DE102009016388A1

DE102009016388A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Energie

Info

Publication number: DE102009016388A1
Application number: DE102009016388A
Authority: DE
Inventors: Michael Sauerwald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2010-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser mit zu, die eine infolge der Wasserströmung erzeugte Schwenkbewegung auf eine Stelleinheit überträgt zur Erzeugung der Bewegung eines Antriebselementes, dass die Schwenkeinheit einen Schwenkkörper aufweist, der in und/oder auf dem Wasser schwimmend angeordnet ist, dass die Schwenkeinheit eine starre Pendelstange aufweist, die mit einem ersten Ende gelenkig mit einem Lagerpunkt eines ortsfest angeordneten Gestells verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Pendelstange an einem zweiten Ende gelenkig und/oder starr mit einem durch einen Hilfsstellantrieb in eine vorgegebene Position bringbaren Schwimmkörper verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser mit mindestens einer schwenkbar gelagerten Schwenkeinheit, die eine infolge der Wasserströmung erzeugte Schwenkbewegung auf eine Stelleinheit überträgt zur Erzeugung der Bewegung eines Antriebselementes, dass die Schwenkeinheit einen Schwenkkörper aufweist, der in und/oder auf dem Wasser schwimmend angeordnet ist, dass die Schwenkeinheit eine starre Pendelstange aufweist, die mit einem ersten Ende gelenkig mit einem Lagerpunkt eines ortsfest angeordneten Gestells verbunden ist.
Aus der DE 20 2007 008 663 U1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser mit mindestens einer schwenkbar gelagerten Schwenkeinheit bekannt, wobei die Schwenkeinheit einen Schwimmkörper aufweist, der in und/oder auf dem Wasser schwimmend angeordnet ist. Die infolge der Wasserströmung erzeugte Schwenk bewegung des Schwenkkörpers wird auf eine Stelleinheit und dann auf ein Antriebselement übertragen, so dass die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Der Schwenkkörper ist auf der einen Seite mit einer Pendelstange gekoppelt, die die Bewegung des Schwenkkörpers an die Stelleinheit überträgt. An einem gegenüberliegenden Ende ist der Schwenkkörper mit einem Ruderblatt gekoppelt, das den Schwimmkörper in der Wasserströmung führt und somit für eine permanente Pendelbewegung der Schwimmkörper sorgt. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass der Aufwand für die Aufrechterhaltung der Pendelbewegung relativ groß ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser derart weiterzubilden, dass der Aufwand für die Sicherstellung einer permanenten Pendelbewegung von Pendelstangen verringert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Pendelstange an einem zweiten Ende gelenkig und/oder starr mit einem durch einen Hilfsstellantrieb in eine vorgegebene Position bringbaren Schwimmkörper verbunden ist.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Schwimmkörper nach der Erfindung eine Doppelfunktion aufweist. Zum einen dient er als Schwimmkörper zur Erzeugung der erwünschten Pendelbewegung. Zum anderen dient er in Verbindung mit einem Hilfsstellantrieb als Führungselement zur Aufrechterhaltung der Pendelbewegung. Der Bautei leaufwand bzw. der herstellungstechnische Aufwand und Montageaufwand kann hierdurch reduziert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsstelleantrieb als ein elektromechanischer oder hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der vorzugsweise im Bereich einer Schwenkachse S des Schwimmkörpers angeordnet ist. Die Schwenkachse S dient zugleich als Gelenkachse zwischen dem Schwimmkörper und der Pendelstange. Vorteilhaft kann hierdurch der Herstellungs- und Montageaufwand reduziert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schwimmkörper als ein Ruderblatt ausgebildet, das im Wesentlichen unterhalb der Wasseroberfläche positioniert ist. Der Schwimmkörper weist somit eine einfache geometrische Form auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schwimmkörper rautenförmige ausgebildet, der aufgrund der Geometrie eine stetige Pendelbewegung bewirkt. Lediglich zum Starten der Pendelbewegung muss mittels des Hilfsstellantriebs eine Auslenkung des Schwimmkörpers erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Schwimmkörper nach einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Draufsicht auf einen Scwimmkörper nach einer zweiten Ausführungsform und
3 eine Draufsicht auf einen Schwimmkörper nach einer dritten Ausführungsform.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser besteht im Wesentlichen aus einer Schwenkeinheit 1, einer mit der Schwenkeinheit 1 gekoppelten Stelleinheit 2 und aus einer Antriebseinheit 3, die von der Stelleinheit 2 beaufschlagt ist.
