DE20120372U1

DE20120372U1 - Strömungs-Pendelkraftwerk

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Publication number: DE20120372U1
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Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: DE20101417U1

Description

R81064GM Ranz, Klaus Günter

Strömungs-Pendelkraftwerk

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser, und zwar in Form eines Strömungs-Pendelkraftwerks.

Derartige Vorrichtungen zur Energieerzeugung sind bisher nur als sogenannte Strömungskraftwerke oder Gezeitenkraftwerke bekannt. So ist es bei einem Strömungskraftwerk vorgesehen, daß nach dem Prinzip und der Bauart der Windkraftwerke - statt der Windenergie - die unterseeische Strömungsenergie des Wassers als Antrieb zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird, wie zum Beispiel beim Sea - Flow Unterwasser - Rotorenkraftwerk (erstes Strömungskraftwerk dieser Art mit einer Turmhöhe von 45m, einem Turm-Durchmesser von 2,5m, einer Bohrtiefe dieses Stahlturms von 15m und einem Rotor mit einem Durchmesser von 15m). Nachteilig wirken sich bei dieser Art von Kraftwerken unter anderem aus: die begrenzten Möglichkeiten der Aufstellung, die bedingt sind durch Schiffahrt, festgelegte Meerestiefe, Bodenbeschaffenheit (da ein 15m tiefes und 2 bis 3m breites Bohrloch für die Verankerung benötigt wird) und durch Abhängigkeit von einer bestimmten Strömungsdynamik. Ersichtlich nachteilig sind der erhebliche Aufwand und die Kosten bei Installation und Konstruktion. Die Erfindung ist demgegenüber auf ein Strömungs-Pendelkraftwerk gerichtet.

Unter allen Strömungsbedingungen liegen die Vorteile aus folgenden Gründen bei einem solchen Pendelkraftwerk. Durch eine spezifische Schwenkbewegung und die sich daraus ergebende Konstruktion von vertikalen Flügelkörpern mit einer bestimmten Flügelbreite, und durch die vielfältigen Möglichkeiten der Flügeleinstellung mit einfachen mechanischen Bauteilen, insbesondere mittels eines Gewichtspendels, ist beim Strömungs-Pendelkraftwerk eine effektivere und in der Bandbreite des Energiespektrums

größere Entnahme der Strömungsenergie als beim Rotoren-Kraftwerk gegeben. Der scheinbare Vorteil einer gleichförmigen Rotationsbewegung beim Strömungs-Rotorenkraftwerk läßt sich durch die Speicherung eines Hydraulik-Überdrucks beim Pendelkraftwerk und durch dessen gleichmäßige Abgabe an Hydromotoren gleichwertig ersetzen. Die Speicherung eines Hydraulik-Überdrucks kann auch die Energieerzeugung nach Bedarf erhöhen (durch Koppelung zweier oder mehrerer Strömungs-Pendelkraftwerke an einem Speicher). Ein weiterer erheblicher Vorteil des Strömungs-Pendelkraftwerkes liegt darin, daß es auf Grund einer spezifischen Konstruktion seines Ankergewichtes in Verbindung mit der Gesamtkonstruktion sich relativ einfach am Boden verankern läßt und deshalb auch problemlos zur Reparatur und Wartung aus dem Wasser gehoben werden kann.

Von dieser Grundüberlegung ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser zu schaffen, die mit geringem Aufwand und hohem Kosten-/Nutzenverhältnis zur Erzeugung von Energie geeignet ist. Dabei soll schon bei geringer Strömungsenergie (d.h. bei niedrigen Strömungs-Geschwindigkeiten) ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung des Strömungs-Pendelkraftwerkes zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser nach dem Schutzanspruch 1 gelöst.

