DE102005040808A1

DE102005040808A1 - Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen unter Einbeziehung modifizierter Wasserkraftmaschinen zur Stromgewinnung aus der Energie der Meeresströmung

Info

Publication number: DE102005040808A1
Application number: DE102005040808A
Authority: DE
Inventors: Walter Schopf
Original assignee: Schopf Walter Dipl-Ing
Current assignee: Schopf Walter Dipl-Ing
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht im Wesentlichen darin, dass DOLLAR A - ein großer Anteil der die schwimmende Windenergieanlage tragenden Schwimmkörper unterhalb der Wasseroberfläche in tieferen, ruhigeren Meeresströmungsschichten angeordnet ist; DOLLAR A - Schwimmkörper verstellbare tragflächenhafte Einrichtungen und Ausgestaltungen aufweisen, die partiell einen gesteuerten variierbaren Auf- oder Abtrieb bewirken; DOLLAR A - Unterwasserschwimmkörper aus modifizierten, die Geschwindigkeitsenergie der Meeresströmung nutzenden Wasserkraftmaschinen bestehen, deren Gehäuse Auftrieb bewirkende Hohlräume, DOLLAR A tragflächenhafte Oberflächenstrukturen DOLLAR A sowie Ausgestaltungen und Zusatzeinrichtungen zur Erzeugung eines auf den Turbinensaugrohrausgang einwirkenden Sogs aufweist; DOLLAR A - diese Wasserkraftmaschinen auch als Pumpen bzw. als Rückstoß erzeugende Arbeitsmaschinen ausgebildet und schwenkbar angeordnet sind; DOLLAR A - Gelenkverbindungen verbundener Oberflächenschwimmkörper derartig ausgestaltet sind, dass durch Wellengang verursachte Schwenkbewegungen in Drehbewegung umgesetzt und einer Elektromaschine zugeführt werden, die Strom erzeugt, aber auch als Arbeitsmaschine wirkend in umgekehrter Weise Schwingungsdämpfungsvorgänge bewirkt; DOLLAR A - zwischen Schwimmkörpern und Turmträgerbasen hydraulische Hub- und Dämpfungseinrichtungen angeordnet sind, die durch Wellengang verursachte partielle Hubbewegungen vergleichmäßigen, dämpfen und zur Energiegewinnung nutzen sowie auch zur aktiven Schwingungsdämpfung ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zu Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen unter Einbeziehung modifizierter Wasserkraftmaschinen zur Stromgewinnung aus der Energie der Meeresströmung mit den in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Eine intensive Erschließung regenerativer, nachhaltiger Energien ist in Anbetracht der Endlichkeit fossiler Energieträger ein global erkanntes und anerkanntes Gebot unserer Epoche, auch wegen des zwingenden Handlungsbedarfes zur Verminderung der CO₂ – Belastung unserer Atmosphäre. Aber auch zum Erhalt eines Restbestandes lebenswichtiger in fossilen Energieträgern enthaltener Roh- und Grundstoffe ist eine intensive Erschließung nachhaltiger Energien unerlässlich.
Unter den zur Verfügung stehenden regenerativen Energieressourcen hat sich bezüglich der Ausbaufähigkeit ihrer Erschließungseinrichtungen bereits die Windenergie – zumindest mit einem wichtigen Anteil – als zukünftiger Energielieferant favorisiert.
Weitere, riesige, alles andere übertreffende, bisher wenig erschlossene Energiepotentiale liegen in der Meeresströmung.
Eine übergeordnete Zielsetzung bei vorliegendem Erfindungsgedanken ist die Schaffung von Einrichtungen und Voraussetzungen zur Gewinnung regenerativer Energie auf hoher See und die Steigerung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit solcher Einrichtungen.

Es sind bereits umfangreiche Windkraftanlagen-Projekte an Land entwickelt und realisiert, eine Steigerung (außer einigen Repowering-Aktionen) ist nach technischen und ökonomischen Aspekten kaum noch möglich. Auch sprechen Landschaftsschutz- und Öko – Strömungen in der Bevölkerung dagegen.

Eine intensive und lukrative Erschließung der Windkraft bietet sich auf See an, wo Stärke und Kontinuität des Windes wesentlich intensiver und günstiger sind. Darüber hinaus kommen für die Akzeptanz und Realisierbarkeit einer Windkraftanlage oder eines -Parks noch weitere Aspekte wie Geräuschimmission, Schattenwurf, optische Verträglichkeit und vor allem auch Natur- und Landschaftsschutzaspekte eher zum Tragen. Aber auch hier stehen letztgenannte Aspekte häufig der Realisierung küstennaher Offshore-Windenergieanlagen entgegen.

Verstärkt wird in letzter Zeit die Planung und Realisierung von Offshore-Windenerienlagen auf hoher See betrieben. Nachteilig sind dabei die höheren Aufwendungen für Gründungen besonders in tiefen Gewässern und Aufwendungen für die Netzanbindung.

Als Ausweg gegen tiefreichende aufwendige Gründungen bieten sich „Schwimmende Offshore-Windenergieanlagen" an, wie sie beispielsweise bereits (z. Z. der Erstellung vorliegender Anmeldeschrift) im in Planung befindlichen Offshore-Windenergiepark Ventotec Ost 2 vorgesehen, oder in den Patentanmeldungen DE 10219062 , EP 1366209 , EP 1269018 , EP 1169670 beschrieben sind. Besonders effizient arbeiten solche Anlagen, wenn an Bord – wie in erstgenannter Patentanmeldung beschrieben – der gewonnene Strom ohne Übertragungsverluste und aufwendiger und somit teurer Übertragungseinrichtungen zur Gewinnung des für die bevorstehende „Wasserstoffwirtschaft" so wichtigen Energieträgers Wasserstoff eingesetzt wird.

Bei solchen schwimmenden Anlagen stellen aber zwangsläufig die Oberflächenrauheiten der offenen See, die Schwingungen an der Anlage verursachen ein schwieriges Problem dar.

Eine vorrangige Zielsetzung vorliegenden Erfindungsgedankens ist daher die Schaffung einer Einrichtung zu Stabilisierung und Schwingungsdämpfung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen unter Einbeziehung von zweckmäßig modifizierten Wasserkraftmaschinen zur zusätzlichen Stromgewinnung aus der Energie der Meeresströmung.

Die Nutzung der Wellenenergie, ist – wie die relativ geringe bisherige Realisierung auch unter Beweis stellt – aufwendig und durch die Rauheiten der See problematisch.

Vorliegend angestrebte Lösungen beziehen sich vorrangig auf die Nutzung von zwar mäßigen, aber stetigen Unterwasser-Meeresströmungen der Meere.

Ein schwieriger, für den Einsatz herkömmlicher Wasserkraftmaschinen abträglicher Tatbestand ist dabei, dass bei den zugedachten Einsatzbedingungen ein kaum nennenswertes Druckgefälle zur Verfügung steht. Auch liegt keine Fallhöhe für ein nützliches, für manche Wasserkraftmaschinenarten sogar obligatorisches Saugrohr vor. Unter diesen Bedingungen- der Energiegewinn muss daher ausschließlich aus der Geschwindigkeitsenergie der Strömung erfolgen – sind keine oder nur mit Einschränkung herkömmliche Wasserkraftmaschinen einsetzbar.

Eine weitere Zielsetzung für den Erfindungsgedanken liegt im Einsatz von Wasserturbinenkonzeptionen die für den Einsatz in fließenden Gewässern ohne geodätische Fallhöhe geeignet sind. Neben der für diesen Einsatz beanspruchte in freier Strömung angeordneten Proppelerturbine sei auf für diese Einsatzbedingungen – sehr geringe nutzbare Druckdifferenz und große Durchströmmenge – konzipierte Axial-, Radial- und Durchströmturbinen gemäß den Patentanmeldeschriften DE 10 2005 040 807.9 , DE 10 2005 040 806.0 und DE 10 2005 805.2 verwiesen.

Die Lösung der genannten Aufgaben und Zielsetzungen werden durch die in den Ansprüchen und in den Ausführungsbeispielen angeführten erfindungsgemäßen Ausführungsmerkmale erzielt.

Die damit erzielbaren Vorteile ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Erfüllung der Zielsetzungen. Details vorteilhafter Ausführungsmerkmale gehen aus den Beschreibungen der Ausführungsbeispiele hervor.

Ein besonders für den Betrieb von autark arbeitenden Offshore-Windenergieanlagen ohne Netzanbindung (wie z. B. in DE 102 19 062.3-15 beschrieben) vorteilhafter, wenn nicht gar lebenswichtiger Nutzeffekt besteht darin, dass die damit verbundenen, die Meeres8strömung nutzenden Wasserkraftmaschinen mit ihren elektrischen Generatoren neben der zusätzlichen Stromgewinnung vor allem die Betriebeinrichtungen der Anlage – besonders relevant bei stehender Windkraftanlage – mit Strom versorgen.

Der Anmeldungsgegenstand wird nachstehend unter Verweis auf Zeichnungen erläutert.

Ausführungsbeispiele

1 zeigt eine Schnittdarstellung einer schwimmenden Offshore-Windkraftanlage, wie sie im wesentlichen dem Oberbegriff des Hauptanspruches zu Grunde gelegt wird, mit erfindungsgemäßen, die Anlage mittragenden Unterwasser-Schwimmkörpern und Einrichtungen zur Bewirkung eines zur Schwindungsdämpfung dienlichen gesteuerten variierbaren Auftriebes.

2 zeigt eine Draufsicht von 1

3 zeigt in der Draufsicht eine Vieleckformation von Oberflächen- und erfindungsgemäßen Unterwasserschwimmkörpern, mit einer Einrichtung zur Nutzung der Meeresströmung zur Stromgewinnung und zur Stabilisierung des schwimmenden Systems.

4 zeigt eine Schnittdarstellung von 3

5 zeigt in einer Teil-Schnittdarstellung von 3 die Anordnung einer Wasserkraftmaschine mit integriertem Generator zur Stromerzeugung mit einer erfindungsgemäßen schwenkbaren Anbringungsweise an einen Schwimmkörperverbund.

