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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenenergiemaschine vorzugsweise der Wellenkraft-Bojen Bauart gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Wellenenergie-Boje beschrieben, ist jedoch für alle Wellenenergiekraftwerke nutzbar. Eine solche Wellenenergie-Boje nutzt die Energie der Meereswellen zur Gewinnung elektrischen Stromes. Die Wellenkraft-Boje zählt somit zu den erneuerbaren Energien. Im Unterschied zu einem Gezeitenkraftwerk wird bei der Wellenkraft-Boje nicht der Tidenhub ausgenutzt, um die Energiedifferenz zwischen Ebbe und Flut zu nutzen, sondern die kontinuierliche Wellenbewegung.
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Aus dem Stand der Technik beispielsweise gemäß der
US 2007/0266704 A1 ist eine Wellenkraft-Boje dieser Gattung bekannt.
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Diese hat eine im Wesentlichen vertikal sich erstreckende Säule oder Dom, an der ein Schwimmkörper relativ beweglich zu der Säule gelagert ist. Der Schwimmkörper ist dafür ausgelegt, der Wellenbewegung zu folgen, wohingegen die Säule so konstruiert ist, dass sie gegenüber der Wellenbewegung eine im Wesentlichen ortsstabile Position/Lage einhält. D. h., der Schwimmkörper bewegt sich weitestgehend in Phase mit der Welle und die Säule bewegt sich außer Phase zu der Welle. Eine Leistungsabgreifeinrichtung ist ferner an oder in der Säule vorgesehen, welche die Relativbewegung des Schwimmkörpers und der Säule in eine nutzbare, vorzugsweise elektrische Energie konvertiert.
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Um die vertikale Bewegung der Säule zu minimieren, ist an einem axialen Endabschnitt der Säule ein Gegengewicht zu dem Schwimmkörper und zu der Leistungsabgreifeinrichtung sowie eine sogenannte „Heave Plate” (nachfolgend der Einfachheit halber als Dämpferplatte bezeichnet) angebracht. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um eine senkrecht zur Säule aufgespannte, vorzugsweise perforierte Platte oder Gitter, die wie ein Bewegungsdämpfer wirkt. Zusätzlich wird eine frequenzabhängige virtuelle Masse, die sogenannte Added Mass erzeugt, die das Systemverhalten maßgeblich beeinflusst und somit die Säule auch bei höherem Seegang ruhig hält. Das Gegengewicht einschließlich das Gewicht der Dämpferplatte gewährleistet ferner eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung der Säule im Wasser.
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Die Relativbewegung des Schwimmkörpers und der Säule wird in axialer Richtung durch zwei Stopper begrenzt, die im Axialabstand zueinander in einem dem Gegengewicht und der Dämpferplatte gegenüberliegenden Endabschnitt der Säule an dieser ausgebildet oder angeordnet sind. Der hierdurch definierte Schiebeweg des Schwimmkörpers ist auf diese Weise auf die verwendete Leistungsabgreifeinrichtung sowie auf die zu erwartende (maximale oder durchschnittliche) Wellenhöhe abgestimmt.
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Grundsätzlich unterliegen off-shore Wasserkraftwerke erheblichen Wettereinflüssen in Form von hohen Windgeschwindigkeiten und starker Seegang. Da off-shore Wasserkraftwerke zur Erreichung eines möglichst hohen Wirkungsgrads nur an Stellen hoher Energiedichte (d. h. besonders hohen Windgeschwindigkeiten und Wellen) aufgestellt werden, muss die gesamte Konstruktion entsprechend ausgelegt sein, um auch überdurchschnittlichen Kräften beispielsweise bei Stürmen standhalten zu können. Diese Anforderung gilt natürlich auch für Wellenkraft-Bojen dieser Gattung.
