DE202016103897U1

DE202016103897U1 - Wellenkraftanlage

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Publication number: DE202016103897U1
Application number: DE202016103897.9U
Authority: DE
Original assignee: Theile JD GmbH and Co KG; JD Theile GmbH and Co KG
Current assignee: Theile JD GmbH and Co KG; JD Theile GmbH and Co KG
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2026-07-20

Abstract

Wellenkraftanlage mit mehreren gelenkig miteinander verbundenen, schwimmfähigen Armsegmenten (8, 9) und mit mehreren Einrichtungen zum Gewinnen von Energie aus der wellenbedingten scharnierenden Schwenkbewegung eines ersten Armsegmentes (8) gegenüber einem mit diesem verbundenen, benachbarten zweiten Armsegment (9), wobei die Energiegewinnungseinrichtungen innerhalb jeweils eines zwei Armsegmente (8, 9) verbindenden Gelenks (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiegewinnungseinrichtung in den Gelenken (10) zumindest ein Rotationsgenerator (25, 25.1) angeordnet ist, dessen Antriebswelle durch den Abtrieb eines Vorsatzgetriebes (23, 23.1) angetrieben ist, wobei der Stator des Generators (25, 25.1) an einem ersten Armsegment (8, 9) zugeordneten Gelenkteil (14, 15) und die Antriebswelle des Vorsatzgetriebes 23, 23.1 an einem dem zweiten Armsegment (9) zugeordneten Gelenkteil (15) angeschlossen sind, und dass das Vorsatzgetriebe (23, 23.1) in einer Drehrichtung einen Freilauf aufweist und die Rotorwelle des Generators (25, 25.1) somit nur in einer Drehrichtung durch das Vorsatzgetriebe (23, 23.1) angetrieben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkraftanlage mit mehreren gelenkig miteinander verbundenen, schwimmfähigen Armsegmenten und mit mehreren Einrichtungen zum Gewinnen von Energie aus der wellenbedingten scharnierenden Schwenkbewegung eines ersten Armsegmentes gegenüber einem mit diesem verbundenen, benachbarten zweiten Armsegment, wobei die Energiegewinnungseinrichtungen innerhalb jeweils eines zwei Armsegmente verbindenden Gelenks angeordnet sind.
Meereswellen stellen ein nicht unbeträchtliches Energiepotenzial dar. Seit vielen Jahren werden Konzepte entwickelt, diese Energie nutzbar zu machen. Zu unterscheiden ist eine Gewinnung von Energie aus auf dem Land auflaufenden Wellen und einer Offshore- oder Nearshore-Energiegewinnung. Genutzt wird für die Energiegewinnung die Wellenbewegung auf unterschiedliche Art und Weise. Gemäß einem ersten Konzept zur Energiegewinnung wird die Wellenamplitude genutzt, um in vertikaler Richtung einen ersten Körper gegen einen zweiten, gegenüber dem ersten Körper ruhenden Körper zu bewegen. Der ruhende Körper befindet sich unterhalb des Wasserspiegels. Bei einem anderen Konzept sind mehrere langgestreckte, auf der Wasseroberfläche schwimmende Segmente gelenkig miteinander verbunden. Ausgenutzt wird bei diesem Konzept die scharnierende Bewegung zweier benachbarter schwimmfähiger Segmente gegeneinander. Da diese Segmente auf der Wasseroberfläche schwimmen, werden diese durch die Wellenbewegung gegeneinander verstellt.
Den vorbekannten Energiegewinnungskonzepten ist gemein, dass die Bewegung der Körper bzw. Segmente infolge des Wechsels zwischen Wellental und Wellenberg. gegeneinander eine hydraulische Aktuatorik in Bewegung versetzt, durch die wiederum ein elektrischer Generator angetrieben wird.
Aus EP 1 611 349 B1 ist eine Wellenkraftanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene Wellenkraftanlage verfügt über eine Vielzahl von in Längsrichtung miteinander verbundenen schwimmfähigen Segmenten, die unter Zwischenschaltung einer Verknüpfungseinheit miteinander verbunden sind. Die Verknüpfungseinheit erlaubt es, dass zwei benachbarte Segmente scharnierend gegeneinander bewegt werden können. Die Segmente dieser Wellenkraftanlage sind zylindrisch ausgeführt. Um eine Energiegewinnung unabhängig von der aktuellen Drehlage der Armsegmente zu ermöglichen, sind zwei benachbarte Armsegmente durch die Verknüpfungseinheit um zwei Schwenkachsen, die orthogonal zueinander angeordnet sind, verschwenkbar. Die Scharnierbarkeit der Segmente gegeneinander treibt eine hydraulische Kolbenzylindereinrichtung als Energiegewinnungseinrichtung an, die innerhalb der Verknüpfungseinheit angeordnet ist.
