DE102015217550A1 - HUBER ENTERTAINMENT SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Schwimmfähige Tragstruktur mit einem Tragrahmen und einer Vielzahl von Schwimmkörper, die sich auf einer Flüssigkeitsoberfläche schwimmend mittels im Wesentlichen vertikal ausgerichteter an die Tragstruktur angebundener Linearführungen unabhängig voneinander relativ zum Tragrahmen vertikal oszillierend bewegen können. Zumindest eine Teilmenge der Schwimmkörper von einem an der Tragstruktur angebrachten Huberhaltungssystem mit einer auf die Flüssigkeitsoberfläche gerichteten Abstützkraft beaufschlagbar, sodass die Summe der Abstützkräfte auf die Teilmenge der Schwimmkörper den Tragrahmen der Tragstruktur mit einem konstanten mittleren Abstand über der Flüssigkeitsoberfläche hält.Floating support structure with a support frame and a plurality of floating bodies, which can move vertically oscillating on a liquid surface by means of substantially vertically aligned to the support structure tethered linear guides independently of each other relative to the support frame. At least a subset of the floats can be acted upon by a support system attached to the support structure with a supporting force directed towards the liquid surface so that the sum of the support forces on the subset of the floats holds the support frame of the support structure at a constant mean distance above the liquid surface.
Description
Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Tragstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welche beispielsweise in
Schwimmfähige Tragstrukturen sind aus dem Stand der Technik, insbesondere als pontonartige Tragstrukturen bekannt, welche fest mit dem Ufer eines Gewässers verbunden sind und beispielsweise Wasserstands-unabhängige Festmachmöglichkeit für Schiffe dienen. Pontons werden aber auch als als schwimmfähige Arbeitsplattformen verwendet und bestehen im Wesentlichen aus einer flächig ausgebildeten Plattform, unter der, zur Erzeugung der Schwimmfähigkeit der Plattform, Schwimmkörper angeordnet sind. Diese Schwimmkörper sind dabei meist starr mit der Plattform verbunden, so dass die Plattform bei Wellengang schwankt.Floating support structures are known from the prior art, in particular as pontoon-like support structures, which are firmly connected to the shore of a body of water and serve, for example, water level-independent mooring possibility for ships. However, pontoons are also used as buoyant work platforms and consist essentially of a flat platform under which, for generating the buoyancy of the platform, floating bodies are arranged. These floats are usually rigidly connected to the platform, so that the platform fluctuates in waves.
In dem oben bezeichneten Patent
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schwimmfähige Tragstruktur bereitzustellen, mit der eine vom Wellengang weitestgehend entkoppelte Unterstützung eines Tragrahmens bereitgestellt werden kann, wobei der mittlere Abstand des Tragrahmens über einer Flüssigkeitsoberfläche mit Wellengang bevorzugt konstant bleibt. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die es ermöglicht, das Abstandsniveau des Tragrahmens einer schwimmfähigen Tragstruktur über der Wasseroberfläche einstellbar zu machen. Weiter soll dieser Abstand dynamisch an die jeweilige Belastung auf den Tragrahmen und/oder den Wellengang anpassbar sein. Darüberhinaus soll die Vorrichtung einfach, robust, wartungsarm sein sowie kostengünstig in ihrer Herstellung.The object of the invention is therefore to provide a buoyant support structure, with a largely decoupled from the swell support of a support frame can be provided, wherein the average distance of the support frame preferably remains constant over a liquid surface with swell. In addition, a device is to be provided which makes it possible to adjust the distance level of the support frame of a buoyant support structure above the water surface. Next, this distance should be dynamically adaptable to the particular load on the support frame and / or the swell. Moreover, the device should be simple, robust, low-maintenance and inexpensive to manufacture.