Die Schwenkeinheit 1 besteht im Wesentlichen aus einer Anzahl von zumindest teilweise unterhalb der Wasseroberfläche angeordneten Schwimmkörpern 14 einerseits und einer Anzahl von starren Pendelstangen 5, die jeweils mit einem Schwimmkörper 14 gekoppelt sind, andererseits. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 ist der Schwimmkörper 14 als ein Ruderblatt ausgebildet, das über einen Hilfsstellantrieb 4 mit einem Ende 7 der Pendelstange 5 gekoppelt ist. Die Schwenkeinheit 1 weist ein Paar von Pendelstangen 5 und Schwimmkörpern 4 auf, die infolge einer Wasserströmung in Strömungsrichtung R bezüglich einer vertikalen Mittelebene M eines Gestells 6 im Wesentlichen in horizontaler Richtung Q hin- und herbewegt werden.
Die Pendelstange 5 ist an einem ersten Ende 8 gelenkig mit einem festen Lagerpunkt 9 des Gestells verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ersten Enden 8 der Pendelstangen 5 jeweils mit dem gleichen Lagerpunkt 9 verbunden. Die Pendelstange 5 ist an einem zweiten Ende 7 gelenkig und/oder starr mit dem Schwimmkörper 14 verbunden.
Der Lagerpunkt 9 bildet einen Festpunkt, durch den eine vertikale Schwenkachse S verläuft, um die die Pendelstangen 5 in Querrichtung Q zur Strömungsrichtung R hin- und herbewegt werden. Das Gestell 6 kann als eine Plattform ausgebildet sein und ist ortsfest angeordnet. Beispielsweise kann das Gestell 6 fest mit einem Boden des Gewässers verankert sein. Alternativ kann das Gestell 6 auch fest mit einem Uferbereich des Gewässers, das vorzugsweise als Fluss ausgebildet ist, verbunden sein.
Die Stelleinheit 2 umfasst ein Kopplungselement 10, das die Schwenkbewegung der Pendelstangen 5 in eine Linearbewegung in Querrichtung Q zur Strömungsrichtung R umwandelt. Das Kopplungselement 10 kann als ein Gestänge oder Gelenk ausgebildet sein, das eine Verbindung der Pendelstange 5 zu einem als Zylinderkolben ausgebildeten Antriebselement 11 der Antriebseinheit 3 ermöglicht. Das Antriebselement 11 ist in Querrichtung Q zur Strömungsrichtung R bzw. senkrecht zur vertikalen Mittelebene M geführt gelagert. Das Antriebselement 11 kann als Teil eines Hydraulikzylinders über ein Hydraulikgetriebe 12 mit einem Generator 13 gekoppelt sein. Sowohl der Hydraulikzylinder 11 als auch das Hydraulikgetriebe 12 und der Generator 13 sind fest auf dem Gestell 6 befestigt. Der Generator 13 wandelt die ihm zugeführte kinetische Energie in elektrische Energie um.
Die Pendelstange 5 weist eine solche Länge L auf, dass mittels der Wasserströmung ein solches Drehmoment D auf den Schwimmkörper 14 ausgeübt wird, dass sich eine gerichtete pendelnde Schwenkbewegung in Querrichtung Q einstellt. Die Pendelstange 5 ist vorzugsweise über nicht dargestellte Führungsmittels des Gestells 6 in einer horizontalen Ebene geführt gelagert.
Ein überwiegender Teil des Volumens des Schwimmkörpers 14 ist unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet, so dass eine ausreichend große Angriffsfläche für die Wasserströmung zur Erzeugung des Drehmomentes D gewährleistet ist.
Vorzugsweise können die beiden Pendelstangen 5 über Federmittel miteinander und/oder mit dem Gestell 6 gekoppelt sein, so dass sie ohne Strömungsbeaufschlagung eine Ausgangslage in einem spitzen Winkel einnehmen. Das so gebildete Federdrehmoment ist wesentlich kleiner als das üblicherweise durch die Wasserströmung erzeugte Drehmoment D. Allerdings ermöglicht dieses selbsttätig wirkende Gegendrehmoment, dass die Pendelstange 5 stets eine Hin- und Herbewegung ausführt, auch wenn die Strömungsrichtung bzw. die an den Schwimmkörper 14 angreifende Strömungskraft konstant ist.
