DE102010049630A1

DE102010049630A1 - Schiff mit einer Vorrichtung zur Nutzung der Windenergie zum Schiffsvortrieb und zur Stromerzeugung

Info

Publication number: DE102010049630A1
Application number: DE102010049630A
Authority: DE
Inventors: Jörg Pannewitz
Original assignee: SMK KONSTRUKTIONSBUERO GES fur INGENIEURLEISTUNGEN IM ROHRLEITUNGSBAU EINRICHTUNG und AUSRUESTUNG M; Smk Konstruktionsbuero Gesellschaft fur Ingenieurleistungen Im Rohrleitungsbau Einrichtung und Ausruestung Mbh
Current assignee: SMK KONSTRUKTIONSBUERO GES fur INGENIEURLEISTUNGEN IM ROHRLEITUNGSBAU EINRICHTUNG und AUSRUESTUNG M; Smk Konstruktionsbuero Gesellschaft fur Ingenieurleistungen Im Rohrleitungsbau Einrichtung und Ausruestung Mbh
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-03

Abstract

Schiff mit Vorrichtung zur Nutzung der Windenergie zum Schiffsvortrieb und zur Stromerzeugung, gekennzeichnet durch wenigstens eine verschwenk- und/oder verdrehbare Kombination von wenigstens zwei Profilsegeln für den Vortrieb und wenigstens einem senkrecht stehenden H-Typ Darrieus-Windgenerators, der gemeinsam auf einem Basisträger mit den Profilsegeln um eine vertikale Achse je nach Windrichtung und/oder gewünschter Fahrtrichtung oder Fahrtrichtungsänderung und/oder Geschwindigkeitsänderung drehbar gegenüber der Schiffsachse angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einer Vorrichtung zur Windenergienutzung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, die sowohl den direkten Schiffsvortrieb als auch eine elektrische Stromerzeugung ermöglicht.
Im Stand der Technik sind Segelriggs mit Segeltüchern für den direkten Schiffsvortrieb, die manuell bedient werden. Automatisierte Riggs mit erhöhtem Wirkungsgrad finden sich auf wenigen Prototypen-Schiffen, wie beispielsweise die E-Ship-1, die mit vier Flettnerrotoren ausgestattet ist. Die Flettnerrotoren bestehen aus Zylindern, die durch Motoren angetrieben werden und bei Anströmung durch den Wind eine Auftriebskraft erzeugen, die das Schiff vorantreibt (siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/E-Ship_1). Ein weiteres Beispiel ist die Maltese Falcon, eine Privatyacht, die mit einem Dynarigg ausgerüstet ist. Das Dynarigg besteht aus Rahsegeln, bei denen die Rahen fest mit dem Mast verbunden sind. Die Anstellung der Segel erfolgt durch Drehung des Mastes. Die Segel selbst werden aufgerollt im Mast gestaut und zum Segeln herausgerollt. Das Aus- und Einrollen der Segel erfordert eine genau eingestellte Seilführung mit einer exakten Steuerung. (siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Dynaship und www.symaltesefalcon.com). Mit einem einzelnen festen Profilsegel ist der Segelroboter HWT-X-1 ausgestattet. Das Profilsegel ist zweigeteilt mit einem vorderen und einem hinteren Profilteil. Zusätzlich sind hinter dem Profilsegel kleine Klappen angeordnet. Das Segel wird durch Sensoren, die auf dem Schiff angeordnet sind, automatisch zum Wind ausgerichtet. (siehe auch www.harborwingtech.com). Alle aufgeführten automatisierten Riggs dienen dabei nur dem Vortrieb des Schiffes.
Windgeneratoren andererseits kommen auf Segelyachten zur Bordstromerzeugung zum Einsatz, sie leisten keinen Beitrag für den Schiffsvortrieb. Diese Windgeneratoren sind im „normalen” Yachtausrüstungshandel erhältlich.
Generell gibt es eine Vielzahl an bewährten Generatortypen, die problemlos auch auf Schiffen eingesetzt werden könnten. Besonders geeignet sind Generatoren mit H-Typ Darrieus Rotoren, bei denen die Rotorblätter senkrecht angeordnet und von der vertikalen Drehachse freistehend auf Tragarmen gelagert sind. Die vertikale Bauweise reduziert den Aussendurchmesser der Generatoren und macht diesen Typ unanfälliger für turbulente Strömungen in bebauten Gebieten.