Die Aufgabe wird mit einer schwimmfähigen Tragstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüche auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet sind.The object is achieved with a buoyant support structure according to
Die erfindungsgemäße schwimmfähige Tragstruktur weist einen Tragrahmen auf, der beispielsweise für die Aufnahme von Energieerzeugungsvorrichtungen oder zum Tragen einer Plattform, beispielsweise für die Aufständerung von Solarpaneelen, geeignet ist. Der Tragrahmen weist eine Vielzahl von im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Linearführungen auf, wobei jeder Führung ein Schwimmkörper zugeordnet ist, der in Führungsrichtung vertikal oszillierend beweglich durch die Linearführung gelagert ist. Die an dem Tragrahmen angeordneten vertikalen Linearführungen können beispielsweise Führungen sein, in denen Führungsstangen, die fest mit den Schwimmkörpern verbunden sind, linear in vertikaler Richtung auf und ab bewegbar sind. Andererseits können die vertikal angeordneten Führungen ortsfest mit der Tragstruktur verbundene, im schwimmenden Zustand der erfindungsgemäßen Tragstruktur vertikal ausgerichtete Führungsschienen sein, an denen die Schwimmkörper linear auf und ab bewegbar sind. Für den Erfindungsgedanken ist es unerheblich, welche der beiden Ausführungsarten zur Anwendung kommt.The buoyant support structure according to the invention comprises a support frame, which is suitable, for example, for receiving power-generating devices or for supporting a platform, for example for mounting solar panels. The support frame has a plurality of substantially vertically aligned linear guides, each guide is associated with a floating body, which is mounted vertically oscillating in the guide direction by the linear guide. The arranged on the support frame vertical linear guides can be, for example, guides in which guide rods, which are fixedly connected to the floats, linearly in the vertical direction are movable up and down. On the other hand, the vertically arranged guides may be fixedly connected to the support structure, in the floating state of the support structure according to the invention vertically aligned guide rails on which the floats are linearly movable up and down. For the inventive concept, it is irrelevant which of the two embodiments is used.
Erfindungsgemäß werden die Schwimmkörper mit einer konstanten Kraft vom Tragrahmen in Richtung Flüssigkeitsoberfläche weggedrückt, wobei die Kraft erfindungsgemäß über den gesamten Hub- bzw. Bewegungsbereich der Schwimmkörper konstant oder nahezu konstant sein soll. Die Kraft, mit der die einzelnen Schwimmkörper vom Tragrahmen weggedrückt werden, ist dabei so hoch, dass die Summe aller auf die Schwimmkörper wirkenden Kräfte genauso groß ist, wie die Gewichtskraft der vollständigen Tragstruktur minus der der Schwimmkörper, ggf. jedoch mit auf oder an der Tragstruktur angeordneten weiteren Vorrichtungen. Da sich die Schwimmkörper aufgrund des archimedischen Auftriebsprinzip auf der Flüssigkeitsoberfläche abstützen, wird der Tragrahmen der erfindungsgemäßen Tragstruktur durch die Summe der vertikalen Kräfte durch das Wechselwirkungsprinzip (Actio gleich Reactio) im Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche gehalten.According to the float with a constant force from the support frame in the direction of the liquid surface pushed away, the force according to the invention over the entire stroke or range of motion of the floating body should be constant or nearly constant. The force with which the individual floats are pushed away from the support frame is so high that the sum of all forces acting on the float forces is equal to the weight of the complete support structure minus the float, but possibly with on or on the Support structure arranged further devices. Since the floats are supported on the liquid surface due to the Archimedean buoyancy principle, the support frame of the support structure according to the invention is kept at a distance from the liquid surface by the sum of the vertical forces due to the interaction principle (Actio equals Reactio).
