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Die Erfindung betrifft eine Boje.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen bekannt, um Meeresströmungen zu erforschen. Hierzu werden Bojen verwendet, die ausgesetzt werden und mittels unterschiedlicher Techniken verfolgt werden, um so Erfahrungen über die Meeresströmungen zu erlangen.
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Prozesse im oberen Ozean treiben die Ausbreitung einer Reihe von marinen Organismen und anthropogenen Ablagerungen (Kunststoff/Öl/Wrack aus Flugzeugen usw.) an, jedoch sind diese Prozesse in Ozeanmodellen, die zur Vorhersage von Oberflächenströmen/-verteilung verwendet werden, nur unzureichend aufgelöst.
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Beispielsweise kann der Stokes-Drift-Effekt, der durch Wellen und Quellung erzeugt wird, zu Oberflächengeschwindigkeitsströmungen führen, die sich in Größe und Richtung erheblich von den von Modellen vorhergesagten unterscheiden.
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In-situ-Ozeanographische Daten sind daher für die Validierung und Verfeinerung von Ozeanmodellen unerlässlich, da Prozesse wie Stokes-Drift und mesoskalige Merkmale nicht in Ozeanmodellen berücksichtigt werden.
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Typische "Oberflächen" Ozean-Drifter-Bojen, wie z. B. die im globalen Oberflächen-Drifter-Programm der NOAA verwendet werden, bestehen aus einem Oberflächen-Float und einer unterirdischen Schutzschicht. Die Drifter werden dann via Satellit verfolgt, während sie sich mit den Meeresströmungen zerstreuen. Bei den NOAA-Bojen werden diese in 15 m Tiefe positioniert und mit den Meeresströmungen in dieser Tiefe transportiert.
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Andere Oberflächendrifter haben eine große Auskragung auf der Projektionsfläche, die neben den Meeresströmungen auch stark vom Wind beeinflusst wird.
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Das erste technische Problem, das diesseits angegangen wurde, war die Entwicklung neuartiger ozeanischer Drifter, die sich in den oberen 5 cm des Ozeans befinden und passiv mit den Meeresströmungen treiben. Im Gegensatz zu anderen Oberflächendriftern haben diese Drifter keine Masse, die über 5 cm sich weiter ausdehnt und ferner keine Oberflächen aufweisen, die über die Oberfläche hinausgehen, um sicherzustellen, dass ihre Bewegungen durch Wind und/oder tiefere Strömungen gerade nicht beeinflusst werden. Lediglich das Satelliten-Tag befindet sich über der Oberfläche, um deren Bewegungen verfolgen zu können.
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Das zweite technologische Problem, das diesseits angegangen wurde, war die Untersuchung der Auswirkungen von aktivem Richtungsschwimmen durch Meeresorganismen, die für ihre Ausbreitung/Überlebensfähigkeit auf die Meeresströmungen an der Oberfläche angewiesen sind.
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Organismen, die mit Meeresströmungen treiben, sind zu klein, um mit typischen Technologien zur Tierverfolgung, z. B. über Satellit verfolgt zu werden, jedoch führen alle Meeresorganismen Perioden des aktiven Richtungsschwimmens durch, um ihre Überlebenschancen zu verbessern.
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Neben der Entwicklung von passiven ozeanischen Driftern auf der Oberfläche wurden diesseits auch Roboterdrifter konzipiert, die mit passiven Driftern identisch waren, aber auch verschiedene Elektroniken sowie ein Lenkgetriebe-/Kompass-System und Propeller enthielten, um diese zum Schwimmen zu programmieren, bspw. wie eine Meeresschildkröte. Durch die Verfolgung der Ausbreitungswege von Robotern und passiven Driftern kann so der Einfluss des aktiven Richtungsschwimmens auf die Ausbreitungsbahnen bestimmt werden.
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Weiter im Stand der Technik sind aus den Druckschriften
CN 2011 43 991 Y sowie
CN 103 863 539 A Spielzeuge in Form von Wasserschildkröten mit beweglichen motorisch antreibbaren Beinen bekannt.
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Ferner ist aus der Druckschrift
CN 100 519 331 C ein künstlicher Delphin bekannt, mit dem die Bewegungsabläufe von Delphinen studiert werden können.
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Fixierte Bojen zur Messung von Ereignissen sind allgemein bekannt und z.B. durch http://www.oceandrivers.com/iridium-ocean-drifter-albatros/ aktuell dokumentiert.
