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Die
Erfindung betrifft eine drehbare Energieerzeugungsanlage zur Gewinnung
elektrischer Energie aus einer Wasserströmung, insbesondere aus einer
Meeres- oder Fließwasserströmung.
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Unabhängig von
Dammstrukturen ausgebildete, tauchende Energieerzeugungsanlagen,
die durch die kinetische Energie einer Wasserströmung, insbesondere einer Meeresströmung, angetrieben werden,
stellen ein großes
Potential zur Ausnutzung regenerativer Energiequellen dar. Hierbei
lässt sich aufgrund
der hohen Dichte des Strömungsmediums bereits
eine geringere Strömungsgeschwindigkeit von
etwa 2 bis 2,5 m/s zur wirtschaftlichen Energiegewinnung ausnutzen.
Derartige Strömungsverhältnisse
können
entweder als Gezeitenströmung
vorliegen oder es werden andere Meeresströmungen ausgenutzt, welche insbesondere
an Meerengen wirtschaftlich verwertbare Geschwindigkeiten erreichen können. Derartige
Strömungen
können
Strömungskraftwerke
antreiben, welche eine ähnliche
Gestaltung wie Windenergieanlagen aufweisen, das heißt als Wasserturbinen
werden Laufräder
mit Rotorblättern
verwendet. Allerdings sind auch andere Wasserturbinenkonzepte, etwa
Vertikalturbinen und Rohrturbinen, denkbar. Neben dem Anwendungsbereich
einer Energiegewinnung aus Meeresströmung können derart freistehende, tauchende
Energieerzeugungsanlagen auch in Fließgewässern Verwendung finden, in
denen aufgrund von Vorgaben durch den Umweltschutz oder die Verkehrsschifffahrt
keine Staustufen mit darin eingelagerten Wasserturbinen errichtet
werden können.
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GB 2 431 207 A beschreibt
eine Unterwasserturbine mit einem Tragkörper und einem Gondelkörper zur
Aufnahme eines Turbinenrotors. Dabei ist der Gondelkörper an
den Tragkörper
angelenkt, so dass er zwischen einer aufrechtstehenden und einer horizontalen
Position verschwenkbar ist.
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US 6 104 097 A beschreibt
eine Turbinenanlage. Diese umfasst wiederum einen vertikalen Tragkörper und
einen an dessen oberen Ende fixierten horizontalen Gondelkörper.
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Wird
zur Energiegewinnung eine Gezeitenströmung verwendet, so ist die
Energieerzeugungsanlage an die wechselnden Strömungsrichtungen anzupassen.
Zur Lösung
dieser Aufgabe wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt, einer besteht
darin, die Wasserturbine so auszubilden, dass diese aus unterschiedlichen
Richtungen angeströmt
werden kann, wobei die Turbine nicht drehbar angeordnet ist. Wird
beispielsweise eine propellerförmige
Wasserturbine verwendet, so kann dies durch eine Drehung der Turbinenblätter um
180° bewirkt
werden. Ein alternativer Ansatz zur Anpassung an unterschiedliche Anströmungsrichtungen
besteht darin, die Wasserturbine zu drehen. Um für dieses Konzept aufwändige Getriebelösungen und
Drehdurchführungen
zur Verbindung an der drehbar angeordneten Wasserturbine mit einem
stationären
Generator zu vermeiden, wird die gesamte Baueinheit aus Wasserturbine, etwa
einer solchen in Propellergestalt, und dem elektrischen Generator
als Einheit mit der Strömung
mitgeführt.
Bekannte Systeme umfassen tauchende Anlagen, die mit Auftriebskörpern versehen
sind und welche über
Seilsysteme am Meeresgrund, beziehungsweise dem Grund des Fließgewässers, verankert
sind. Ein solcher Ansatz erlaubt eine automatische Anpassung an
eine veränderliche
Strömungsrichtung,
wobei nicht nur Strömung
aus zwei Hauptrichtungen, sondern Anströmungen aus dem gesamten Vollkreis
ausgenutzt werden können.
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Nachteilig
an den bekannten freistehenden, drehbaren Strömungskraftwerken ist jedoch,
dass durch eine sich ständig
wiederholende Drehbewegung ein ständig zunehmender Verdrillungsgrad
jener Komponenten eintreten wird, die eine Verbindung zu stationären Elementen
darstellen und welche nicht selbst über Drehgelenke ausgebildet
werden können.
