DE19612124A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von in Wasserwellenbewegungen enthaltener Energie in nutzbare Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von in Wasserwellenbewegungen enthaltener Energie in nutzbare Energie.

Die Ausnutzung von in Wasserwellen, insbesondere Meeres­ wellen, enthaltener Energie hat die Vorteile, daß diese Energie quasi kostenlos von der Natur zur Verfügung gestellt wird und ständig vorhanden ist, daß Vorrichtungen zur Ausnutzung dieser Energie auf dem Wasser installiert werden können, also keine wertvollen Landflächen erfordern, und auch auf dem Wasser in Bereichen angeordnet werden können, die für die Schiffahrt oder Fischerei nicht benötigt werden, und daß bei der Ausnutzung dieser Energie die Umwelt prinzipiell unbelastet und unbeein­ trächtigt bleiben kann.

Grundsätzlich sind Vorrichtungen der genannten Gattung be­ kannt, beispielsweise aus der DE-OS 36 42 060, der DE-OS 38 05 433, DE-OS 34 09 325, der EP-PS 1 482 085 und der DE-OS 19 00 544.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Gattung, den Wirkungsgrad bzw. den Anteil umzuwandelnder Energie zu ver­ größern und damit herkömmliche Vorrichtungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die sich auszeichnet durch wenigstens einen von den Wellen getragenen bzw. bewegten Schwimmkörper, der mittels wenigstens einer Drehlagerung an einer horizontalen Drehachse gelagert ist, zur Umwandlung der ihm durch die Wellenbewegungen mitgeteilten Wellenenergie in die Drehenergie seiner daraus resultierenden Drehbewegungen um die Drehachse.

Die Ausnutzung der erfindungsgemäß ermöglichten und ange­ strebten Drehbewegungen eines Schwimmkörpers sind unmittelbar weiter übertragbar bzw. nutzbar, da derartige Drehbewegungen von Antriebswellen im mechanischen Sinne üblicherweise gefordert werden, wobei die erfindungsgemäß zunächst entstehende Pendel­ bewegung durch bekannte mechanische Maßnahmen sehr leicht in eine Rotation in einem Rotationssinne umgesetzt werden kann, wie dies beispielsweise bei Aufzügen von Uhren oder dergleichen prinzipiell bekannt ist. Damit kann erfindungsgemäß der Wir­ kungsgrad zur Umwandlung bzw. Ausnutzung der Wellenbewegungs­ energie vergrößert werden, im Vergleich zu beispielsweise Vor­ richtungen, die zunächst einmal die Wellenbewegungen in reine Hubbewegungen umsetzen.

Eine nächste Weiterbildung der Erfindung, für die auch selbständiger Schutz beansprucht wird, sieht vor, daß der Schwimmkörper an einem seinerseits um eine horizontale Drehachse drehbar gelagerten Auslegerarm derart gelagert ist, daß seine durch die Wellenbewegungen verursachten Höhenveränderungen zu Schwenkungen des Auslegers um dessen Drehachse führen.

Durch diese weiterführende erfinderische Maßnahme wird der Wirkungsgrad weiter erhöht bzw. wird die Wellenbewegung besser genutzt und umgesetzt. Dies geschieht einerseits dadurch, daß durch den Auslegerarm ein günstiger Hebelarm bzw. Drehradius entsteht. Andererseits geschieht dies aber auch dadurch, daß aufgrund des Auslegerarmes sich der Schwimmkörper auch bereits in seiner Orientierung besser an die Wellenbewegungen anpassen kann, so daß eine Kraftübertragung von den Wellenbewegungen auf den Schwimmkörper mit effektiveren Winkeln bzw. Wirkrichtungen automatisch erfolgt.

Am vorteilhaftesten ist es, wenn, wie nach ,einer nächsten Weiterbildung vorgesehen, der Auslegerarm seinerseits drehbar gelagert ist und außerdem der Schwimmkörper noch einmal drehbar am Auslegerarm gelagert ist, wobei die jeweiligen Drehachsen sich horizontal und parallel zueinander erstrecken.

Bevorzugt ist die Drehachse des Auslegerarmes oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet, so daß der zu dem von den Wellen getragenen Schwimmkörper führende Auslegerarm im wesentlichen zur Wasseroberfläche geneigt ausgerichtet ist. Der Auslegerarm ist vorzugsweise deshalb geneigt ausgerichtet, damit der Schwimmkörper, der der durch Auftrieb und Bewegungsenergie der Welle entstehenden Kraftrichtung folgt, und dabei im wesent­ lichen mit Wellenfronten in Berührung kommt, möglichst senkrecht zu diesen Wellenfronten und gleichzeitig senkrecht zur Orien­ tierung des Auslegerarmes mit einer effektiven Kraftrichtung eine Drehbewegung bzw. Pendelbewegung ausführt.