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Mittels der hier aufgezeigten Boje ist es möglich,
- – präzise in-situ Daten über die Strömungen und Prozesse der oberen Oberfläche, wie z.B. des "stokes drift", zur Verbesserung der Ozeanmodelle zur Untersuchung der Ausbreitung von Wasser, marinen Organismen und anthropengischem Schutt;
- – In-situ-Daten über die Bedeutung des aktiven Schwimmens von Meeresorganismen gewinnen, die sich mit den Meeresströmungen an der Oberfläche ausbreiten;
- – passive und aktive roboterhaftige Treiber (Boje) mit einer stromlinienförmigen bionischen Form angelehnt an die Form einer Meeresschildkröte einzusetzen, um so Energieeffizienz zum einen zu optimieren und zum anderen eine idealisierte und realitätsnahe Gewinnung von Daten zu erhalten sowie
- – die Entwicklung einer flexiblen Plattform, die es ermöglicht, eine Reihe von Tracking- Technologien zur Nachverfolgung der Ausbreitung von Driftern einzusetzen und zusätzliche Sensoren hinzuzufügen, z. B. zur Messung der Temperatur der Meeresoberfläche, des Salzgehalts usw. zu realisieren, wodurch es erstmalig möglich wird während der vom Wind ungestörten Treibbewegung (floating) Daten zu erfassen und zu sammeln zu erhalten.
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Die Boje ist mit einem bionischen ausgebildeten Bojenkörper ausgebildet.
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An dem bionisch ausgebildeten Bojenkörper kann wenigstens eine Antriebseinheit, wenigstens eine Lenkeinheit und wenigstens eine Kommunikations-, Daten- und Regeleinheit mit wenigstens einer Sendeeinheit vorgesehen sein.
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Der Bojenkörper kann ein Bojenschild und einen Bojenrumpf aufweisen, die über ein Bojendollbord miteinander verbunden sind.
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Das Bojenschild und der Bojenrumpf und das Bojendollbord können insbesondere jeweils einteilig ausgebildet sein.
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Das Bojenschild ist in einer bevorzugten Ausführungsform in Anlehnung an die Form einer Wasserschildkröte ausgeformt.
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Der Bojenrumpf kann wenigstens einen modular anbringbaren Antriebseinheitshalter und einen Lenkeinheitshalter aufweisen.
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Die Kommunikations-, Daten und Regeleinheit mit zugeordneten Antriebseinheiten, Lenkeinheiten, Antennen und einer Sensorik sind insbesondere über elektrische, mechanische und/oder kabellose Verbindungen verbunden.
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Die Boje unterhalb der Wasseroberfläche ist schwimmend ausgebildet, wobei hierzu das Verhältnis aus Auftrieb und Gewicht in Abhängigkeit der Größe entsprechend dimensioniert ist und/oder ergänzt ist.
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Die erfinderische Boje beseitigt die angeführten Mängel bzw. löst Probleme im Stand der Technik durch die Ausgestaltung als bionische Boje bzw. Bionik Boje, nämlich bionisch in Anlehnung an einen einer Wasserschildkröte nachempfundenen ausgeführten Bojenkörper, mit am Bojenkörper anbringbarer Antriebseinheit, mit am Bojenkörper anbringbarer Lenkeinheit und am bzw. im Bojenkörper aufgenommener Kommunikations-, Daten und Regeleinheit.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen in der Figurenbeschreibung detailliert beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind:
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Boje in perspektivischer Ansicht schräg von oben;
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2 eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Boje in Frontansicht;
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3 eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Boje in perspektivischer Ansicht schräg von unten und
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4 eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Boje in Aufsicht.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Boje 1 in perspektivischer Ansicht schräg von oben dargestellt.
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Die Boje 1 kann als bionische Boje oder auch als Bionik Boje bezeichnet werden, da sie sich stark an einer Schildkröte orientiert und daher bionische Eigenschaften aufweist, nämlich Übernahme bzw. Anlehnung an die Rumpfform einer Schildkröte.
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Der Bojenkörper 2 wird durch ein einteiligen Bojenschild 3 und einen einteiligen Bojenrumpf 4 mit einer Verbindung durch ein Bojendollbord 5 ausgebilded. Der Bojenkörper 2 bildet dabei den Auftriebs und Trimmkörper, der durch Kommunikations-, Daten und Regeleinheit 10 einstellbar ist.