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Dem Fachmann bieten sich ein Vielzahl von Möglichkeiten, die Wetterfestigkeit einer Wellenkraft-Boje zu erhöhen. Sie kann beispielsweise aus hochfesten Materialen gefertigt oder mit zusätzlichen Versteifungen versehen sein. Derartige Maßnahmen bedeuten jedoch einen erheblichen Materialaufwand und damit eine Verringerung der Wirtschaftlichkeit des betreffenden Wasserkraftwerks. Ferner besteht das Problem, dass beispielsweise bei Sturm die vorstehend beschriebene Relativbewegung zwischen den beiden Bojenteilen unerwünscht ist, sie muss sogar unterbunden werden, um Beschädigungen zu vermeiden. Hier ist die Dämpferplatte sehr hinderlich, da sie sich nicht mit der gleichen Amplitude und Phase wie der Schwimmkörper bewegt. Es stellt sich eine sehr große Relativbewegung ein, die zur Zerstörung der Anlage führen kann.
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Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Wellenenergiemaschine derart weiterzubilden, dass sie bei guter Wirtschaftlichkeit widerstandsfähiger gegen Wettereinflüsse ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wellenenergiemaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht prinzipiell darin, die erfindungsgemäße Wellenenergiemaschine nicht nur durch geeignete Materialien und Versteifungskonstruktionen zu verstärken, sondern die Maschinenkonstruktion mit einem Mechanismus auszustatten, mittels dem die Maschine extremen Wettereinflüssen zumindest teilweise entzogen werden kann. Letzteres lässt sich erfindungsgemäß durch wahlweise Vergrößerung und Verkleinerung von Kraftangriffsflächen an der Wellenenergiemaschine bewerkstelligen.
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D. h. die Erfindung sieht vor, an der Wellenenergiemaschine, vorzugsweise Wellkraft-Boje, vorgesehene Wirkflächen zumindest in ausgewählter Weise zu verändern, und somit die Krafteinflüsse von Wellen auf die Wellenenergiemaschine zu verkleinern/vergrößern. Dies kann prinzipiell durch die spezifische Auswahl der zu verändernden Wirkflächen selbst, eine Größenänderung der vorzugsweise ausgewählten Wirkflächen, eine Positions-/Stellungsänderung der vorzugsweise ausgewählten Wirkflächen und/oder eine Formänderung der vorzugsweise ausgewählten Wirkflächen erfolgen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Wellenenergiemaschine (hier vorzugsweise die Wellenkraft-Boje) der Erfindung mit einer Heave-Plate oder Dämpfungsplatte zur Stabilisierung der Lage der Wellenkraft-Boje im Wasser ausgestattet. Die Wirkfläche der Dämpfungsplatte (Heave-Plate) als die ausgewählte Wirkfläche ist erfindungsgemäß variierbar, vorzugsweise in Abhängigkeit des aktuellen Seegangs, d. h. der durchschnittlichen oder maximal erreichbaren Wellenhöhe. Durch diese Variierbarkeit, d. h. die Möglichkeit, die Dämpferplatte zu vergrößern und/oder zu verkleinern, kann die Wellenkraft-Boje angreifenden Wellen wahlweise (einstellbar) eine größere oder kleinere Kraftangriffsfläche bieten, wodurch darauf einwirkende Wellenkräfte erhöht oder verringert werden können. Dies führt wiederum dazu, dass die Säule mit abnehmender Dämpferplattenfläche zunehmend der Wellenbewegung folgt und damit die Relativbewegung zwischen Säule und Schwimmkörper verkleinert wird. Auf diese Weise wird der Energieerzeugungsmechanismus in/an der Wellenkraft-Boje vor einer Überlastung geschützt und die gesamte Boje vor Beschädigungen durch äußere, ggf. überdurchschnittliche Wettereinflüsse bewahrt.
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In anderen Worten ausgedrückt ist es mit der Erfindung gemäß diesem Aspekt möglich, das vorstehend genannte Problem einfach zu umgehen, indem die Dämpferplatte quasi eingefahren oder schräg gestellt wird. Die verbleibende Struktur bestehend aus Säule, Ausgleichsgewicht und Energieabgreifeinrichtung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie ein gleiches oder zumindest ähnliches Systemverhalten hat wie der Schwimmkörper. Dies würde zu einer Bewegung im Wesentlichen in Phase und mit gleicher Amplitude der beiden Bojenteile führen, sodass kaum Kräfte von einer möglichen Sturmverriegelung bzw. der Gesamtstruktur aufgenommen werden.