6 zeigt in der Seitenansicht im Schnitt einen rohrförmigen Oberwasserschwimmkörper im Verbund mit einem Unterwasserschwimmkörper in Form einer modifizierten schwimmfähigen Wasserkraftmaschine.

7 zeigt die Draufsicht einer drehbar im Meer verankerten schwimmenden Windenergieanlage mit erfindungsgemäßen an der Anströmfront angeordneten Wasserkraftmaschinen.

8 zeigt in einer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße, den zugedachten Einsatzbedingungen – fehlende Fallhöhe, geringe Strömungsgeschwindigkeit und große Menge – gerecht werdende, Wasserkraftmaschinenmodifikation mit besonders gestaltetem Gehäuse und einer Umhüllung

– zur Bewirkung eines auf das Saugrohr einwirkenden Soges,
– sowie zur Bewirkung eines gesteuerten punktuell wirkenden Auf- oder Abtriebes zur geregelten Schwingungsdämpfung der gesamten Anlage.

9 zeigt eine Koppelung einer erfindungsgemäß modifizierten Wasserkraftmaschine nach 8 mit einem starr mit der Turmträgerplattform verbundenen Schwimmkörper, mit einen Koppelmechanismus derart, dass bei Nickbewegungen der Trägerplattform der Anstellwinkel der modifzierten Wasserkraftmaschine zur Meeresströmung zum Zwecke einer Stabilitätskorrektur selbsttätig eingestellt bzw. korrigiert wird.

10 zeigt eine vereinfachte Draufsicht-Darstellung eines halb dargestellten Ringverbundes schwimmender röhrenförmiger Überwasserschwimmkörper einer Offshore-Windenergieanlage zur Veranschaulichung der Positionierung und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen, unter 11 und 12 dargestellten und beschriebenen Gelenkverbindung,

– sowie der unter 13 dargestellten und beschriebenen Abstütz- und Hubkomponenten.

11 zeigt in der Seitenansicht eine erfindungsgemäße Ausbildung einer die Oberwasserschwimmkörper verbindende Gelenkverbindung mit einem Mechanismus zur Umwandlung von vertikal auf die Schwimmkörper einwirkende Meereswellenenergie in eine Drehbewegung und Weitergabe an eine Elektromaschine.

12 zeigt die Draufsicht im Schnitt von 11

13 zeigt in einer Schnittdarstellung eine in einen Überwasserschwimmköper integrierte erfindungsgemäß ausgestaltete Abstütz- und Hubeinrichtung zur Vergleichmäßigung der Traganteile der einzelnen Schwimmkörper, sowie zur Bewirkung partieller vertikaler, der Schwingungsdämpfung dienender Kraftimpulse, und zur Gewinnung von Energie aus Meereswellen.

14 zeigt eine Schnittdarstellung eines Oberwasser-Schwimmkörpers mit innen angeordneten Piezoelementen zur Nutzung und Umwandlung vertikal auf die Schwimmkörper einwirkende Wellenenergie in elektrischen Strom.

15 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine in einen Überwasserschwimm-köper integrierte Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Traganteile der einzelnen Schwimm-körper bei Wellengang und zur Gewinnung elektrischen Stroms aus der Energie der Meereswellen.

16 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine auf alle Koordinaten erweiterte Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Traganteile der einzelnen Schwimmkörper bei Wellengang und zur Gewinnung elektrischen Stroms aus der Energie der Meereswellen.

17 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine besondere Ausführung und Anordnung von auf der Wasseroberfläche schwimmenden Schwimmkörpern zur Verminderung des Einflusses des Wellenganges und zur Gewinnung elektrischen Stroms aus der Energie der Meereswellen.

Beschreibungen zu den Ausführungsbeispielen:

Zu 1 und 2:

Rohrförmige Schwimmkörper 2a, 3a, 4a und 5a bilden in einer sechseckigen Anordnungs- bzw. Verbindungsweise weitgehend die schwimmende, tragende Basis der Offshore-Windkraftanlage (WiKA). Dabei ist erfindungsgemäß ein großer Anteil der auftriebbildenden Volumina der Schwimmkörper unterhalb des Wasserspiegels in ruhigeren Zonen positioniert, wodurch der ihre auftriebbedingten Traganteile, und somit die gesamte schwimmende Anlage nicht so sehr den Wirkungen der Oberflächenströmung ausgesetzt ist. Gegenüber der vereinfachten Darstellung müssen praktisch sicherlich die Unterwasserschwimmkörper in einem größeren Abstand zu den oberen als dargestellt, tiefer gelegt werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Unterwasser-Schwimmkörperanteil aus den drei rohrförmigen Schwimmkörpern 3, 4 und 5, die durch Stege 6a, b, c miteinander verbunden sind. Dieser Unterwasser-Schwimmkörperverbund ist mittels weiterer Stege 6d, e mit einem auf der Wasseroberfläche 1 schwimmenden Schwimmkörper 2 fest verbunden.

Die den Auftrieb bestimmenden Verdrängervolumina der Unterwasserschwimmkörper 3, 4 und 5 und des auf der Wasseroberfläche 1 schwimmenden Schwimmkörpers 2 sind untereinander unter Berücksichtigung ihrer Eigengewichte und dem der zu tragenden Windkraftanlage, einschließlich der Einrichtungen zur Wasserstoffgewinnung oder Meerwasserentsalzung so abgestimmt, dass nur ein geringer Teil des erforderlichen Traganteiles vom oberen, auf der Oberfläche 1 schwimmenden Schwimmkörpers 2 übernommen wird. Das maximal mögliche Auftriebsvolumen des oberen Schwimmkörper.

ist so bemessen, dass bei Überflutung (Wellenberg) einzelner ihre Auftriebskräfte in Grenzen bleiben und somit keinen allzu großen störenden Einfluss auf die Stabilität der gesamten schwimmenden WiEA ausüben.

Die direkte Trägerbasis 7 der Windkraftanlage, die im wesentlichen aus Turm 9, der Gondel 10 mit ihren Rotorlagerbasen, Generator und sonstigem Zubehör einer WKA und dem Windrad 11 besteht, wird im vorliegenden Beispiel von auf den oberen Unterwasserschwimmkörpern 3 und 4 aufliegenden, bzw. darauf aufliegenden und befestigten Trägern 8 gehalten. Für nachstehend noch beschriebene Montageweise weist Trägerbasis 7 innen einen Freiraum 9 auf, in dem das abgeknöpfte untere Turmende 13 steckt, das mittels Befestigungselement 14 mit der Trägerbasis fest verbunden ist. Abweichend von der Darstellung können natürlich die Träger auch auf den oberen Schwimmkörpern aufliegend positioniert sein.

Die gesamte schwimmende Windkraftanlage ist mittels Verankerungsseile 15 im Meeresboden verdrehbar (sich selbst in die Strömung stellend) verankert.

Einige Schwimmkörper sind erfindungsgemäß zusätzlich als Lager- oder Speicherraum für den an Bord gewonnenen Wasserstoff oder das entsalzene Meerwasser ausgebildet, natürlich unter Erhaltung eines verbleibenden, reichlichen Schwimm- bzw. Auftriebsvermögens.

Zur Wasserstoffspeicherung kommen relativ gewichtige Metallhydridspeichereinrichtungen zum Einsatz, die starr an peripheren äußeren Zonen der schwimmenden WiEA positioniert sind.

Damit wird durch das gewonnene große Massenträgheitsmoment, bezogen auf horizontale Kippachsen, eine stabilisierende Wirkung erzielt.

Des Weiteren sind zur aktiven Stabilisierung in die Wasserströmung eintauchende, im Anstellwinkel variierbare Leitflächen 16, 21 angeordnet, deren Anstellwinkel punktuell einen gezielten Auf- oder Abtrieb bewirken Diese werden über die Gelenke 17, 18, 20, 22, 24 und Verstellaktor 19, 23 gehalten und bewegt. Ein computergesteuertes Regelsystem, das sich auf Messwerte von an Bord befindlicher Sensoren stützt, die Strömungsgeschwindigkeiten, Wellengrößen und – Intervalle, sowie Lage und Bewegungen der gesamten schwimmenden Windenergieanlage erfassen, nach einem vorbestimmten Algorithmus auswertet, steuert die Leitflächenstellungen.

Um Turm 9 herum ist ein gitterhafter Aufbau 25 angeordnet, auf dem eine Montage- und Abstellplattform 26 für Container 27 die Betriebs- und verfahrenstechnische Einrichtungen bergen, ruht. Plattform 26 ist für den Antransport und Montage vorteilhaft als schwimmfäiger Körper ausgebildet, wobei er mit dem distanzhaltenden Gitterwerk 25 eine vormontierte Baueinheit bildet.

Die in Dreieckformation der Unterwasserschwimmkörper 3, 4, 5 mit ihren gitterhaften Verbinungen und Versteifungen 6a, b, c stellt zudem eine festigkeitsmäßig günstige Ausführungseise dar. Ihre schwimmstabile Ausbildung ist auch vorteilhaft für einen schwimmenden Antransport solcher vorgefertigter Partien und für einen Zusammenbau auf See, wobei sie – mit leicht verbindbaren Endelementen ausgestattet – zunächst an der Oberfläche schwimmend zu einer Ring- oder Sechseckformation zusammengesetzt werden können. Der obere auf der Wasseroberfläche 1 schwimmende Schwimmkörper 2 kann beispielsweise relativ einfach dem unteren Schwimmkörperverbund 3/4/5 anmontiert werden, indem er zunächst schwimmend auf der Außenseite der Formation positioniert und gelenkig mittels der äußeren Streben 6d mit dem Unterwasserverbund verbunden wird. Mit Hilfe zweckmäßiger Hebezeuge oder durch Fluten und Absenken der Unterwasserpartien ist folglich eine Verbindung beider Schwimmkörper bzw. Gruppen relativ leicht zu bewerkstelligen.

