DE3622285A1 - Kleinkraftwerk, zur gleichzeitigen nutzung von vier (4) naturkraeften im meeresflachwasser, gemeinsam wirkend - Google Patents

Description

Kleinkraftwerk, zur gleichzeitigen Nutzen von vier (4) Naturkräften im Meeresflachwasser, gemeinsam wirkend.

Die Nutzung des Windes und von fließendem Wasser ist schon lange bekannt. Die vom Wind erzeugten Meereswellen haben ein sehr hohes Energiepotential in der Masse. Zu beobachten sind die Hubkraft der Wellen, z. B. an Schiffen. Außerdem haben diese Wellen gleichzeitig starke Strömungen, in welchen ebenfalls große Energien enthalten sind.

Viele Küsten an den Meeren haben oft ein Vorgelände mit geringer Wassertiefe. Solche Küstenbereiche sind der geeignete Standort für diese vorgefertigten Kleinkraftwerke.

Die Energien aus Wind und strömendem Wasser werden gemeinsam mit der Hubkraft der anrollenden Wellen, mit dem Schwimmkörper (1 s) durch hochheben und die Schwerkraft-Eigengewichte dieses Schwimmkörpers beim Absinken ins Wellental in drehende Energie gewandelt. Der Schwimmkörper (Fig. 1s), zentral an einer Spiral­ welle (1 d) nach oben und nach unten geführt, wird durch den Druck der Wasserwellen nach oben gepreßt. Im Schwimmkörper ist das Gegenpaßstück (1 r) zu der Spiralwelle (1 d) auswechselbar fest eingebaut.

Beim Druck der Wasserwelle unter dem Schwimmkörper wird diese Spiralwelle (1 d) axial leicht angehoben, (Lagerspiel), wodurch der Konuskegel (3 g) im Wechselgetriebe (Fig. 3) das untere Antriebsrad (3 c) erfaßt und in drehende Bewegung dann kommt, wenn durch den sich verstärkenden Druck der Wasserwelle, die Spiralwelle vom Schwimmkörper als Mitnehmer, durch den Andruck auf die Spiralwelle gedreht wird. Das ist eine Drehung in eine Richtung, hier nach rechts.

Ist der Kamm der Wasserwelle durch, dann sinkt der Schwimmkörper sofort ins Wellental ab. Am Wendepunkt des Schwimmkörpers, oben, drückt dieser die Spiralwelle (1 d) ins untere Lager zurück, wodurch gleichzeitig auch der Konuskegel (3 g) aus dem unteren Antriebsrad des Wechselgetriebes heraus kommt.

Beim Absinken der Spiralwelle wird gleichzeitig der obere Konuskegel (3 g) in das obere Antriebsrad eingeführt. Die beiden Konuskegel haben Bajonettgewinde zum Mitnehmen der An­ triebsräder (3 a + c). Beide Antriebsräder bringen die Energie von Wellendruck und der Schwerkraft des Schwimmkörpers über das Wechselgetriebe (Fig. 3a + c) auf die Karussellwelle (3 e). Diese Karussellwelle ist aber durch den Andruck von Wind- und Wasserströmung auf die Antriebswannen (Fig. 6 + 7) bereits in Drehung. Dadurch ist auch das Wechselgetriebe schon in Bewegung. Weil dem so ist, können die Konuskegel der Spiral­ welle in die Antriebsräder spielend einrasten.

Das Wechselgetriebe läuft voll im Ölbad. Vom Ölbad aus werden alle anderen Lagerstellen wo nötig, mit Schmierung durch eine Ölpumpe im Kreislauf versorgt.

Die Ausleger (Fig. 1e) des Karussells liegen mit schmierfreien Rollen versehen auf der schrägen Kreisbahn auf und haben an den Auslegerenden die angehängten Antriebswannen (Fig. 6 + 7). Diese im Halbkreis geformten Wannen zeigen mit der Hohlseite, bei 90 Grad gegen die Strömung. In der Senkrechten haben diese Wannen einen offenen Spalt zum Durchströmen von Wasser und Wind. Befestigt man an der Hohlseite ein Baustahlgitter (6 e) und bestückt dieses Gitter an den Querstäben mit Kunststoff-Fahnen, beweglich (Fig. 6 + 7f), diese gespreizt, erhöht sich gegen das Wasser und den Wind der Widerstand, was eine verbesserte Lei­ stung der Karussellanlage bringt.

Die Ausleger sind durch Distanzrohre (1 i) beweglich mit­ einander verbunden. Die Kreisbahn der Ausleger, schräg und fest, ist auf der unteren Kreisbahn (Fig. 1c) befestigt und so gemeinsam horizontal drehbar durch el. Getriebemotor (1 m). Dieser Motor ist verbunden mit einem el. Steuergerät, welches wiederum von einer Art fester, drehbarer Windfahne (1 l) Impulse empfängt und so gesteuert wird, daß die tiefste Neigung der oberen, schrägen Kreisbahn immer im Winkel von 90 Grad zur Wind- und Strömungsrichtung sich befindet.

Die Karussellanlage wird voraussichtlich immer zuerst und zu­ letzt in Bewegung sein, beim Schwimmkörper braucht man einen Mindestwellengang. Die Karussell-Antriebswannen (Fig. 1g + 6a + 6b) sind untereinander mit Ketten (Fig. 8a + b) im Kreis verbunden. Darüber hinaus sind alle Antriebswannen mit Ketten (Fig. 8a + b) zur nachfolgenden Wanne nach oben verbunden. Dadurch wird erreicht, daß die Antriebswannen jedem Druck standhalten. Die große Beweglichkeit, welche natürlich durchhängende Ketten haben, verbürgen Zuverlässigkeit und Sicherheit.