Problematisch bei der Gewinnung von Energie aus Meereswellen ist die oszillierende Wellenbewegung, die die beiden gegeneinander bewegbaren Körper, die die Energiegewinnungseinheit antreiben, ebenfalls in eine oszillierende Bewegung bringt. Insofern unterscheidet sich das Konzept der Energiegewinnung bei Wellenkraftanlagen von dem Konzept von Energiegewinnungsanlagen, bei denen Energie aus einem strömenden Medium, beispielsweise Wind oder Wasser, gewonnen wird. Bei derartigen Anlagen lässt sich die gewonnene Energie unmittelbar in eine Drehbewegung zum Antreiben eines Generators umsetzen. Aus diesem Grunde wird bei vorbekannten Wellenkraftanlagen die Bewegung der gegeneinander bewegbaren Körper, wie etwa der Segmente der Wellenkraftanlage gemäß EP 1 611 349 B1 zum Antreiben einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung eingesetzt, um die in den hydraulischen Fluidkreislauf induzierte Bewegung in eine rotatorische Bewegung zum Antreiben eines Generators zu wandeln. Da Kolben-Zylinder-Anordnungen ebenfalls nur translatorisch oszillierend angetrieben werden können, eignen sich derartige Systeme in besonderer Weise für eine Energiegewinnung aus Wellenkraft.
Auch wenn mit derartigen Wellenkraftanlagen elektrische Energie aus Wellenkraft gewonnen werden kann, sind diese Anlagen vor allem hinsichtlich der für die Energiegewinnung benötigten hydraulischen Komponenten und Verbindungen aufwendig in der Konstruktion und daher kostenträchtig. Zudem müssen derartige Einrichtungen in relativ engen zeitlichen Abständen gewartet werden.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkraftanlage der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, dass vor allem der Aufbau einer solchen Wellenkraftanlage vereinfacht und die Herstellungs- und Betriebskosten reduziert sind. Zudem wäre es wünschenswert, wenn die Energieausbeute gesteigert werden könnte.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Wellenkraftanlage, bei der als Energiegewinnungseinrichtung in den Gelenken zumindest ein Rotationsgenerator angeordnet ist, dessen Antriebswelle durch den Abtrieb eines Vorsatzgetriebes angetrieben ist, wobei der Stator des Generators an einem ersten Armsegment zugeordneten Gelenkteil und die Antriebswelle des Vorsatzgetriebes an einem dem zweiten Armsegment zugeordneten Gelenkteil angeschlossen sind, und bei der das Vorsatzgetriebe in einer Drehrichtung einen Freilauf aufweist und die Rotorwelle des Generators somit nur in einer Drehrichtung durch das Vorsatzgetriebe angetrieben ist.
Bei dieser Wellenkraftanlage wird die Wellenenergie genutzt, um unmittelbar einen Rotationsgenerator anzutreiben. Zumindest ein solcher Generator sitzt in jedem, zwei schwimmfähige Armsegmente verbindenden Gelenk, sodass die scharnierende Schwenkbewegung zweier Armsegmente gegeneinander infolge der oberflächlichen Wellenbewegung den zumindest einen Generator in dem Gelenk antreibt. Der unmittelbare Antrieb eines Rotationsgenerators, der trotz der oszillierenden Wellenbewegung nur in einer Drehrichtung angetrieben wird, gelingt mit einem dem Generator vorgeschalteten Vorsatzgetriebe, welches in einer Drehrichtung seines Abtriebes einen Freilauf aufweist. Damit wird der Generator aufgrund des zwischengeschalteten Vorsatzgetriebes nur in eine Drehrichtung angetrieben. Bei diesem Konzept hat man sich darüber hinweggesetzt, dass es für eine Stromgewinnung unerlässlich sei, dass ein Rotationsgenerator dauerhaft drehend angetrieben sein muss, wie man dieses von Strömungskraftanlagen wie etwa Wind- oder Wasserkraftanlagen her kennt. Bei dem erfindungsgemäßen Konzept wird ein solcher Generator über den Verlauf einer Wellenlänge einer Meereswelle nur über eine gewisse Phase angetrieben. Aufgrund des Freilaufes rotiert die in der vorangegangenen aktiven Antriebsphase angetriebenen Masse des Rotors des Generators jedoch auch bei nachlassender Schwenkbewegung der Armsegmente gegeneinander und insbesondere bei einer Umkehrung der Armsegmentschwenkbewegung zumindest eine gewisse Zeit weiter, bevor infolge einer erneuten Umkehrung der Armschwenkbewegungsrichtung wieder ein Drehmoment in den Rotor des Generators eingebracht wird. Somit wird der Generator zyklisch angetrieben. Um einen Weiterlauf des Rotors in einer Nicht-Antriebsphase aufgrund des wirkenden Freilaufes zu unterstützen, ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass der Generator über ein Schwungrad oder eine anderweitige Schwungmasse verfügt, durch die der Generator in einer nicht aktiven Antriebsphase