DE3340981A1 - Vorrichtung zum umwandeln der stampf- und schlinger-bewegungen eines schwimmenden schiffskoerpers in elektrische energie - Google Patents

Vorrichtung zum umwandeln der stampf- und schlinger-bewegungen eines schwimmenden schiffskoerpers in elektrische energie

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Description

- 4 Beschrei hing
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft im einzelnen eine Vorrichtung zum Umwandeln und Speichern von Energie, insbesondere zum Umwandeln der Stampf- und Schlingerbewegungen einer Schiffskonstruktion in nutzbare elektrische Energie.
Es wurden bisher viele Vorrichtungen vorgeschlagen zum Umwandeln des Stampfens und Schlingerns oder der Wellenenergie einer Wassermasse in elektrische oder andere nutzbare Energie. Die meisten dieser Vorrichtungen bezwecken ein Gerät, das zur Erzielung eines maximalen Energieausgangs auf alle Bewegungsgrade anspricht, Diese Vorrichtungen sind jedoch kompliziert, teuer und nicht wirkungsvoll auf Grund des Versuchs der Maximierung des Ansprechens auf die gesamte zur Verfügung stehende Bewegung.
Beispiele für die bisherigen Lösungen bei der Umwandlung von Wellenbewegungen in nutzbare Energie sind die US-PS 974 869, 3 200 255, 3 204 110, 3 231 749, 3 631 670, 3 774 048, 3 912 und 4 317 047.
Die US-PS 3 774 048 gibt eine Vorrichtung zur Anbringung in einem Schiff (etwa einem angetriebenen Schiff oder einem Segelboot) an und nutzt das Stampfen und Schlingern des Schiffs zur Erzeugung von elektrischer Energie aus. Die Vorrichtung macht sich jedoch alle möglichen Bewegungen des Schiffs zur Erzeugung von Energie zu nutzen und wird dadurch etwas kompliziert und unwirksam.
Die US-PS 3 204 110 ist von Interesse, weil sie eine etwas einfache Bojenkonstruktion angibt, die in Abhängigkeit von einer einzigen Schwingachse der Boje arbeitet.
Die übrigen Patentschriften sind \on allgemeinem Interesse, weil sie verschiedene Vorrichtungen zum Umwandeln von Wellenenergie in elektrische Energie und andere Energieformen angeben.
Die Erfindung wurde entwickelt als vereinfachte Vorrichtung zum Einbau als in sich abgeschlossene Einheit auf Schiffen oder anderen schwimmenden Schiffskonstruktionen zur Ausnutzung des Stampfens oder Schlingers der Konstruktion zur Erzeugung \on elektrischer Energie.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Wellenenergiegenerators, der die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß dem Hauptaspekt der Erfindung enthält ein Wellenenergiegenerator zum Umwandeln des Stampfens und Schlingers eines Schiffskörpers ein Gehäuse mit zwei koaxialen gegeneinander rotierenden Eingangswellen, die zum Drehen eines Ausgangswelle miteinander verbunden sind, und mit Gegengewichten, die über Freiläufe mit den Eingangswellen verbunden sind, die ihrerseits über Freiläufe mit dem Gehäuse derart verbunden sind, daß die Schwingung des Gehäuses gegenüber den Gegengewichten die koaxialen Eingangswellen intermitteitend und hierdurch die Ausgangswelle antreibt zum Antreiben eines Generators für die Erzeugung von elektrischer Energie.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schrägansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung auf einem Schiff;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit teilweise weggebrochenen Teilen zur Darstellung von Einzelheiten;
Fig. 3 einen Schnitt 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt 4-4 von Fig. 4.