Die Befestigung des Turmen 9 an seinen Standbasen 7 und 8 von unten liegt die Absicht zu Grunde, für seine Montage, für Reparatur- oder für Inspektionsvorhaben durch Fluten von Kammern abzusenken. Hierfür sind auch nicht dargestellte Seilwinden und Flutungskammern in der unteren Turmpartie vorgesehen.

zu 3 bis 5

Die die gesamte schwimmende Windenergieanlage (WiEA) bildende und tragenden Schwimmkörper sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Achteckformation angeordnet. Sie bestehen aus auf der Wasseroberfläche 31 schwimmenden rohrförmigen Hohlkörpern 32 und aus unterhalb der Wasseroberfläche positionierten, Auftrieb unterliegenden rohrförmigen Schwimmkörpern 33, 34, 35, außer auf der der Zuströmung abgewandten Seite, wo sich anders geformte Schwimmkörper befinden. Die Unterwasserschwimmkörper 33, 34, 35 sind mittels Verbindungs- und Aussteifungsstege 36a, b, c zu einem Verbund zusammengefasst, der wiederum über weitere Stege 36d, 36e mit dem darüber liegenden, auf der Wasseroberfläche schwimmenden Schwimmkörper 32e verbunden ist. Auf den beiden oberen in einer Dreieckformation angeordneten Unterwasserschwimmkörpern 33, 34 ruhen die Träger 38 einer Trägerbasis 27 für den Turm 39.

Die untere Bodenpartie der Schwimmkörperformation bildet ein plattenförmiger Hohlkörper 40, dem auch Strömungs-Leitfähigkeiten für die Unterwasserströmung zugedacht sind, der mittels einer Gelenkverbindung 42 mit dem starren Rahmensystem 43 der schwimmenden WiEA verbunden ist. Seitlich daran befinden sich horizontal erstreckende Leitflächen 41a, b, die auf Grund ihrer nach hinten verengenden Führung eine fokussierende Wirkung auf das einströmende Meerwasser ausüben. Die Wände 38, 42a, 42b, 40 bilden einen Fokussier- und Einlauftrichter 44 an dessen Ende sich eine Formation mehrerer Wasserkraftmaschinen 45 mit integriertem Generatoren 48, in einem Plattenrahmen 44a befinden. Dieser ist mittels eines Gelenkes 50 am Rahmensystem 43 der WiEA befestigt.

Die WaKM 45 bestehend aus dem in hohlkörperform ausgebildetem Gehäuse 46 und dem innen davon angeordneten axiale Laufrad 47 mit Generator 48. Der Verstellaktor 51 bestimmt den Anstellwinkel nach der unter 1 und 2 vermerkten Kriterien und Bedingungen. Die Neigung zur Strömungsrichtung der als Leitfläche dienenden Bodenplatte 40 wird durch den rahmenfesten Verstellaktor 52 bestimmt.

Alternativ zu dieser Darstellung sind für diesen Einsatz auch WaKM nach 10, 11 und 12 vorgesehen, wobei vorzugsweise nur eine angeordnet ist, die sich über die gesamte Breite des Einlauftrichters erstreckt.

Die WaKM erfüllen somit – außer der Energiegewinnung – durch ihre auf der Strömungsumlenkung und auf dem Rückstoßprinzip basierende, in der vertikalen Richtung regelbaren Kraftimpulsgabe eine der Stabilisierung der WiEA dienenden nützliche Aufgabe.

Vorstehend beschriebene schwimmende WiEA- Konzeption gemäß 3-5 setzt natürlich voraus, dass die Verankerungsbasis im Meeresgrund eine Seitenschwenkbarkeit der Ankerseile 60 zum Einstellen der Anlage in die Strömung ermöglicht.

Zu 6

Am Überwasserschwimmkörper 52 ist durch die Verbindungsstreben 53a unter Wasser ein rohrförmiges Rahmensystem 54 befestigt, an dem sich ein Gelenk befindet, welches mittels der Gelenkstreben 53b eine erfindungsgemäß modifizierte WaKM 56 – die im wesentlichen der Beschreibung gemäß 8 entspricht – schwenkbar trägt. Ihre horizontale Lage wird durch einen zwischen den Gelenken 57 angeordneten, hochdynamischen Verstellfaktor 58 bestimmt. Neben der Stellung eines Traganteils und der Gewinnung von Energie aus der Meeresströmung bietet diese Konzeption für die Stabilitätsregelung vorteilhafte Möglichkeiten:
durch spontane Verstellbewegungen wird durch die Massenwirkung örtlich ein vertikaler Kraftimpuls auf das gesamte schwimmende System ausgeübt;
ebenso durch den auf die Tragflächen 56a, 56b vertikal einwirkenden Staudruck, was in beiden Fällen nach regeltechnischen Kriterien einem P- Stellverhalten entspricht.

Die sich bei Schrägstellung durch die Strömung ergebenden vertikalen Auf- oder Abtriebskräfte können als ein I-Regelverhalten angesehen werden.

Zu 7 und 8

In 7 bestehen die tragenden Komponenten aus auf der Wasseroberfläche schwimmenden rohrförmigen Hohlkörpern 62, die mittels Gelenkverbindungen 65 zu einer festen Formation zusammengehalten werden und (nur stilisiert strichpunktiert dargestellte) Unterwasserschwimmkörper 63, 64. Die mit der Turmplattform 67 fest verbundenen Träger 66 stützen sich auf den oberen Schwimmkörpern 62 ab, wobei vorteilhafterweise die unter 13 bis 15 dargestellten und beschriebenen Komponenten zum Einsatz kommen. Die Unterwasserschwimmkörper 63, 64 gehen auf der Anströmseite in ein Trägerrahmensystem 69, 70 über, an dem erfindungsgemäße, Auftrieb bildende Wasserkraftmaschinen (WaKM) 72 in der horizontalen Ebene schwenkbar angeordnet sind.

8 veranschaulicht die erfindungsgemäßen Modifizierungsmerkmale der der Zielsetzung dienenden WaKM. Hierfür können jegliche Arten von Wasserkraftmaschinen 73 die für den Einsatz in Gewässern mit geringer Strömungsgeschwindigkeit aber großem Mengenangebot geeignet sind, zur Anwendung kommen. Für den hauptsächlich zugedachten Einsatzfall, die Nutzung freier Meeresströmung bei fehlender geschlossener druckbehafteter Zuführung und gänzlich fehlender Saughöhe muss besonders diesem Manko Rechnung getragen werden. Auch ist der angestrebten Nutzung als tragender Schwimmkörper und als eine der Stabilitätsregelung dienenden Komponente gerecht zu werden.

Hierfür sind als periphere erfindungsgemäße Erweiterungen zu einer WaKM 73 vorgesehen:
einen durch das Turbinengehäuse 80a, b gebildeten Einlauftrichter 80, mit einem den Turbinen-Durchflussquerschnitt weit überschreitenden Einlaufquerschnitt 80c, der zur Erfassung und Fokussierung eines großen „Einzugsbereiches" vorteilhaft ist, wodurch auch die Durchströmgeschwindigkeit in der Turbine und somit auch ihre Drehzahl erhöht und ihre Effizienz günstig beeinflusst wird;
ein ebenfalls vom Turbinengehäuse 81a, b gebildeten ausgangsseitiges Saugrohr 81, dem einsatzbedingt mangels „Fallhöhe" in einer besonderen Weise die Aufgabe zufällt, abgangseitige leistungsverzehrende Staudrücke zu vermeiden;
eine sich vom Einlauftrichteranfang 80c bis zum Saugrohrende 81c sich außen erstreckende Wandung 82a und 82b, die sowohl eine Tragflächenwirkung (für das außen vorbei -strömende Medium) aufweist und als Gehäusemantel mit den Innenflächen 80a, 80b und 81a, 81b einen Auftrieb bewirkenden Hohlraum 83a, 83b bildet;
einen, über und unter der hinteren Partie der äußeren Turbinengehäuse-Außenwandung 82a, 82b erstreckende Wandung 84ab einen Kanal 85a, b bildet, mit dem Querschnittsverlauf einer Düse, die im Bereich des Saugrohrendes 81c ihren kleinsten Querschnitt hat und auf das aus dem Saugrohr 81 ausströmende Medium eine geschwindigkeitssteigernde, unter-druckerhöhende Wirkung eines Injektors ausübt. Damit werden Energieinhalte vom Einlauftrichter 80c nicht erfasste benachbarte Strömungsbereiche für eine Effizienzsteigerung der Turbine 73 herangezogen, ohne dass diese selbst einen größeren Bauaufwand erfordert;
eine sich erweiternde Fortsetzung des Düsenkanals 85 mit dem Querschnittsverlauf eines Diffusors 87, so, dass zum einen eine gegenüber der äußeren (Meeres-) Strömung noch erhöhte Austrittsge-schwindigkeit aus dem Saugrohr 81c der äußeren Strömung schadlos (impulslos) angepasst wird,
des weiteren durch die Diffusorwirkung die nützliche Saugrohrsogwirkung auf Turbine 73 abermals gesteigert wird;
eine einen weiteren Auftrieb bewirkenden Hohlraum 86a, b bildende Wandung 88a, b die sich vom Düsenanfang bis zum Diffusorende erstreckt. Diese vergrößert auch die angestrebten Leitflächen zur Stabilitätsregulierung.

Die (horizontale) Lage der ummantelten ganzen Turbine 73 wird zur Stabilitätsregulierung durch einen rechner-gesteuerten Schwenkaktor 75 um Gelenk 71 eingeregelt.

Bezüglich der damit erreichbaren Stabilitätsregelbarkeit gilt Gleiches wie unter 6 vermerkt. Vorliegende erfindungsgemäße Wasserkraftmaschinen-Modifikation ermöglicht den generellen Einsatz solcher Kraftmaschinen ohne die übliche obligatorische Saughöhe in freier Strömung. Sie schafft ferner die Voraussetzung für den Einsatz von energiegewinnenden Wasserkraftmaschinen als Trägerelement für Offshore – Windenergieanlgen und dient gleichermaßen zu deren Stabilitätsregelung.

Vorteilhafterweise werden mehrere solcher Turbineneinheiten nebeneinander zu einer Baueinheit (wie in 7 Pos. 72a, 72b und 72c) gruppiert.