in Drehung bleibt, bevor die nächste aktive Antriebsphase beginnt. Eine solche Wellenkraftanlage umfasst eine Mehr- oder Vielzahl derartig angetriebener Generatoren. Da davon auszugehen ist, dass die aktiven Antriebsphasen dieser Generatoren zeitlich verschoben zueinander sind, ist ein zyklischer Antrieb jedes einzelnen Generators, der in seiner nicht aktiv angetriebenen Phase – der Leerlaufphase des Vorsatzgetriebes – weniger Strom produziert als in seiner angetriebenen Phase, nicht oder jedenfalls nicht nennenswert spürbar. Somit ist durch die Vielzahl der eingesetzten Generatoren eine kontinuierliche Stromabgabe durch die Wellenkraftanlage gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einem, zwei benachbarte Armsegmente verbindenden Gelenk zwei Rotationsgenerator-Vorsatzgetriebe-Anordnungen implementiert sind, wobei die Antriebsrichtungen der beiden Generatoren gegensinnig sind. Bei einer solchen Ausgestaltung werden beide scharnierenden Schwenkbewegungsrichtungen benachbarter Armsegmente zueinander genutzt, wobei in jeder Schwenkbewegungsrichtung jeweils einer der beiden Generatoren aktiv angetrieben ist. Bei dieser Ausgestaltung ist immer ein Generator aktiv angetrieben, während der andere Generator aufgrund des Freilaufes seines Vorsatzgetriebes nicht aktiv angetrieben ist. Die zusammengeschalteten Generatoren in einem solchen Gelenk liefern sodann einen konstanten oder annähernd konstanten Strom. Vorteilhaft ist bei einer solchen Auslegung der Energiegewinnungseinrichtungen zudem, dass aufgrund des gegensinnigen Antriebes der Generatoren, deren Stromausgänge zusammengeschaltet sind, ein gleichstromähnlicher Strom zur Verfügung gestellt wird.
Eine solche Wellenkraftanlage kann nach Art einer Schlange durch mehrere oder eine Vielzahl in Längserstreckung hintereinander angeordneter Armsegmente, die jeweils durch ein Gelenk mit einer Energiegewinnungseinrichtung, wie vorbeschrieben, verbunden sind, ausgeführt sein. Bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der mehrere Armsegmente in derselben scharnierenden Verschwenkbarkeit beispielsweise sternförmig an einen zentralen Schwimmkörper, beispielsweise eine Boje, angeschlossen sind. An jedes an den zentralen Schwimmkörper angeschlossene Armsegment können ein oder mehrere weitere Armsegmente unter Zwischenschaltung jeweils einer, eine Energiegewinnungseinrichtung umfassenden Gelenkes angeschlossen sein. Durchaus möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei der mehrere oder sogar eine Vielzahl zentraler Schwimmkörper nach Art von Netzwerkknoten angeordnet sind, die sodann durch miteinander gelenkig verbundene Armsegmente verknüpft sind. Auf diese Weise lässt sich eine Anordnung nach Art eines Netzes realisieren. Randlich angeordnete zentrale Schwimmkörper können zudem radial abragende Armsegmente oder Armsegmentanordnungen aufweisen.
Die unmittelbare Umsetzung der Wellenenergie in elektrische Energie in der vorbeschriebenen Art und Weise lässt sich mit geringem apparativen Aufwand realisieren. Besonderer Vorteil ist, dass keine Hydraulikhochdruckleitungen und die entsprechenden Aktuatoren und Dichtungen benötigt werden. Zudem erweist sich eine solche Energiegewinnungseinrichtung als sehr Wartungsarm. Daher sind die Energiegewinnungseinrichtungen einer solchen Wellenkraftanlage kompakt und kleinbauend, zumindest können diese in dieser Form ausgelegt werden. Insofern macht man sich bei dieser Wellenkraftanlage auch den Umstand zunutze, dass nicht ein einziger Generator, wie dieses beim Stand der Technik üblich ist, angetrieben wird, sondern eine Vielzahl von Generatoren, wobei die Summe des erzeugten Stroms sämtlicher Generatoren die Strommenge darstellt, die mit der Wellenkraftanlage produziert wird. Das Vorsehen einer Vielzahl hinsichtlich ihrer Größe und Leistungsfähigkeit kleinerer Generatoren erlaubt den Einsatz handelsüblicher Generatoren, sodass zur Realisierung einer solchen Wellenkraftanlage nicht auf Sonderanfertigungen zurückgegriffen werden muss. Vorteilhaft bei dem Einsatz kleinerer Generatoren ist zudem, dass für deren Antrieb auch nur ein geringeres Gegenmoment überwunden werden muss, sodass eine Stromausbeute auch bereits bei geringem Wellengang in nennenswertem Maße möglich ist. Dieses erlaubt auch eine Ausgestaltung der gegeneinander mittels der Gelenke scharnierenden Armsegmente in einer leichteren Bauweise, da zum Bewirken der Scharnierbarkeit ein entsprechend geringeres Gegenmoment durch die Energiegewinnungseinrichtung entgegengestellt wird.