Für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es dabei unerheblich, ob alle Schwimmkörper mit einer gleich hohen Kraft vom Tragrahmen in Richtung Flüssigkeitsoberfläche gedrückt werden oder ob diese Kräfte unterschiedlich sind. Vom Erfindungsgedanken ist auch umfasst, dass nur eine Teilmenge der Schwimmkörper mit einer vertikalen Kraft beaufschlagt wird und die Teilmenge von kraftbeaufschlagten Schwimmkörpern die Tragstruktur über der Flüssigkeitsoberfläche hält. Bevorzugt ist jedoch eine gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Schwimmkörper, so dass alle vertikalen Kräfte gleichermaßen zur Abstützung des Tragrahmens über der Flüssigkeitsoberfläche beitragen.For the realization of the inventive concept, it is irrelevant whether all floats are pressed with an equal force from the support frame in the direction of the liquid surface or whether these forces are different. It is also encompassed by the idea of the invention that only a subset of the floating bodies is subjected to a vertical force and the subset of force-loaded floating bodies holds the supporting structure above the liquid surface. However, a uniform force distribution is preferred on all floats, so that all vertical forces alike contribute to the support of the support frame over the liquid surface.
Erfindungsgemäß wird die Kraft, die auf die einzelnen Schwimmkörper wirkt, durch ein Huberhaltungssystem, welches an dem Tragrahmen befestigt ist, erzeugt und auf die Schwimmkörper bevorzugt derart gleichmäßig verteilt, dass der Tragrahmen mit einem konstanten Abstand über der Flüssigkeitsoberfläche gehalten wird. Gestützt durch die Schwimmkörper und die einzelnen Tragkräfte wird der Tragrahmen dabei von den Tragkräften weiter bevorzugt horizontal, d. h. im Wesentlichen waagerecht ausgerichtet. Dies gelingt am besten, wenn alle Tragkräfte, also die vom Huberhaltungssystem auf die Schwimmkörper ausgeübten Kräfte für alle Schwimmkörper, unabhängig vom deren Abstand zum Tragrahmen, gleich hoch sind. Geht man beispielsweise von einer Anzahl n von Schwimmkörpern aus, so ist bevorzugt die Tragkraft, die vom Huberhaltungssystem auf jeden einzelnen Schwimmkörper ausgeübt werden muss, gleich dem n-ten Teil der Gewichtskraft der gesamten erfindungsgemäßen Tragstruktur minus dem Gewicht der Schwimmkörper.According to the invention, the force acting on the individual floats is generated by a Huberhaltungssystem which is fixed to the support frame, and preferably distributed evenly on the floating body so that the support frame is held at a constant distance above the liquid surface. Supported by the floating body and the individual load-bearing forces of the support frame is thereby preferably further horizontally by the carrying forces, d. H. essentially level. This is best achieved if all load-bearing forces, ie the forces exerted by the Huberhaltungssystem on the floats forces for all floats, regardless of their distance from the support frame, are the same. Assuming, for example, a number n of floats, it is preferred that the carrying capacity to be exerted by the Huberhaltungssystem on each float, equal to the nth part of the weight of the entire supporting structure according to the invention minus the weight of the float.
Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es weiter unerheblich, wie die Tragkräfte vom Huberhaltungssystem erzeugt und auf die einzelnen Schwimmkörper übertragen werden. Dies kann beispielsweise rein mechanisch, elektro-mechanisch, rein elektrisch angetrieben, elektrohydraulisch oder rein hydraulisch oder pneumatisch oder in einer anderen Art und Weise erfolgen. Welche Art von Krafterzeugung und Kraftübertragung vom Huberhaltungssystem auf die einzelnen Schwimmkörper zur Anwendung/Ausführung kommt, wird der Fachmann je nach Einsatz- und/oder Betriebsbedingungen auswählen. Für eine auf einer Meeresoberfläche schwimmenden erfindungsgemäßen Tragstruktur wird der Fachmann ggf. an ein mit Meerwasser oder Luft gespeistes