Durch diesen Aufbau wird außerdem die auftretende Kraft auf einen längeren Weg verteilt. Die Länge des Auslegerarmes kann nach der zu erwartenden Wellenhöhe ausgelegt werden, also unter Berücksichtigung der Höhendifferenz zwischen einem Wellenberg und einem Wellental, in das sich der Schwimmkörper nach Anheben durch die Welle absenkt.

Eine nächste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Drehachse des Auslegerarmes in ihrer Höhe verstellbar ist.

Damit kann die Orientierung des Auslegerarmes noch besser und genauer sowohl unterschiedlichen, zu erwartenden Wellenhöhen angepaßt werden, als auch unterschiedlichen Wasserpegelständen angepaßt werden. Letzteres ist dann von Nöten, ,wenn der Aus­ legerarm beispielsweise an einem auf dem Gewässergrund fixier­ ten, über die Wasseroberfläche aufragenden Element angeordnet ist, zum Beispiel an einer entsprechenden Säule, einer Mauer oder dergleichen Bauwerk.

Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß der Auslegerarm mit seiner Drehachse seinerseits am freien Ende eines weiteren Auslegerarmes, der ebenfalls um eine parallele Drehachse drehbar gelagert ist, angelenkt ist, derart, daß durch die möglichen Winkelveränderungen (Knickungen) der Auslegerarme zueinander um eine der Drehachsen sich auto­ matisch die geometrischen Verhältnisse an den Wasserstandspegel bzw. die Wellenhöhen anpassen, wobei die Anpassung gegebenenfalls durch eine Steuer- und Regeleinrichtung erfolgt, unter Umständen unter Berücksichtigung des Mittelwertes mehrerer Wellenhübe. Durch die Drehbarkeit des zweiten Auslegerarmes wird nämlich in vorteilhafter Weise die Drehachse des mit dem Schwimmkörpers verbundenen Auslegerarmes aufgrund der Bewegung des Schwimmkörpers selbst jeweils angehoben oder abgesenkt, so daß eine anderweitige Höhenveränderung einer Halterung oder der­ gleichen nicht notwendig ist. Die Auslegerarme müssen lediglich in ihren Längen so vorgegeben und angeordnet werden, daß üblichen Schwankungen von Tidenhüben oder unterschiedlichen Wellenhöhen aufgrund unterschiedlicher Windverhältnisse mit einem weiten Spielraum Rechnung getragen werden kann.

Der Schwimmkörper ist vorzugsweise zu seiner Ausrichtung parallel zur Wind- und/oder Wellenrichtung um eine im wesent­ lichen vertikale Achse drehbar gelagert.

Als vertikale Achse kann beispielsweise ein säulenartiges Element benutzt werden, das vielleicht ohnehin als auf dem Gewässergrund fixiertes Bauwerk zur Anlenkung des Schwimmkörpers bzw. seines Auslegerarmes vorgesehen ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mehrere Schwimmkörper gegebenenfalls mit mehreren Auslegerarmen an einem verankerbaren Schwimmkörper, zum Beispiel einem Ponton, einem Schiff oder dergleichen, angeordnet sind. Hierdurch werden wenigsten zwei weitere Vorteile erreicht. Erstens kann der ver­ ankerbare Schwimmkörper jeweils in die Gewässerbereiche ver­ fahren werden, die die günstigsten Energieverhältnisse ent­ sprechen. Zweitens wird durch die Ansammlung von mehreren Schwimmkörpern an einem verankerbaren Schwimmkörper die Energie­ nutzungsmöglichkeit vervielfacht, so daß eine Speicherung oder Weiterleitung der so gewonnenen Energie ökonomischer möglich ist.

Zur Umsetzung der zunächst einmal vom Schwimmkörper ausge­ führten Pendelbewegungen in eine bezüglich der Energieüber­ tragung bzw. -nutzung günstigere Rotation einer mechanischen Welle oder dergleichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß am Schwimmkörper konzentrisch zu seiner Lagerung wenigstens eine Abrollvorrichtung mit Befestigungen für ein flexibles Kraftüber­ tragungsmittel, wie ein Seil, ein Riemen, eine Kette oder dergleichen Antriebsmittel befestigt ist, wobei vorzugsweise das über Spann- und Umlenkrollen geführte Antriebsmittel mindestens ein Rad, welches wie die Spann- und Umlenkrollen am Auslegerarm, fluchtend zur Abrollvorrichtung angebracht ist, zur Energieumwandlung und/oder Übertragung antreibt.

Derartiges kann natürlich sowohl im Bereich einer Drehachse des Schwimmkörpers selbst, als auch im Bereich der Drehachse eines Auslegerarmes vorgesehen sein.

