DE2951278A1 - Verfahren und vorrichtung zur energieerzeugung aus wasserwellen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur energieerzeugung aus wasserwellenInfo
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Description
WX 1070
James Gabriel Oliver Watson, 11 Culross Road, Bryanston,
Sandton, Transvaal, Südafrika
Verfahren und Vorrichtung zur Energieerzeugung aus Wasserwellen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energieerzeugung aus Wasserwellen. Insbesondere handelt
es sich dabei um die Energiegewinnung aus Meereswellen, wobei die Wellenenergie in eine nutzbare Energieform, wie
elektrische Energie, überführt werden soll.
Es sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, die in Wasserwellen zur Verfügung stehende Energie mittels
eines im wesentlichen linear hin- und hergehenden Mechanismus in eine nutzbare Energieform umzuwandeln, wobei
dann die Linearbewegung wiederum in eine Rotationsbewegung übersetzt werden muß, um ausgenutzt werden zu können.
Bei allen bekannten Wandlern dieser Art schwingen die
416
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Auftriebskörper der betreffenden Vorrichtungen in einer linearen oder rollenden Hin- und Herbewegung, wobei notwendigerweise
bestimmte Energieverluste auftreten müssen, die auf die Verwendung von hin- und hergehenden Mechanismen
und Bewegungen zurückzuführen sind, welche bei derartigen Vorrichtungen notwendigerweise vorhanden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen durch die Wellenenergie angetriebenen Generator zu schaffen, welcher
die Wasserwellen-Schwingbewegung direkt in eine Drehbewegung umwandelt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß ein Auftriebskörper
im Wasser abgestützt wird, den man alternierend unter dem Einfluß von in dem Wasser auftretenden Wellen steigen
und sinken läßt, während er nach einer Seite seines Schwerpunktes hin zur Rotationsbewegung in nur einer Richtung
festgehalten wird, wobei die Rotationsbewegung des Rotationskörpers zum Betätigen eines Energiewandlers verwendet
wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die vorstehend angegebene
Aufgabe durch einen Auftriebskörper; mit dem Körper an einer mit Abstand von seinem Schwerpunkt angeordneten
Stelle in Eingriff stehenden Einrichtungen zum Festhalten des Körpers zur Rotation um eine Achse in nur einer Richtung;
und Einrichtungen zum Ankoppeln des Körpers an einen Energiewandler.
Vorzugsweise zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch aus, daß man den Rotationskörper an derjenigen Seite seines Schwerpunktes, die der Seite gegenüberliegt, auf
welcher er zur Drehbewegung festgehalten ist, gegen ein Ansteigen unter dem Einfluß einer Welle festlegt, so daß der
Rotationskörper auf derjenigen Seite, auf der er zur Rota-
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tionsbewegung festgehalten wird, einen stärkeren Auftrieb erleidet als auf der anderen Seite. Weitere besonders bevorzugte
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
Insgesamt handelt es sich bei der Erfindung also um ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen von Energie
aus Wasserwellen. Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise einen zylindrischen Auftriebskörper, der im Querschnitt regelmäßig
ausgebildet ist, wobei an seinen Stirnflächen ringförmige Laufbahnen vorgesehen sind. Zahnräder, welche
den Körper so festhalten können, daß er um seine Achse in nur einer Richtung drehbar ist, stehen axial ausgerichtet
mit den Laufbahnen auf einer Seite des Schwerpunktes des Körpers* in Eingriff. Bewegliche und drehbare Einrichtungen,
wie ein Nocken oder dergleichen, stehen mit der Laufbahn auf der gegenüberliegenden Seite des Schwerpunktes des
Körpers in Eingriff und behindern eine nach oben gerichtete Aufwärtsbewegung des Körpers auf dieser Seite seines
Schwerpunktes, während eine Drehbewegung der anderen Seite des Körpers relativ zu den Haltezahnrädern gefördert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung,
in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Rotationskörper des erfindungsgemäßen Wandlers;
Fig. 2 in schematischer Draufsicht vier der in
Fig. 1 wiedergegebenen Rotationskörper in Rotationsanordnung zwischen zwei miteinander
verbundenen Schwimmkörpern; und
Fig. 3 schematische Endansichten des Rotationskörbis 6 pers von Fig. 1, wobei unterschiedliche Rotationsgrade
des in Betrieb befindlichen Rotationskörpers wiedergegeben sind.