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Vorzugsweise hat die Boje, bzw. die Dämpferplatte gemäß dem ersten Aspekt einen Aufklappmechanismus, mittels dem die Dämpferplatte zumindest in einer maximal aufgeklappten Position und in einer vollständig zusammengeklappten Position festlegbar ist. Ein solcher Klappmechanismus stellt eine vergleichweise einfache und stabile Mechanik für ein Vergrößern (Öffnen) und Verkleinern (Schließen) einer Kraftangriffsfläche dar und kann daher auftretenden Wellenkräften standhalten.
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Weiter vorzugsweise besteht der Aufklappmechanismus aus einer Anzahl von Winkelbeabstandeten Aufklapparmen, die an der Wellenkraft-Boje, d. h. an deren Säule anscharniert sind und an denen die Dämpferplatte(n) befestigt ist/sind. Dieser Aufklappmechanismus folgt somit dem Aufklappprinzip eines konventionellen Schirms, wonach trotz vergleichsweise filigraner Bauweise hohe Flächenkräfte in die Bojensäule als Schubkräfte einleitbar sind.
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Vorteilhaft ist es ferner, die erfindungsgemäße Boje mit einem Betätigungsmechanismus zur Betätigung der Aufklapparme auszustatten, der ein längs des Säulenelements verschiebbares Kolbenelement hat, an dem Pleuelstangen angelenkt sind, die an den Aufklapparmen vorzugsweise in deren jeweiligem Mittenabschnitt gelagert sind. Damit werden über die Pleuelstangen übertragene Schubkräfte in das Kolbenelement eingeleitet, wobei die Säule der Boje selbst hiervon größtmöglich unbelastet bleibt. Dabei hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, das Kolbenelement als eine die Säule verschiebbar umgebende Hülse oder Ring auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass über die Pleuelstangen eingeleitete Kräfte in der Hülse symmetrisch verteilt werden können, wodurch die gesamte Konstruktion weniger stark belastet wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Wellenkraft-Boje der Erfindung mit einem an einer Säule relativ zu dieser hin und her bewegbaren Schwimmkörper ausgerüstet, der mit einem Energieerzeugungs-/-transformationsmechanismus wirkverbunden ist. Der Schwimmkörper bildet hierbei eine Kraftangriffsfläche aus, die als nunmehr ausgewählte Wirkfläche verändert bzw. beeinflusst werden soll. Hierfür sind prinzipiell drei Maßnahmen zur Wirkflächenbeeinflussung möglich, die ausgewählt oder in Kombination ergriffen werden können.
- – Zum Einen kann die Wirkfläche des Schwimmkörpers durch mechanische Verstellmittel verändert werden. Beispielsweise kann die Wirkfläche vergrößert/verkleinert werden oder die Wirkflächen sind so gelagert, dass sie bedarfsgerecht ankommenden Wellen nachgeben/ausweichen um hierdurch den Wellenkrafteintrag in den Schwimmkörper zu reduzieren.
- – Zum Weiteren können Volumen veränderbare Körper oder Zellen am Schwimmkörper angeordnet/ausgebildet sein, um die Kraftangriffsflächen hydraulisch/pneumatisch zu vergrößern/verkleinern.
- – Zum Letzten kann die äußere Form des Schwimmkörpers verändert werden, um den Strömungswiderstand des Schwimmkörpers (auch Absorber genannt) zu variieren. Dies kann beispielsweise durch mechanisch/hydraulisch/pneumatisch aktivierbare Strömungsleitelemente erfolgen.
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Vorzugsweise sind am Schwimmkörper mechanisch aus-/einfahrbare Flächen oder Körper vorgesehen, die das äußere Gesamtvolumen und/oder die äußere (umfängliche) aktive Kraftangriffsfläche des Schwimmkörpers verändern. Auch besteht die Möglichkeit, das äußere Volumen des Schwimmkörpers durch aufblasbare Zellen/Körper/Schläuche zu verändern und damit das Ansprechverhalten des Schwimmkörpers auf ankommende Wellen zu justieren.
