DE202009003362U1

DE202009003362U1 - Hydraulische Drachen Kraftübertragungsanlage mit Spitzenlastglättung und Noteinholung

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Publication number: DE202009003362U1
Application number: DE202009003362U
Authority: DE
Original assignee: KORRMANN VOLKER
Current assignee: KORRMANN VOLKER
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2019-03-14

Abstract

Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in der Offshore Bauweise auf einer verankerten Schwimmplattform installiert wird.

Description

Das große Problem bei der Energieerzeugung mit Hilfe von Drachen ist neben den großen Leistungsschwankungen, dass Arbeit = Kraft·Weg ist. Es kann zwar die Verbindungsleine innerhalb gewisser Grenzen ausgerollt und auch wieder eingezogen werden, jedoch muss man dafür den Drachen immer aus dem Wind drehen. Insgesamt geht durch diese Einholvorgänge einfach zu viel Zeit verloren.
Der große Kniff ist nun, die benötigte Wegstrecke zu minimieren.
Bei der mechanischen Umsetzung der Abrollbewegung sind einem durch die Reibung und den dabei auftretenden Kraftbelastungen gewisse Grenzen gesetzt.
Eine sehr viel ergiebigere Energieausbeute bei „kurzen Wegen” ist mit Hilfe zweier wechselseitig arbeitender Hydraulikanlagen möglich.
Durch das umschalten zwischen den beiden Hydraulikanlagen kann sich der eine Zylinder wieder zusammenziehen, während der andere vom Drachen auseinandergezogen wird. Durch jeden „Expansionsvorgang” wird natürlich auch mehr Leine gegeben.
Durch die Umsetzung der Kraft mit Hilfe der Hydraulikanlage kann aber die Wegstrecke des Drachens bei annähernd gleicher Leistung um ein Vielfaches verringert werden.
Ein weiters sehr wichtiges Problem bei Drachen Windkraftanlagen sind die ungleichmäßig auftretenden Kräfte. Diese belasten den Generator und erzeugen einen ungewollt schwankenden Energieausstoß.
Durch die Zwischenspeicherung mittels Druckluftspeichers oder eines Schwungrades ist es unter Aufbringung gewisser Speicherverluste möglich, die Energiegewinnung zu glätten. Diese Technik zur Abpufferung der Spitzenleistungen ist ebenfalls bei Systemen möglich, bei denen die Kraftübertragung mit Hilfe des Zugseilspeichers erfolgt.
Die beschriebene Noteinholung kann zudem den Einholvorgang der Leine extrem beschleunigen. Alternativ kann die Noteinholung auch bei einer Lösung eingesetzt werden, wo die Kraftübertragung mit Hilfe des Zugseilspeichers erfolgt.
Stand der Technik
Zum Stand der Technik wurden folgende Patentschriften recherchiert