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Wie Fig. 1 zeigt, besteht der erfindungsgemäße Generator
im wesentlichen aus einem Zylinderkörper 10, der an jeder seiner End- oder Stirnflächen ein Laufglied 12 trägt. Der
Zylinderkörper 10 ist entweder hohl ausgebildet und besteht aus beliebigem, hierfür geeignetem Material oder ist
massiv, wobei er dann aus einem schwimmfähigen, leichtgewichtigen
Material besteht.
Die Laufglieder 12 sind in der Endansicht, wie dies am besten aus den Fig. 3 bis 6 hervorgeht, dreilappig oder
dreiflächig ausgebildet und tragen an ihrer Innen- bzw. Außenfläche Zahnkränze 14 bzw. 16. Die Zahnkränze sind in
axialer Ausrichtung konzentrisch an dem Zylinderkörper befestigt.
In der Praxis werden einer oder mehrere der Zylinderkörper 10, wie in Fig. 2 gezeigt, zwischen zwei Schwimmkörpern
18 angeordnet, die miteinander verbunden sind und in der in der Zeichnung wiedergegebenen Form zur Bildung eines
Doppelrumpfes in parallelem Abstand gehalten werden.
Der Doppelrumpf gewährleistet eine automatische Kompensation von Gezeiteneinflüssen. Die Masse und der Auftrieb
des Doppelrumpfes sind so bemessen, daß er im wesentlichen von Basiswellen unbeeinflußt bleibt, d.h. also, nur auf
Hellenamplituden anspricht, welche die Basiswellenhöhen überschreiten.
Die Zylinderkörper 10 sind in entsprechenden Konstruktions teilen zwischen den Schwimmkörpern 18 drehbar angeordnet.
Die Konstruktionsteile tragen jeweils drehbare Zahnglieder 20, 22 und 24, die, wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt, mit
den Zahnkränzen der Laufglieder 12 in Eingriff stehen.
Die Wellen, auf denen die Zahnglieder 20 und 22 drehbar
sind, sind an der Befestigungsstruktur in festen Posi-
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tionen drehbar angeordnet. Die eine oder die andere oder aber auch beide Wellen auf beiden Seiten des Zylinderkörpers
könnten auf einer Welle angeordnet sein, die über eine geeignete Kupplung einen Energiewandler, wie einen
elektrischen Generator, auf den Schwimmkörpern 18 antreiben könnte. Die Zahnglieder 20 und 22 sind durch geeignete
Maßnahmen dazu eingerichtet, daß sie eine Rotation der Zylinderkörper 1O in nur einer Richtung gestatten,
welche in den Fig. 3 bis 6 durch den Pfeil angedeutet ist.
Die Zahnglieder 14 können sich bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung vertikal in der Befestigungsstruktur
in beiden Richtungen bewegen und sind nach unten in Eingriff mit dem Zahnkranz 16 vorgespannt.
Die Zahnglieder 24 sind vorzugsweise auf der Einfallswellenseite der Zylinder- oder Rotationskörper 10 angeordnet.