hydraulisch oder pneumatisch angetriebenes Huberhaltungssystem mit einer der Anzahl der Schwimmkörper entsprechenden Anzahl an miteinander fluidverbundener Kolben-Zylinder Einheiten denken oder an ein mit einer entsprechenden Anzahl von Elektromotoren versehenes Huberhaltungssystem. Eine Mischform hiervon ist dabei genauso denkbar, wie ein mechanisches System aus vorgespannten Seilen und relativ zueinander vertikal beweglicher Umlenkrollen, wobei ein Teil der Anzahl der Umlenkrollen ortsfest mit dem Tragrahmen und der andere Teil der Umlenkrollen ortsfest bzgl. der Schwimmkörper angeordnet ist. Somit bewirkt/erlaubt eine Abstandsveränderung zwischen einer ersten Tragrahmen-festen Umlenkrolle und einer zugehörigen Schwimmkörper-festen Umlenkrolle eine gegengleiche Abstandsveränderung zwischen einem oder mehreren anderen Paar/Paaren von Tragrahmen- und Schwimmkörper-festen Umlenkrollen.For the realization of the inventive concept, it is also irrelevant how the load-bearing forces are generated by the Huberhaltungssystem and transmitted to the individual floats. This can be done, for example, purely mechanically, electro-mechanically, purely electrically driven, electro-hydraulically or purely hydraulically or pneumatically or in another manner. The type of force generation and power transmission from the Huberhaltungssystem on the individual floats comes to the application / execution, the expert will select depending on the operating and / or operating conditions. For a support structure according to the invention floating on a sea surface, the person skilled in the art will possibly think of a hydraulic or pneumatically driven Huber holding system with a number of floating bodies having a number of fluid-connected piston-cylinder units or a corresponding number of electric motors provided Huberhaltungssystem. A mixed form thereof is just as conceivable as a mechanical system of prestressed ropes and relatively vertically movable pulleys, wherein a part of the number of pulleys stationary with the support frame and the other part of the pulleys fixed with respect to. The float is arranged. Thus, a change in the distance between a first support frame fixed idler pulley and an associated buoyant fixed idler pulley will cause an equal distance change between one or more other pair / pairs of support frame and bucket fixed idlers.
Das Huberhaltungssystem gewährleistet somit nicht nur, dass die Tragkraft, die auf die Schwimmkörper ausgeübt wird, in jeder Position der Schwimmkörper relativ zum Tragrahmen dem Betrag nach konstant ist, sondern auch, dass eine Abstandsveränderung eines Schwimmkörpers zum Tragrahmen durch eine gegengleiche Abstandsveränderung eines oder mehrerer anderer Schwimmkörper zum Tragrahmen kompensiert wird. So ist die Fluidmenge in einem hydraulischen oder pneumatischen Huberhaltungssystem während des Betriebs der erfindungsgemäßen schwimmfähigen Tragstruktur konstant. Verringert beispielsweise ein Schwimmkörper das Fluid-Volumen in seiner zugehörigen Kolben-Zylinder Einheit, so kann über die Verbindungsleitung das Fluid-Volumen in einer oder mehreren anderen Kolben-Zylinder Einheiten ansteigen, wobei der Druck im Huberhaltungssystem weitestgehend konstant bleibt.The Huberhaltungssystem thus ensures not only that the bearing force exerted on the float is constant in each position of the float relative to the support frame in amount, but also that a change in distance of a float to the support frame by a gegenleiche change in distance of one or more other Float is compensated for support frame. Thus, the amount of fluid in a hydraulic or pneumatic Huberhaltungssystem during operation of the buoyant support structure according to the invention is constant. For example, reduces a float the fluid volume in its associated piston-cylinder unit, so can increase the fluid volume in one or more other piston-cylinder units via the connecting line, the pressure in the Huberhaltungssystem remains largely constant.