Fig. 1 zeigt eine Generatoreinheit 10 in einem Schiff 2, das auf Wasser schwimmt und den Wellen ausgesetzt ist. Die Generatoreinheit 10 nach der Erfindung ist am Schiff 12 in einer geeigneten Stellung positioniert und befestigt und nutzt das vorherrschende Stampfen und Schlingern des Schiffs in Abhängigkeit von der zur speziellen Zeit erfahrenen vorherrschenden Bewegung aus. Die Stampf- oder Schwingachse der Einheit wird wahlweise so positioniert und ausgerichtet, daß sie einen maximalen Nutzen aus der vorherrschenden Bewegung zieht. Sollte zum Beispiel das Schiff verankert sein und frei um seinen Anker schwenken, so ist die vorherrschende Bewegung wahrscheinlich das Stampfen des Schiffs. Sollte andererseits das Schiff an einem Dock befestigt sein, so kann die vorherrschende Bewegung ein Schlingern des Schiffs um dessen Längsachse sein.
Auch ist die Vorrichtung nach der Erfindung vorzugsweise innerhalb des Schiffs angeordnet, um die Bewegung, insbesondere die Schlingerbewegung der Einheit um seine Schlingerachse zu optimieren.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Gehäuse zur Bildung einer in sich abgeschlossenen Einheit und mit einer geeigneten Halteeinrichtung 16 zur Befestigung an einer schwimmenden Schiffskonstruktion. Die Bewegungsvorrichtung ist im Gehäuse 14 enthalten und enthält erste und zweite koaxiale entgegengesetzt rotierende Wellen 18 und 20, die in Lagerblöcken
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22 und 24 im Gehäuse und in einem geeigneten mittigen Lagerblock 26 gelagert sind. Jede Welle enthält vorzugsweise Freiläufe, die ebenfalls in den Lagerblöcken 22 und 24 angeordnet sind zum intermittierenden Verbinden der Welle mit der Wand des Gehäuses, um dessen Drehung in einer Bewegungsrichtung zu verhindern .
Die Wellen enthalten jeweils Kegelzahnräder 28 und 30 an ihrem inneren Ende, das mit einem Kegelzahlrad 32 einer Ausgangswelle 34 antriebsmäßig verbunden ist, die in geeigneten Traglagern im Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß die gegeneinander rotierenden Wellen 18 und 20 die Ausgangswelle 34 in einer einzigen Richtung antreiben.
Jede der Wellen 18 und 20 ist mit einem Gegengewicht 38 bzw. versehen, von denen jedes an einem Arm 42 bzw. 44 befestigt ist, der seinerseits an der jeweiligen Welle mittels eines geeigneten Lagers und einer Kupplungseinheit befestigt ist, in
der ein Freilauf 46 "bzw. 48 gemäß Fig. 4 angeordnet ist.
Die Freiläufe 46 und 48 der Gegengewichte 38 bzw. 40 (Fig. 4) sind so gewählt, daß sie mit den stationären Kupplungen 22 und 24 derart zusammenarbeiten, daß die Wellen 18 und 20 gegenüber den jeweiligen Gegengewichten 38 und 40 in einer Richtung frei rotieren können, jedoch gegenüber den Gegengewichten in der anderen Richtung gekuppelt und gehalten werden. Die Freiläufe sind im wesentlichen identisch aufgebaut, jedoch unterschiedlich ausgerichtet.
Gemäß Fig. 4 ist ein für alle Freiläufe typischer Freilauf 48 dargestellt. Innerhalb eines Lagers befindet sich ein Freilauf mit einem mit der Welle 20 verkeilten und sich hiermit drehenden Nockenrotor 50. Mehrere Rampennocken 52 drücken Rollen 54 radial auswärts in Eingriff mit einer zylindrischen Wand oder Bohrung 55 zur Verhinderung einer Drehung der Welle 20 im Gegenuhrzeigersinn gegenüber dem Lager des Freilaufs 48. Eine Drehung der
Welle 20 im Uhrzeigersinn drückt die Rollen 54 nach innen außer Eingriff mit der Bohrung 55.
