch betriebene, mobile Entsalzungsanlage, mit dem Schwerpunkt auf dem Antriebsstrang, ausgelegt, mit dem Ziel Trinkwasser zu erzeugen. Um die Leistung des Menschen nutzen zu können und die Anforderung der Mobilität zu erfüllen wird ein Fahrrad eingesetzt. Zu Beginn werden überblicksmäßig die unterschiedlichen Methoden der Meerwasserentsalzung dargestellt und die Geschichte und Funktion der Membranverfahren beschrieben. Des Weiteren werden bereits bestehende Konzepte für mobile Entsalzungsanlagen betrachtet. Zuerst muss die Frage der zu übertragenden Leistung geklärt werden, um einen Antriebsstrang auslegen zu können. Im Zuge dessen wird kurz der Motor Muskel erklärt und die "kritische Leistung" definiert. Für die Transformtation der rotatorischen Bewegung in eine translatorische wird ein Quickreturnmechanismus ausgelegt. Die Kraft, die ein Mensch sinnvoll aufbringen kann, reicht jedoch alleine nicht aus, um eine Entsalzungsanlage zu betreiben. Dieser Umstand wird ausgeglichen ausuzugleichen, indem ein doppelwirkender Kolben für die Energierückgewinnung aus der Sole eingesetzt wird. Die verwendeten Komponenten, Filter, Kolben und Antriebsstrang sind kompakt auf zwei Ebenen verortet und über eine Kette mit dem Ritzelpaket verbunden. Um nicht permanent den Mechanismus anzutreiben, wird eine Lösung für ein angepasstes Ritzelpaket vorgestellt, um zwischen Fahrrad- und Entsalzungsbetrieb umschalten zu können.

In the course of this diploma thesis a prototype for a purely mechanically operated mobile desalination plant, with the focus on the drive train, is designed with the aim to produce drinking water. In order to be able to use the human power and to fulfill the requirement of mobility a bicycle is used. At the beginning, different methods of seawater desalination are presented in an overview and the history and function of the membrane processes are described. Furthermore, already existing concepts for mobile desalination plants are considered. First, the question of the power to be transmitted must be clarified in order to be able to design a drive train. Therefore, the actuation by the human muscle is briefly explained and the "critical power" is defined. A quickreturn mechanism is designed to transform the rotational motion into a translational one. However, the force that a human can reasonably apply is not sufficient by itself to operate a desalination system. This circumstance is compensated for by using a double-acting piston to recover energy from the brine. The components used, filter, piston and drive train are compactly located on two levels and connected to the sprocket cluster via a chain. In order not to permanently drive the mechanism, a solution is presented for an adapted sprocket cluster to be able to switch between cycling and desalination operation.