In der bevorzugten Ausführungsform wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster Körper (Flügel-Vorrichtung) aus Leicht- oder Verbundmaterial, der zusammengesetzt ist aus vier länglichen, paarweise hintereinander angeordneten, vertikal im Wasser stehenden, verstellbaren Flügelkörpern, in einer Unterwasserströmung aufgrund sich verändernder Flügelstellungen im Zusammenspiel mit zwei Gewichtspendeln und mit Gewichtskörpern aus Metall hin und her pendeln, vorzugsweise mit einer Schwenkbewegung von ca. 40-45°, und dabei ihre Schwenkbewegung als Drehmoment auf einen zweiten Körper in Form einer allseitig beweglichen Kugelgelenk-Vorrichtung aus Metall übertragen. Im Innern (oder in der Nähe) der Kugelgelenk-Vorrichtung wird durch ein weiteres Bauteil ein Hydraulik-Überdruck erzeugt, der einem lokal

unabhängigen Antrieb zugeführt wird. Auf diese Weise lassen sich eine beliebige Anzahl von Pendelkraftwerken an eine zentrale Antriebseinheit anbinden, die sich sowohl unter Wasser als auch an Land befinden kann.

Die Teilaufgabe, eine sich permanent wiederholende Schwenk- oder Pendelbewegung des ersten Körpers und damit ein Drehmoment auf den zweiten Körper in einem unterseeischen Strömungsfluß zu erreichen, wird ,dadurch gelöst, daß durch eine spezifische strömungsdynamische Konstruktion (Anordnung und Formgebung) der vertikalen Flügelkörper (zwei Paare in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, durch einen Rahmen in ihrer vertikalen Position gehalten), das erste Flügelpaar, das unmittelbar den Strömungsdruck in seiner vertikalen Lage erfährt, automatisch mit einer Drehbewegung um die eigene, zunächst in vertikaler Stellung festgehaltenen Achse reagiert und dabei eine durch den Strömungsdruck bestimmte breite Flügelstellung einnimmt. Dadurch erfährt ein mittig angeordnetes Gewichtspendel, dessen Pendelachse über Zahnräder mit der Längsachse von zwei Flügelkörpern verbunden ist, synchron eine aufwärts gerichtete Schwenkbewegung, deren Ausschlag durch mehrere Anschlag- und Halte-Vorrichtungen regelbar ist. Neben den Anschlag- und Halte-Vorrichtungen ist das Pendel auch mit einem höhenverstellbaren Gewicht versehen, so daß die gewünschte Flügelstellung strömungsabhängig bestimmt werden kann. Der Ausschlag der Drehbewegung der Flügelkörper und damit auch des Gewichtspendels, beide zunächst in vertikaler Stellung des Rahmens, wird durch die örtlich vorhandene Strömungsdynamik des ersten Flügelpaares bestimmt, während das zweite, in Strömungsrichtung nachgeordnete Flügelpaar seine parallel zur Strömungsrichtung stehende, den geringst möglichen Widerstand bietende Stellung (Parallelstellung zur Strömung wegen des unsymmetrischen Querschnitts) beibehält. Durch diese spezielle Anordnung der Flügelpaare ist es möglich, auch bei wechselnden oder umkehrenden Strömungsrichtungen eine permanente Dreh- und Schwenkbewegung zu erreichen.

Bedingt durch den Strömungsdruck (und nach Lösen einer Haltevorrichtung) neigen oder schwenken sich die Flügelkörper in eine Schräglage von ca. 40° - 45°. Die Schwenkbewegung der Flügelkörper und deren Ausschlagweite wird durch einen Ausschlag-Begrenzer festgelegt. Durch die Schwenkbewegung der Flügelkörper (etwa

45°) in Strömungsrichtung verändert sich die Stellung des Gewichtspendels von ca. 25° um ca. 45° auf ca. 70°. Somit ergibt die 70°-Stellung ein größeres Drehmoment des Gewichtspendels an seiner Aufhängung. Nach Lösen einer Haltevorrichtung (Magnetsperre) drängt das Pendel (bedingt durch die Schwerkraft) aus der 70°- in eine 45°-Stellung, die der Neigung der Flügelkörper entspricht. Über die mechanische Übersetzung der Zahnräder wird dadurch eine Parallelstellung des Flügelpaares eingeleitet. Eine Zurückführung der Flügelkörper und des Pendels in die vertikale Ausgangsstellung geschieht durch die den Strömungswiderstand mindernde, zunehmend parallele Stellung der Flügelkörper und durch den Auftrieb, den die aus Leichtmaterialien hergestellten Flügelkörper erfahren, sowie durch als Gegengewichte installierte Gewichtskörper, von denen abwechselnd beide eine Gewichtskraft (Abtrieb) oder der eine einen Auftrieb und der andere einen Abtrieb erfahren.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Ausführung der Bauteile von ihrer Konstruktion her einfach, stabil und ohne großen technischen Aufwand auszuführen ist. Es sind lediglich standardisierte Maschinenbauelemente erforderlich, um die genannte permanente Schwenkbewegung zu erzielen. Damit werden insgesamt Aufwand und Kosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung vergleichsweise gering. Gleichzeitig ist es jedoch bei der Erfindung möglich, schon relativ schwache Unterwasserströmungen in Energie umzusetzen. Dies ergibt sich daraus, daß durch eine breitere Flügelstellung ein noch entnehmbarer Strömungsdruck erzielt werden kann, der dann in Energie umgesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in dem hohen Wirkungsgrad der Energieerzeugung unter wechselnden Bedingungen. Unter anderem aufgrund der vielfältigen, kontinuierlichen Möglichkeiten der Flügelstellung ist es machbar, sowohl geringe als auch starke Strömungsenergien abzunehmen und in Energie umzusetzen. Die Möglichkeit der Koppelung mehrerer Vorrichtungen trägt ebenfalls zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei; auch damit wird das Kosten-/Leistungsverhältnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert.