Bei einem bevorzugten Betrieb der Vorrichtung ist das Gehäuse so angeordnet, daß dessen Schwingachse, die mit der Achse der gegenläufig rotierenden Wellen 18 und 20 zusammenfällt, im wesentlichen mit der Stampf- oder Schlingerachse des Schiffs 12 ausgefluchtet ist. Bei dieser Anordnung ergibt das Stampfen oder Schlingern des Schiffskörpers oder des Schiffs eine Schwingung des Gehäuses um seine Schwingachse. Die Gegengewichte halten eine im allgemeinen senkrechte Stellung bei und haben vorzugsweise eine ausreichend große Masse, um die senkrechte Richtung einzuhalten und dem auf die Wellen 18 und 20 für den Antrieb der Ausgangswelle 34 ausgeübten Drehmoment entgegenzuwirken. Die Gegengewichte 38 und 40 wirken somit hauptsächlich als Gegengewichte und nicht als Pendel. Es sei jedoch hervorgehoben, daß die Vorrichtung wahlweise so angeordnet sein kann, daß die Gewichte schwingen und als Pendel wirken und hierdurch die Wellen 18 und 20 gegenüber dem Gehäuse 14 intermittierend antreiben.
Die Ausgangswelle 34 ist mit einem geeigneten elektrischen Generator 56 vorzugsweise über eine Energiespeichereinheit, etwa eine Federvorrichtung oder eine Kupplung 58 verbunden, die die Drehbewegung der Welle speichert und sie als im wesentlichen ständige und gleichförmige Drehung auf den Generator überträgt. Die Energiespeichereinheit 58 enthält eine gewickelte Blattfeder 60, die an einem Ende 62 mit der Welle 34 und am anderen Ende mit einer Trommel 64 verbunden ist, in der die Feder 60 aufgewickelt ist. Die Trommel 64 ist dann über eine verkeilte Kupplung 66 mit der Antriebswelle 68 des elektrischen Generators 56 verbunden. Eine Hemmungsvorrichtung mit einem Klinkenrad 70 und einem hin- und herschwingenden Stiftrad 72, wie es in Uhren verwendet wird, hält eine konstante Drehgeschwindigkeit des Ausgangs der Federspeichervorrichtung aufrecht. Somit hält der Generator eine im wesentlichen konstante Drehung ein, die elek-
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trische Energie erzeugt, die dann über elektrische Kabel 74 und 76 zur Speicherung in Akkumulatoren 78 (Fig. 1) übertragen werden kann. Auf diese Weise wird elektrische Energie geliefert und gespeichert, die somit zur Verwendung für Leuchten, Motorstart usw. verfügbar ist.
Als alternatives elektrisches Generatorsystem könnte ein elektrischer Impulsgenerator mit einer geeigneten elektrischen Schaltung verwendet werden, der die Impulsenergie zur Speicherung in einer geeigneten Batterie umwandelt. Die Erfindung ist mit einer einzigen Schwingachse ausgelegt, wodurch die Vorrichtung vereinfacht ist und sie für ihren vorherrschenden Schwingbetrieb wirksamer macht. Somit kann die an einem Schiff oder einer geeigneten Konstruktion richtig wahlweise angeordnete Vorrichtung lange Zeit unbeaufsichtigt gelassen werden und somit ständig auf die Wellenwirkung des Wassers ansprechen und elektrische Energie erzeugen und speichern.
Im Betrieb wird die Vorrichtung wahlweise auf einer schwimmenden Schiffskonstruktion, etwa einem Boot, so wahlweise positioniert und ausgerichtet, daß die Achsen der Wellen 18 und 20 im wesentlichen mit der vorherrschenden Stampf- oder Schlingerachse des Boots zusammenfallen. Wenn das Boot um seine Achse schlindert, schlingert das Gehäuse 14 um seine Achse, wobei die Gegengewichte 38 und 40 im wesentlichen senkrecht bleiben und eine Drehung der Wellen 18 und 20 in Richtung der Pfeile ermöglichen, vgl. Fig. 3. Die Freiläufe 22 und 24 kuppeln und entkuppeln abwechselnd das schwingende Gehäuse 14 zum abwechselnden Antreiben der einen und danach der anderen Welle. Wenn das Gehäuse gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn schwenkt, ergreift und dreht es die Welle 18 im Uhrzeigersinn, wobei gleichzeitig die Welle 20 durch das Gegengewicht 40 gegen Drehung gehalten wird, wodurch der Antrieb auf das Kegelzahnrad 32 übertragen wird.