Ein Beispiel hierfür
ist das Verbindungskabel zur Herstellung einer Netzanbindung des
elektrischen Generators sowie von weiteren Kabelanschlüssen, die
eine Verbindung zu einer zentralen Steuerungs- und Überwachungseinrichtung
herstellen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine freistehende Energieerzeugungsanlage zur
Gewinnung elektrischer Energie aus einer Wasserströmung anzugeben,
welche die in der Wasserströmung
zur Verfügung
stehende kinetische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad nutzt,
wobei die Wasserturbine bei veränderlichen
Strömungsrichtungen nachgeführt werden
soll, ohne dass bei wiederholten Drehbewegungen um einen stationären Punkt
der Anlage Kabelverbindungen einer sehr starken Verdrillung unterliegen.
Darüber
hinaus ist die Energieerzeugungsanlage konstruktiv und fertigungstechnisch
einfach auszubilden.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine drehbare
Energieerzeugungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Erfindung liegt als Ausgangspunkt die Erkenntnis zugrunde, dass
eine effiziente, freistehende Energieerzeugungsanlage eine drehbare
Gondel zur Aufnahme eines elektrischen Generators, der wenigstens
mittelbar von einer Wasserturbine angetrieben wird, aufweist, welche
sich drehbar um einen stationären
Verbindungspunkt mit der Strömung
mitbewegen kann. Demnach wird die Wasserturbine entweder aktiv durch
einen Stellantrieb oder passiv durch den Strömungsdruck nachgeführt und
stellt sich immer optimal zu den jeweils vorliegenden Strömungsbedingungen
ein. Besonders bevorzugt wird hierbei eine Ausführung, bei der die Gondel und
damit die Einheit aus Wasserturbine und elektrischem Generator,
einen gewissen Abstand von diesem Drehpunkt aufweist, um die Rotationsebene
der Wasserturbine in einem solchen Abstand zu den weiteren Tragstrukturen
ausbilden zu können,
dass diese möglichst
ungestört
angeströmt
wird. Umgesetzt wird dies durch die Verwendung eines Gondelkörpers, der
zwischen dem Gelenkpunkt und der Gondel vorgesehen ist, und welcher
besonders bevorzugt ein starres Element in Form eines Rohrs oder
eines Tragwerks darstellt.
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Führt der
Gondelkörper
und die daran angebrachte Gondel mitsamt elektrischen Generator
und Wasserturbine eine Drehbewegung in einer im Wesentlichen horizontalen
Ebene um den Drehpunkt zur Strömungsnachführung aus,
so wird, falls nicht lediglich eine Hin- und Rückbewegung ausgeführt wird, das
heißt
eine regelmäßige Umkehr
des Drehsinns vollzogen wird, unweigerlich eine Verdrillung des
Verbindungskabels eintreten, welches vom elektrischen Generator
zum Verbindungspunkt und weiter zu dem sich an diesen anschließenden Tragkörper entlang zur
Landverbindung läuft.
Zur Lösung
dieser Problematik haben die Erfinder erkannt, dass sich dann eine
Verdrillung verhindern lässt,
wenn synchron zur Drehbewegung in einer horizontalen Ebene um den Drehpunkt
der Gondelkörper
und der darin gehalterte elektrische Generator und damit auch der
vom Verbindungspunkt bis zum elektrischen Generator verlaufende
Teil des Verbindungskabels eine Abrollbewegung mit einer zur Nachführbewegung
entsprechenden Drehrate ausführt.
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Das
Prinzip lässt
sich anhand eines flexiblen Schlauchs verdeutlichen, der in abgeknickter
Stellung jeweils an den Enden festgehalten wird. Beim Versuch, das
eine Ende um die Achse des anderen Teilstücks zu drehen, wird entweder
eine Verdrillung des flexiblen Schlauchs folgen oder es muss eine Drehbewegung
des umlaufenden Endes um seine eigene Achse zugelassen werden. Übertragen
auf eine gattungsgemäße Energieerzeugungsanlage
bedeutet dies, dass diese einen Tragkörper aufweist, der stationär ist und
beispielsweise in Form eines Pfeilers auf dem Meeresgrund verankert
werden kann. An diesem Tragkörper
befindet sich eine Gelenkverbindung zu einem Gondelkörper, der
an dem von der Gelenkverbindung abgewandten Ende die Gondel und
damit die Einheit aus elektrischem Generator und Wasserturbine haltert.