Soll ein Windgenerator zum Schiffsvortrieb genutzt werden, so sind die Umwandlungsverluste von Windenergie in elektrischen Strom bei weiterer Umwandlung in Propulsion sehr groß.
Herkömmliche Segel wiederum sind aufgrund hohen Personalaufwands und großen Platzbedarfs üblicherweise nicht mehr zum Schiffsvortrieb in Benutzung.
Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, die Windenergienutzung sowohl für den Vortrieb eines Wasserfahrzeuges wie auch für die Energiegewinnung, insbesondere in den Zeiten, in denen das Schiff liegt, zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird daher eine Kombination von Profilsegeln für den Vortrieb und ein senkrecht stehender H-Typ Darrieusartiger Windgenerator zur Stromerzeugung gewählt. Der Generator ist zwischen den Profilsegeln angeordnet, um dort, immer dann, wenn die Profilsegel nicht im Vortriebseinsatz sind, elektrischen Strom zu gewinnen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Generator auch während der Fahrt bei hohen Windgeschwindigkeiten Strom erzeugen.
In den Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, bei dem auf dem Oberdeck eines Schiffes ein Basisträger verdrehbar angeordnet ist, auf dem zwei vertikal stehende Profilsegel beabstandet der Drehachse angeordnet sind und jeweils in sich um eine vertikale Achse verdrehbar sind. Die Verdrehung der Komponenten erfolgt über Stellmotore.
Es wird dabei vorgeschlagen Querträger zwischen den Profilsegeln vorzusehen, die in der Höhe im Wesentlichen horizontal angeordnet sind und weiterhin die Veränderung des Anstellwinkels der Profilsegel zueinander ermöglichen. Die Profilsegel sind dabei bevorzugt zweigeteilt ausgeführt und der hintere Teil kann eine Art Klappe bilden, die unabhängig von dem vorderen Profilteil bewegt werden kann.
Bei einer Fahrtrichtungsänderung oder einer Windrichtungsänderung erfolgt die erforderliche Nachführung der Vorrichtung über die Drehverbindung zwischen Basisträger und Schiff.
Die jeweiligen Anstellwinkel der Vorrichtung werden über eine Computersteuerung elektronisch berechnet und ohne menschliches Zutun in der gewünschten Weise eingestellt. Zwischen den Profilsegeln sind an den Querträgern zusätzlich Windrotoren angeordnet, diese drehen sich durch die Luftströmung zwischen den Profilsegeln und erzeugen über angeschlossene Generatoren Strom. Die Anzahl und Größe der Windgeneratoren ist abhängig von der Größe der Profilsegel, sowie vom Abstand dieser zueinander.
Im Hafen wird die Vorrichtung in Windrichtung ausgerichtet, die Profilsegel werden zueinander so verdreht, dass sie bei schwachen Winden eine Düse bilden, um die Anströmgeschwindigkeit der Windgeneratoren zu erhöhen. Bei zu großer Windgeschwindigkeit werden die Profilsegel so gestellt, dass sie die Anströmgeschwindigkeit verringern. Dadurch werden die Windrotoren immer optimal angeströmt und müssen bei stärkerem Wind nicht abgeschaltet werden. Die Energieversorgung der Stellmotore im Segelrigg sowie die Abführung des elektrischen Stroms der Windgeneratoren kann durch einen zentralen Mast oder über die Querträger in das Schiff erfolgen.
Die Steuerung des gesamten Riggs erfolgt vollautomatisch und computergesteuert auch in den Hafenliegezeiten. Zahlreiche Sensoren ermitteln die Windrichtung und Windstärke an relevanten Stellen des Schiffes. Diese Informationen werden in geeignete Anstellsteuerkommandos umgesetzt. Die Vorteile beim Einsatz der Vorrichtung auf Schiffen sind die kompakte Bauweise, die einfache Handhabung durch Automatisierung und eine effektivere Nutzung der Windenergie.
Während der Fahrt kann durch die nebeneinander stehenden Profilsegel, die sich beeinflussen und individuell angesteuert werden, von einer mehr als doppelt so großen Vortriebskraft, verglichen mit herkömmlichen Einzelsegeln ausgegangen werden.