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Eine andere Variante sieht vor, den Schwimmkörper mit zumindest einem oder mehreren drehbaren Platten/Flügeln auszubilden, deren Winkelposition (Ausschwenkposition) bezüglich des Schwimmkörpers veränderbar ist und dadurch die Krafteinwirkung auf den Schwimmkörper erhöht oder verringert werden kann.
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Des Weiteren besteht die Option, den Schwimmkörper mit Durchströmungspassagen auszubilden, die beispielsweise durch pneumatisch füllbare Zellen eingeengt oder gar geschlossen werden können. Hierdurch lässt sich die Krafteinwirkung einer ankommenden Welle auf den Schwimmkörper regulieren. Eine alternative Ausgestaltung hierzu kann die Anordnung von Durchströmungsschlitzen oder Spalten vorsehen, die nach dem Jalousie-Prinzip kontinuierlich oder schrittweise geschlossen und geöffnet werden. Derartige Durchströmungsschlitze können dabei längsparallel zueinander oder rosettenartig ausgeformt sein, wobei die Lamellen zur wahlweisen Verschließen der Schlitze im Parallelabstand oder im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sind und gleichzeitig oder ausgewählt angetrieben werden können.
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Schließlich besteht die Möglichkeit, den Anströmwiderstand des Schwimmkörpers beispielsweise durch Verändern des Anstellwinkels oder der Krümmung der ausgewählten Wirkfläche so einzustellen, dass der Krafteintrag einer ankommenden Welle in den Schwimmkörper sich innerhalb einer bestimmten Bandbreite hält.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannten Optionen ebenfalls einzeln oder in beliebiger Kombination eingesetzt werden können, um die Verstellmöglichkeiten zu erhöhen und die Abstimmbarkeit der Wellenkraftmaschine zu verbessern. Auch ist es möglich unterschiedliche Wirkflächen auszuwählen und in einer oder mehreren vorstehend genannten weisen zu beeinflussen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Wellenkraft-Boje gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer in Funktionsstellung befindlichen Dämpferplatte,
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2 zeigt die Wellenkraft-Boje gemäß der 1 mit der in Außerfunktionsstellung befindlichen Dämpferplatte,
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3 zeigt weitere Varianten einer Dämpferplatte gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, deren Fläche variierbar gestaltet ist,
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4 zeigt in Seitenansicht schematisch eine erste Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 zeigt in Seitenansicht schematisch eine zweite Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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6 zeigt in Seitenansicht schematisch eine dritte Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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7 zeigt in Seitenansicht schematisch eine vierte Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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8 zeigt in Seitenansicht schematisch eine fünfte Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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9 zeigt in Seitenansicht schematisch eine sechste Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel und
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10 zeigt in Draufsicht schematisch eine siebte Schwimmkörper- bzw. Absorbervariante einer Wellenkraft-Boje gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß den 1 und 2 hat die erfindungsgemäße Wellenenergiemaschine vorliegend in Form einer Wellenkraft-Boje eine Säule 1 oder Dom, an der ein Schwimmkörper 2 längs der Säule 1 axialverschiebbar gelagert ist. Der Verschiebeweg des Schwimmkörpers 2 wird mittels zweier Stopper 4 oder Anschläge begrenzt, die im Axialabstand zueinander an einem Endabschnitt der Säule 1 an dieser angeordnet oder ausgebildet sind. Der Schwimmkörper 2 ist ferner mit einer Energieabgreifeinrichtung (entspricht dem Stand der Technik und ist daher nicht näher dargestellt) wirkverbunden, die im inneren der Säule 1 untergebracht ist und die eine Bewegung des Schwimmkörpers 2 relativ zur Säule 1 in eine nutzbare, vorzugsweise elektrische Energie umwandelt. Der Schwimmkörper 2 hat ein Gewicht sowie ein Auftriebsvolumen, die so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der Schwimmkörper 2 im Wesentlichen in Phase mit den in seinem Einsatzgebiet auftretenden Wellen bewegt.