Vom elektrischen Generator in der Gondel entlang oder durch den
Gondelkörper
und über
die Gelenkverbindung läuft
ein Verbindungskabel zum Tragkörper
und von dort weiter zum Energieeinspeisungspunkt für die elektrische
Energieerzeugungsanlage. Dieses Verbindungskabel wird dann keiner
Verdrillung unterliegen, wenn die Gelenkverbindung eine Einrichtung
aufweist, welche beim Auftreten einer Drehbewegung des Gondelkörpers und
damit der Gondel der Energieerzeugungsanlage um den Tragkörper zur
Strömungsnachführung diese
gleichzeitig in eine Drehbewegung des Gondelkörpers um seine eigene Achse
und damit eine Drehbewegung des in diesem Gondelkörper befindlichen
Teilstücks
des Verbindungskabels sowie des darin gehalterten elektrischen Generators
synchron zur Nachführbewegung
vollzogen wird. Genauer ausgedrückt
bewirkt dies, dass bei der Zuordnung einer ersten Achse zum Tragkörper, um
die bei der Strömungsnachführung eine
Drehbewegung vollzogen wird, und einer entsprechenden Zuordnung
einer zweiten Achse zum Gondelkörper,
die Drehrate um die erste Achse der Drehrate um die zweite Achse
entsprechen muss, sodass der Gondelkörper zum Vollzug der Drehbewegung
um die erste Achse gleichzeitig eine Abrollbewegung im Sinne zweier miteinander
kämmender
Kegelzahnräder
in einem Kegelradgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von
1:1 ausführt.
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Beachtlich
ist, dass die erste Achse, die dem stationären Tragkörper zugeordnet ist, und die
zweite Achse, zugeordnet zum Gondelkörper, im Allgemeinen nicht
mit den tatsächlichen
Körperachsen übereinstimmen
müssen,
dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn eine mehrteilige
oder gebogene Struktur realisiert wird. Stattdessen dient die Festlegung
einer ersten Achse und einer zweiten Achse lediglich zur Veranschaulichung
der Drehachsen, um die eine synchrone Drehbewegung zur Verhinderung einer
Kabelverdrillung ausgeführt
werden muss. Darüber
hinaus müssen
die erste Achse und die zweite Achse nicht notwendigerweise rechtwinklig
aufeinander stehen, so ist denkbar, dass der Gondelkörper in seiner
Bewegung einer trichterförmigen
Hüllkurve folgt.
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Zur
Realisierung einer Gelenkverbindung, welche die erfindungsgemäßen Anforderungen
erfüllt,
kann entweder eine elastische Verbindung verwendet werden, welche
die durch die Wasserströmung
entstehenden Zug- oder Druckkräfte
in Richtung der zweiten Achse und damit entlang des Gondelkörpers auffangen
und Gegenkräfte
gegen ein Verdrillen erzeugen und somit bei einer Drehbewegung um
die erste Achse, die dem Tragkörper
zugeordnet ist, die geforderte synchrone Drehbewegung des Gondelkörpers und
damit des elektrischen Generators um die zweite Achse zu vollziehen.
Gemäß einer Ausgestaltungsalternative
werden diese beiden Funktionen getrennt. Die Übertragung der Drehbewegung
von der ersten Achse auf die zweiten Achse erfolgt durch die Wechselwirkung
form- und/oder kraftschlüssiger
Elemente. Im einfachsten Fall werden dies miteinander kämmende Zahnräder, beispielsweise
zwei Kegelräder,
sein. Die weitere Funktion der Sicherung des Gondelkörpers am
Tragkörper und
die Aufnahme von über
die Wasserturbine eingeleiteten Schub- und Druckkräften entlang der zweiten Achse
kann dann über
ein hiervon getrenntes Element im Sinne eines Zugankers erfolgen,
durch den sichergestellt wird, dass der Form- und/oder Kraftschluss
zur Realisierung der Synchrondrehung um die erste und die zweite
Achse ständig
beibehalten wird.