Der Hilfsstellantrieb 4 ist im Bereich einer Drehachse A (Drehgelenk) angeordnet, an der das Ruderblatt 14 mit dem zweiten Ende 7 der Pendelstange 5 mit derselben gekoppelt ist. Der Hilfsstellantrieb 4 (Hilfsstelleinheit) ist als ein elektromechanischer oder hydraulischer Stellantrieb ausgebildet. Er ist derart angesteuert, dass auf das jeweilige Ruderblatt 14 eine Schwenkkraft in Querrichtung Q relativ zu der Pendelstange 5 ausgeübt wird, so dass eine permanente Pendelbewegung gewährleistet ist.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 ist ein Schwimmkörper 15 als ein symmetrischer Rautenkörper ausgebildet, dessen Mittelachse mit der Schwenkachse A übereinstimmt. Aufgrund der Formgebung des symmetrischen Rautenkörpers 15 kann vorzugsweise selbsttätig eine Auslenkung der Pendelstange 5 in Querrichtung Q erfolgen. vorzugsweise ist der symmetrische Rautenkörper 15 starr mit der Pendelstange 5 verbunden. Nur wenn die Pendelbewegung der beiden Pendelstangen 5 ausbleibt, kann durch Anregung der Relativbewegung zwischen dem symmetrischen Rautenkörper 15 und der Pendelstange 5 mittels des Hilfsstellantriebs 4 eine erneute Anregung zur Pendelbewegung erfolgen.
Nach einer dritten Ausführungsform eines Schwimmkörpers 16 gemäß 3 ist dieser als ein unsymmetrischer Rautenkörper 16 ausgebildet. Aufgrund er asymmetrischen Anordnung wird der Hilfsstellantrieb 4 lediglich zum Starten der Pendelbewegung benötigt. Ein periodisches oder aperiodisches Einschalten des Hilfsstellantriebs 4 in vorgegebenen Zeitabständen – wie bei der ersten Ausführungsform – ist nicht erforderlich.
Gegebenenfalls kann den Schwimmkörper 14, 15, 16 auch ein Hilfsgestänge zugeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202007008663 U1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser mit mindestens einer schwenkbar gelagerten Schwenkeinheit, die eine infolge der Wasserströmung erzeugte Schwenkbewegung auf eine Stelleinheit überträgt zur Erzeugung der Bewegung eines Antriebselementes, dass die Schwenkeinheit einen Schwenkkörper aufweist, der in und/oder auf dem Wasser schwimmend angeordnet ist, dass die Schwenkeinheit eine starre Pendelstange aufweist, die mit einem ersten Ende gelenkig mit einem Lagerpunkt eines ortsfest angeordneten Gestells verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Pendelstange (5) an einem zweiten Ende (7) gelenkig und/oder starr mit einem durch einen Hilfsstellantrieb (4) in eine vorgegebene Position bringbaren Schwimmkörper (14) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfstellantrieb (4) nur so lange aktiviert ist, dass der Schwimmkörper (14) in eine Relativposition zu der Pendelstange (5) verbracht ist, in der mittels der Wasserströmung eine Schwenkbewegung der Pendelstange (5) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstellantrieb (4) als ein elektromechanischer Stellantrieb oder als ein hydraulischer Stellantrieb ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (14) als ein Ruderblatt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (15, 16) rautenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) ein gelenkig mit der Pendelstange (5) verbundenes Kopplungselement (10) aufweist, das die Schwenkbewegung in eine Linearbewegung senkrecht zur Strömungsrichtung (R) des Wassers umwandelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelstange (5) eine solche Länge (L) aufweist, dass die Strömung des Wassers ein quer zur Strömungsrichtung (R) gerichtetes, eine pendelnde Schwenkbewegung hervorrufendes Drehmoment (D) erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelstange (5) ein fest mit dem Gestell (6) verbundenes Führungsmittel zugeordnet ist, derart, dass die Pendelstange (5) in einer horizontalen Ebene geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (10) einstückig mit dem als Zylinderkolben ausgebildeten Antriebselement (11) einer Antriebseinheit verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (11) über ein Hydraulikgetriebe (12) mit einem Generator (13) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (4) derart ausgebildet ist, dass der überwiegende Teil des Schwimmkörpervolumens unterhalb der Wasseroberfläche verläuft.