Zu 9

Pos. 92 ist ein Oberflächenschwimmkörper, auf dem über Verstärkungsplatte 93 ein mit der Turmträgerbasis verbundener Träger 93 aufliegt. Auf der Unterseite befindet sich an einer Zwischenplatte 95 ein Gelenkzapfen 96, an dem eine Brücke 97 in der horizontalen Ebene schwenkbar gelagert ist. Über Gelenkverbindungen 99, 100 ist dieser über die Verbindungstreben 101, 102 mit dazwischen angeordneten Dämpfungs- und Federelementen 103, 104 über die Gelenkverbindungen 105, 106 mit der modifizierten Wasserkraftmaschine 107–116 verbunden. Die Drehbasis 96/98 ist zum Schwerpunkt der Stoßdruckkraft des fließenden Gewässers am Wasserkraftmachinengebilde 107–116 so zugeordnet, das sie sich selbsttätig in die Strömungsrichtung stellt. Bei schwimmenden Offshore – Windkraftanlagen, die um einen festen Verankerungspunkt drehbar, sich in die Strömung stellend fixiert sind, erübrigt sich ein drehbare Verbindung zwischen dem Oberwasser (92) – und Unterwasserschwimmkörper (107–116).

Die modifizierte Wasserkraftmaschine besteht wiederum (in Anlehnung an 8) aus der eigentlichen Wasserkraftmaschine 107 mit ihrem Einlauftrichter 108, Saugrohr 109, und dem Gehäuse 110a, 110b, das Auftrieb bewirkende Hohlräume 111a, 111b birgt und über Streben 112 mit einer Ummantelung 113 verbunden ist, deren Formgebung die Düsen 114a, 114b und den nachgeschalteten Diffusor 115 sowie umschlossene Hohlräume 116a, 116b bildet.

Die Dämpfungs- und Federelemente 103, 104 bestehen aus je einem Zylinder 117, in dem ein mit der anderen Basis verbundener Kolben 118 verschiebbar sitzt, der nach Art eines Federschlosses durch zwei Federn 119 in einer Mittelstellung fixiert wird. Diese sind in Kennlinie und Einbauweise vorzugsweise so abgestimmt, dass der Kolben bei einer vorbestimmten Traganteilaufteilung zwischen den Ober (92)- und Unterwasserschwimmkörpern 107–116 in einer Mittelstellung steht, wobei der Unterwasserschwimmkörper mit seinen leitflächenhaften Außenkonturen eine horizontale bzw. strömungsparallele Lage einnimmt. An den Zylinderenden befinden sich Öffnungen 120–123 mit der Funktion einer Drossel. Ihre Querschnitte sind so abgestimmt, dass bei einem momentanen Absenken des Oberwasserschwimmkörpers, z. B. verursacht durch Windstöße oder partiellen Wellengang der Unterwasserschwimmkörper in eine Schräglage gebracht wird, so, dass durch die Wasserströmung ein erhöhter, diese Lagestörung kompensierender Auftrieb bewirkt wird. Bei umgekehrter Störgröße gilt Gegensätzliches. Hierfür weist die obere Drossel 120 des Zylinders auf der der Anströmung abgewandten Seite einen kleineren Dämpfungsquerschnitt auf als die untere Drossel und auf der der Anströmung zugewandten Seite die obere Drossel 122 einen größeren Dämpfungsquerschnitt als die untere Drossel 123 auf.

So bewirkt bei einem aufgezwungenen vertikalen Absenken des Oberwasserschwimmkörpers 92 die Massenträgheit und eine Tragwirkung des angeströmten tragflächenhaften Gehäuses eine Reaktionskraft auf die Dämpfungs- und Federelemente 103, 104, wobei durch die unterschiedlich wirkenden hydraulischen Widerstände ein unterschiedliches Weiterleiten der vertikale Bewegung erfolgt. Durch die (in der Summe wirkend) härtere linke und weichere rechte vertikale Koppel ung beider Schwimmkörper wird der Unterwasserschwimmkörper in eine Auftrieb steigernde Lage gebracht.

Bei Hebevorgängen am oberen Schwimmkörper 92 kehren sich diese Effekte, die Störung auch diesenfalls kompensierend, um.

Zu 10–12:

Aufgabe und Zweck des hier hauptsächlich zu offenbarenden erfindungsgemäßen Verbindungselemente zwischen den Schwimmkörpern 140 untereinander und zwischen Schwimmkörpern 140 und Träger 142 ist, nachteilige Auswirkungen von Meeresoberflächen-Unebenheiten (Wellengang) zu vermindern oder zu verhindern und des weiteren elektrische Energie aus den Energieinhalten der Meereswellen zu gewinnen. Die angestrebten Lösungen bestehen im wesentlichen darin, den einzelnen tragenden Schwimmkörpern 120 vertikale Nachgiebigkeiten einzuräumen, so, dass durch bzw. aus spontane partiellen, durch Wellengang verursachte Auftriebstöße

– diese nicht als Störgrößen für das Stabilitätsverhalten der gesamten schwimmenden Anlage sich auswirken,
– örtlich hohe Belastungen an Bauteilen, z. B. an diesbezüglich betroffenen Träger 142, in Grenzen halten, des weiteren wird durch erfindungsgemäße Ausbildungen der daran beteiligten Komponenten diesen die Fähigkeit zur Schwingungsdämpfung und zur Energiegewinnung verliehen.

In 10 sind Pos. 140 röhrenförmige Schwimmkörper, die mittels erfindungsgemäßer Gelenkverbindungen 141 zu einer sechseckigen Ringformation die tragende Basis der schwimmenden WEA bilden. Der Einfachheit halber und besseren Übersicht wegen und zumal sie den zu begegnenden "Meereseinflüssen" nur in geringem Maße ausgesetzt sind, sind die beanspruchten Unterwasserschwimmkörper hier nicht dargestellt. Die Turmträgerplattform 144 mit Turm 145 ruht über den daran festen Trägern 122 auf den Schwimmkörpern 140, wobei eine darin integrierte Abstütz-, Dämpfungs- und Hubkomponente 143, mit den Träger 142 in einer gelenkigen Verbindung steht.

11 und 12: Das an der einen Stirnseite am Schwimmkörper 140b befestigte äußere Gelenk-Gabelstück 146 bildet mittels eines vertikal angeordneten Gelenkbolzens 147 und dem korrespondierenden inneren Gelenkstück in Form einer Endpartie 148a eines Gelenkhebels 148 eine Gelenkverbindung mit vertikaler Gelenkachse. Die Erfordernis dieses Gelenkes ist dadurch bedingt, weil bei einer vertikalen Auslenkung einer Partie des mehreckigen Schwimmkörper-Ringverbundes zur Einhaltung einer sauberen Bewegungskinematik ein Freiheitsgrat, wenn auch kleiner, in radialer Richtung bzw. horizontaler Ebene erforderlich ist. Gelenkpartie 148a geht in eine weitere Gelenkpartie 148b mit horizontal angeordnetem Gelenkbolzen 150 über, welcher in einer mit dem am anderen Ende des benachbarten Schwimmkörpers 140b fest verbundenen Gelenkplatte 151 steckt. Diese trägt als Lagerbasis für die als eine Baueinheit ausgeführten Zahnräder 153 und 154 dienende Achse 152. In Fortsetzung des Gelenkhebels 148 befindet sich am Ende seines Armes 148c ein dem Drehpunkt 150 zugeordnetes Verzahnungssegment 148d. Die daran angebrachte Innenver-zahnung 155 steht mit dem kleineren Zahnrad 153 im Eingriff. Das damit verdrehfest verbundene größere Zahnrad 154 steht wiederum mit einem auf der Welle 156 einer Elektromaschine 158 sitzenden Zahnrad 157 im Eingriff.

Der Nutzeffekt dieser Gelenkeinrichtung besteht in der Nutzung der die Schwenkbewegungen an den Schwimmkörpern bewirkenden Wellenenergie. Dies, indem die zwischen den benachbarten Schwimmkörpern 140b und 140a bewirkte Auf- oder Abbäumbewegung installierte Hubenergie über die Drehbewegung des Segmentarmes 148c und Zahnsegment 148d und seiner Verzahnung auf Zahnrad 157 als Drehenergie in die als Generator arbeitende Elektromaschine transferiert wird. Elektromaschine 158 wird erfindungsgemäß nicht nur als Generator zur Gewinnung der Wellenenergie eingesetzt, sondern als Motor betrieben, vorzugsweise im Zusammenspiel mit nachstehend beschriebener Dämpfungs- und Hubeinrichtung 143 auch zur Bewirkung von Schwingungsdämpfungsprozessen herangezogen.

Zu 13:

Ergänzend zur Gelenkeinrichtung gemäß der 11 und 12 ist zur Bewirkung der angestrebten vertikalen Nachgiebigkeit zwischen den Schwimmkörpern 140 und den an der Turmträgerplattform festen Trägern 142 zwischen diesen beiden Komponenten das erfindungsgemäße Abstütz- und Hubelement 143 dazwischen gesetzt. Hierfür weist als Abstütz- und Verbindungsbasis des Trägers 142 mit dem Schwimmkörper 140 das Trägerende eine gelenkige Verbindungseinrichtung 160 mit einer vertikal angeordneten Kolbenstange 161 auf, die in einen – oder auch abweichend von der Darstellung außerhalb des Schwimmkörpers 140 angebrachten topfförmigen Raum 162 – ragt. Die Kolbenstange 161 stützt sich auf einem Teller 163 ab, der wiederum auf einem in seiner Höhe und Härte verstellbaren Federelement 164 aufliegt. Die Streben 165 dienen der Abstützkräfteverteilung im Schwimmkörper. Hub- und Federelement 164 ist vorteilhafter weise – aber nicht ausschließlich – als Hydraulik- oder Pneumatikbalg ausgeführt. Eine Verbindungsleitung 166 führt zu einem Regel- und Steuerelement 167 mit seinem Stellelement 168, womit die Verbindungsleitung für den Transfer von Druckmedium zum und vom das in seiner Härte und Höhe regelbare Feder- und Hubelement mit mehreren Kreisen verschiedener Einrichtungen verbunden wird, die z. B. der Niveauregulierung, Schwingungsdämpfung oder Energiegewinnung dienen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel führt ein Ausgangspfad 171 zu einer Pumpe bzw. einem Kompressor 169 der sowohl als Arbeitsmaschine in beide Richtungen fördernd, als auch als Kraftmaschine mechanische Energie gewinnend betrieben werden kann, sowie wahlweise einen freien Durchgang ermöglicht. Der Ausgangspfad 174 dieser(s) Pumpe/Kompressors 149 ist einer entsprechenden Einrichtung des gegenüberliegenden Schwimmkörpers der Schwimmkörperformation zugedacht. Mit dieser erfindungsgemäßen Vernetzung werden folgende Funktionen bewirkt:

– bei freiem Durchgang des Druckmediums durch Pumpe/Kompressor 169 wird bei partiellem Niveauanstieg am Schwimmkörper 140a Druckmedium zum gegenüberliegenden Schwimmkörper 140d gefördert, somit eine Kompensation einer einseitig durch Wellengang verursachten Störgröße bewirkt;
– mittels eines motorischen Antriebes durch die als Motor fungierende Elektromaschine 170 der(s) nun als Pumpe/Kompressor wirkenden Arbeitsmaschine 169 wird Druckmedium von einer Seite zur anderen gefördert, wodurch mit Hilfe einer bordeigenen Steuer- und Regeleinrichtung, inklusiv zweckentsprechender Sensoren zur Erfassung von Neigungszuständen und Bewegungsintensitäten, nach einem vorbestimmten Algorithmus schwingungdämpfende Aktionen bewirkt werden;
– durch die Anordnung der(s) Pumpe/Kompressors 170 zwischen den Hub- und Federelementen 163 des gegenüberliegenden Schwimmkörpers wird dieser Maschine 170 bei vorstehender Funktion eine relativ geringe Förderleistung abverlangt, da der leistungs-mitbestimmende Faktor Druck nur den Differenzdruck betrifft und nicht etwa das absolute Druckniveau eines Hubelementes 164, was bei einer separaten Pumpenzuordnung (von der natürlichen Atmosphäre als Ausgangsdruck ausgehend) der Fall wäre:
– durch Inanspruchnahme moderner Sensortechnik zur Erfassung nahender Meeresoberflächen-Ungleichmässigkeiten (Wellen) können die Stabilisierung bewirkenden Regelvorgänge frühzeitig, sogar prophylaktisch vorbeugend eingeleitet werden, besonders auch in Anbetracht dessen, dass ein solcher Druckmitteltransfer (Umpumpen) sicherlich zwangsläufig einer gewissen Trägheit unterliegt.
– beim Betreiben der(s) Pumpe/Kompressors als Kraftmaschine (Hydraulik- oder Pneumatikmotor, Turbine) und der angekuppelten Elektromaschine 170 als Generator, kann aus dem Druckmitteldurchfluss aus den Meeresoberflächenbewegungen stammende Energie gewonnen werden.

Ein weiterer stetiger Nutzeffekt für Betriebszeiten, in denen kein aktiver Niveauregelungsbedarf besteht kann dadurch erreicht werden, in dem in einer nicht dargestellten Schaltweise die Ausgänge 174 eines jeden Hubelementes 164 über die ihr zugeordneten Arbeitsmaschinen 149 zu einem Ringverbund zusammengeschaltet werden. Hierdurch werden die durch partielle Meereserhebungen verursachten Druckmitteltransfer auf die übrigen Schwimmkörper verteilt. Ein örtlich allein gehobener Schwimmkörper bewirkt somit auch ein Anheben der anderen, wobei gleichzeitig Energie durch die durchströmte Kraftmaschine gewonnen werden kann.

Des weiteren wird durch solch einen hydraulischen oder pneumatischen Verbund bei einem dazu umgekehrten Druckmittelfluss vermieden, dass einzelne Schwimmkörper bei "Wellentälern" vom "Tragen" der WiEA ausgeschlossen sind. Auch bei diesem (umgekehrten) Ausgleichsvorgang ist eine Energiegewinnung in der vorgehend beschriebenen Weise möglich. Eine weitere Schaltalternative des Schaltelementes 167 besteht darin, dass ein Verbindungspfad 172 zu beliebig anderen Einrichtungen wie z. B. Befüllungs- oder Entleerungseinrichtungen dieses Ausgleichssystems führt.

Schaltalternative 173 verschließt jegliche Verbindung zum Hub- und Federelement 164. Dieses ist dann nur als Abstütz,- Federungs- oder bzw. und als Dämpfungselement aktiv. Auch eine Verbindung zu einem Druckspeicher ist vorteilhaft, wobei in der Verbindungsleitung ein regelbares Drosselelement vorgesehen ist. Alternativ dazu ist die topfförmige Abstützeinrichtung 162 als Dämpfungsraum ausgebildet, wobei sich als Dämpfungsmedium Meerwasser als eine einfache Lösung anbietet. Hierzu ist der Raum der topfförmigen Abstützbasis 161 hermetisch abgedichtet und mit einer Verbindungsleitung 175 zum Wasser versehen, wobei ein dazwischen angebrachtes regelbares Dämpfungsventil 176 für rechnergesteuerte (Schwingungs-) Dämpfungsprozesse nützliche Dienste leistet.

Das beschriebene Abstütz-, Hub- und Dämpfungselement 163 mit seinen Komponenten 161–164 kann alternativ bei gleichermaßen erfindungsgemäßer Ausbildungs- und Funktionsweise zwischen den Trägern 142 und der Turmträgerplattform 144 angeordnet sein.

Zu 14:

Vorliegende Einrichtung zur Gewinnung von elektrischer Energie aus der Energie der Meereswellen bedient sich dem bisher wenig genutzten Piezoeffekt. Dieser schon altbekannten und bisher weniger effizienten Erscheinung kommt durch die Entwicklung dafür besser geeigneter Materialien wie piezoelektrische Polymere (Polyvinylidenfourid) und piezokeramische Werkstoffe zukunftsversprechende Bedeutung zu. Diese Materialien werden als „piezoelektrische Folien" kleiner Stärke gefertigt und zu ihrer Aktivierung vorzugsweise Druckbelastungen ausgesetzt.

Vorliegendenfalls werden als aktivierende Kräfte die Übertragungskräfte zwischen den einzelnen Schwimmkörpern 140 und den Trägern 142 ausgenutzt, die sich aus den Traglasten der einzelnen Schwimmkörper, bei Wellenspitzen noch durch zusätzlich spontane Auftriebsspitzen erhöht, oder bei Wellentälern aus dem Eigengewicht des Schwimmkörpers herleiten. Hierfür weisen erfindungsgemäß die Schwimmkörper 140 und ihre Verbindungseinrichtung zur Trägerbasis 144 folgende Ausgestaltungen auf:
im Inneren des Schwimmkörpers 140 befinden sich zwei Plattformen 180a und 180b, die mittels gitterartig angebrachter Stege 181a, 181b mit dem Mantel des Schwimmkörpers verbunden und somit versteift sind;
zwischen diesen Plattformen befindet sich eine steife Platte 182, die über einen daran befestigten Stempel 183 und über das anschließende Gelenk 184 mit dem Träger 142 verbunden ist, wobei zwischen der Platte 182 und den Plattformen 180a, 180b sich „piezoelektrische Folien" befinden, die aus den schützenden Beschichtungen 185a und 185b mit dem dazwischen sitzenden eigentlichen Piezo-Film 186 bestehen.

Die horizontale Positionierung der Plattformen 180a, 180b und der Platte 182 sind mit der Stärke der Piezofolie so aufeinander abgestimmt, dass sie eine kompakte Paketierung bilden. Somit wird beim normalen Tragen des Schwimmkörpers 140 die unter Piezofolie 186b und bei Entlastung bei Wellentälern die obere 186a aktiv.

Der Ausführungsvorschlag schließt auch eine mehrmalige Schichtung der Piezofolie ein.

Zu 15:

An einen zum starren System der schwimmenden Offshore-Energieanlage gehörenden Träger (190) ist über das horizontale Schwenkgelenk (191, 192) ein Zwischenhebel (193) angeordnet, der sich über Schwenkgelenk (194, 195) mit einer quer zur Schwimmkörperlängsachse verlaufenden Schwenkachse am Schwimmkörper (197) abstützt. Vorliegende Einrichtung mit dem sich selbsttätig seiner Länge nach in die Strömung einstellender Schwimmkörper 297 ist fest verankerten schwimmenden Anlagen zugedacht. Ein nach innen verlängerter Arm 196 des Zwischenhebels 193 wird in horizontaler Ebene von einer Kolbenstange 200 eines in einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinders, der an einer Schwimmkörperbasis 198 befestigt ist, sitzenden Kolben fixiert. Durch „anrollende" Wellenberge und -Täler wird der Schwimmkörper geschwenkt, wobei durch seine mitten sitzende Gelenk- und Stützbasis 194, 195 ein weitgehend gleichbleibendes Tragen erwartet werden kann. Die in den Zylinderkammern beiderseits des Kolbens dabei transferierten Druckmittel werden über Verbindungsleitungen 204 einer als Turbine bzw. Pumpe und als Motor betreibbaren Arbeitsmaschine zugeführt, deren Welle mit der einer als Generator oder Motor betreibbaren Elektromaschine 206 verbunden ist. Die Nutzung der Wellenergie bewirkt hierbei der unterschiedliche Auftrieb zu beiden Seiten der Schwenkachse durch die unterschiedlichen Eintauchtiefen. Eine verstärkte Kippwirkung und effizientere Nutzung der Wellenenergie kann durch nicht dargestellte, auf der Anströmseite aufgesetzte schaufelartige Leitflächen erzielt werden, die Energie horizontaler Wellenschwalle ausnutzen.

Zu 16:

Ein seiner Länge nach in die Strömungsrichtung gerichteter Schwimmkörper 212 ist über ein Schenkgelenk 214 horizontal an einem mit der Plattform fest verbundenen Ständer 210 fixiert. Die vertikale Abstützung übernehmen zwischen einer ständerfesten Traverse 211 und einer Basis 219 des Schwimmkörpers angeordnete hydraulische oder pneumatische Druckzylinder 218. Die Zylinderräume beiderseits des Kolbens 217 sind über Verbindungsleitungen 228 mit einer als Turbine bzw. Pumpe und als Motor betreibbaren Strömungsmaschine 221, vorzugsweise als eine Verdrängermaschine ausgeführt, verbunden, deren Welle mit einer als Generator und Motor betreibbaren Elektromaschine 221 in Drehverbindung steht. Die Druckräume unterliegen somit Belastungen und Belastungsänderungen, die sich sowohl aus den Wellenberg- und -Tal- Durchläufen des Schwimmkörpers als auch summarischen Auftriebsänderungen ergeben.