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Die
erfindungsgemäße Idee
kann sowohl für eine
aktive Nachführung,
bei der die Energieerzeugungsanlage um die erste Achse, die dem
Tragkörper
zugeordnet ist, zwangsgeführt
wird, wie auch für eine
passive Nachführung
aufgrund des Strömungsdrucks
verwendet werden. Im ersten Fall ist es möglich, die Energieerzeugungsanlage
als Luv- oder Leeläufer
auszubilden. Im Fall einer passiven Nachführung sind nur Leeläufer zu
verwenden. Weiterhin tritt für
das erfindungsgemäße Konzept
im Fall einer passiven Nachführung
aufgrund der Generatormomente ein Winkelversatz von der für eine bestimmte Strömungsrichtung
optimalen Einstellung auf. Dieser entsteht dadurch, dass das Generatormoment
des elektrischen Generators über
seine Verankerung an den Gondelkörper
weitergegeben wird, wodurch ein um die zweite Achse, die dem Gondelkörper zugeordnet
ist, ein Drehmoment entsteht, welches aufgrund der erfindungsgemäßen synchronen
Achskopplung zwischen der ersten und der zweiten Achse entsprechend
zu einem Drehmoment um die letztgenannte, das heißt die Achse
des Stützkörpers, übersetzt
wird. Hieraus folgt eine gewisse Drehbewegung um die zweite Achse
aus der Optimalstellung heraus, woraufhin aufgrund der anliegenden
Strömung
Gegenkräfte
erzeugt werden, bis sich bei einem bestimmten Winkelversatz ein
Gleichgewicht einstellt. Dieser Winkelversatz ist allerdings bei
einer üblichen Anlagenauslegung
gering und nimmt nur wenige Grad ein. Darüber hinaus können gezielt
die aus der Anströmung
resultierenden Staudruckkräfte
durch Strömungsleitstrukturen,
wie Finnen und Ruder, erhöht werden.
Eine weitere geeignete Maßnahme
besteht darin, den Gondelkörper
eines Leeläufers
möglichst
lang auszubilden, sodass aufgrund des großen Abstands vom Drehgelenk
bereits die ohnehin vorhandenen Strukturen, bestehend aus Gondelkörper und
Gondel sowie jene der Wasserturbine, zu signifikanten Ruderkräften führen, sobald
eine Winkelauslenkung aus der Optimalstellung für die vorliegende Strömung bewirkt
wird.
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Ferner
lässt sich
der voranstehend beschriebene Winkelversatz bis zum Erreichen eines
Gleichgewichtpunkts bei passiv nachgeführten erfindungsgemäßen Anlagen
dadurch vermeiden, dass gegenläufig
umlaufende Wasserturbinen verwendet werden und die Generatorkräfte der
jeweils zugeordneten elektrischen Generatoren sich gegenseitig aufheben.
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Nachfolgend
werden Ausgestaltungen der Erfindung anhand von Figuren beschrieben.
In diesen ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
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1a und 1b zeigen
das Wirkprinzip einer erfindungsgemäßen Gelenkverbindung zwischen
dem Tragkörper
und dem Gondelkörper
eines Strömungskraftwerks,
bei dem das Nachstellen des Gondelkörpers zu einer synchronen Drehbewegung um
seine eigene Achse führt.
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2a und 2b zeigen
unterschiedliche Ausgestaltungen erster und zweiter form- und kraftschlüssiger Elemente
zur Realisierung der Synchronbewegung in Verbindung mit einem starren,
zentralen Zuganker.
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3a und 3b zeigen
eine Ausgestaltung mit einem flexiblen, zentralen Zuganker.
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4a und 4b zeigen
eine Ausführung mit
einem zentralen, flexiblen Zuganker auf einer Ablauffläche.
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5a und 5b zeigen
eine Ausgestaltung der Gelenkverbindung, die ausschließlich mittels
einer elastischen Komponente realisiert wird.
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6 zeigt
weitere Führungselemente
in Form einer Aufkippsicherung.
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In
den 1a und 1b sind
grundlegende Komponenten der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage 1 schematisch
vereinfacht dargestellt. Zur Umwandlung der kinetischen Energie
aus der Wasserströmung
dient eine Wasserturbine 2, welche beispielsweise in Form
eines Propellers ausgebildet sein kann. Mit dieser wird ein elektrischer Generator 3 angetrieben,
der in eine Gondel 9 aufgenommen wird beziehungsweise dessen
Gehäuse diese
Gondel bildet. Der Gondel 9 ist ein Gondelkörper 4 zugeordnet,
welcher dazu dient, die Wasserturbine von einem Tragkörper 5 zu
beabstanden. Dieser Tragkörper 5 kann
beispielsweise eine Stützsäule oder
ein Gittermast mit einer Verankerung auf dem Meeresgrund 8 sein.