Ausführungsbeispiel
Wie in der Skizze ersichtlich wird mit Hilfe eines gesteuerten Lenkdrachens eine Zugbelastung am Zugseil erzeugt. Diese Kraft wird mit Hilfe der Klemmhalterungen über die Haltestangen an die Hydraulikzylinder übertragen. Die Hydraulik ist dabei so ausgeformt, dass durch die Zugkraft eine Stange nach oben gezogen wird, wodurch gleichzeitig eine Hydraulikkammer zusammen geschoben wird.
Durch die starren Haltestangen ist es möglich, beim Einholvorgang beide Klemmhalterungen zu lösen und die Leine Einzuholen, während der Drachen aus dem Wind gedreht ist. Bei diesem Vorgang verbleiben die Klemmhalterungen somit an ihrem Standort und werden nicht mit in den Zugseilspeicher gezogen.
Der Zugseilspeicher selbst steht nicht unter einer Zugbelastung, da der Zug immer von einem der beiden Hydraulikzylinder aufgenommen wird.
Die Hydraulikflüssigkeit des „belasteten” Zylinders wird über ein Rückschlagventil in den Druckspeicher geleitet. Aus dem Druckspeicher wird gleichmäßig über ein gesteuertes Ventil ein Generator betrieben. Über zwei Rückschlagventile wird automatisch der nicht belastete Hydraulikzylinder über den Generator gefüllt. Die gesamte Konstruktion kann kostengünstig auf einer im Meer verankerten Schwimmplattform betrieben werden.
Die bewegten Teile wie die Hydraulikzylinder lassen sich zudem mit Hilfe einer flexiblen Abdeckung wie z. B. einer Folie gegen das Salzwasser isolieren.
Noteinholung/Reguläre Niveauverminderung
In der ersten Entwicklungsphase ist eine Noteinholung und die Nivauregulierung, bei der der Drache auf seine Ausgangsleinenlänge eingeholt wird, mit Hilfe einer Steuerleine und einem „aus dem Wind drehen” des Drachen umzusetzen.
Als verbesserte Lösung ist später in einer zweiten Phase eine Klappvorrichtung zu verwenden. Der Vorteil der Klappvorrichtung besteht darin, dass die Niveauverminderung wesentlich schneller durchgeführt werden kann. Wie in der Skizze ersichtlich ist der Drache über mehrere Leinen mit einer dreieckigen „Trägervorrichtung” verbunden. Diese ist an der Spitze klappbar. Die Schenkel des Dreiecks bestehen aus einer Laufschiene und Drachenaufhängungen. Die Laufschiene verläuft dabei nicht über die volle Länge des Schenkels. Im Normalbetrieb hängt die Hauptlast über den Reiter an der Hauptleine und die Klappvorrichtung steht in „Ruhestellung” (Skizze 2). Zur Niveauverminderung die Hauptleine schlagartig entlastet. Gleichzeitig wird der Reiter mit Hilfe einer Pneumatik schlagartig nach oben verschoben und der Drachen klappt in der Mitte auf. Der Drache kann in diese Stellung (siehe Skizze 3) sehr schnell eingeholt werden.

Mit Hilfe der Pneumatik und einer erneuten Zugentlastung kann der Reiter wieder in seine Normalposition gestellt werden. Legende

Nr.	Beschreibung
1	Lenkdrachen mit Steuerung
2	Klemmhalterung für Hydraulikzylinder 2
3	Klemmhalterung für Hydraulikzylinder 1
4a	Zugseil mit Verstärkungen. Insgesamt wesentlich stärker gearbeitet
4b	Normales Zugseil
5a	Haltestange für Hydraulikzylinder 1
5b	Haltestange für Hydraulikzylinder 2
6	Hydraulikzylinder 1 (Maximalstellung Expansion)
7	Hydraulikzylinder 2 (Startstellung vor Expansion)
8	Zugseilspeicher
9	Generator
10	Speicher für Hydrauliköl
11	Druckluftspeicher
12	Schwimmplattform am Meeresboden verankert
13	Einzelner Schenkel der Noteinholung
14	Laufschiene des Reiters
15	Klappvorrichtung zur Noteinholung
16	Reiter

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 Patentliteratur

- DE 202007002737 U1 [0010]
- DE 19526129 A1 [0010]
- DE 4319823 A1 [0010]
- DE 4105318 A1 [0010]
- DE 3209368 A1 [0010]
- DE 3100085 A1 [0010]
- DE 2437003 A1 [0010]
- DE 656194 A [0010]
- US 4335093 [0010]
- EP 0391601 A2 [0010]
- WO 00/40860 A2 [0010]