Die erfindungsgemäße Tragstruktur wird in einem bevorzugten Anwendungsbeispiel in dem einleitend erwähnten Wellen- und Impulskraftwerk eingesetzt, wobei durch das Huberhaltungssystem die Auslenkung der Schwimmkörper durch die Wellenbewegung kompensiert wird. Mit der gleichzeitigen Beaufschlagung der Schwimmkörper mit einer konstanten Tragkraft bzw. Abstützkraft kann die von den Wellen auf die Schwimmkörper übertragene kinetische Energie zu einem größeren Teil zur Energieumwandlung herangezogen werden, als wenn die Abstützkräfte der Schwimmkörper mit Zu- oder Abnahme Auslenkung ansteigen, was in dem in
Die Entkopplung der Haltekräfte für die schwimmende Lagerung der erfindungsgemäßen Tragstruktur von den Bewegungen der Schwimmkörper ermöglicht auch eine stabile Ausrichtung der erfindungsgemäßen Tragstruktur über der Flüssigkeitsoberfläche. Dadurch, dass die Kräfte zwischen den Schwimmkörpern und dem Tragrahmen konstant bleiben und nicht mit dem Abstand der Schwimmkörper zum Tragrahmen variieren, ruht die erfindungsgemäße Tragstruktur, insbesondere der Tragrahmen, nahezu unbewegt über der Flüssigkeitsoberfläche. Die Bewegungen der Schwimmkörper werden im Wechselwirkungsprinzip gegengleich ausgeglichen, sodass der Tragrahmen der erfindungsgemäßen Tragstruktur im Wesentlichen keine Kräfte aus der Bewegung der Schwimmkörper erfährt, die ihn aus seiner Lage auslenken.The decoupling of the holding forces for the floating support of the support structure of the invention of the movements of the floating body also allows a stable alignment of the support structure according to the invention over the liquid surface. Because the forces between the floats and the support frame remain constant and do not vary with the distance of the float to the support frame, the support structure according to the invention, in particular the support frame, resting almost unmoving on the Liquid surface. The movements of the floating bodies are balanced in the interaction principle against the same, so that the support frame of the support structure according to the invention experiences substantially no forces from the movement of the float, which deflect it from its position.
In vielen Anwendungsfällen wird man eine horizontale Ausrichtung der Tragstruktur bzw. des Tragrahmens wählen, wobei vom Erfindungsgedanken eine bevorzugt einstellbare aber konstant haltbare Schiefstellung ebenfalls umfasst ist. Durch den Einsatz eines Huberhaltungssystems kann die erfindungsgemäße Tragstruktur nicht nur individuell an spezifische Einsatzbedingungen angepasst werden, sondern auch während des „Betriebs” dynamisch an sich ändernde Betriebsbedingungen angepasste werden, da die Halte- bzw. Abstützkräfte anpassbar sind und dies bevorzugt ohne weitere Anpassungen an der erfindungsgemäß Tragstruktur. Selbstredend umfasst der Erfindungsgedanke dabei sowohl die Anpassung einzelner Haltekräfte zwischen einem oder einer Gruppe von Schwimmkörpern und dem Tragrahmen, als auch die Anpassung aller Haltekräfte gleichlaufend, um bspw. die Belastbarkeit der erfindungsgemäß Tragstruktur flächig oder punktuell anpassen zu können.In many applications, one will choose a horizontal orientation of the support structure or of the support frame, wherein the inventive idea a preferably adjustable but constant durable skewing is also included. By using a Huberhaltungssystems support structure according to the invention can not only be adapted individually to specific conditions of use, but also be adapted during operation "dynamically changing operating conditions, since the holding or supporting forces are adaptable and this preferably without further adjustments to the Support structure according to the invention. Of course, the inventive concept includes both the adaptation of individual holding forces between one or a group of floats and the support frame, as well as the adjustment of all holding forces in parallel, for example, to adjust the load capacity of the support structure according to the invention surface or selectively.