Alternativ kann als Tragkörper 5 eine
schwimmfähige
Einheit vorgesehen sein, die über
Trossen verankert ist und so gegenüber dem Meeresgrund 8 im
Wesentlichen orts- und drehfest ist. Zwischen dem Gondelkörper 4 und
dem Tragkörper 5 ist
eine Gelenkverbindung 6 angebracht, welche erfindungsgemäß so gestaltet
ist, dass eine aktive oder passive Nachführung der Wasserturbine 2 mit
der Strömungsrichtung
der antreibenden Wasserströmung
in eine synchrone Drehbewegung des Gondelkörpers 4 übersetzt
wird. In 1b, welche einen vergrößerten Teilausschnitt
von 1a im Bereich der Gelenkverbindung 6 zeigt,
ist das Prinzip dieser Abrollbewegung dargestellt.
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Im
Einzelnen zeigt 1b eine erste Achse 11,
die dem Tragkörper 5 zugeordnet
ist, und eine zweite Achse 12, die dem Gondelkörper 4 zugeordnet
ist. Bevorzugt verläuft
die erste Achse 11 im Wesentlichen senkrecht. Die Nachführung der
Wasserturbine 2 mit der Strömungsrichtung bedeutet, dass sich
die zweite Achse 12, die dem Gondelkörper zugeordnet ist, im Wesentlichen
parallel zur Strömungsrichtung
einstellt. In 1a ist hierzu ein Pfeil angegeben, welcher
die Anströmung
des dargestellten Leeläufers
zeigt. Demnach wird zur Nachführung der
Energieerzeugungsanlage 1 eine Drehung um die erste Achse 11 des
Tragkörpers 5 ausgeführt, wobei
das vom Generator 3 durch den Gondelkörper 4, die Gelenkverbindung 6 und
den Tragkörper 5 verlaufende
elektrische Verbindungskabel 7 dann keiner Verdrillung
unterliegt, wenn der Gondelkörper 4 mit dem
drehfest verbundenen elektrischen Generator 3 und dem daran
befestigten elektrischen Verbindungskabel 7 um seine eigene
Achse mitrotiert. Dies setzt das Abrollen des Gondelkörpers 4 auf
dem Tragkörper 5 mit
einem Übersetzungsverhältnis von 1:1
(u = 1) voraus. Hierfür
ist beispielhaft die in 1b skizzierte
konische Abrollfläche 10.1 auf
dem Gondelkörper 4 und
entsprechend 10.2 auf dem Tragkörper 5 vorgesehen,
wobei bevorzugt der Umfang der Abrollflächen 10.1, 10.2 zur
Realisierung gleicher Drehraten übereinstimmt.
Um ein Durchrutschen zu verhindern, werden diese Flächen bevorzugt
mit einer Verzahnung oder mit Klauen und entsprechenden Ausnehmungen
am Gegenstück
oder einem Reibbelag versehen. Im Allgemeinen besteht also eine
form- und/oder kraftschlüssige
Verbindung zur Realisierung des Abrollens und damit der geforderten
Synchronbewegung. Liegt eine Verzahnung vor, so muss die Zahnpaarung
für die
Bedingung u = 1 Zahnräder
mit übereinstimmender
Zähnezahl
verwenden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung wird die Bedingung einer 1:1-Übersetzung zwischen der ersten
und der zweiten Achse 11, 12 dahingehend abgemildert, dass
unabhängig
von der Drehung um die erste Achse 11 des Tragkörpers 5 die
Verdrillung des Verbindungskabels 7 zwischen dem Gondelkörper 4 und dem
Tragkörper 5 begrenzt
ist. Demnach ist der Fall noch tolerierbar, dass ein kleiner Drehwinkel
um die erste Achse 11 nicht unmittelbar in eine Synchrondrehung
umgesetzt wird, sondern dass diese erst ab einem bestimmten Verdrillungsgrad
einsetzt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn elastische
Kopplungselemente einer Verdrillung entgegenwirken und erst bei
hinreichenden Rückstellkräften eine
Synchronbewegung von der ersten zur zweiten Achse erzwingen.