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Wesentlich für die Erfindung ist auch die Erkenntnis, wie aus der Schwenkbewegung des ersten Körpers im Hinblick auf den zweiten Körper Energie erzeugt werden kann. Die Art und Weise der Erzeugung von Energie aus den Schwenkbewegungen und ihre bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend erläutert.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Schwenkbewegungen des ersten Körpers (Flügelvorrichtung), die sich automatisch nach der Strömungsrichtung ausrichten, auf ein an der Unterseite der Flügelkörper mittig angebrachtes, allseitig schwenk- und drehbares Kugelgelenk (zweiter Körper) übertragen. Die Vorrichtung, in der durch die Schwenkbewegung ein Drehmoment entsteht, ist vorzugsweise als Kugelgelenk ausgestaltet, das nicht nur allseitig schwenkbar, sondern auch um die eigene Vertikalachse (um 360°) drehbar ist. Es besteht aus mehreren Bauteilen, in der Hauptsache aus einer Kugelpfanne und einem Kugelkopf sowie mindestens einem Hydraulik-Druckzylinder mit einem druckerzeugenden Kolben.

Der Kugelkopf oder Gelenkkopf aus Metall besteht aus einem beweglichen Teil, dessen Oberseite mit einer runden Plattform verbunden ist, auf der sich die Flügelkörper um die eigene Achse drehen können. Die Innenseite des Kugelkopfs ist als hohle Halbkugel mit einem kegelförmigen Einschnitt ausgebildet, der bei einer seitlichen Ausschlag-Bewegung der Flügelkörper über einen Zylinderkolben schwenkt. Der Kolben ist umschlossen von einem Druckzylinder, in dem durch den Kolbendruck ein Hydraulik-Überdruck erzeugt wird. Der Druckzylinder ist zentral im Mittelteil der Kugelpfanne und unter dem Kugelkopf, der mit Einschnitten versehen ist, angeordnet. Die Kugelpfanne umschließt in alle Drehrichtungen kreisförmig den Kugelkopf; beide Vorrichtungen sind gegeneinander beweglich im Sinne der genannten Dreh- und Schwenkbewegungen. Zwischen der Plattform des Kugelkopfs und der Kugelpfanne sind Anschläge angebracht, die den Kugelkopf-Ausschlag begrenzen. Die Unterseite der Kugelpfanne ist mit einer weiteren Plattform verbunden, an der eine Ankergewichts-Vorrichtung befestigt wird.

Erfährt der erste Körper (Flügelvorrichtung) eine Schwenkbewegung, so wird diese automatisch auf den zweiten Körper (Kugelgelenk) übertragen, da beide Körper fest miteinander verbunden sind. Das Drehmoment wirkt über den kegelförmigen Einschnitt