Claims

Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in der Offshore Bauweise auf einer verankerten Schwimmplattform installiert wird.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hydraulikzylinder im Wechselbetrieb über Verbindungsstangen mit der Drachenleine verbunden sind.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstangen mit Hilfe einer schaltbaren Klemmhalterung mit der Drachenleine verbunden sind.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstangen sowohl an der Klemmhalterung, als auch an dem Hydraulikzylinder mit Hilfe eines Gelenks verbunden sind. Die Gelenke sind jeweils innerhalb eines Winkelbereiches unter 90° drehbar ausgefertigt.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass neben den Hydraulikzylindern die Abrollvorrichtung für die Drachenleine auf der Plattform verankert ist.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikzylinder über einen Stromgenerator mit einander verbunden sind.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage über eine Steuerung verfügt, die im Normalbetrieb immer nur einen Zylinder über die Klemmhalterung fest mit der Drachenleine verbindet. Bei voller Expansion des einen Zylinders schaltet die Steuerung über einen mechanischen Kontakt am Zylinder auf den anderen Zylinder um. Dabei wird erst die Klemmhalterung des zweiten Zylinders aktiviert, bevor die erste Klemmhalterung gelöst wird.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das die Abrollanlage über einen Sensor verfügt, mit das Ende der Drachenleine erkannt wird. In diesem Fall sorgt die Steuerung dafür, dass erst der Endstand des aktuell in Betrieb befindlichen Zylinders erreicht wird, dann der Drache aus dem Wind gedreht wird, die Klemmhalterungen gelöst werden, und der Drache wieder um mehrere Meter eingeholt wird. Danach arretiert die Steuerung die Klemmhalterung des in „Startposition” befindlichen Zylinders.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der Expansion eines Zylinders die Hydraulikflüssigkeit über den Generator von einem Zylinder zum anderen gepumpt wird.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhalterungen über eine sehr lange Auflagefläche verfügen.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhalterungen elektronisch gesteuert sind.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drachenleine im Arbeitsbereich, in dem die Kraft über die Klemmhalterungen an die Hydraulikzylinder übertragen werden soll, über regelmäßige – in die Leine eingearbeitete – Verstärkungen verfügt. Die Verstärkungen erhöhen den Durchmesser der Leine. Die Verstärkungen sind in einem flachen Winkel ausgeformt und mit einem Materialüberzug gegen Abrieb geschützt.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhalterungen auf der Innenseite das komplementäre Profil, zu den in der Leine eingearbeiteten Verstärkungen, besitzt.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmhalterungen im „gelösten” Zustand die Leine und deren Verstärkungen freien Durchlauf bietet.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung sicherstellt, dass die Klemmhalterungen genau dann arretiert werden, wenn die Profile der Drachenleine und der Klemmhalterung genau in einander passen.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leinenverstärkungen Spulen, Magnete, farbliche Markierungen, elektrisch leitende Kontakte oder Metallstücke zur Positionserkennung eingebaut sind.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass optional ein Druckpufferspeicher zwischen belasteten Zylinder und Generator und entspannenden Zylinder geschaltet ist. Der Druckpufferspeicher besteht aus einem Hydraulikspeicher bzw. hydraulischen Zylinder und einem damit verbundenen Druckluftspeicher.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder in der Druckpufferspeicherbauform über ein Rückschlagventil mit dem Druckpufferspeicher verbunden sind. Der Druckpufferspeicher ist über ein regelbares Ventil mit dem Generator verbunden. Dieser ist über zwei Rückschlagventile wiederum mit den Hydraulikzylindern verbunden.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer Bauweise mit Kraftübertragung durch den Zugseilspeicher eine Pufferung mit Hilfe eines Schwungrades erfolgt. Das Schwungrad ist über eine Umsetzung mit dem Generator verbunden. Zur Rückholung kann das Schwungrad vom Zugseilspeicher mit Hilfe einer Kupplung entkoppelt werden.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch stark belasteten Teile wie die Hydraulikzylinder sich mit Hilfe einer flexiblen Abdeckung wie z. B. einer Folie gegenüber dem Salzwasser geschützt werden.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie optional über eine Noteinholeinrichtung verfügen kann
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Noteinholeinrichtung aus zwei über ein Gelenk verbundenen Schenkeln besteht, die an mehreren Stellen mit den Halteleinen des Drachen verbunden sind.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schenkel der Noteinholung über eine Laufschiene für den „Reiter” verfügt. Sowohl am Ende als auch am Anfang der Laufschiene befinden sich elektronisch gesteuerte Festhalter, welche den Reiter in seiner Position halten
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reiter der Noteinholung die beiden Schenkel in zwei unterschiedlichen Positionen (Anfang oder Ende der Laufschiene) fest mit einander verbindet.
Die Drachen Kraftübertragungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Noteinholung über eine Vorrichtung verfügt, die bei plötzlicher Zugentlastung des Drachens elektronisch gesteuert den Reiter schlagartig in die andere Position befördert. Das kann beispielsweise mit Hilfe einer Pneumatik geschehen. Der dafür notwendige Luftdruck kann mit einer sehr kleinen Anlage über mehrere Minuten aufgebaut werden.