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Die Säule 1 hat an ihrem dem Schwimmkörper 2 gegenüberliegenden Endabschnitt ein Ausgleichsgewicht (nicht weiter dargestellt) sowie einen Dämpferplattenmechanismus 6, die dafür ausgelegt sind, die Säule 1 im Wesentlichen vertikal im Wasser zu halten. Das Gesamtgewicht aus Säule 1 (einschließlich der Energieabgreifeinrichtung), Ausgleichsgewicht und Dämpferplattenmechanismus 6 ist so bestimmt, dass die Säule 1 im Wesentlichen ortsfest im Wasser verharrt, d. h. die Säule 1 sich außer Phase zu den Wellen bewegt. Das heißt, die Anregungsfrequenz der Wellen liegt weit über der Resonanzfrequenz der Säule 1 (unterer Teil der Boje). So stellt sich nur eine minimale oszillierende Bewegung des unteren Teils ein. Auf diese Weise wird die vorstehend bereits erwähnte Relativbewegung zwischen Schwimmkörper 2 und Säule 1 infolge der Wellenbewegung des umgebenen Wassers ermöglicht.
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Der Dämpferplattenmechanismus 6 besteht vorliegend aus einer vorzugsweise perforierten oder gegitterten Dämpferplatte 8 oder Dämpferplattenteilen und einem Betätigungsmechanismus 10, mittels dem die Dämpferplatte(n) 8 in zumindest eine Funktionsposition, in welcher sie zumindest eine vorbestimmte Kraftangriffsfläche erzeugt und in eine Außerfunktionsposition überführbar ist, in der die Kraftangriffsfläche gegenüber der Funktionsposition (wesentlich) verkleinert ist. Vorzugsweise ist der Betätigungsmechanismus 10 so ausgestaltet, dass eine Mehrzahl von Zwischenpositionen für die Dämpferplatte(n) 8 ermöglicht wird und/oder dass die Überführung der Dämpferplatte(n) 8 zwischen den beiden, vorstehend genannten Endpositionen kontinuierlich erfolgt, wobei der Betätigungsmechanismus 10 an einer beliebigen Zwischenposition gestoppt werden kann.
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Im Konkreten hat der Betätigungsmechanismus 10 eine Anzahl (vorzugsweise vier) von in gleichem Winkelabstand angeordneten Aufklapparmen 12, die an dem das Ausgleichsgewicht aufweisenden Endabschnitt der Säule 1 anscharniert sind. An den Auf klapparmen 12 ist die Dämpferplatte 8 oder Dämpferplattenteile befestigt, die einen inneren Faltmechanismus aufweist, derart, dass die Aufklapparme 12 zwischen einer aufgeklappten und einer eingeklappten Position verschwenkt werden können und, hierbei die Fläche der Dämpferplatte 8 entsprechend vergrößern und verkleinern.
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In der aufgeklappten Position der Aufklapparme 12 ist die Dämpferplatte 8 im Wesentlichen vollständig geöffnet (entfaltet) und spannt dabei eine Wellenkraft-Angriffsfläche auf, die sich in etwa senkrecht zur Säule 1 erstreckt. In der geschlossenen (eingeklappten) Position legen sich die Aufklapparme 12 längs der Säule 1 an diese an, bzw. nähern sich dieser Lage, in der die Dämpferplatte 8 weitestgehend zusammengefaltet oder zusammengeschoben ist.
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Zur Verschwenkung der Aufklapparme 12 ist ein Kolbenelement 14 in Form einer längs der Säule 1 verschiebbar auf dieser gelagerten Hülse vorgesehen, an der (vier) Pleuelstangen schwenkbar anscharniert sind. Die Pleuelstangen 16 sind an ihren jeweils freien Enden mit den Aufklapparmen 12 scharnierartig verbunden, wofür an den Aufklapparmen 12 in deren jeweiligen Mittenabschnitten Anlenkelemente 18 angeordnet/ausgebildet sind.