Bei einer sternförmigen Auslegung einer solchen Wellenkraftanlage ist es sinnvoll, die äußeren Enden der äußeren Armsegmente mit einem zugfesten Verbindungsmittel, wie etwa einer Kette, ein Stahlseil oder dergleichen, miteinander zu verbinden. Auf diese Weise werden die Armsegmente an ihren äußeren Enden auf Abstand zueinander gehalten. Mithin bleibt sodann die Armsegmentauslage dieser Wellenkraftanlage durch diese Maßnahme auch bei ungünstigen Bedingungen aufrechterhalten. Bei einer solchen Ausgestaltung ist Sorge dafür getragen, dass benachbarte Armsegmente dennoch zumindest in einem gewissen Maße unabhängig voneinander gegenüber ihrem Scharnierpartner wellenbedingt scharnieren können. Eine sternförmige Auslage der Armsegmente gegenüber einem zentralen Schwimmkörper hat auch den Vorteil, dass für die Stromgewinnung die Ausrichtung der Wellenkraftanlage in Bezug auf die Wellenrichtung unerheblich ist. Insofern kann sich eine solche Wellenkraftanlage durchaus um die eigene Achse drehen, ohne eine Einbuße in der Stromgewinnung hinnehmen zu müssen, wie dieses bei linearen Armsegmentanordnungen der Fall ist. Dieses erleichtert die Maßnahmen, eine solche Wellenkraftanlage ortsfest festzulegen. Wenn ein solches Rotieren nicht gewünscht ist, kann die Wellenkraftanlage auch mit zwei oder auch mehreren Ankern festgelegt werden.
Damit die Wellenkraftanlage nicht abdriftet, wird man diese typischerweise mittels eines Ankers festlegen.
Aufgrund der Integration des oder der Generatoren in ein zwei Armsegmente verbindendes Gelenk lässt sich eine solche Wellenkraftanlage modular konzipieren. Dabei stellen die Armsegmente ein erstes Modul und die zwei Armsegmente verbindenden Gelenke mit der jeweils darin integrierten Energiegewinnungseinrichtung ein zweites Modul dar. Die Armsegmente und die Gelenke weisen komplementäre Anschlussmittel auf, sodass diese zum Aufbau der Wellenkraftanlage miteinander verbunden werden können. Armsegmente können in unterschiedlichen Längen bereitgestellt werden, und zwar in Abhängigkeit von der zu erwartenden Wellenlänge in demjenigen Gebiet, in dem die Wellenkraftanlage eingesetzt werden soll. Eine Änderung in den Gelenken bedarf es somit zur Auslegung unterschiedlicher Wellenkraftanlagen nicht. Sollen sternförmige Armsegmentanordnungen realisiert werden, dient als weiteres Modul ein zentraler Schwimmkörper. Dieser kann nach Art einer Boje ausgeführt sein. Durchaus möglich ist die Auslegung eines zentralen Schwimmkörpers auch als Ringkörper, der beispielsweise einen Mast, etwa einen Mast einer Windkraftanlage einfasst. Zum Anschließen der Armsegmente an einen solchen zentralen Schwimmkörper werden dieselben Gelenkmodule verwendet. Der modulare Aufbau einer solchen Wellenkraftanlage erlaubt eine individuelle Anpassung einer zu errichtenden Wellenkraftanlage an die Umgebungsbedingungen des Einsatzes, wie beispielsweise die Wellenlänge und/oder die Wellenhöhe.
Als zentraler Schwimmkörper kann durchaus auch ein solcher eingesetzt werden, der als Ringkörper konzipiert ist. Dieses bietet sich beispielsweise dann an, wenn der zentrale Schwimmkörper an einem bereits bestehenden Bauwerk, wie beispielsweise einem Mast einer Windkraftanlage angeordnet werden soll. Der Ringkörper kann sodann entsprechend dem Tidenhub an dem Mast aufsteigen und absteigen. An die radiale Außenseite eines solchen Schwimmkörpers sind sodann die Armsegmente und/oder Armsegmentanordnungen jeweils unter Zwischenschaltung eines eine Energiegewinnungseinrichtung beinhaltenden Gelenks angeschlossen. Es ist vorteilhaft, wenn Windkraftanlagen um eine derartige Wellenkraftanlage ergänzt werden, da die durch Wind entstandenen Wellen zum Antrieb der Wellenkraftanlage regelmäßig später eintreffen als der die Windkraftanlage antreibende Wind. Allerdings sind windgenerierte Wellen dauerhafter als der Wind selbst. Dies bedeutet, dass durch die Wellenkraftanlage auch nach Abflauen eines Windes aufgrund des dann noch vorherrschenden Wellenganges weiterhin Strom erzeugt werden kann.