auf den Zylinderkolben ein, der dann im Zylinder einen Hydraulik-Überdruck erzeugt. Der so erzeugte Überdruck wird an ein weiteres, lokal unabhängiges Bauteil (Druckspeicher) weitergeleitet und in diesem zwischengespeichert, um ihn gleichmäßig an eine (elektrischen Strom erzeugende) Antriebseinheit abzugeben. Das kann insbesondere durch einen Hydraulik-Konstantmotor mit angeschlossenem Generator geschehen. Speicher, Antrieb und stromerzeugende Einheiten werden in einem lokal unabhängigen Betriebsgehäuse untergebracht; das ist sowohl unter als auch über Wasser möglich. Es kann eine beliebige Anzahl von (Strömungsenergie abnehmenden und Hydraulikenergie erzeugenden) Einheiten an die lokal unabhängige stromerzeugende Einheit angebunden werden. Mit den Bauteilen der Erfindung wird somit eine einfache, aber trotzdem effektive Möglichkeit geschaffen, wie durch die Schwenkbewegung des ersten Körpers im Hinblick auf den zweiten Körper Energie erzeugt und in nutzbare Energie umgesetzt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, daß sich die bei unterschiedlichen Strömungen unterschiedliche Flügelstellungen der Flügelkörper durch einen einfachen mechanischen Vorgang, nämlich allein durch das Gewichtspendel, bewerkstelligen lassen und somit keine aufwendige Steuertechnik notwendig ist. Gebraucht wird lediglich eine einfache Steuertechnik für das vorübergehende Festhalten des Kugelgelenks mit seinem Aufbau und für das vorübergehende Festhalten des Pendels (und gegebenenfalls für die Gewichtsverstellung des Pendels).

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung liegt in den (mittig zum Drehpunkt des Kugelgelenks) an der Unterseite der (mit dem Kugelgelenk verbundenen) Rahmenplatte oder Plattform vertikal angebrachten, hohlen Gewichtskörpern, die bei einer bestimmten Neigung in Strömungsrichtung das neigende und rückwirkende Drehmoment verändern. Bei einem der Körper nimmt das Drehmoment bei gleichbleibender Gewichtskraft zu und bei dem anderen ab. Das ergibt eine unterstützende Wirkung auf die sich in Strömungsrichtung neigenden Flügelkörper. Die hohlen Gewichtskörper sind mit Wasser gefüllt, wobei bei einer Neigung von 40° nach 45° aus dem einen Gewichtskörper das als Ballast mitgeführte Wasser herausgepreßt wird. Dadurch wird aus der Gewichtskraft eine Auftriebskraft, die dann unterstützend zur Senkrechtstellung der Flügelkörper beiträgt.

Besonders vorteilhaft ist es, an die Unterseite der Anker-Plattform, die mit der Unterseite des Kugelgelenkes verbunden ist, ein Ankergewicht zu montieren, an dessen Unterseite wiederum mittig ein kurzer, voll mit Gewichtsmaterial gefüllter Rohrkörper angebracht ist, der in ein entsprechend vorbereitetes Bohrloch paßt. Der Ankergewichts-Körper hält die Gesamtvorrichtung am Boden und verhindert so einen vertikalen Auftrieb. Das mittig angebrachte Rohr verhindert ein seitliches Kippen des Ankerkörpers. Dies ist eine besonders einfache und effektive Methode, die gesamte Vorrichtung ohne großen technischen Aufwand in ihrer vorgegebenen Position zu halten. Besonders vorteilhaft ist es, daß keine zusätzlichen Verankerungen notwendig sind. Dadurch ist es auch möglich, &iacgr;&ogr; die gesamte Vorrichtung problemlos aus dem Wasser zu heben, um Reparatur- oder Wartungs-Arbeiten vorzunehmen.

Flügel-Vorrichtung, Kugelgelenk-Vorrichtung, Anker-Vorrichtung und hydrostatischer Antrieb zusammengenommen stellen eine einfache und wirkungsvolle Möglichkeit dar, wie der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Überdruck in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmalsgruppen für sich oder in Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer speziellen Formulierung oder Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Figur 1 zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Energie, die prinzipiell aus einer Flügel-Vorrichtung und einem Kugelgelenk aufgebaut ist.

Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht der Flügel-Vorrichtung in Figur 1.

Figur 3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zu Figur 1 alternativen Ausführungsbeispiels eines den Hydraulik-Druck erzeugenden Kugelgelenkes, wobei die Zahl der Druckzylinder vervielfacht wurde.

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Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der Gewichtskräfte, die in der vertikalen Stellung auf das Kugelgelenk als Drehmoment einwirken.

Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung der Gewichtskräfte, die in einer 40° Stellung auf das Kugelgelenk als Drehmoment einwirken.