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Die Hülse 14 ist über einen translatorisch wirkenden Antrieb 20, beispielsweise einen Hubzylinder, einen Ketten- oder Seilantrieb oder eine Zahnstange betätigbar, welcher die Hülse 14 längs der Säule 1 verschiebt. Schließlich ist der Antrieb 20 an eine elektrische Steuerung (nicht gezeigt) angeschlossen, die den Antrieb 20 in Abhängigkeit eines erfassten Wellengangs oder auf der Grundlage von Außen (durch eine Bedienperson) eingegebener Parameter ansteuert.
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Bei einem gewöhnlichen, d. h. durchschnittlichen Wellengang wird der Antrieb 20 zum Variieren der aktiven Wirkfläche der Dämpferplatte 8, d. h. im Vorliegenden der Klappmechanismus 10 so betätigt, dass die Dämpferplatte 8 vorzugsweise die maximale Wirkfläche erhält. In dieser Position entfaltet die Wellenkraft-Boje ihren maximalen Wirkungsgrad. Der Schwimmkörper 2 bewegt sich dabei zwischen den axial beabstandeten Stoppern 4 im Gleichklang mit der Wellenbewegung bezüglich der Säule 1 auf und ab und erzeugt dabei nutzbare Energie.
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Nimmt der Seegang und damit die Wellenhöhe zu, wird dies entweder von der Boje selbsttätig registriert (beispielsweise über Positionssensoren am Schwimmkörper) oder es werden von außen (beispielsweise durch eine externe Bedienerperson) entsprechende Parameter zur Einstellung der aktiven Wirkfläche der Dämpferplatte 8 eingegeben, worauf der Antrieb 20 aktiviert wird, um die Dämpferplatte 8 zu verkleinern. Im Konkreten werden die Aufklapparme 12 in Richtung Säule 1 verschwenkt (zusammengeklappt), wobei die Dämpferplatte 8 zusammengefaltet wird.
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Hierdurch nimmt die aktive Wirkfläche (Kraftangriffsfläche) der Dämpferplatte 8 ab und die Säule 1 beginnt damit, sich zunehmend mit den auftretenden Wellen zubewegen. Dadurch reduziert sich die Relativbewegung zwischen dem Schwimmkörper 2 und der Säule 1 und die gesamte Konstruktion wird weniger stark von den Wellen belastet. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebene Konstruktion nur beispielhaft ist und in unterschiedlicher Weise verändert werden kann. Beispielsweise können mehrere kleinflächige Dämpferplatten längs der Säule 1 (im Axialabstand zueinander) angeordnet sein, die einzeln oder gemeinsam über den beschriebenen Antrieb 20 geöffnet und geschlossen werden können, um die Gesamtangriffsfläche zu variieren. Auch können, wie die 3 zeigt, andersartige Öffnungsmechanismen bzw. Dämpferplatten wie beispielsweise eine Dämpferplatten-Rosette mit motorisch verschließ- und öffenbaren Perforationsöffnungen oder horizontal ineinander schiebbare Plattenteile vorgesehen sein.
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Im Nachfolgenden wird mit Bezug auf die 4 bis 10 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie dessen unterschiedliche Varianten näher beschrieben. Hierbei soll lediglich auf die zum ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel und dessen Varianten unterschiedlichen technischen Merkmale eingegangen werden. Ansonsten wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung lässt sich prinzipiell entnehmen, dass zur Anpassung der Wellenenergiemaschine, vorliegend in Form einer Wellenkraft-Boje, an aktuell ankommende Wellen, die daran angeordnete Dämpferplatte 8 jene ausgewählte Wirkfläche im Sinne der Erfindung bildet, deren aktiv wirksames Flächenmaß vergrößert/verkleinert wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es aber auch möglich, die am Schwimmkörper 2 sich ausbildenden Kraftangriffsflächen als ausgewählte Wirkflächen vorzugsweise in Abhängigkeit aktuell ankommender Wellen zu beeinflussen, um den Wellenkrafteintrag in die Wellenenergiemaschine zu regeln.