Die scharnierende Schwenkbewegung zweier benachbarter Armsegmente oder zwischen einem Armsegment und einem zentralen Schwimmkörper ist typischerweise hinsichtlich des Verschwenkbetrages begrenzt, um ein Überschlagen und eine damit einhergehende Beschädigung einzelner Armsegmente bei höherem Wellengang oder überbrechenden Wellen zu verhindern. Die Begrenzung der Schwenkbewegung erfolgt zur Begrenzung von auf die Anlage einwirkenden Schlägen vorzugsweise gegen ein Dämpfungsglied, beispielsweise eine Feder oder ein Federpaket. Dieses hat zum Vorteil, dass dann eine Rückstellung in die gewünschte Position durch die dann in der Feder oder dem Federpaket gespeicherte Energie unterstützt wird.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wellenkraftanlage und
2: eine schematisierte Querschnittsdarstellung durch ein Gelenkmodul der Wellenkraftanlage der 1 mit einer darin integrierten Energiegewinnungseinrichtung.
Eine Wellenkraftanlage 1 ist sternförmig aufgebaut und umfasst einen zentralen Schwimmkörper 2, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Boje ausgeführt ist. Der zentrale Schwimmkörper 2 ist konzipiert, um an der Wasseroberfläche zu schwimmen. Der zentrale Schwimmkörper 2 ist mittels einer Ankerkette 3 an einem bodenseitig aufstehenden Anker 4 ortsfest gehalten. Der Einfachheit halber ist die Länge der Ankerkette 3 in 2 in Bezug auf den Durchmesser der Wellenkraftanlage 1 stark verkürzt gezeigt.
Der zentrale Schwimmkörper 2 verfügt über einen zylindrischen Körper 5, an dessen radial nach außen weisender Wand 6 mehrere Armsegmentstränge gelenkig angeschlossen sind. Die Armsegmentstränge befinden sich im Bereich der Wasseroberfläche. Diese ist mit ihren Wellen in der Figur nicht gezeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind mit jeweils gleichem Umfangswinkelabstand zueinander acht derartige Armsegmentstränge an den zentralen Schwimmkörper 2 angeschlossen. Im Folgenden ist ein Armsegmentstrang 7 näher beschrieben. Die diesbezüglichen Ausführungsbeispiele gelten gleichermaßen für die weiteren Armsegmentstränge.
Der Armsegmentstrang 7 des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst zwei Armsegmente 8, 9. Die Armsegmente 8, 9 sind unter Zwischenschaltung eines Gelenkmoduls 10 miteinander verbunden. Ein solches Gelenkmodul 10 ist schematisiert in 2 in einem horizontalen Längsschnitt gezeigt. Die Gelenk- bzw. Schwenkachse S des Gelenkmoduls 10 verläuft in horizontaler Richtung. Auf diese Weise sind die Armsegmente 8, 9 um die horizontal verlaufende Achse des Gelenkmoduls 10 gegeneinander verschwenkbar, wie dieses in 1 bezüglich dieser Armsegmente 8, 9 an dem Armsegment 9 angedeutet ist. Das Armsegment 8 ist mit einem baugleichen Gelenkmodul 10 mit seinem anderen Ende an den zentralen Schwimmkörper 2 angeschlossen, sodass das Armsegment 8 in gleicher Weise um eine horizontale Schwenkachse scharnierend gegenüber dem zentralen Schwimmkörper 2 verschwenkt werden kann. Die beiden Armsegmente 8, 9 umfassen jeweils ein Hohlkammerprofil aus einer seewasserfesten Aluminiumlegierung. Die Gelenkmodule 10 sind mit Anschlussstücken an ihren beiden Enden ausgerüstet, um in einfacher Weise an die zueinanderweisenden Stirnseiten der Armsegmente 8, 9 angeschlossen zu werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlussstücke ausgeführt, damit diese in die Hohlkammerprofile mit einem Anschlussfortsatz eintauchen können. Festgesetzt werden diese sodann beispielsweise durch eine Pressverbindung und/oder eine Klebung. Auch lösbare Verbindungen zwischen den Gelenkmodulen 10 und den benachbarten Armsegmenten, bzw. dem zentralen Schwimmkörper, sind möglich. Jedes Armsegment 8, 9 trägt im Bereich seines äußeren Endes einen Schwimmkörper 11 bzw. 12. Durch die Schwimmkörper 11 bzw. 12 sind die Hohlkammerprofile der Armsegmente 8, 9 schwimmfähig. Das Anordnen der Schwimmkörper 11, 12 in dem jeweils in radialer Richtung von dem zentralen Schwimmkörper 2 wegweisenden Ende begünstigt die gewünschte Verschwenkbarkeit der Armsegmente 8, 9 gegeneinander sowie des Armsegmentes 8 gegenüber dem zentralen Schwimmkörper 2.