Es kommt beispielsweise auch in Betracht, wenigstens einen Hydraulikzylinder, der durch die Pendelbewegung verlängert oder verkürzt wird, vorzusehen und zu nutzen, wobei unter "Hydraulik­ zylinder" eine beliebige Teleskopausführung verstanden werden kann.

Insgesamt sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor­ zugsweise sämtliche Lagerungen, Drehachsen und sonstigen beweg­ lichen Teile oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet, um möglichst die Wartungskosten und den Verschleiß, beispielsweise durch Korrosion, zu minimieren.

Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Ruhestellung an einem festen Bauwerk, zum Beispiel einer Säule,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 einer Wellenbewegung folgend,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem zweitei­ ligen Auslegerarm bzw. zwei gekoppelten Ausleger­ armen,

Fig. 4 mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen an einem ver­ ankerbaren Schwimmkörper,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Abrollvorrichtung an einem Schwimmkörper zur Kraft- bzw. Energieübertragung und

Fig. 6 eine Hydraulikzylinder-Anordnung an einem Schwimmkör­ per, alternativ zur Abrollvorrichtung gemäß Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Ruhe­ stellung, also bei glattem Wasserspiegel 3, ohne Wellen 1. Auf diesem Wasserspiegel schwimmt ein Schwimmkörper 2, der um eine Drehachse 5 an einem Auslegerarm 4 drehbar angelenkt ist, so daß er insbesondere Pendelbewegungen um die Drehachse 5 ausführen kann.

Der Auslegerarm 4 ist seinerseits mittels einer Drehachse 6 an einer Halterung 8 angelenkt, die an einer Säule 12, wie mit einem Doppelpfeil angedeutet, höhenverstellbar angeordnet ist. Die Drehachsen 5 und 6, sowie die Halterung 8, also die beweg­ lichen, korrosionsfähigen Teile, befinden sich allesamt oberhalb des Wasserspiegels 3.

Oberhalb der Säule 12 ist mit einem Doppelpfeil angedeutet, daß die Halterung 8 mit dem Auslegerarm 4 und dem daran ange­ lenkten Schwimmkörper 2 auch um die Säule 12 herum schwenkbar ist, so daß sich der Schwimmkörper 2 selbsttätig entsprechend der Wellenrichtung bzw. Windrichtung ausrichten und zur Säule 12 orientieren kann.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Wellenbewegung von Wellen 1. Gleiche Bauelemente sind mit den gleichen Bezugs­ zahlen bezeichnet wie in Fig. 1.

In der Fig. 2 ist erkennbar, daß sich der Schwimmkörper 2 zunächst einmal an die in Wellenbewegungsrichtung 7 weisende Wellenfront anlegt und dann von der Welle 1 unterlaufen wird, wobei der Schwimmköper 2 sowohl eine Pendelbewegung um die Drehachse 5 vollführt, als auch von der Welle 1 zunächst auf den Wellenberg angehoben und dann ins Wellental abgesenkt wird, wobei auch der Auslegerarm 4 eine entsprechende Pendelbewegung um seine Drehachse 6 vollführt. Beide Pendelbewegungen um die Drehachsen 5 und 6 sind zur Energieumwandlung der Wellenbewe­ gungsenergie bzw. zur Energienutzung nutzbar.

Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gleiche Bauelemente sind wieder mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie in den Fig. 1 und 2.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auslegerarm 4 mittels der Drehachse 6 an einen weiteren Auslegerarm 9 ange­ lenkt, der seinerseits mittels einer Drehachse an der Halterung 11 der Säule 12 befestigt ist und der Höheneinstellung der Achse 6 dient. Hierdurch ist eine Knickwinkelstellung zwischen den Auslegerarmen 9 und 4 möglich, durch die sich der Schwimmkörper 2 noch besser an die Wellenformen der Wellen 1 anpassen kann und außerdem einem sich ändernden Wasserpegelstand aufgrund eines Tidenhubes selbsttätig Rechnung getragen werden kann. Dies kann allerdings auch bei Verwendung einer höhenverstellbaren Halterung 8 geschehen. Demgegenüber muß die Halterung 11 nicht höhenverstellbar sein. Sie kann aber eine Einrichtung 10 auf­ weisen, die es erlaubt, die Einstellung des Auslegerarmes 9 vorzunehmen, wobei die Einstellung gegebenenfalls über eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung erfolgen kann, unter Umständen unter Berücksichtigung des Mittelwertes mehrerer Wellenhübe.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, oder besser gesagt einer größeren Anzahl derartiger Vorrichtungen, die an einem größeren Schwimm­ körper 13 angeordnet sind, der auf dem Grund des Gewässers verankerbar ist.