Um übermäßige und unvorhersehbare Wellenbewegungen aufnehmen zu können, kann die Befestigungsstruktur, welche
jeden der Rotationskörper 10 zwischen den Schwimmkörpern 18 hält, aus einem Teil 26 bestehen, welches die Zahnkränze
auf beiden Seiten der Körper 10 trägt, wobei die vorderen oder Einfallsenden der Teile mit einem Querglied
28 verbunden sind, welches zwischen den Schwimmkörpern 18 schwenkbar angebracht ist. Jede der Befestigungsstrukturen
wird durch geeignete Einrichtungen in Uhrzeigerrichtung vorgespannt, um so die Vertikalbewegung
der Struktur während der Normaloperation der Vorrichtung bei Wellen mit Basis- oder Musterhöhe auf ein
Minimum zu reduzieren. Die auf die Konstruktionsteile oder Strukturen einwirkende Federkraft ist jedoch so bemessen,
daß die auf die Rotationskörper 10 bei übermäßigen Wellen ausgeübte Auftriebskraft die Federspannung überwinden und
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sowohl die Rotationskörper als auch die Stützstruktur anheben kann, um so die zerstörerischen Wellenkräfte, die
ansonsten auf die Rotationskörper ausgeübt wurden, zu begrenzen.
Im Betrieb wird der Doppelrumpf, welcher aus den beiden Schwimmkörpern 18 besteht, an einer geeigneten Stelle verankert,
wobei der Bug der Schwimmkörper normal zur Haupt-Welleneinfallsrichtung angeordnet wird, wie dies durch den
Pfeil in Fig. 2 gezeigt ist. Der Auftrieb jedes Schwimmkörpers wird dann so eingestellt, daß die Rotationskörper
10 sich auf dem Niveau der mittleren Wasserlinie befinden.
Die Rotation eines einzigen Rotationskörpers 10 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 im einzelnen erläutert.
Der Rotationskörper 10 weist im wesentlichen zwei Operationsphasen auf, welche die gewünschte Rotationsbewegung
erzeugen. Die erste Phase ist eine Auftriebsphase, während die zweite Phase eine Schwerkraftphase ist. Diese
Operationsphasen werden grundsätzlich durch die potentielle Energie der Wellen induziert, wobei in der Auftriebsphase
die kinetische Wellenenergie mitwirkt. Praktischerweise sind die Achsen der Zahnglieder 2O und 22 wegen des Auftriebsunterschiedes
zwischen dem Rotationskörper 10 und den Schwimmkörpern 18 raumfest angeordnet und dienen als
Referenzpunkte für die Rotation des Laufgliedes 12. Das
Zahnglied 24 verhindert eine Vertikalbewegung der Einfallsseite des Rotationskörpers, mit der es während der Auftriebs-Operationsphase
verbunden ist, und induziert auf diese Weise an derjenigen Seite des Rotationskörpers, an
dem die Zahnglieder 20 und 22 angeordnet sind, eine größere Vertikalbewegung des Rotationskörpers.
Wenn der Rotationskörper 10 sich in einem Basiswellental befindet, wie dies in gestrichelten Linien in Fig. 3 angezeigt
ist, so befindet er sich an seinem niedrigsten ver-
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tikalen Operationspunkt, wobei sein AuftriebsZentrum und
sein Schwerpunkt momentan vertikal miteinander ausgerichtet sind.
Wenn der nächstfolgende Wellenberg von links nach rechts auf den Rotationskörper auftrifft, wie dies in Fig. 4
gezeigt ist, wird die Auftriebsbewegung der linken Seite
des Rotationskörpers durch die nach unten wirkende Spannung des Zahngliedes 24 eingeschränkt. Wenn das Auftriebszentrum
sich nach rechts bewegt, wobei der Wellenberg über dem Schwerpunkt des Rotationskörpers liegt, der, weil dieser
bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zylindrisch ist, stets auf seiner Achse liegt, hebt sich die
rechte Seite des Rotationskörpers, wobei eine Rotationsbewegung um das Zahnglied 24 stattfindet. Dabei läuft der
Zahnkranz 12 zwischen den Zahngliedern 20 und 22 hindurch, wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Der Rotationskörper
wird durch die feststehenden Zahnglieder 20 und gegen einen Transport von kinetischer Energie nach rechts
(in der Zeichnung gesehen) eingeschränkt. Dies ist die Auftriebs-Operationsphase der Vorrichtung.