In der Figur 1 sind die Flügel-Vorrichtung 10 und die Kugelgelenk-Vorrichtung 19 dargestellt, die zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser vorgesehen sind, wobei die Strömungsrichtung aus der Blickrichtung des Betrachters zu denken ist. Beide Vorrichtungen sind fest miteinander verbunden. Die Flügel-Vorrichtung 10 zeigt im (Querschnitt von Fig. 2) paarweise hintereinander angeordnete, ovale oder längliche, vertikal im Wasser stehende Schwimmkörper-Flügel 11, 11a aus Leichtmaterialien mit je einer nicht genau mittig angeordneten durchgehenden Welle 12 aus Metall, die an ihrem oberen Ende an je ein Differenzial-Gehäuse 15 mit Zahnrad-Übersetzung 13 angeschlossen sind. Die Welle 12 ist an ihrem unteren Ende in einem Lagerbock 34 gelagert, der auf einer als runde Plattform oder Rahmenplatte 30 ausgebildeten Oberseite der Kugelgelenk-Vorrichtung 19 festgeschraubt ist. Die beiden Getriebegehäuse 15 sind durch eine Welle 12 quer miteinander verbunden, an der mittig eine Aufhängung 16 für das Gewichtspendel 17 angeordnet ist.

Durch den frontalen Strömungsdruck 9, den die Flügelkörper 11,11a erfahren, sowie durch ihre spezifische Formgebung, und zunächst festgehalten in ihrer vertikalen Stellung (s. Fig. 4) durch ein geschlossenes Druckventil 28 im Hydraulik-Kreis, drehen sie sich automatisch in eine vorgegebene Breitstellung und bringen synchron das Gewichtspendel 17 in eine Aufwärtsbewegung. Die Breitstellung der Flügelvorrichtungen 11 und die damit verbundene Weite der Ausschlagbewegung des Pendels wird an einer Führungsvorrichtung 18 des Gewichtspendels 17 eingestellt und durch einen Magnetschalter 33 geregelt. Drehmoment und Kraftverlauf des Pendels 17 werden durch den auf die Flügelkörper 11 einwirkenden Strömungsdruck, abzüglich des Gegendrucks auf die kürzeren Flügelkörper 11a und durch die Übersetzungen 13 bestimmt. Das Gewicht 17 des Pendels ist in seiner Hebelarmlänge manuell oder

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motorisch verstellbar. Durch Öffnen des Druckventils 28, und zwar wenn ein vorbestimmter Ausgangsdruck in dem den Hydraulik-Überdruck erzeugenden Druckzylinder 26 überschritten wird, erfährt die Flügel-Vorrichtung 10 eine Schwenkbewegung (Neigung) von etwa 40° in Strömungsrichtung (s. Fig. 5). Die Begrenzung der maximal möglichen Schwenkbewegung erfolgt durch einen an der Kugelgelenk-Vorrichtung 19, und zwar am äußeren oberen Kopfteil des Gelenkkopfs 20, angebrachten Anschlag 21, der an einen ersten Ring 22 anschlägt.

Ein oberer Rahmen 14 kann mit einer unteren Rahmenplatte 30 durch Zug- und Stützelemente (nicht gezeichnet) verbunden sein, welche die Differenzial-Gehäuse 15 und die Lagerböcke 34 von dem Strömungsdruck 9 entlasten. Die Rahmen-Vorrichtung 14 ist z.B. eine runde Rahmenkonstruktion aus Leichtmetall (Fig. 2), an deren Unterseite - zu den vier Flügelkörpern 11 hin - vier Differenzial-Gehäuse 15 mit Zahnrad-Übersetzungen 13 angebracht sind. Die Zahnrad-Übersetzungen 13 sind durch horizontale Wellenstangen 12 mit zwei Aufhängungen 16 verbunden, an denen zwei vertikale Pendelstangen mit einem in der Höhe verstellbaren Gewicht 17 angebracht sind. Die zwei Gewichtspendel 17 werden gehalten und gelöst durch je eine Haltevorrichtung 33, die an einem Pendelführungsteil 18 angebracht ist. Das Pendelführungsteil 18 ist versehen mit einer Führungsrille 18a (Fig. 4 und 5), in der verschiedene Haltepositionen für die Flügel-Breitstellung markiert sind. Das Gewichtspendel 17 erfährt einen Ausschlag nach oben, synchron mit der Breitstellung der Flügelkörper 11, und später durch den Schwenkausschlag (40° Neigung in Fig. 5) der gesamten Vorrichtung 10 ein noch größeres Drehmoment. Das größere Drehmoment (freigesetzt nach Lösen der Haltevorrichtung 18), der verminderte Strömungsdruck und der zusätzliche Richtungsdruck, den die kürzeren Flügelkörper 11a erfahren, zwingen die Flügelkörper 11,11a relativ schnell in eine parallele Stellung zur Strömung und ermöglichen somit der Vorrichtung 10, sich durch den Auftrieb des einen Gewichtskörpers 31 und das gegenüberliegende Gewicht 31 (Fig. 1 und 5) in die Vertikale
aufzurichten, um dann erneut einen Schwenkausschlag vorzunehmen. Die Flügelkörper 11, 11a sind in ihrer Dimensionierung und Formgebung so ausgelegt, daß ihre Auftriebskraft der Gewichtskraft der darüber angeordneten Vorrichtungen (12, 13, 14, 15,16) entspricht.