Im Hafen wird die Effektivität der Windrotoren durch die Anordnung zwischen den Profilsegeln gesteigert, da die Anströmgeschwindigkeiten abhängig der Windstärke erhöht oder verlangsamt werden können. Dadurch, dass die Windgeneratoren fast immer im optimalen Bereich arbeiten, kann die erzielte Energieausbeute 50–100% höher als im Vergleich zu konventionell aufgestellten Anlagen angenommen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung, in der zwei Profilsegel drei zentral angeordnete Windgeneratoren umgeben und mit diesen auf einem Basisträger auf dem Deck eines katamaranartigen Wasserfahrzeuges angeordnet sind. Die Profilsegel sind mit Querträgern verbunden.
2 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung von der Seite, und
3 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung von vorn.
In der 1 ist das Schiff 10 dargestellt. Auf dem Schiff ist der Basisträger 32 mit den Profilsegeln 22, 24 und den hier beispielhaft drei übereinander angeordneten Windgeneratoren 26, 28, 30 sowie den Querträgern 14, 16, 18, 20 zu erkennen. Die Profilsegel weisen an ihren Innenseiten Schlitze 60 für die Querträger auf, die das Anwinkeln der Profilsegel zueinander ermöglichen. Weiterhin ist das Drehlager 42 des Basisträgers zu erkennen mit dem die Vorrichtung auf dem Schiffsdeck verdreht werden kann. Über dieses Drehlager erfolgt die generelle Anstellung der Vorrichtung zum Wind. Auf dem Basisträger sind die Drehlager 40 der Profilsegel sichtbar, mit denen die Profilsegel untereinander optimal ausgerichtet werden.
In der 2 ist der vordere Teil 50 eines Profilsegels mit seiner Drehachse 12 auf dem Basisträger 32 dargestellt. Der hintere Teil 52 des Profisegels ist als Klappe ausgebildet und im Wesentlichen hinter dem Basisträger angeordnet. Durch unterschiedliche Anstellung von vorderem Profilteil und Klappe wird die Profiltiefe und damit der vom Profilsegel erzeugte Auftrieb optimiert. Die vertikale Achse des Basisträgers ist zwischen Basisträger und Schiff 10 zu erkennen.
In der 3 ist das Schiff 10 mit Basisträger 32 und den Profilsegeln 22, 24 mit deren vertikalen Achsen 12 zu sehen. Zwischen den Profilsegeln sind die Querträger 14, 16, 18, 20 zur Aussteifung der Vorrichtung zu erkennen sowie die Anordnung der Windgeneratoren 26, 28, 30. Die Beeinflussung der Anströmung der Windrotoren durch die Profilsegel wird durch die dargestellten Größenverhältnisse erkennbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/E-Ship_1 [0002]
http://de.wikipedia.org/wiki/Dynaship [0002]
www.symaltesefalcon.com [0002]
www.harborwingtech.com [0002]

Claims

Schiff mit Vorrichtung zur Nutzung der Windenergie zum Schiffsvortrieb und zur Stromerzeugung, gekennzeichnet durch wenigstens eine verschwenk- und/oder verdrehbare Kombination von wenigstens zwei Profilsegeln für den Vortrieb und wenigstens einem senkrecht stehenden H-Typ Darrieus-Windgenerators, der gemeinsam auf einem Basisträger mit den Profilsegeln um eine vertikale Achse je nach Windrichtung und/oder gewünschter Fahrtrichtung oder Fahrtrichtungsänderung und/oder Geschwindigkeitsänderung drehbar gegenüber der Schiffsachse angeordnet ist.
Schiff mit Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Profilsegel zusätzlich um seine eigene Achse drehbar ist.
Schiff mit Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl übereinander angeordneter H-Typ Darrieus-Windgenerators zwischen zwei Profilsegeln angeordnet ist, die jeweils eigene Drehachsen und Generatoren aufweisen.
Schiff mit Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Basisträger-Kombinationen über den Schiffsrumpf verteilt vorgesehen sind.