Über eine gesteuerte Leistungsregelung der Elektromaschine 222 wird aus der Wellenenergieteils über die Schwenkbewegungen, teils über Hub- und Senkbewegungen des Schwimmkörpers – elektrische Energie gewonnen.

Mittels einer darauf abgestimmten Leistungsregelung kann der Traganteil eines durch starken Wellengang betroffenen Schwimmkörpers vergleichmäßigt und somit der auf die Stabilität der Anlage sich als Störgröße auswirkende Effekt vermindert werden.

Mit einem aktiven gesteuerten Antrieb der Pumpen 221 durch die Motore 218 zur Bewirkung eines Heb- oder Senkvorganges durch die Druckzylinder einzelnen, starken Schwingungsampliduten ausgesetzten Schwimmkörpern können schwingungsdämpfende Prozesse bewirkt werden.

Zu 17:

Zur Verminderung der Einflussnahme des Wellenganges auf den Traganteil der auf der Wasseroberfläche angeordneten Schwimmkörper 233 sind diese in einem angemessenen Abstand zueinander paarweise an einem waagebalkenähnlichen Hebel 232 befestigt, der mittels eines Schwenkgelenkes 231 an einer festen Basis 230 der Plattform befestigt ist.

Dem Gelenk 231 und den damit verbundenen Komponenten 230, 232 ist eine Einrichtung 234 zur Gewinnung elektrischen Stroms aus der Wellenenergie zugeordnet. Diese die Schwenkbewegungen des die Schwimmkörper tragenden Balkens ausnutzende Einrichtung kann aus einem mechanischen Getriebe bestehen, wie es unter 11 und 12 beschrieben ist, oder aus hydraulischen/pneumatischen/elektrischen Komponenten wie dargestellt und unter 15 beschrieben. Bei vorliegender Schwimmkörperanordnung erscheint es geboten, die die Auftrieb bestimmenden Volumina konzentriert anzuordnen, z. B. in Form einer Kugel oder eines Tellers mit ellypsenförmigem Querschnitt.

1 und 2

1: Meeresoberfläche
2: rohrförmiger Oberwasserschwimmkörper
3, 4, 5: rohrförmiger Unterwasserschwimmkörper
6: Verbindungs- und Aussteifungsstege
7: Trägerbasis einer Windkraftmaschine
8: Träger
9: WiKA-Turm
10: WiKA-Gondel
11: WKA-Laufradnabe
12: WiKA-Flügel
13: Turmende unteres, abgekröpftes
14: Befestigungselemente
15: Verankerungsseile
16: Tragflügel am Schwimmkörper
17: Gelenk am Tragflügel
18: Gelenk am festen schwimm. System
19: Verstellaktor
20: Gelenk am festen schwimm. System
21: Tragfläche
22: Gelenk
23: Verstellaktor
24: Gelenk
25: gitterförmiger Zwischenaufbau
26: Montage- und Stellplattform
27: Container mit Betriebs- und verfahrenstechnischen Einrichtungen
28: angedockter(s) schwimmender(s) Tankcontainer/Transportschiff

3–5

31: Meeresoberfläche
32: Oberwasserschwimmkörper
33, 34, 35: Unterwasserschwimmkörper
36: Verbindungs- und Aussteifungsstege
37: Turmträgerplattform
38: Träger
39: WiKM-Turm
40: Bodenpartie
41: Leitfläche seitliche
42: Gelenkverbindung 40–43
43: Rahmen der WiEA
44: WaKM-Trägerrahmen
45: Wasserkraftmaschine
46: WaKM-Gehäuse
47: WaKM-Laufrad
48: El. Generator
49: Saugrohr der WaKM
50: Gelenkverbindung 43–44
51: Verstellaktor

6

52: Oberwasserschwimmkörper
53a, b: Verbindungsstreben
54: Unterwasserrahmen/Schwimmkörper
55: Verbindungsgelenk
56: modifizierte WaKM
57: Gelenke
58: Verstellaktor

7

62: Oberwasser-Schwimmkörper
63, 64: Unterwasser-Schwimmkörper
65: Gelenkverbindung
66: Träger
67: Turmträgerplattform
68: WiKM-Turm
69, 70: WaKM-Trägerrahmen
71: WaKM-Schwenkgelenk
72a, b, c: WaKM-Block
73: aktive WaKM-Partie
74: el. Generator
75: Vertiakal-Schwenk-Aktor
76: Verankerungsseilwerk

zu 8

62: Oberwasserschwimmkörper
63, 64: Unterwasserschwimmkörper
69, 70: Rahmen/Schwimmkörper
71: WaKM-Schwenkgelenk
72a, b, c: WaKM-Block
73: aktive WaKM-Partie
80: Einlauftrichter
80a, b: Einlauftrichterwand
81: Saugrohr
81a, b: Saugrohrwand
81c: Saugrohraustrittspartie
82a, b: Gehäuseaußenfläche
83a, b: Hohlraum
84a, b: 1.innere Mantelwand
85a, b: Düsenkanal
86a, b: 2.innere Mantelwand
87: Manteldiffusor (Saugrohr)
88a, b: Mantelaußenwandand
89a, b: Mantelhohlraum
90: Verbindungsstreben

9

92: Oberflächenschwimmkörper
93: Verstärkungsplatte
94: Träger
95: Zwischenplatte
96: Gelenkzapfen
97: Brückenlager
98: Brücke
99, 100: Gelenkverbindung an 98
101, 102: Verbindungsstrebe
103, 104: Dämpfungs- und Federelement
105, 106: Gelenkverbindung
107: Wasserkraftmaschine
108a–f: WaKM-Gehäusewand
109: Einlauftrichter
110: WaKM-Saugrohr
111a, b: WaKM-Hohlraum
112: Verbindungsstrebe
113a–f: MantelWand
114a, b: Düsenkanal
115: Mantel-Diffusor(2.Saugrohr)
116a, b: Mantel-Hohlraum
117a, b: Dämpfungszylinder
118a, b: Dämpfungskolben
119a–d: Feder
120–123: Drosselkanal
124: Längslenker
125: Gelenkverbindung 98–113

10

140: Schwimmkörper
141: Gelenkverbindung
142: Träger
143: Abst.-,Dämpf.-u.Hubeinr.
144: Turmplattform
145: WiKM-Turm

11 u. 12

140a, b: Schwimmkörper
146: änß. Gelenkstück an 160a
147: Gelenkbolzen
148: Gelenkhebel
148a: innere Gelenkpartie an 148
148b: mittlere Gelenkpartie „ „
148c: Zahnsegmentarm „ „
148d: Zahnsegment
150: Gelenkbolzen
151: Gelenkplatte an 140a
152: Zahnradachse
153: 1.Zahnkranz eines Zahnrad
154: 2.Zahnkranz eines Zahnrad
155: Innenverzahnung an 148d
156: Elektromaschinenwelle
157: Zahnrad
158: Elektromaschine

13

140: Schwimmkörper
142: Träger
160: Abstützgelenk von 142a
161: Kolbenstange
162: Abstützgehäuse
163: Abstützkolben
164: Hub- und Federelement
165: Abstütz.- +Versteifungsstrebe
166: Verbindungsleitung
167: hydr. Schaltelement
168: Schaltaktor
169: Pumpe oder Kompressor
170: Elektromaschine
171, 172, 173: Schaltalternativen
174: Verbindungsleitung
175, 176: Verbindungsleitung
177: regelbares Drosselventil

14

140: Schwimmkörper
142: Träger
180a, 180b: Platte
181a, 181b: Verstrebung
182: Platte
183: Stempel
184: Gelenkverbindung
185a, b: Schutzfolie
186: Pioezofilm

15

190: Träger
191, 192: Schwenkgelenk
193: Zwischenhebel
194: horiz. Schwenkgelenk
195: Dichtung
196: Arm von 193
197: Schwimmkörper
198: Gelenkflansch an 197
199: Gelenk
200: Kolbenstange
201: Kolben
202: Zylinder
203: Zyl.-Gelenk an 198
204: Verbindungsleitung
205: Strömungsmaschine
206: Elektromaschine

16

210: Ständer
211: Traverse an 210
212: Schwimmkörper
213: Gelenkflansch an 212
214: Schwenkgelenk. 310–211
215: Gelenk 211–216
216: Kolbenstange
217: Kolben
218: Druckzylinder
219: Zyl.-Gelenk an 213
220: Verbindungsleitung
221: Strömungsmaschine
222: Elektromaschine

17

230: Träger
231: Schwenkgelenk 230–231
232: Waagebalken von 233
233: Schwimmkörper
234: Einrichtung (235–240)
235: Druckzylinder
236: Kolben
237: Kolbenstange
238: Verbindungsleitung
239: Strömungsmaschine
240: Elektromaschine