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Die Kugelgelenk-Vorrichtung 19 besteht aus einem allseitig dreh- und schwenkbaren Kugelgelenk aus Metall, zusammengesetzt aus mehreren Bauteilen zur Erzeugung eines Hydraulik-Überdrucks, sowie aus runden, hohlen und zylinderförmig mit Wasser gefüllten Gewichtskörpern 31, 32, 35.

Ein einteiliger Kugelkopf oder Gelenkkopf 20 aus Metall, der allseitig drehbeweglich, hohl ausgebildet und mit einem kegelförmigen Einschnitt versehen ist, wird von einer Kugelpfanne 24 aus Metall mit einem Metallkern umfaßt. In der Mitte des Metallkerns ist ein runder, hohler Zylinder 26 mit einer nach oben gerichteten Öffnung eingelassen, in dem sich ein (einen Überdruck erzeugender) Kolben 25 bewegt. Durch die strömungsdynamisch verursachten Schwenkbewegungen der gesamten Vorrichtung 10 bewegt sich der Kugelkopf 20 mit seiner auf der Innenseite etwa kegelförmigen Ausbildung über den Zylinderkolben 25 hinweg und erzeugt so im Zylinder 26 den Hydraulik-Überdruck. Die kegelförmige Ausbildung verursacht eine unmittelbare Bewegung des Zylinderkolbens, wenn die stumpfe Spitze des Kolbens 25 am Kegelmantel entlanggleitet.

Umschlossen wird der Kugelkopf 20 von einer Gummimanschette 29 als zusätzliche Abdichtung, die an einem Anschlag 21 und einem ersten, als Dichtungsring wirkenden Metallring 22 befestigt ist. Der erste Metallring 22 ist mit einem zweiten Metallring 23 drehbar gleitend verbunden, während der zweite Metallring 23 fest mit der Kugelpfanne 24 verbunden ist und durch einen Überstand verhindert, daß Kugelkopf und Kugelpfanne sich von einander trennen. Der erste Metallring 22 ermöglicht eine gemeinsame Drehung von Kugelkopf und Gummimanschette mit dem gesamten Aufbau. Ein regelndes Druckventil 28 ist an der Außenseite der Kugelpfanne 20 angebracht und ist durch Hydraulik-Druckleitungen mit dem Überdruck erzeugenden Zylinder 26 einerseits und einem lokal unabhängigen Betriebsgehäuse andererseits verbunden. Das Druckventil 28 regelt die Weitergabe des Hydraulik-Überdrucks und die Zufuhr von Hydraulik-Flüssigkeit 27 in den Druckzylinder 26. Eine weitere Aufgabe des Ventils 28 ist es, durch eine Schließung die Flügelvorrichtung 10 in der vertikalen Stellung zu halten.

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An der Unterseite der Kugelkopf-Plattform oder Rahmenplatte 30 sind sich gegenüber liegend mittig zum Drehpunkt des Kugelgelenkes Gewichtskörper 31 angebracht zur Unterstützung des Auftriebs der Flügelkörper 11, 11a. An der Unterseite des Fußes der Kugelkopf-Pfanne 24 sind Anschlags- und Anker-Gewichtskörper 36, 37 befestigt, die ohne zusätzliche Verankerung die gesamte Anlage am Meeresboden halten.