Fig. 5 zeigt in vergrößerter Darstellung den Bereich eines Schwimmkörpers 2 mit seiner Drehachse 5 und einer Abrollvor­ richtung 14, die im wesentlichen ein Seil oder dergleichen Antriebsmittel 16 mit einem Befestigungsmittel 15 umfaßt, welches durch Umlenkrollen 17 umgelenkt wird und außerdem ein Rad 18 umschlingt. Auf dieses Rad 18 wird die Bewegung des Schwimmkörpers 2 um seine Drehachse 5 übertragen, wobei, beispielsweise durch ein Getriebe, dafür gesorgt werden kann, daß die Pendelbewegung des Schwimmkörpers 2 in eine Rotationsbewegung des Rades 18 in eine bestimmte Drehrichtung umgesetzt wird.

Fig. 6 zeigt einen alternativ ausgeführten Bereich eines Schwimmkörpers 2. Dieses Ausführungsbeispiel verfügt nicht über eine Abrollvorrichtung 14 sondern statt dessen über Teleskop­ zylinder 19, die an Bolzen 20, 21 jeweils angelenkt sind und durch die Pendelbewegung des Schwimmkörpers 2 jeweils verlänger­ bar bzw. verkürzbar sind, was der Energieumwandlung bzw. -nutzung dienen kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Umwandlung von in Wasserwellenbewegungen enthaltener Energie in nutzbare Energie, gekennzeichnet durch wenigstens einen von den Wellen (1) getragenen bzw. bewegten Schwimmkörper (2), der mittels wenigstens einer Drehlagerung an einer horizontalen Drehachse (5, 6) gelagert ist, zur Umwandlung der ihm durch die Wellenbewegungen mitgeteilten Wellenenergie in die Drehenergie seiner daraus resultierenden Drehbewegungen um die Drehachse (5, 6).

2. Vorrichtung, vorzugsweise nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwimmkörper (2) an einem seinerseits um eine horizontale Drehachse (6) drehbar gelagerten Auslegerarm (4) derart gelagert ist, daß seine durch die Wellenbewegungen verursachten Höhenveränderungen zu Schwenkungen des Auslegers (4) um dessen Drehachse (6) führen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am freien Ende des Auslegerarmes (4) angeordnete Schwimm­ körper (2) seinerseits um eine zur Drehachse des Auslegerarmes (4) parallele Drehachse (5) drehbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Drehachse (6) des Auslegerarmes (4) oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (6) des Auslegerarmes (4) in ihrer Höhe verstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (6) des Auslegerarmes (4) an einer höhenverstellbaren Halterung (8) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerarm (4) mit seiner Drehachse (6) seinerseits am freien Ende eines weiteren Auslegerarmes (9), der ebenfalls um eine parallele Drehachse drehbar gelagert ist, angelenkt ist, derart, daß durch die möglichen Winkelver­ änderungen (Knickungen) der Auslegerarme (4, 9) zueinander um eine der Drehachsen (6) sich automatisch oder durch Meß- und Regeltechnik die geometrischen Verhältnisse an die Wasser­ gegebenheiten anpassen, insbesondere die Höhe der Drehachse (6) einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, vor­ zugsweise nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schwimmkörper (2) zu seiner Ausrichtung parallel zur Wind- und/oder Wellenrichtung um eine im wesentlichen verti­ kale Achse drehbar gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die vertikale Achse in Form eines säulenartigen Elemen­ tes (12) verwirklicht ist, an dem auch die Halterung (8) höhen­ verstellbar angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schwimmkörper (2), gegebenenfalls mit mehreren Auslegerarmen (4, 9) an einem verankerbaren Schwimmkörper (13) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß am Schwimmkörper (2), konzentrisch zu seiner Lagerung (Achse 5) wenigstens eine Abrollvorrichtung (14) mit Befestigungen (15) für ein flexibles Kraftübertragungsmittel, wie Seil, Riemen, Kette oder dergleichen Antriebsmittel (16) befestigt sind, um die Drehbewegungen des Schwimmkörpers (2) um seine Achse (5) zur weiteren Energieumwandlung oder -nutzung zu übertragen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das über Spann- und Umlenkrollen (17) geführte Antriebsmittel (16) mindestens ein Rad (18), welches wie die Spann- und Umlenkrollen (17) am Auslegerarm (4), fluchtend zur Abrollvorrichtung (14), angebracht ist, zur Energieumwandlung und/oder -übertragung antreibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 und den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein ähnliches Antriebsmittel (16) bzw. eine ähnliche Abrollvorrichtung (14) am Auslegerarm (4, 9) zur Nutzung bzw. Übertragung von dessen Drehbewegung um seine Achse (6) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß anstelle einer Abrollvorrichtung (14) und/oder eines Antriebsmittels (16) wenigstens ein Hydraulikzylinder (19) derart vorgesehen und angeordnet ist, daß Drehbewegungen um die entsprechenden Achse (5, 6) zu nutzbaren Verlängerungen bzw. Verkürzungen des Hydraulikzylinders (19) führen.