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Aus
der Prinzipdarstellung von 1b gehen
jene Elemente der Gelenkverbindung nicht im Detail hervor, welche
dazu dienen, den Kontakt zwischen den beiden Abrollflächen 10.1 und 10.2 während des
Betriebs sicherzustellen. Hierbei sind insbesondere bei einem Luvläufer Zugkräfte abzufangen, welche
durch den Wasserdruck auf die Wasserturbine 2 und damit
zur Gelenkverbindung 6 weitergegeben werden. Zu diesem
Zweck können
in der Gelenkverbindung 6 Verankerungselemente vorgesehen sein,
welche beispielsweise gemäß den 2a und 2b in
Form eines zentralen, starren Zugankers 13 ausgebildet
sind. Dieser steht am einen Ende in starrer Verbindung zum Gondelkörper 4 und
am anderen Ende in formschlüssiger,
drehbarer Verbindung zum Tragkörper 5,
welche gemäß den dargestellten
Ausführungsformen über eine
Nut-Ringpaarung realisiert ist. Darüber hinaus ist eine Gestaltung gewählt, bei
der die erste Achse 11 und die zweite Achse 12 nicht
rechtwinklig, sondern in einem Winkel < 90° zueinander
stehen, das heißt
der Gondelkörper 4 beschreibt
beim Nachführen
der Wasserturbine relativ zur Anströmung eine V-förmige Hüllkurve.
Hieraus folgt, dass der Gondelkörper 4 eine
Abrollfläche aufweist,
die auf einer zugeordneten Abrollfläche des Tragkörpers 5 umläuft. Aufgrund
des Wasserdrucks wird ein ständiger
Anlagekontakt zwischen diesen aufeinander abrollenden Flächen gewährleistet.
Ferner können
diese so gestaltet werden, dass ein Durchrutschen verhindert wird
und jede Drehbewegung um die erste Achse 11 mit einer synchronen Rollbewegung
(mit u = 1) um die zweite Achse 12 verbunden ist. Hierbei
kommen unterschiedliche Verzahnungen oder Reibbeläge in Betracht.
Für die
in den 2a und 2b gezeigten
Ausgestaltungen sind die Abrollflächen konisch ausgebildet und
verlaufen mit unterschiedlichen Konuswinkeln, wobei im Fall von 2a die
dem Gondelkörper 4 zugeordnete
erste Konusfläche 18 einen
geringeren Öffnungswinkel
im Vergleich zur zweiten Konusfläche 17 aufweist,
die dem Tragkörper 5 zugeordnet
ist. In 2b liegt der umgekehrte Fall
vor. Für
alle Ausgestaltungen wird bevorzugt sichergestellt, dass das Übersetzungsverhältnis für die Drehung
um die erste Achse 11 zur Drehung um die zweite Achse 12 bei
u = 1 liegt. Dies kann durch eine entsprechend gewählte Verzahnung
gewährleistet
werden.
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Die
alternative Ausgestaltung gemäß den 3a und 3b unterscheidet
sich dahingehend von den vorausgehenden Ausführungsbeispielen, dass anstatt
eines starren Zentralankers ein flexibler Zuganker 23 verwendet
wird, welcher die Zugkräfte aufnimmt,
jedoch gleichzeitig in lateraler Richtung biegbar ist. Im einfachsten
Fall ist dies eine Kette oder ein vorzugsweise mehrlagiges Drahtgeflecht. Zur
Realisierung von ersten und zweiten Formschlusselementen sind an
den Endflächen
des Gondelkörpers 4 und
des Tragkörpers 5 jeweils
ineinander greifende Vorsprünge 21, 22 dargestellt,
welche sich zum Außenumfang
hin abflachen, sodass bei einer Abwinkelung des Gondelkörpers 4 relativ
zum Tragkörper 5 der
Kippwinkel durch den Verlauf des Profils der Vorsprünge 21, 22 sowie
der vorzugsweise ebenen Anlageflächen
auf dem Gegenstück
und das durch den flexiblen Zuganker 23 vorgegebene Spiel
festgelegt wird. Die Strömungskräfte werden wiederum
diesen Winkel in einen Anschlag bringen, sodass eine sichere Mitnahme
der ineinander greifenden Vorsprünge
und das erfindungsgemäße synchrone
Abrollen mit u = 1 sichergestellt sind.