Claims

Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen unter Einbeziehung modifizierter Wasserkraftmaschinen zur Stromgewinnung aus der Energie der Meeresströmung, bestehend aus einer im Meeresboden verankerter Trägerbasis für eine oder mehrere in der Ausführung bekannte Windkraftmaschinen mit einem elektrischen Generator zur Stromerzeugung, sowie als zusätzlich nutzbare Standbasis für verfahrenstechnische Einrichtungen zur Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse und bzw. oder zur Meerwasserentsalzung mittels des an Bord erzeugten elektrischen Stromes, getragen von zu einer Formation zusammengefasster Schwimmkörper, einem Rahmensystem von Auftrieb behafteten röhrenhaften Hohlkörpern oder von an sternförmig strukturierten Trägerbasen angeordneten einzelnen Schwimmkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Anteil des Auftrieb bewirkenden Verdrängervolumens der die Anlage tragenden Schwimmkörper oder eines tragenden Rahmensystems unterhalb der Wasseroberfläche in ruhigen, tieferen Meeres-Strömungsschichten angeordnet ist; an den Schwimmkörpern (2f) oder an einer beliebig anderer Basis (3d, 44, 54, 69,70) der festen Struktur der schwimmenden Windenergieanlage eine zur Meeresströmung verstellbare tragflügel-artige Einrichtungen (21, 40, 56) angeordnet sind, in Ausführung und Anordnung derart, dass sie in Abhängigkeit ihres Anstellwinkels zur Meeresströmung partiell variierbare Vertikalkräfte auf das schwimmende System ausüben, Schwimmkörper, insbesondere unter der Wasseroberfläche angeordnete, oder bzw. und zur Meeresströmung verstellbar angeordnete variierbare Vertikalkräfte bewirkende Einrichtungen (16, 21) aufweisen, eine solche Einrichtung aus einer, sowohl als Turbine als auch als Pumpe betreibbaren Wasserkraftmaschine (47, 73, 107) besteht die Auftrieb bewirkende Hohlräume (46, 56a, 56b, 83, 89, 111, 116) und eine tragflächenhafte Oberflächenstruktur (82, 88) aufweist und mit einer als Generator und Motor betreibbaren Elektromaschine verbunden ist, Verbindungseinrichtungen von an der Wasseroberfläche schwimmenden miteinander verbundenen Schwimmkörper (62, 140), oder bzw. und Verbindungseinrichtungen einzelner an starren Basen (142, 196, 212) der Trägerplattform angeordneten Schwimmkörper (140c, 140d, 197, 212) Bauelemente und Mechanismen (146–158, 199–206, 216–222) derart aufweisen, dass Energie der Meereswellen zur Stromerzeugung genutzt wird, wobei sie gleichermaßen der Vergleichmäßigung der Traganteile einzelner Schwimmkörper und zur Schwingungsdämpfung dienen, an Bord eine elektronisch gesteuerte Regel- und Steuereinrichtung mit elektronischen und elektrischen Komponenten zur Errechnung und Bewirkung schwingungsstabilisierender bzw. dämpfender Prozesse sowie zur Erstellung und Bewirkung eines effizienten Stromgewinnungsmanagements zur Nutzung der Energie der Meeresströmung angeordnet ist, wobei ihr Sensoren und Einrichtungen zur Erfassung der dafür erforderlichen Parameter zugeordnet sind.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die die Windenergieanlage (10, 11, 12) tragenden Schwimmkörper in konstruktiv getrennte, separate auf der Wasseroberfläche (1, 31, 61)) schwimmende Schwimmkörper (2, 32, 62, 92) und in tieferen ruhigeren Strömungsschichten angeordnete Schwimmkörper (3, 4, 5, 46, 65, 63, 64, 83, 89, 111, 116) unterteilt sind, wobei Oberwasserschwimmkörper (2, 32, 53, 62, 92) und Unterwasserschwimmkörper (3, 4, 5, 46, 56a, 56b, 63, 64, 83, 89, 111, 116) durch Verbindungs- und Aussteifungsstege (6d, 6c, 53a, 90, 101, 102) miteinander verbunden sind, das Verdrängervolumen der Schwimmkörper untereinander so aufgeteilt ist, dass die Unterwasserschwimmkörper mindestens 50% der Tagfähigkeit aller Schwimmkörper stellen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- (2, 32, 52, 62, 92, 140, 197) und Unterwasserschwimmkörper (3, 4, 5, 33, 34, 35, 63, 64) aus röhrenförmigen Hohlkörpern bestehen, die in einer Ring- oder Vieleckformation angeordnet und miteinander verbunden sind, wobei an diesen Verbund (32, 33, 34, 52, 54, 62, 69, 70) oder an einzelnen Schwimmkörpern (2f, 92) zur Strömungsrichtung verstellbare tragflächenhafte Leit- (16, 21) oder Schwimmkörper (40, 46, 56, [74, 80–89], [107, 108–116] ) angeordnet sind, die Trägerbasis (7, 37, 67, 144) über sternförmig daran angeordnete Träger (8, 38, 66, 142) auf den in einer Formation verbundenen Schwimmkörpern (3, 4, 5, 33, 34, 35, 62, 140a, 140d) ruht.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbasis (7, 37, 67, 144) über sternförmig daran angeordnete Träger (8, 38, 66, 142, 190) von darunter sitzenden einzelnen Schwimmkörpern (140c, 140d, 197, 212) getragen wird, wobei bei fest verankerten schwimmenden Anlagen mit weitgehend in einer Längserstreckung ausgebildeten Schwimmkörpern (197, 213) diese über eine Befestigungseinrichtung (191–194) derart mit dem Träger (190) verbunden sind, dass sich die Schwimmkörper ihrer Länge nach selbständig in die Strömung einstellen
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wasseroberfläche schwimmende tragende Schwimmkörper (233) paarweise an den Enden eines in seiner Funktion waagebalkenähnlichen Trägers (232) angeordnet sind der über ein Schwenkgelenk (231) an einem Träger (8,38, 66, 142, 190, 230) der Plattform befestigt ist, die Schwimmkörper vorzugsweise im Querschnitt eine Ellipsen- oder Kugelform aufweisen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkverbindung (231) zwischen dem waagebalkenhaften Hebel (231) und dem Träger (230) eine Einrichtung zur Stromgewinnung aus der Wellenenergie zugeordnet ist, wobei diese aus einem Gelenkmechanismus gemäß des Anspruches 17, alternativ aus hydraulischen/mechanischen/elektrischen Komponenten gemäß den Ansprüchen 20 und 21 besteht.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere am äußeren Rand der schwimmenden Anlage tragende Schwimmkörper als Wasserstofftanks ausgebildet sind, zusätzlich zu den tragenden Schwimmkörpern (2, 3, 4, 5) ein oder mehrere fest mit der Plattform verbundene als schwimmfähige Wasserstofftanks (28) oder Tanks für entsalzenes Meerwasser verbunden sind, die zur Wasserstoffspeicherung bestimmten schwimmfähigen Tanks einen Einsatz aus Metallhydriden zur Aufnahme von H2 aufweisen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Schwimmkörper sich aus einer kreisförmigen Formation von Oberflächen(32) und Unterwasserschwimmkörpern (33, 34, 35) zusammensetzen, der Trägerplattform (37, 38) eine Bodenplatte (40) mit einer angenähert trapezförmigen Grundform und seitlichen Wänden (41a, 41b) zugeordnet ist, in einer Ausführungs- und Anordnungsweise so, dass Bodenplatte und Seitenwände eine fokussierende Leitwirkung auf das einströmende Meerwasser ausüben, an der hinteren verengten Partie den Seitenwänden sich eine oder eine Formation von Wasserkraftmaschine(n) (45, 47) anschließt, wobei der Halterahmen (44) der Wasserkraftmaschine(n) (45, 47) durch ein Gelenk (50) mit dem festen Rahmen (43) der schwimmenden Anlage um eine horizontale Achse schwenkbar verbunden ist und an der(n) schwenkbaren Wasserkraftmaschine(n) und an der schwenkbaren Bodenplatte (40) ein Verstellaktor (50, 59) angeordnet ist.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse der als tragender Unterwasserschwimmkörper ausgebildeten Wasserkraftmaschine (73): Auftrieb bewirkende Hohlräume (46, 83, 89) aufweist, eine tragflächenartige Oberflächenstruktur (82, 88) aufweist, einen Ansaugtrichter (80, 102, 122, 141) und ein als Diffusor wirkendes Saugrohr (67, 106, 131, 150) bildet oder als Baueinheit mit einem solchen zusammengefügt ist.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass die als Unterwasserschwimmkörper oder zu solchen modifizierte Wasserkraftmaschinen mit schwenkbar angeordnet sind, wobei sie einen Befestigungsmechanismus derart aufweisen, dass sie sich selbsttätig in die Strömungsrichtung stellen, alternativ ihre Stellung zur freien Meeresströmung durch Verstellkaktore (51, 58) von einer Steuer- und Regeleinrichtung gesteuert eingestellt wird.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (80–88) der modifizierten Wasserkraftmaschinen (73) (aus der Zu- und Ausströmperspektive) in Rechteckform ausgebildet sind, mehrere dieser Wasserkraftmaschinen zu Baugruppen (72a, 72b, 72c) zusammengefasst an der Anströmseite einer sich selbst in die Meeresströmung einstellenden schwimmenden Anlage unter der Wasseroberfläche angeordnet sind, wobei sie eine in horizontaler Ebene schwenkbaren Befestigungsmechanismus aufweisen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, 9 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Baugruppe zusammengefasste Wasserkraftmaschinen (72a, 72b, 72c) eine durchgehende Schaufelradwelle und eine integrierte Elektromaschine (74) aufweisen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Ober- (32b, 52, 62, 92) und Unterwasserschwimmkörpern (46, 56, 82, 89, 111, 116) verstellbar ausgeführt ist in einer Weise, dass mit einem oder mehreren Verstellelementen (50, 58, 59, 75, 101, 104) der räumliche Abstand ihrer geometrischen Formationen, Metazentren oder Gewichtsschwerpunkte, und bzw. oder bei tragflächenhaften Unterwasserschwimmkörpern (16, 56, 83, 89, 111, 116) ihr Anstellwinkel zur Meeresströmung variiert wird.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, 13 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf eine vorbestimmte Funktionsweise abgestimmte Verbindungs- und Verstellelemente zwischen dem Oberwasserschwimmkörper- (92) und Unterwasserschwimmkörper (107–116) aus kraftabhängigen selbsttätig regelnden Dämpfungs- und Federelementen (103, 104) besteht, mit einem Funktionsverhalten derart, dass beim Absenken des Oberwasserschwimmkörpers (92) der mit Leitflächen (108e, 108f, 113e, 113f) versehene Unterwasserschwimmkörper seine Anstellrichtung zur Meeresströmung so ändert, dass er einem verstärkten Auftrieb unterliegt, beim Anheben des mit ihm gekoppelten Oberwasserschwimmkörpers umgekehrt er in eine Lage verstellt wird, die seine Tragkraft vermindert.