In Fig. 5 befindet sich der Rotationskörper am oberen Ende seines Zyklus, wobei sein AuftriebsZentrum und sein Schwerpunkt
wiederum momentan vertikal ausgerichtet sind. Während der Wellenberg verschwindet, wie in Fig. 6 gezeigt,
beginnt die Schwerkraftphase der Vorrichtung. Bei Beginn der Schwerkraftphase bewegt sich das Auftriebszentrum nach
rechts, also von der Wirkungslinie des Schwerpunktes weg, wodurch die Tendenz besteht, daß die rechte Seite des Rotationskörpers
hochgehalten wird. Die Zahnglieder 2O und 22 erfüllen in jedem Fall diese Funktion, indem sie den
Zahnkranz bzw. das Laufglied zwischen sich gegen eine Abwärtsbewegung festhalten. Da auf die linke Seite des Rotationskörpers
jetzt nur noch ein kleiner Auftrieb oder aber auch überhaupt kein Auftrieb mehr einwirkt, fällt der Rota-
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tionskörper und dreht sich unter dem Einfluß der Schwerkraft um das Zahnglied 20 aus der in Fig. 5 gezeigten Position
durch die in Fig. 6 gezeigte Position hindurch und in die in Fig. 3 gezeigte Position um das Zahnglied 20 zurück.
Auf diese Weise rotiert also der Rotationskörper 10 infolge der Wellenbewegung, wobei das Laufglied 12 zwischen den
Zahngliedern 20 und 22 hindurchlMuft.
Bislang ist dem Einfluß der kinetischen Energie der Wellen auf den Rotationskörper 10 während der Rotation und der
Ausnutzung der kinetischen Energie insbesondere während der Auftriebsphase noch wenig Aufmerksamkeit geschenkt worden,
wobei zu berücksichtigen ist, daß die gekrümmte Oberfläche des Rotationskörpers 10 geeignete Ausbildungen oder radial
vorspringende Flossen aufweisen könnte, die, wenn die kinetische Energie hierauf einwirkt, die Rotationsbewegung des
Rotationskörpers weiter fördern.
Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die exakten Konstruktionsdetails, die vorstehend beschrieben sind,
vielmehr könnten der Rotationskörper 10 und ein Laufglied von jedweder beliebigen regelmäßigen Form sein. Beispielsweise
könnte der Rotationskörper in der Endansicht ebenso wie das Laufglied beim dargestellten Ausführungsbeispiel
dreilappig, also mit drei gekrümmten Seitenflächen, ausgebildet sein. Zusätzlich könnten die Zahnglieder 20, 22
und 24 exzentrische Nocken sein, wobei dies in der Praxis ohnehin vorteilhaft ist. Zusätzliche Nocken oder Zahnglieder
könnten mit den Laufgliedern zusammenwirken, um den Rotationskörper 10 innerhalb seiner variablen Rotationsparameter zu halten, insbesondere bei Wellen hoher Amplitude,
bei denen während der Auftriebsphase die Aufwärtskräfte auf die Rotationskörper 10 übermäßig hoch sind,
sowie im unteren Abschnitt der Schwerkraftphase, wo die Rotationskörper unter dem Einfluß der Schwerkraft ohne
Wasser sein könnten.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung könnte die Rotationsbewegung der Rotationskörper 10 durch Rollen
geführt sein, die an den freien Enden von Hebeln angebracht sind, welche schwenkbar an der Befestigungsstruktur angeordnet
und in geeigneter Weise in Eingriff mit den Rotationskörpern 10 vorgespannt sind.