Die radial äußeren Enden der äußersten Armsegmente, also: des äußeren Endes des Armsegmentes 9 des Armsegmentstranges 7 mit den äußeren Armsegmenten der benachbarten Armsegmentstränge sind jeweils durch einen Kettenstrang 13 mit dem in Umfangsrichtung beabstandeten benachbarten äußersten Armsegment verbunden. Durch die Kettenstränge 13 sind die Enden der äußersten Armsegmente auf Abstand gehalten. In der Darstellung der 1 sind die Kettenstränge 13 als Kreissegment gezeigt. Tatsächlich sind die Kettenstränge 13 zwischen den diesbezüglichen Anschlussstellen an den äußersten Armsegmenten eher gerade geführt. Durch die umfängliche Verbindung der Armsegmentstränge im Bereich ihrer radial äußeren Abschlüsse erweist sich die Wellenkraftanlage 1 auch bei Strömungen oder höherem Seegang als besonders formstabil. Vor allem werden durch diese Maßnahme Querbelastungen auf die Gelenke minimiert. Je nach Ausgestaltung der Länge der einzelnen Armsegmente kann eine solche zugfeste Verbindung zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Armsegmenten auch aus Blickrichtung des zentralen Schwimmkörpers 2 vor oder hinter dem die beiden jeweiligen Armsegmente trennenden Gelenkmodul 10 angeordnet sein.
Die Gelenkmodule 10 sind in 1 schematisiert dargestellt und dienen in dieser Figur nur zum Kenntlichmachen der Gelenke. Ihr tatsächlicher Aufbau ist in 2 gezeigt.
Von Besonderheit bei der Wellenkraftanlage 1 ist, dass jedes Gelenkmodul 10 zwei Rotationsgenerator-Vorsatzgetriebe-Anordnungen enthält. Die Anordnung in jedem Gelenkmodul 10 dient der Energiegewinnung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die Wellenkraftanlage 1 aufgrund ihrer acht Armsegmentstränge 7 über 16 Energiegewinnungseinrichtungen. Die mit jeder Energiegewinnungseinrichtung erzeugte elektrische Energie wird über ein durch das innere Armsegment 8 eines jedes Armsegmentstranges 7 geführtes Kabel in das Innere des zentralen Schwimmkörpers 2 geleitet. Der zentrale Schwimmkörper 2 beinhaltet die notwendigen elektrischen/elektronischen Komponenten, um die aus den einzelnen Energiegewinnungseinrichtungen erzeugte elektrische Energie zusammenzuführen. Die gewonnene und zusammengeführte Energie wird über ein in 1 nicht dargestelltes elektrisches Kabel, welches an der Ankerkette 3 bis auf den Meeresgrund heruntergeführt ist, zu einer Verteilerstation (nicht dargestellt) geleitet.
2 zeigt ein Gelenkmodul 10 in einem horizontalen Längsschnitt, und zwar das Gelenkmodul 10 zwischen den beiden Armsegmenten 8, 9. Die übrigen Gelenkmodule 10 der Wellenkraftanlage 1 sind gleichermaßen aufgebaut. Das Gelenkmodul 10 verfügt über zwei Gelenkteile 14, 15. Das Gelenkteil 14 ist dem radial äußeren Armsegment 9 und das Gelenkteil 15 dem Armsegment 8 zugeordnet. Jedes Gelenkteil 14, 15 verfügt über einen Anschlussfortsatz 16, 17, mit dem diese in das jeweilige Hohlkammerprofil des daran angeschlossenen Armsegmentes 8 bzw. 9 eingedrückt und schub- und zugfest darin festgelegt ist. Eine Stirnplatte 18 bzw. 19 bildet gegenüber dem Anschlussfortsatz 16 bzw. 17 einen Anschlag mit der Stirnfläche des jeweiligen Hohlkammerprofils aus. Angeformt an die Stirnplatte 18, 19 sind jeweils zwei Lagerschenkel, wobei die Lagerschenkel des Gelenkteils 14 mit den Bezugszeichen 20, 20.1 und diejenigen des Gelenkteils 15 mit den Bezugszeichen 21, 21.1 kenntlich gemacht sind. Jeweils ein Lagerschenkel 20 bzw. 20.1 des Gelenkteils 14 bildet mit einem Lagerschenkel 21 bzw. 21.1 des Gelenkteils 15 eine gegeneinander verschwenkbare Anordnung, zusammengehalten durch jeweils einen Antriebsbolzen 22, 22.1. Die Schwenkachse ist in dieser Figur mit dem Bezugszeichen S kenntlich gemacht.