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Gemäß der 4 ist es hierfür vorgesehen, den Schwimmkörper 2, wie er beispielsweise in den 1 und 2 konstruktiv dargestellt ist, prinzipiell mit einer mechanischen Flächenverstelleinrichtung auszurüsten. Konkreter ausgedrückt hat der Schwimmkörper gemäß der schematischen Darstellung von 4 eine Anzahl von mechanisch ausfahrbaren Volumen- und/oder Flächenelementen 24, die vorzugsweise in Abhängigkeit eines erfassten/berechneten Wellenkrafteintrags über die Basiskontur des Schwimmkörpers 2 hinaus ausgestellt werden. Hierdurch kann beispielsweise der Auftriebswert des Schwimmkörpers 2 erhöht/verringert werden, wodurch sich das Ansprechverhalten des Schwimmkörpers 2 auf schnelle Niveauänderungen des Wasserspiegels einstellen lässt. Im einfachsten Fall macht sich die mechanisch wirkende Flächenverstelleinrichtung Fliehkräfte zur Verstellung der mechanisch ausfahrbaren Volumen- und/oder Flächenelemente 24 zu Nutze, d. h. bei Erreichen bestimmter Relativbewegungsgeschwindigkeiten zwischen Säule 1 und Schwimmkörper 2 werden kontinuierlich oder schrittweise einzelne oder alle Volumen- und/oder Flächenelemente 24 infolge ihrer eigenen Massenträgheit soweit ausgefahren, dass die Geschwindigkeit unterhalb eines kritischen Werts gehalten wird. Es ist jedoch auch möglich, einen mechanischen Stellantrieb in dem Schwimmkörper 2 anzuordnen, der vorzugsweise in geregelter Weise die Volumen- und/oder Flächenelemente 24 aktiv betätigt.
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Die 5 zeigt eine zweite Variante des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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In diesem Fall sind am Schwimmkörper 2 eine Art Flügelelemente oder drehbare Platten 26 angeordnet, die vorzugsweise in Abhängigkeit des aktuellen Wellengangs aus- oder eingeschwenkt werden können. Je nach eingestellter Ausschwenkposition vergrößert/verkleinert sich die aktuelle Kraftangriffsfläche der Flügelelemente 26, die demzufolge eine entsprechend veränderbare Wellenenergie in den Schwimmkörper 2 einleiten. Wie aus der 5 zu ersehen ist, können derartige Flügelelemente 26 an allen Seiten des Schwimmkörpers 2 ggf. in ausgewählter Weise angeordnet sein.
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Gemäß der 6 ist es in einer weiteren Variante vorgesehen, den Schwimmkörper 2 mit einer Anzahl von Durchströmungskanälen 28 auszuformen. In diesen Durchströmungskanälen 28 sind vorzugsweise füll- oder aufblasbare Zellen 30 angeordnet, deren Zellwand ggf. aus einem elastischen oder flexiblen (unelastisch) Material besteht. Diese Zellen 30 können dabei abschnittsweise in den jeweiligen Durchströmungskanälen 28 angeordnet sein oder sie erstrecken sich über deren gesamte Kanallänge, wie dies beispielhaft in der 6 dargestellt ist.
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Je nach Füllzustand der Zellen 30 verengen oder erweitern sich die Durchströmungskanäle 28 und bilden so eine sich verändernde Widerstandfläche für ankommende Wellen. Werden die Zellen 30 darüber hinaus noch mit einem Gas, vorzugsweise Luft aufgeblasen, verändert sich zudem der Auftriebswert des Schwimmkörpers 2 entsprechend.
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Eine alternative Ausgestaltung zur Variante gemäß der 6 ist in der 7 gezeigt. In diesem Fall sind befüll- bzw. aufblasbare Zellen 30 mit flexibler, vorzugsweise elastischer Zellwand an der Außenkontur des Schwimmkörpers 2 angeordnet und über nicht weiter dargestellte Leitungen mit einer Pumpe verbunden. Auch in diesem Fall ändert sich je nach Füllzustand der Zellen 30 die Kraftangriffsfläche und ggf. auch der Auftriebswert des Schwimmkörpers 2, um so dessen Ansprechverhalten auf ankommende Wellen zu justieren.