Der Gewichtskörper 31 unterhalb der Rahmenplatte 30 ist eine zylinderförmige Vorrichtung aus Leichtmetall. In seinem Innern wirkt ein hohler Zylinder (gefüllt mit Wasser 32) als zusätzliche Gewichtskraft, oder wenn durch Kolbendruck 35 entleert, als zusätzliche Auftriebskraft. Im Zylinder der Gewichtskörpervorrichtung 31 bewegt sich ein Druckkolben 35, dessen Kolbenstange nach außerhalb des Gewichtskörpers 31 reicht und deshalb bei einer Neigung von etwa 40° einen Anschlag am Ankergewicht 36 erfährt und daraufhin durch weiteren Neigungsdruck auf 45° das Wasser 32 aus dem Innern des Zylinders drückt. So entsteht aus dem Gewichtskörper ein Auftriebskörper, der dann für den notwendigen Auftrieb der Flügelvorrichtung in eine vertikale Stellung mit sorgt. Bei einer Neigungsbewegung der gesamten Vorrichtung unterstützt die Gewichtskörper-Vorrichtung 31, 32, 35 durch ihr rechts abnehmendes und links zunehmendes Drehmoment (Fig. 5) den Neigungsvorgang, so daß (bis auf einen geringen Verlust durch die Differenz der Drehmomente beider Gewichtspendel) der volle Strömungsdruck, den die Flügelkörper 11 erfahren, auf den Kolben 25 im Innern des Kugelgelenkes 19 zur Erzeugung eines Überdrucks übertragen wird.

Die Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf die Flügel-Vorrichtung 10, sowie eine mögliche Formgestaltung zur Breitstellung der Flügelkörper 11,11a unter dem Strömungsdruck 9.

Die Figur 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines den Hydraulikdruck erzeugenden Kugelgelenkes 19, in dessen Inneren mehrere (in diesem Fall 3) den Hydraulikdruck erzeugende Zylinder 26 mit Kolben 25 sternförmig angeordnet sind. Dadurch wird der auf die Kolben 25 einwirkende Druck auf mehrere Druckpunkte gleichmäßiger verteilt.

Die Figur 4 zeigt die Gewichtskräfte, die auf die Gesamtvorrichtung als Drehmomente an dem Kugelgelenk einwirken, wenn sie sich in einer vertikalen Lage befindet.

Die Figur 5 zeigt die Gewichtskräfte, die auf die sich in einer 40°-Neigungslage befindliche Gesamtvomchtung als Drehmomente an dem Kugelgelenk einwirken.

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R81064GM Ranz, Klaus Günter

Bezugszeichen

9	Unterwasser-Energieströmungsrichtung
10	Flügel-Vorrichtung
11	Flügelkörper
11a	Kürzere Seite des Flügelkörpers
12	Welle (vertikal oder horizontal)
13	Übersetzung (Zahnräder)
14	Rahmen
15	Differenzial-Gehäuse
16	Wellengehäuse, Aufhängung
17	Gewichtskörper des Pendels
18	Pendelführung mit Haltevorrichtung
18a	Führungsrille
19	Kugelgelenk-Vorrichtung
20	Gelenkkopf oder Kugelkopf
21	Anschlag
22	Erster Ring
23	Zweiter Ring
24	Gelenkpfanne
24a	Metallkern
25	Kolben
26	Druckzylinder
27	Hydraulik-Flüssigkeit
28	Anschluß eines Druckventils
29	Gummimanschette
30	Rahmenplatte
31	Gewichtskörpervorrichtung mit Zylinder
32	Gewichtsflüssigkeit (Wasser)
33	Schalter für Haltevorrichtung
34	Lagerbock (Welle)
35	Zylinderkolben
36	Anschlagsockel mit Ankergewicht
37	zusätzliches Ankergewicht
38	Ankerröhre
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Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Energie aus der Bewegung von Wasser in Form eines Strömungs-Pendelkraftwerks,
gekennzeichnet durch einen ersten Körper in Form einer Flügel-Vorrichtung (10) aus Leicht- oder Verbundmaterial,
die zusammengesetzt ist aus vier länglichen, paarweise hintereinander angeordneten, vertikal im Wasser stehenden, verstellbaren Flügelkörpern (11, 11a),
die in einer Unterwasserströmung aufgrund sich verändernder Flügelstellungen im Zusammenspiel mit zwei Gewichtspendeln (17) und mit Gewichtskörpern (31, 32, 35) aus Metall hin und her pendeln, vorzugsweise mit einer Schwenkbewegung von ca. 40-45°,
und dabei ihre Schwenkbewegung als Drehmoment auf einen zweiten Körper in Form einer allseitig drehbeweglichen Kugelgelenk-Vorrichtung (19) aus Metall übertragen.

2. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgelenkvorrichtung (19) einen im wesentlichen kugelförmigen Gelenkkopf (20) mit einem aufgesetzten Anschlagkörper (21), sowie zur Abdichtung eine Gummimanschette (29) und einen ersten Ring (22) umfaßt.

3. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (20) im Innern seines kugelförmigen Unterteils eine im wesentlichen kegelförmige Einsenkung als Gleitfläche aufweist.

4. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Anschlagkörper (21) eine Rahmenplatte (30) montierbar ist, welche die Flügelvorrichtung (10) trägt.

5. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gewichtskörper (31, 32, 35) einander gegenüberliegend an der Unterseite der Rahmenplatte (30) angebracht sind.

6. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskörper (31, 32, 35) eine Vorrichtung mit einem Zylinder (31), der eine Gewichtsflüssigkeit (32) aufnehmen kann, und mit einem Zylinderkolben (35) umfaßt, dessen Kolbenstange bei einem Ausschlag der genannten Pendelbewegung von etwa 40° auf einem Anschlag (36) einer Ankergewichtsvorrichtung (36, 37) aufsetzt.

7. Strömungspendelkraflwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgelenkvorrichtung (19) eine kugelförmige Gelenkpfanne (24) umfaßt.

8. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gelenkpfanne (24) ein zweiter Ring (23) montiert ist, der den Gelenkkopf (20) in der Gelenkpfanne (24) hält und der Gleitflächen gegenüber dem Gelenkkopf (20) und dem ersten Ring (22) aufweist.

9. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (24) einen Metallkern (24a) aufweist, der einen Zylinder (26) und einen Kolben (25) trägt, wobei der Zylinder (26) mit Hydraulik-Flüssigkeit (27) gefüllt ist und der Kolben (25) an der kegelförmigen Einsenkung des Gelenkkopfs (20) zur Erzeugung eines Hydraulik-Überdrucks gleitet.

10. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Zylinder (26) mit weiteren Kolben (25) an dem Metallkern (24a) vorgesehen sind, die an weiteren kegelförmigen Einsenkungen des Gelenkkopfs (20) gleiten.

11. Strömungspendelkraflwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den oder die Hydraulik-Zylinder (26) ein Hydraulikkreis angeschlossen ist, der durch ein Ventil (28) sperrbar ist, so daß der hydraulische Kolben (25) den Gelenkkopf (20) in seiner vertikalen Stellung festhalten kann.

12. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (24) auf einer Ankergewichtsvorrichtung (36, 37) ruht, die mit einem zylinderförmigen Fortsatz in einer Ankerröhre (38) am Meeresboden verankert ist.

13. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügelkörper (11, 11a) seine Drehbewegung über eine senkrecht stehende Welle (12) abgibt, die unten in einem Lagerbock (34) und oben in einem Differenzial- Gehäuse (15) gelagert ist.

14. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzial-Gehäuse (15) Zahnrad-Übersetzungen (13) enthalten, die paarweise mit einer horizontal liegenden Welle (12) verbunden sind.

15. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontal liegende Welle (12) in einem Wellengehäuse (16) gelagert ist, in dem eines der Pendel mit einem Gewichtskörper (17) drehfest mit der horizontalen Welle (12) aufgehängt ist.

16. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende jedes Gewichtspendels (17) in einer Pendelführung (18) schwenkbar ist, die eine Führungsrille (18a) mit mehreren, elektromagnetisch schaltbaren Haltevorrichtungen (33) aufweist.

17. Strömungspendelkraftwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzial-Gehäuse (15) und das Wellengehäuse (16) durch einen Rahmen (14) miteinander verbunden sind.