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Eine
Weitergestaltung einer Anordnung mit einem flexiblen, zentralen
Zuganker ist in den 4a und 4b dargestellt,
wobei 4a einen segmentierten Zuganker 23.2 im
nicht verbauten Zustand und 4 diesen
im eingebauten Zustand darstellt. Im Einzelnen besteht dieser aus
einer Abfolge von elastischen Segmenten 24 und starren
Segmenten 25 sowie einer biegbaren Schutzhülle 20 für das Verbindungskabel 7,
die sich durch einen Kanal 27 im Innern des segmentierten
Zugankers 23.2 erstreckt. Im eingebauten Zustand ist dem
Zuganker 23.2 eine gebogene Auflagefläche 28 zugeordnet,
welche in Verbindung mit dem flexiblen, zentral angeordneten Zuganker 23.2 ein
sicheres Anliegen der ersten konischen Abrollfläche 10.1 am entsprechenden
Gegenstück,
der zweiten konischen Abrollfläche 10.2 sicherstellt.
Eine Weitergestaltung eines flexiblen Zugankers wird in den 5a und 5b dargestellt.
Hierbei liegen keine aufeinander abrollenden Flächen des Gondelkörpers 4 und
des Tragkörpers 5 vor,
stattdessen wird die Umsetzung einer Drehbewegung um die erste Achse 11 in eine
synchrone Drehung um die zweite Achse 12 ausschließlich durch
ein flexibles Zuganker-Gelenkelement 23.3 bewirkt, welches
beispielsweise als elastisches, ringförmiges Bauteil mit einem angepassten
Durchmesser und einer hinreichenden Wandungsstärke ausgebildet wird, wobei
im Betriebsfall, der in 5b dargestellt
ist, eine Seite dieses flexiblen Zuganker-Gelenkelements 23.3 gedehnt
wird, während
die gegenüberliegende
Seite einer Kompression unterliegt und die Mitnahmewirkung durch
die einer Verdrillung entgegenwirkenden elastischen Kräfte bewirkt
wird. Für diese
Ausgestaltung werden kleine Verdrillungen zugelassen, mit zunehmender
Torsinn des flexiblen Zuganker-Gelenkelements
werden die Rückstellkräfte jedoch
sicher für
eine Begrenzung der Verdrillung des Verbindungskabels sorgen.
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Im
Rahmen des fachmännischen
Könnens können weitere
Führungselemente
vorgesehen sein, welche das sichere Aufeinanderabrollen der Endbereiche
des Tragkörpers 4 und
des Gondelkörpers 5 bewirken.
Beispielhaft ist hierzu in 6 eine Aufkippsicherung 30 dargestellt,
welche einen ersten Umfassungsring 30.1 zur drehbaren Umfassung
des Tragkörpers 5 und
einen zweiten Umfassungsring 30.2 zur drehbaren Umfassung
des Gondelkörpers 4 aufweist.
Diese Elemente sind vorzugsweise mit Lagern versehen und verhindern
aufgrund eines diese beiden Elemente verbindenden Stegs 30.3 eine
Veränderung
der Winkeleinstellung zwischen dem Gondelkörper 4 und dem Tragkörper 5.
Gemäß der in 6 gezeigten
Gestaltung dient damit der zentrale, flexible Zuganker 23,
der zusätzlich
von der gebogenen Auflagefläche 28 abgestützt wird,
lediglich dazu, eine Zug- und Druckbelastung entlang der ersten Achse 11 des
Gondelkörpers 4 aufzufangen.
Allerdings ist es auch möglich,
diese Funktion mit in die Aufkippsicherung 30 zu integrieren
und diesen zentralen Zuganker 23 gänzlich zu ersetzen. Im Einzelnen
ist dies in 6 nicht dargestellt.
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- 1
- Energieerzeugungsanlage
- 2
- Wasserturbine
- 3
- elektrischer
Generator
- 4
- Gondelkörper
- 5
- Tragkörper
- 6
- Gelenkverbindung
- 7
- Verbindungskabel
- 8
- Meeresgrund
- 9
- Gondel
- 10.1,
10.2
- konische
Abrollflächen
- 11
- erste
Achse
- 12
- zweite
Achse
- 13
- Zuganker
- 17
- zweite
Konusfläche
- 18
- erste
Konusfläche
- 20
- biegbare
Schutzhülle
- 21,
22
- ineinander
greifende Vorsprünge
- 23
- flexibler
Zuganker
- 23.2
- segmentierter
Zuganker
- 23.3
- flexibles
Zuganker-Gelenkelement
- 24
- elastisches
Segment
- 25
- starres
Segment
- 27
- Kanal
- 28
- gebogene
Auflagefläche
- 30
- Aufkippsicherung
- 30.1
- erster
Umfassungsring
- 30.2
- zweiter
Umfassungsring
- 30.3
- verbindender
Steg