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Die 8 zeigt eine andere Variante des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Hierbei hat der Schwimmkörper 2 eine Anzahl von Wasser durchströmbaren Schlitzen 32, die durch vorzugsweise mechanisch verstellbare Lamellen 34 nach Art einer Jalousie kontinuierlich oder schrittweise verschlossen werden können. Diese Schlitze 32 sind in der 8 vertikal angezeichnet, sie können aber auch zumindest teilweise horizontal oder geneigt verlaufen. Die Bewegung der Lamellen 34 kann eine Schiebebewegung oder eine Schwenkbewegung sein.
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Aus der 9 ist eine alternative Ausgestaltung zu der in 8 gezeigten Lamellenvariante entnehmbar. In diesem Fall sind Durchströmungsschlitze 32 nicht parallel zueinander beabstandet, wie dies in der Variante gemäß der 8 vorgesehen ist, sondern die Durchströmungsschlitze 32 sind nach Art einer Rosette in vorzugsweise gleichem Winkelabstand zueinander auf einer Kreisbahn angeordnet. Im Mittelpunkt dieser Kreisbahn ist eine Verschlussscheibe 36 drehbar am Schwimmkörper 2 gelagert, mit einer den Durchströmungsschlitzen entsprechenden Anzahl von Flügeln, die je nach Drehstellung der Scheibe 36 die Durchströmungsschlitze 32 kontinuierlich verschließen. Der Effekt der Durchströmungsschlitze 32 gemäß der 8 oder 9 ist im wesentlichen der Gleiche wie bei den vorstehend beschriebenen Durchströmungskanälen 28 gemäß der 6, sodass an dieser Stelle auf die vorstehende Textstelle verwiesen werden kann.
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Schließlich sei noch auf eine Variante des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der 10 eingegangen. Wie aus der Draufsicht der 10 zu entnehmen ist, sind an dem Schwimmkörper 2 eine Anzahl von füll- bzw. aufblasbaren Zellen 30 aus einem flexiblen, vorzugsweise elastischen Material so angebracht, dass sich die Oberflächenkontur des Schwimmkörpers 2 zumindest in Strömungsrichtung ankommenden Wassers bei Wellengang ändert. Hierdurch wird erreicht, dass der Strömungswiderstand des Schwimmkörpers 2 durch Verbessern/Verschlechtern der Strömungsdynamik der Schwimmkörper-Kontur variierbar ist, um des Weiteren das Ansprechverhalten des Schwimmkörpers 2 auf dynamische Wasserspiegel-Niveauänderungen zu justieren.
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In diesem Beispiel wird das dadurch erreicht, indem die befüllbaren Zellen 30 die Oberflächenkrümmung am Schwimmkörper 2 ändern, wodurch der entsprechende strömungsdynamische Auftriebsbeiwert des Schwimmkörperprofils variiert wird. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, beispielsweise aus dem Flugzeugbau bekannte mechanische Maßnahmen zur temporären Änderung eines Auftriebsprofils vorzusehen, wie beispielsweise das Ausstellen von Zwangsverwirbelungsmitteln etc., welche das Ansprechverhalten des Schwimmkörpers vorherbestimmbar beeinflussen.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die beiden Ausführungsbeispiele sowie deren Varianten anhand der Figuren separat voneinander als Einzelmaßnahmen beschrieben sind. Grundsätzlich können diese Maßnahmen in beliebiger Kombination miteinander bei der erfindungsgemäßen Wellenenergiemaschine angewandt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Säule
- 2
- Schwimmkörper
- 4
- Stopper
- 6
- Dämpferplattenmechanismus
- 8
- Dämpferplatte
- 10
- Betätigungsmechanismus
- 12
- Aufklapparme
- 14
- Kolbenelement/Hülse
- 16
- Pleuelstangen
- 18
- Anlenkelemente
- 20
- Antrieb
- 22
- Ausgleichsgewicht
- 24
- Volumen-/Flächenelemente
- 26
- Flügelelemente
- 28
- Durchströmungskanäle
- 30
- füllbare Zellen
- 32
- Schlitze
- 34
- Lamellen
- 36
- Verschlussscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0266704 A1 [0003]