Die erfindungsgemäße Tragstruktur mit einem die Tragstruktur umspannenden Huberhaltungssystem zur Erzeugung von konstanten Halte- bzw. Abstützkräften für den Tragrahmen gegenüber den Schwimmkörpern weist gegenüber der Verwendung von elastischen Elementen, zudem den Vorteil auf, dass die Niveauhöhe über der Flüssigkeitsoberfläche variiert werden kann. Dies ist insbesondere bei Einsatz von hydraulischen oder pneumatischen Huberhaltungssystemen beispielsweise durch die Variation der Menge des eingesetzten Fluids erreichbar. Bei mechanischen Systemen, wie beispielsweise bei dem zuvor erläuterten Seil-Umlenkrollen System, ist dies durch Verändern der Seillänge möglich. Ferner kann über die Höhe der Haltekräfte also durch beispielsweise Druck- oder Seilspannungserhöhung eine Anpassung hinsichtlich der abzustützenden Gewichtskraft erzielt werden. So kann beispielsweise bei einer Arbeitsplattform mit erfindungsgemäßer Tragstruktur auch dann das Niveau des Tragrahmens über der Flüssigkeitsoberfläche gehalten werden, wenn ein zusätzliches Gewicht, das auf die erfindungsgemäße Tragstruktur lastet, erhöht oder verringert wird.The support structure according to the invention with a Huberhaltungssystem spanning the support structure for generating constant support or support forces for the support frame relative to the floats has over the use of elastic elements, also has the advantage that the level height can be varied over the liquid surface. This can be achieved in particular when using hydraulic or pneumatic Huberhaltungssystemen example, by the variation of the amount of fluid used. In mechanical systems, such as in the previously explained rope pulley system, this is possible by changing the rope length. Furthermore, it can be achieved in terms of the weight force to be supported on the amount of holding forces so for example by pressure or cable tension increase. Thus, for example, in the case of a working platform with a supporting structure according to the invention, the level of the supporting frame can also be held above the liquid surface if an additional weight bearing on the supporting structure according to the invention is increased or reduced.
Gegenüber herkömmlichen schwimmenden Lagerung weist die erfindungsgemäß schwimmend gelagerte Tragstruktur den Vorteil auf, dass, insbesondere bei großen Wellenlängen, eine Mitbewegung des Tragrahmens mit der vertikalen Wellenbewegung dadurch verhindert werden kann, dass eine Abwärts- oder Aufwärtsbewegung eines oder mehrerer Schwimmkörper durch eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung eines oder mehrerer anderer Schwimmkörper, die durch das Huberhaltungssystem in Reaktion auf eine Schwimmkörperauslenkung erzeugt wird, kompensierbar ist.Compared to conventional floating storage, the support structure floating according to the invention has the advantage that, especially at high wavelengths, a Mitbewegung the support frame with the vertical wave motion can be prevented that a downward or upward movement of one or more floats by an upward or downward movement one or more other floats generated by the Huberhaltungssystem in response to a Schwimmkörperauslenkung is compensated.
Die obigen Erläuterungen und Ausführungen zur erfindungsgemäßen Tragstruktur sollen nun anhand von Figuren und bevorzugten Ausführungsformen exemplarisch detaillierter beschrieben werden, wobei die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Es zeigen:The above explanations and embodiments of the support structure according to the invention will now be described in more detail by way of example with reference to figures and preferred embodiments, wherein the invention is not limited to the embodiments shown in the figures. Show it:
Die erfindungsgemäße Tragstruktur ist wie eingangs bereits ausgeführt, jedoch nicht auf Wellenkraftwerke beschränkt, sondern kann auch für alle anderen Anwendungen für schwimmfähige Tragstrukturen
Das Huberhaltungssystem
Wie weiter aus
In
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Huberhaltungssystem
Die in den
Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Tragstruktur
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Tragstruktursupporting structure
- 22
- Schwimmkörperfloat
- 33
- Hubstangelifting rod
- 44
- Linearführunglinear guide
- 55
- Verstrebungbrace
- 66
- Tragrahmensupporting frame
- 88th
- HuberhaltungssystemHuber entertainment system
- 1010
- Flüssigkeitsoberflächeliquid surface
- 1212
- erste Umlenkrollenfirst pulleys
- 1414
- zweite Umlenkrollensecond pulleys
- 1616
- Seil/GurtRope / belt
- 18 18
- Seilende/GurtendeEnd of the rope / strap
- 2222
- Zylindercylinder
- 2424
- Kolbenpiston
- 2626
- Kolben-Zylinder-EinheitPiston-cylinder unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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