Bezüglich der zusammenwirkenden Lagerschenkel 20, 21, ist der Antriebsbolzen 22 an dem Lagerschenkel 21 drehmomentschlüssig festgelegt. Damit bildet der Lagerschenkel 21 bezüglich dieser gelenkigen Verbindung den Stator und der Lagerschenkel 20 das Rotorteil aus. Der Antriebsbolzen 22 durchgreift eine Lageröffnung des Lagerschenkels 20 und bildet die Antriebswelle eines gehäuseseitig an dem Lagerteil 14 festgelegten Vorsatzgetriebes 23. Die Abtriebswelle 24 des Vorsatzgetriebes 23 ist an die Rotorwelle eines rotatorischen Generators 25 angeschlossen. Von Besonderheit ist bei dem Vorsatzgetriebe 23, dass die Abtriebswelle 24 nur in einer Richtung angetrieben ist. Dies erfolgt dadurch, dass eine Drehbewegung des Antriebsbolzens 22 als Folge einer scharnierenden Verschwenkbarkeit der beiden Armsegmente 8, 9 gegeneinander aufgrund eines Freilaufes nur in einer Drehrichtung auf die Abtriebswelle 24 und damit die Rotorwelle des Generators 25 übertragen wird. Der Generator 25 ist sodann aktiv nur dann angetrieben, wenn der Antriebsbolzen 22 das Vorsatzgetriebe 23 entgegen seiner Freilaufdrehrichtung antreibt.
Die Antriebsanordnung zum Antreiben der zweiten Rotationsgenerator-Vorsatzgetriebe-Anordnung durch eine Schwenkbewegung der Lagerschenkel 20.1, 21.1 gegeneinander ist genauso aufgebaut, wie dieses zu dem Antrieb des Generators 25 beschrieben ist, jedoch wird der Generator 25.1 der zweiten Anordnung bei einer Schwenkbewegung der Armsegmente 8, 9 gegeneinander angetrieben, bei der Generator 25 nicht angetrieben ist, sondern der Freilauf des Vorsatzgetriebes 23 greift. Wird hingegen der Generator 25.1 aktiv angetrieben, greift der Freilauf des Vorsatzgetriebes 23.1, sodass dann der Generator 25.1 nicht jedoch der Generator 15 aktiv angetrieben ist. Durch diese Doppelgeneratoranordnung im dem Gelenkmodul 10 werden in geschickter Weise beide Schwenkbewegungsrichtungen der Armsegmente 8, 9 gegeneinander für die Erzeugung von Strom genutzt.
Aufgrund des vorbeschriebenen Freilaufes in den Vorsatzgetrieben 23, 23.1 mit jeweils gegensinniger Freilaufrichtung ist eine aufwendige getriebliche Umsetzung der oszillierenden Schwenkbewegung der Armsegmente 8, 9 in eine rotatorische Bewegung nicht erforderlich. Da auch eine anderweitige Energieübertragung nicht benötigt wird, ist die Energieausbeute der scharnierenden Schwenkbewegung der Armsegmente 8, 9 gegeneinander optimiert. Aufgrund der gegensinnigen Drehrichtung der Generatoren 25, 25.1 wird durch Zusammenschalten des erzeugten Stroms ein Gleichstrom oder ein quasi-Gleichstrom bereitgestellt. Ein ansonsten unter Umständen erforderliches Gleichrichten von in einem Generator erzeugten Wechselstrom ist bei dem vorbeschriebenen Konzept somit grundsätzlich nicht erforderlich.
Durch die Wellenkraftanlage 1 wird somit in 16 Doppelgeneratoranordnungen der vorbeschriebenen Art durch 32 Rotationsgeneratoren Strom erzeugt. Der Ausgangsstrom der einzelnen Generatoren ist zusammengeführt, sodass Schwankungen in der Stromlieferung eines einzelnen Generators oder einer Doppelgeneratoranordnung durch die Stromproduktion der anderen Generatoren ausgeglichen werden. Auch an dieser Stelle macht sich die sternförmige Anordnung der Armsegmentstränge 7 positiv bemerkbar, und zwar dadurch, dass aufgrund unterschiedlicher Ausrichtung eines jeden Armsegmentstranges 7 zur Wellenfortpflanzungsrichtung nicht damit zu rechnen ist, dass die Doppelgeneratoren in den einzelnen Gelenkmodulen 10 sämtlicher Armsegmentstränge dieselbe Strommenge produzieren.