— 9 —
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Claims (11)
- WX 1070Ansprücheι 1.) Verfahren zur Energieerzeugung aus Wasserwellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auftriebskörper im Wasser abgestützt wird, den mar alternierend unter dem Einfluß von in dem Wasser auftretenden Wellen steigen und sinken läßt, während er nach einer Seite seines Schwerpunktes hin zur Rotationsbewegung in nur einer Richtung festgehalten wird, wobei die Rotationsbewegung des Rotationskörpers zum Betätigen eines Energiewandlers verwendet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rotationskörper an derjenigen Seite seines Schwerpunktes, die der Seite gegenüberliegt, auf welcher er zur Drehbewegung festgehalten ist, gegen ein Ansteigen unter dem Einfluß einer Welle festlegt, so daß der Rotationskörper auf derjenigen Seite, auf der er zur Rotationsbewegung festgehalten wird, einen stärkeren Auftrieb erleidet als auf der anderen Seite.
- 3. Vorrichtung zur Energieerzeugung aus Wasserwellen, gekennzeichnet durch einen Auftriebskörper (10); mit dem Körper an einer mit Abstand von seinem Schwerpunkt angeordneten Stelle in Eingriff stehenden Einrichtungen (20, 22) zum Festhalten des Körpers zur Rotation um eine Achse in nur einer Richtung; und Einrichtungen zum Ankoppeln des Körpers (10) an einen Energiewandler.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Abstützung (18), in welcher der Körper (10) drehbar mit im416 030027/0802ORIGINAL INSPECTEDwesentlichen parallel zur Wasseroberfläche liegender Rotationsachse angeordnet ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) in Endansicht eine regelmäßige Form sowie parallele Endflächen aufweist; und daß an jeder Stirnfläche des Körpers eine endlose Laufbahn (12) vorgesehen ist, wobei die Halteeinrichtungen (20, 22) an der Abstützung mit jeder Laufbahn in axialer Ausrichtung in Eingriff stehen.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen (12) jeweils aus einem Ringteil bestehen, welches von einer Stirnfläche des Körpers nach außen vorsteht und an dessen radialen Innen- und Außenflächen Zahnkränze (14, 16) vorgesehen sind; daß die mit den Laufbahnen in Eingriff stehenden Einrichtungen aus einem Paar von Zahnrädern (20, 22) bestehen, die mit den Zahnkränzen an dem Ringteil (12) an entgegengesetzten Seiten desselben in Eingriff stehen; und daß mit den Zahnrädern Einrichtungen verbunden sind, die eine Bewegung des Laufgliedes zwischen den Zahnrädern in nur einer Richtung ermöglichen.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein Rotationsteil (24) an der Abstützung (18), welches mit dem Körper (1O) an derjenigen Seite seines Schwerpunktes in Eingriff steht, die der Seite gegenüberliegt, an der die Halteeinrichtungen (20, 22) angeordnet sind, um eine Aufwärtsbewegung dieser Seite des Körpers im Betrieb zu verhindern.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Laufglied (12) an derjenigen Seite des Schwerpunktes des Körpers (10),die der Seite gegenüberliegt, auf der die Halte-Zahnräder (20, 22) angeordnet sind, ein Nocken mit einem mit Zähnen versehenen Umfang in Eingriff steht, so daß der Körper während der Rotations-030027/0802. 3.bewegung geführt und eine Aufwärtsbewegung der betreffenden Seite des Körpers im Betrieb verhindert wird.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (18), in welcher der Körper (10) angeordnet ist, auftriebsfähig ist und Einrichtungen zum Anheben oder Absenken des Körpers relativ zur Hauptwasserlinie im Betrieb aufweist.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskonstruktion aus zwei auftriebsfähigen Schwimmkörpern (18) besteht, die mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und zwischen denen der Körper und die mit ihm in Eingriff stehenden Einrichtungen (20, 2 2 und 24) auf einer Einrichtung (26) abgestützt sind, die mit den Schwimmkörpern (18) schwenkbeweglich verbunden ist, so daß der Körper (10) relativ zu den Schwimmkörpern bei übermäßigen Wellenbewegungen beweglich ist.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) zylinderförmig ausgebildet ist und die Laufbahnen (12) lappige Ringe sind.030027/0802
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