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, 7, 12 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs- und Verstellelemente (103, 104) aus einem mit einer Schwimmkörperbasis (99, 100) fest verbundenen Zylinder (117a, 117b) besteht, wobei das Koppelgestänge (101, 102) in Strömungsrichtung durch Verbindungsgelenke (99, 100, 105, 105) schwenkbar befestigt ist, im Zylinder (103, 104) ein mit der anderen Schwimmkörperbasis (105, 106) verbundener Kolben (118a, 118b) dichtend sitzt und von Federelementen (119a, 119b, 119c, 119d) abgestimmt auf ein vorbestimmtes Tragverhältnis beider gekoppelten Schwimmkörper (92, 111, 116) in einer weitgehenden Mittelstellung gehalten wird, im Zylinder (117a, 117b) in seinen Enden den jeweiligen Zylinderraum mit dem Meerwasser verbindende Drosselkanäle (120–123) angeordnet sind, wobei diese unterschiedliche Drosselwiderstände aufweisen, so, dass bei axialer Be- oder Entlastung dieser Elemente (103, 104) eine Längendifferenz in der Koppelstrecke (99–105, 100–105) sich einstellt und der unter Anspruch 6 angeführte Nutzeffekt bewirkt wird, in Strömungsrichtung beide Schwimmkörper (92, 111, 116) durch einen diagonal angeordneten Längslenker (124) gekoppelt sind, wobei seine Gelenkpunkte (99, 125) so positioniert sind, dass durch daraus sich ergebende kinematische Gesetzmäßigkeiten die angestrebte Horizontalablenkung des Unterwasserschwimmkörpers bei Distanzänderung beider Schwimmkörper untereinander im gleichen Sinne verstärkt wird, in der Koppeleinrichtung zwischen Ober- und Unterwasserschwimmkörper (92, 111, 116) ein Drehgelenk angeordnet und so positioniert ist, dass durch den Strömungswiderstand des Unterwasserschwimmkörpers dieser sich selbsttätig in eine vorbestimmte Richtung zur Meeresströmung einstellt.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Stromgewinnung aus der Wellenenergie bestimmte Gelenkverbindung (141) benachbarter Schwimmkörper (140a, 140b) aus einem mechanischen Getriebe besteht, mit dem durch Wellengang verursachte horizontale Schwenkbewegungen der Schwimmkörper in eine Drehbewegung umgesetzt und auf eine Elektromaschine (58) übertragen werden.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 16 dadurch gekennzeichnet, dass die zur Umsetzung der Schwenkbewegung in eine Drehbewegung angeordnete Gelenkverbindung (141) aus folgenden Bauelementen besteht: einem ersten Gelenk mit vertikaler Drehachse, ausgebildet als ein an dem einen Schwimmkörper (140b) angeordnetes und ein am anderen über Zwischenglieder mit dem benachbarten Schwimmkörper (140a) verbundenes Gelenkstück (148a), die mit einem Gelenkbolzen (147) verbunden sind, einem zweiten Gelenk mit horizontaler nach dem Zentrum der ringförmigen Schwimmkörperformation (140a, b, c..) gerichteten Drehachse, bestehend aus einer Partie (148b) des verlängerten Gelenkstückes (148a) vom ersten Gelenk und einem starr am anderen Schwimmkörper (140a) befestigten Gelenkplatte (151), verbunden mit dem horizontal angeordneten Gelenkbolzen (150), einen in Fortsetzung des mittleren Gelenkstückes (148a–148b) ausgebildeten Hebel (148c), an dessen Ende ein Zahnsegmentträger (148d) mit einer Innenverzahnung (155) angeordnet ist, deren Teilkreismittelpunkt auf der Mittelachse des Gelenkbolzens (150) liegt, einer auf der Gelenkplatte (151) angeordneten Lagerachse (152) mit einem darauf sitzenden Zahnrad mit zwei Zahnkränzen (153, 154, wovon einer mit der Verzahnung (155) des Zahnsegmentes (148) und der andere mit einem Zahnrad (157) einer an der Gelenkplatte (151) sitzenden Elektromaschine (158) im Eingriff steht.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem an der Plattform (144) befestigten Träger (142) und tragenden Schwimmkörpern (140) eine Hub- und Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, die aus nachstehenden Bauelementen besteht: ein im Schwimmkörper 140a) angeordnetes Abstützgehäuse (162), einem darin ruhenden Hub- und Abstützelement (124), vorzugsweise ausgebildet als ein seewasserresistenter Gummibalg (164), einem darauf ruhenden Abstützteller (163), einem darauf sich abstützenden Stempel 162, der mit Träger 142 gelenkig verbunden ist.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hub- und Dämpfungseinrichtung über eine Verbindungsleitung (186) mit einem ihr zugeordneten Schaltelement (187) mit seinem Stellelement (188) in Verbindung steht, wobei das Schaltelement so geartet und vernetzt ist, dass es mehrere alternative Verbindungen herzustellen vermag: über einen Verbindungspfad (191) zu einer in beide Richtungen förderfähigen Strömungsmaschine (169) gekoppelt mit einer als Generator oder Motor betreibbaren Elektromaschine (188), über einen Verbindungspfad (192) zu einer Hub- oder Dämpfungseinrichtung eines in der schwimmenden Anlage gegenüberliegenden Schwimmkörpers, über einen Verbindungspfad (193) zu einem Ringverbund der Hub- und Dämpfungselemente (184) aller Hub- und Dämpfungseinrichtungen aller damit ausgestatteter Schwimmkörper der schwimmenden Offshore- Anlage, sowie eine Schaltfunktion aufweist, die die Verbindungsleitung (166) verschließt.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Trägerbasis (7, 37, 67) verbundene Träger (190) sich auf den tragenden Schwimmkörper (197) über ein Gelenk (194, 195) abstützt, zwischen einer trägerfesten und einer schwimmkörperfesten Basis (196, 198) in einer bei Schwenkung dieses Schwimmkörpers sich veränderlichen Strecke ein hydraulischer oder pneumatischer Hubzylinder (202) mit einem Kolben (201) angeordnet ist, beide Seiten des Zylinders mit einer als Pumpe und als Motor betreibbaren hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsmaschine (205) verbunden sind, die Welle dieser als Motor oder Pumpe betreibbaren hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsmaschine (205) mit der Welle einer als Generator oder als Motor betreibbaren Elektromaschine (206) verbunden ist, wobei der sich in die Länge erstreckende Schwimmkörper (197) so gestellt ist, dass seine Längsachse weitgehend parallel zur Strömungsrichtung verläuft.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Trägerbasis (7, 37, 67) verbundene Träger (66, 142) sich mittels eines Ständers (210) und einer daran befestigten Traverse (211) auf den tragenden Schwimmkörper (212) über mehrere hydraulische oder pneumatische Druckzylinder (217) abstützt, wobei die Fixierung des Ständers (210) am Schwimmkörper aus einem nach allen Seiten schwenkbaren Gelenk mit vertikaler Bewegungsfreiheit besteht, die Zylinderräume beidseitig des Kolbens (217) mit einer als Pumpe und als Motor betreibbaren hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsmaschine (221) verbunden sind, die Welle dieser als Motor oder Pumpe betreibbaren hydraulischen oder pneumatischen Arbeitsmaschine (221) mit der Welle einer als Generator oder als Motor betreibbaren Elektromaschine (222) verbunden ist, wobei sich in die Länge erstreckende Schwimmkörper (197) so gestellt sind, dass ihre Längsachsen weitgehend parallel zur Strömungsrichtung verlaufen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, 17 und 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (197, 212) auf der Anströmseite schaufelartige, eine den anrollenden Wellen Widerstand leistende Prallfläche aufweist, in einer Ausführungs- und Anordnungsweise derart, dass die Kippbewegung des Schwimmkörpers verstärkt wird.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turmträger (144) und den die Anlage tragenden Schwimmkörpern (140) ein Abstütz- und Verbindungselement mit dazwischen liegenden, druckbelasteten Piezoelementen (186) angeordnet ist.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezoelemente (186) plattenförmig in einem Schwimmkörper (140) angeordnet sind, wobei sie zwischen schwimmkörperfesten Plattformen (180a, 180b) und einer mit dem Turmträger (144) fest verbundenen Mittelplatte (182) sitzen.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Bord der schwimmenden Offshore-Energieanlage Sensoren zur Erfassung von für Schwingungsdämpfungsmaßnahmen relevanten Parametern zugeordnet sind, zur Erfassung: der momentanen Neigung der schwimmenden Anlage in mehreren Koordinaten, der Neigungsgeschwindigkeit und die zeitlichen Folgen der Neigungsvorgänge, der Windgeschwindigkeit und -Richtung, der Wasser-Strömungsgeschwindigkeit und -Richtung in verschiedenen Wasserschichten, sowie Einrichtungen zur Erkennung herannahender Oberflächenwellen in ihrer Größe und Geschwindigkeit, an Bord eine elektronisch gesteuerte Regel- und Steuereinrichtungen angeordnet ist, die elektronische und elektrische Komponenten mit einem derartigen Funktionsverhalten aufweist, dass die von den Sensoren erfassten und gelieferten Parameter speichert und nach einem vorbestimmten Algorithmus zu einer optimalen Steuerstrategie zur Stabilisierung der schwimmenden Anlage verarbeitet werden, wobei auch prophylaktische, der Schwingungsdämpfung- oder Vermeidung dienende Maßnahmen einbezogen sind, zweckdienliche Steuer- und Stellkommandos an die dafür bestimmten Aktoren (19, 23, 50, 58, 59, 75, 178, 184, 190, 197) gegeben werden, sowie nach einem vorbestimmten Algorithmus Regelstrategien für eine effiziente Stromgewinnung aus der Energie der Meeresströmung errechnet und an die dafür bestimmten Einrichtungen und Maschinen (47,48, 56, 73, 74) Regel- und Steuerkommandos gesandt werden.
Einrichtung zur Stabilisierung schwimmender Offshore-Windenergieanlagen nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihre vom Wasser oder beliebig anderer aggressiver Atmosphären abgedichtete Innenräume wie z. B. Getriebe- oder Generatorgehäuse oder Gehäuse elektrischer/elektronischer Bauelemente mit einer Druckluftatmosphäre beaufschlagt werden, wobei der aufzubauende Innendruck über dem des die Dichtstellen außen beaufschlagenden Druckes liegt, der sich beispielsweise aus der geodätischen darüberliegenden Wasserhöhe und durch Strömungen verursachte Staudruckbeaufschlagungen ergibt.