Die Erfindung ist in den Figuren anhand eines Ausführungsbeispieles vorgestellt worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten, die Erfindung umsetzen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Wellenkraftanlage
2: zentraler Schwimmkörper
3: Ankerkette
4: Anker
5: Körper
6: Wand
7: Armsegmentstrang
8: Armsegment
9: Armsegment
10: Gelenkmodul
11: Schwimmkörper
12: Schwimmkörper
13: Kettenstrang
14: Gelenkteil
15: Gelenkteil
16: Anschlussfortsatz
17: Anschlussfortsatz
18: Stirnplatte
19: Stirnplatte
20, 20.1: Lagerschenkel
21, 21.1: Lagerschenkel
22, 22.1: Antriebsbolzen
23, 23.1: Vorsatzgetriebe
24: Abtriebswelle
25, 25.1: Generator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1611349 B1 [0004, 0005]

Claims

Wellenkraftanlage mit mehreren gelenkig miteinander verbundenen, schwimmfähigen Armsegmenten (8, 9) und mit mehreren Einrichtungen zum Gewinnen von Energie aus der wellenbedingten scharnierenden Schwenkbewegung eines ersten Armsegmentes (8) gegenüber einem mit diesem verbundenen, benachbarten zweiten Armsegment (9), wobei die Energiegewinnungseinrichtungen innerhalb jeweils eines zwei Armsegmente (8, 9) verbindenden Gelenks (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiegewinnungseinrichtung in den Gelenken (10) zumindest ein Rotationsgenerator (25, 25.1) angeordnet ist, dessen Antriebswelle durch den Abtrieb eines Vorsatzgetriebes (23, 23.1) angetrieben ist, wobei der Stator des Generators (25, 25.1) an einem ersten Armsegment (8, 9) zugeordneten Gelenkteil (14, 15) und die Antriebswelle des Vorsatzgetriebes 23, 23.1 an einem dem zweiten Armsegment (9) zugeordneten Gelenkteil (15) angeschlossen sind, und dass das Vorsatzgetriebe (23, 23.1) in einer Drehrichtung einen Freilauf aufweist und die Rotorwelle des Generators (25, 25.1) somit nur in einer Drehrichtung durch das Vorsatzgetriebe (23, 23.1) angetrieben ist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiegewinnungseinrichtung in den Gelenken eine weitere Rotationsgenerator-Vorsatzgetriebe-Anordnung integriert ist, dessen Generator durch eine scharnierende Schwenkbewegung der beiden benachbarten Armsegmente in der entgegengesetzten Richtung zu dem Antrieb des Generators der ersten Rotationsgenerator-Vorsatzgetriebe-Anordnung angetrieben ist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkraftanlage (1) einen zentralen Schwimmkörper (2) und mehrere daran mit umfänglichem Abstand zueinander angeschlossene Armsegmente oder Armsegmentstränge (7) aufweist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Armsegmente oder Armsegmentstränge (7) in einer sternförmigen Anordnung an den zentralen Schwimmkörper (2) angeschlossen sind.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einige der Armsegmente (8) ein oder mehrere weitere Armsegmente (9) unter Zwischenschaltung eines wenigstens eine Rotationsgenerator-Vorsatzgetriebe-Anordnung aufweisenden Gelenks (10) angeschlossen ist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Enden der äußeren Armsegmente (9) mit einem zugfesten Verbindungsmittel, etwa einer Kette (13), miteinander verbunden sind.
Wellenkraftanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Schwimmkörper (2) an mindestens einem Anker (4) festgelegt ist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Schwimmkörper (2) mittels einer Kette (3) an dem Anker (4) gehalten ist.
Wellenkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Armsegmente (8, 9) einen langgestreckten Träger aus Metall und einen Schwimmkörper (11, 12) aufweisen, welcher Schwimmkörper (11, 12) im Bereich eines Endes des jeweiligen Trägers angeordnet ist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger als Hohlkammerprofile ausgeführt sind.
Wellenkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Scharnierbarkeit zweier benachbarter Armsegmente und/oder der Armsegmente gegenüber dem zentralen Schwimmkörper (2) begrenzt ist.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Scharnierbarkeit jeweils ein Dämpfungsglied, etwa eine Feder oder ein Federpaket, dient.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Schwimmkörper ein Ringkörper ist, dessen Innendurchmesser ausgelegt ist, um einen Mast zu umgreifen.
Wellenkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einzelnen Modulen zusammengesetzt ist, wobei die Armsegmente (8, 9) ein erstes Modul und die zwei Armsegmente (8, 9) und/oder die ein Armsegment (8) mit dem zentralen Schwimmkörper (2) verbindenden Gelenke (10) ein zweites Modul sind.
Wellenkraftanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Schwimmkörper (2) ein weiteres Modul ist, an das mittels jeweils eines Gelenkmoduls (10) die Armsegmente (8) angeschlossen sind.
Wellenkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkraftanlage Teil einer diese und eine Windkraftanlage umfassenden Energiegewinnungsanlage ist.