Wenn das Gehäuse im Gegenuhrzeigersinn zurückschwenkt, gibt der Freilauf 46 die Welle 18 frei, während der Freilauf 46 die
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Welle kuppelt und ihre Drehung durch das Gegengewicht verhindert. Der Freilauf 24 verbindet das Gehäuse 14 mit der Welle und dreht sie im Gegenuhrzeigersinn zusammen mit dem Gehäuse, wodurch der Antrieb des Kegelzahnrad 32 und des Generators in derselben Richtung wie vorher fortgesetzt werden. Somit werden durch die fortgesetzte Schwingung des Gehäuses 14 die Ausgangswellen 18 und 20 abwechselnd angetrieben, wodurch eine in einer einzigen Richtung erfolgende Drehung der Ausgangswelle 34 erzeugt wird. Der Ausgang der Ausgangswelle 34 kann für den unmittelbaren Antrieb irgendeiner gewählten Vorrichtung verwendet oder durch irgendeine Anzahl von Systemen, wie einem Schwungrad, Druckluft, einer Feder, einem hydraulischen Speicher usw., gespeichert werden.

Claims (8)

Patentanwälte BEETZ & PARTNER Steinsdorfstr. 10, 5000 München 22 John P. Marken Escondido, Californien 92026 U.S.A. Vorrichtung zum Umwandeln der Stampf- und Schlingerbewegungen eines schwimmenden Schiffskörpers in elektrische Energie Ansprüche
1. Vorrichtung zum Umwandeln der Stampf- und Schlingerbewegungen eines schwimmenden Schiffskörpers in elektrische Energie,
gekennzeichet
- durch ein Gehäuse (14) mit einer Einrichtung, die eine waagerechte Schwingachse bildet, die an einer auf Wasser schwimmenden Schwimmkonstruktion befestigt ist,
- durch eine erste und eine zweite Eingangswelle (18; 20), die am Gehäuse (14) befestigt sind und um eine mit der Schwingachse zusammenfallende gemeinsame waagerechte Achse gegeneinander drehbar sind,
- durch ein erstes Gegengewicht (38) , das an der ersten Eingangswelle (18) exzentrisch befestigt ist und eine Einrichtung (46) aufweist, die die Bewegung der ersten Eingangswelle (18) in einer ersten Richtung hemmt,
- durch ein zweites Gegengewicht (40), das an der zweiten Eingangswelle (20) exzentrisch befestigt ist und eine Einrichtung (48) aufweist, die die Bewegung der zweiten Eingangswelle (20) in einer zweiten Richtung hemmt, und
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- durch eine Ausgangswelle (34) , die antriebsmäßig mit der ersten und der zweiten Eingangswelle (18; 20) verbunden ist und bei einer Schwingbewegung des Gehäuses (14) oder der Gegengewichte (38, 40) eine Drehung in einer Richtung ausführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- daß jedes der Gegengewichte (38, 40) an einem langgestreckten Arm (42; 44) getragen wird und
- daß jeder der Arme (42, 44) mit seiner jeweiligen Welle (18; 20) über einen Freilauf (46; 48) verbunden ist, der die Einrichtung zur Hemmung der Drehung bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet,
- durch einen elektrischen Generator (56) , der antriebsmäßig mit der Ausgangswelle (34) verbunden ist zur Erzeugung von elektrischer Energie.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Ausgangswelle (34) sich im rechten Winkel zu den Eingangswellen (18, 20) erstreckt und über ein Kegelradgetriebe (28, 30, 32) hiermit verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
gekennzeichnet
- durch eine Freilaufeinrichtung (22, 24), die während der Schwingung des Gehäuses (14) im wesentlichen um die Achse der ersten und der zweiten Eingangswelle (18; 20) diese Eingangswellen (18; 20) zur Drehung hiermit abwechselnd verbindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2,
gekennz eichnet,
- durch einen mit der Ausgangswelle (34) verbundenen Federspeicher (58) zum Speichern von Energie der Ausgangswelle (34).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet
- durch einen elektrischen Generator (56) , der zum Antrieb durch den Federspeicher (58) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Federspeicher (58) eine Einrichtung aufweist, die die Drehzahl des Generators (56) regelt.
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