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Die Kommunikations-, Daten und Regeleinheit 10, die am oder im Bojenkörper 2 anbringbar ist und mit den weiteren funktionellen Bauteilen eines Regelkreises, wie Antriebseinheit 6, Lenkeinheit 8, Antenne 11 und einer nicht gezeigten Sensorik 12 verbindbar ist, kann als Einheit oder als jeweilige räumlich dislozierte Module, z.B. IoT (internet of things) Eigenschaften am oder im Bojenkörper 2 oder direkt an den funktionellen Bauteilen wie Antriebseinheit 6, Lenkeinheit 8, Antenne 11 und der nicht gezeigten Sensorik 12 baulich in der Bionik Boje 1 vereint sein.
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Die bevorzugt zwei Antriebseinheiten 6 sind über jeweilige Antriebshalter 7 am Bojenkörper 2 befestigbar. Dabei können die jeweiligen Antriebshalter 7 auch als physikalische Verbindung zur Kommunikations-, Daten und Regeleinheit 10 eingesetzt sein, wenn diese nicht über eine wireless Verbindung getätigt wird. Derartige Verbindungen können auch redundant erfolgen und damit die Datensicherheit erhöhen.
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Durch die externe Anbringung von Antriebseinheiten 6 über Antriebshalter 6 wird durch die Modularität der Service erleichtert. Bei Beschädigung oder Ausfall, ist die Bionik Boje 1 einfach reparierbar. Dies gilt analog für die Kommunikations-, Daten und Regeleinheit 10 und die Lenkeinheit 8 und die jeweiligen Lenkeinheitshalter 9.
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Die Energiegewinnung zum Betrieb der aktiven Bauteile erfolgt bevorzugt über energy harvesting, z.B. Photovoltaik, thermoelektrisch und/oder piezoelektrisch und einer Pufferung über Akkumulatoren oder dergl. Dabei können der Bojenkörper 2 selbst oder Bauteile, die im Bojenkörper 2 gehalten sind, die Energieversorgung übernehmen. Beispielsweise ist der Bojenschild 3 dabei als Photovoltaikelement ausgebildet oder Bojenschild 3 ist aus lichtdurchlässigem Material ausgebildet und im Bojenkörper 2 befinden sich Photovoltaikelemente. Parallel kann die relative Bewegung des Bojenkörpers 2 mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und zur Verfügung stellen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Boje 1 in Frontansicht.
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Der Bojenkörper 2 zeigt einen einteiligen Bojenschild 3 und einen einteiligen Bojenrumpf 4 mit einer Verbindung durch ein Bojendollbord 5. Sowohl am als auch im Bojenkörper ist Sensorik anbringbar. Die Antriebseinheit 6 ist im Beispiel als Gondel mit Innenpropellerläufer ausgeführt, kann aber auch als Druck und/oder Zugpropeller oder Strömungsdüse ausgeführt werden.
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Durch den Bionisch ausgeformten Bojenkörper 2 in Verbindung mit der geschickten geometrische Anordnung der Antriebseinheit 6 und der Lenkeinheit 8 wird ein günstiges anströmen der Lenkeinheit 8 erreicht, die auch bei schwerem Seegang/schwerer Dünung eine sichere Lage der Bionik Boje 1 bewirkt und z.B. ein Kentern verhindert.
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In 3 ist eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Boje 1 in perspektivischer Ansicht schräg von unten gezeigt.
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Der einteiligen Bojenrumpf 4 zeigt die Verbindungen der funktionellen Bauteilen eines Regelkreises, wie Antriebseinheit 6 und Lenkeinheit 8. Je nach Einsatz und Bestückung der Bionik Boje mit Sensorik, können die Verbindungen, die jeweiligen Antriebshalter 7 und die jeweiligen Lenkeinheitshalter 9 justierbar angeordnet werden, um die Schwerpunktslage zu optimieren.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Boje 1 in Aufsicht.
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Der Bojenkörper 2 zeigt den einteiligen Bojenschild 3 und das Bojendollbord 5.
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Die einteilig dargestellte Kommunikations-, Daten und Regeleinheit 10 ist mit Antenne 11 direkt verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Boje
- 2
- Bojenkörper
- 3
- Bojenschild
- 4
- Bojenrumpf
- 5
- Bojendollbord
- 6
- Antriebseinheit
- 7
- Antriebshalter
- 8
- Lenkeinheit
- 9
- Lenkeinheitshalter
- 10
- Kommunikationseinheit
- 11
- Antenne
- 12
- Sensorik
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 201143991 Y [0012]
- CN 103863539 A [0012]
- CN 100519331 C [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.oceandrivers.com/iridium-ocean-drifter-albatros/ [0014]