Indem die Spiralwelle (1 d) und der Schwimmkörper (1 s) im Wasser sind, erfolgt die Schmierung des unteren Spiralwellen­ lagers (1 n) und die Spiralwelle (1 d) mit Lagerschalen (1 r) mit Wasser. Die Lagerschalen als Halbschalen sind vergleichbar mit den Halbschalen bei Verbrennungsmotoren, es muß Verschleiß­ material sein zum Schutz der Spiralwelle.

Zusammenfassend darf erwartet werden, daß diese Kleinkraftwerke weitgehend automatisch arbeiten, Umweltbelastend ist diese Konstruktion in keiner Beziehung.

Vielleicht ist es ein Beitrag zum Energieproblem heutiger Zeit.

Hinweise zur Karussellanlage:

Schon bei Wind normaler Stärke (1-2) kommt diese Karussell­ anlage in Drehung und niedrige Leistung. Die Antriebswannen z. B. bei dieser 8er Teilung wie hier sind drei Wannen im Wasser, zwei Wannen an der Wasserlinie und drei Wannen über dem Wasser. Dieses Verhältnis bleibt den in meisten Situationen ziemlich gleich. An der tiefsten Stelle der schrägen Kreis­ bahn sinkt jede Antriebswanne, welche im Winkel von 90 Grad zur Strömung steht, am tiefsten in die Wasserströmung ein. Die Windkraft ist an dieser Stelle ebenfalls am wirksamsten, durch die Stellung der Innenseite (Hohlseite) zur Wind- und Wasserströmung. Die aufsteigenden Wellen innerhalb der Wasser­ strömung vermehren den Andruck, der Winddruck folgt ins Wellen­ tal nach.

Die Wirkungsweise der halbrunden Wannenform ist zum Beispiel auch von den Windmeßgeräten der Wetterämter bekannt und dieses Modell wurde hier in die Längsform geändert. Bei Verlängerung der Antriebswannen nach oben, über die Ausleger hinaus, wirkt man den Torsionskräften in den Auslegern entgegen und vergrößert die Winddruckflächen vorteilhaft.

Die angehängten Antriebswannen sind unterseitig mit Ketten verbunden (Fig. 8k), wodurch die Antriebswannen im drehenden Kreis sich gegenseitig stabilisieren.

Außerdem ist jede Antriebswanne von unten nach oben zur nach­ folgenden Antriebswanne mit Ketten (Fig. 8k) verbunden. Diese letzteren Ketten übertragen die Andruckskraft der Wasserströmung und den Winddruck an die Ausleger. Dadurch wird die Karussellanlage in Drehung gebracht, die Antriebswannen bleiben in senkrechter Haltung. Oben sind die Ausleger mit Rohrstangen (Fig. 2i) verbunden zur Entlastung der Ausleger­ gelenke und der Kraftverteilung.

Die Spiralwelle (1 d) mit Schwimmkörper (1 s) hat oben und unten ein zylindrisches, rundes Endstück (1 n) unten als Lagerzapfen. Diese Spiralwelle hängt oben, über Seil und Rollen, im Seillager drehbar, mit dem Ausgleichsgewicht verbunden, etwa frei in den Lagern schwebend. Dadurch wird die Spiralwelle im Lagerspiel nach oben oder nach unten nur durch den Andruck des Schwimm­ körpers nach oben und dem nachfolgenden Absinken des Schwimm­ körpers nach unten, durch seine Schwerkraft ausgelöst, auch in drehende Bewegung nach rechts und links gebracht.

Diese drehende Energie wird über das Wechselgetriebe (Fig. 3-a + b) auf die Karussellwelle (3 e) übertragen. Die Karussellwelle selbst bringt die Strömungsenergie der angehängten Antriebswannen über die Ausleger (1 e) und die Wellenenergie der Spiralwelle gemeinsam zum Generatorgetriebe (Fig. 3) und treibt den oder die Generatoren an.

Das Getriebegehäuse (1 b) muß den Belastungen der Gewichte, den Drehkräften und den Druckkräften durch entsprechende Festigkeit gewachsen sein. Die Schmierung aller Getriebe­ teile erfolgt im Ölbad des Getriebegehäuses, wie auch sonstige, notwendige Lagerstellen über eine el. Ölpumpe im Umlauf zum Getriebegehäuse.

Das untere Spiralwellenlager (1 n) hat Wasserschmierung wie auch die Antriebs-Halbschalen (1 r) der Spiralwelle (1 d). Das gesamte Gewicht dieses Kleinkraftwerks wird benötigt zur Standfestigkeit in stürmischer See. Für die Stützen sind Betonklötze als Fundament im Meer notwendig.

Der Lastausgleich zur Spiralwelle (1 d) durch das Ausgleichs­ gewicht (1/o) ist notwendig, damit bei geringstem Druck auf den Schwimmkörper in Sekundenschnelle der Kupplungsvorgang vor sich geht, ebenso beim Absinken. Die Kupplungskonusse (3 g) haben Bajonettgewinde und rasten drehend in die Antriebsräder (Fig. 3a + b) ein und aus.

Solange die Spiralwelle sich dreht, ist auch die Karussellwelle (3 e) im Getriebe in Drehung, wodurch das Ein- und Auskuppeln spielend vor sich geht. Nach Eintritt von Windstille arbeitet diese Anlage noch lange weiter, bis die Wellen und die Wasserströmung sich beruhigt haben. Bei Aufkommen von Wind setzt sich die Karussellanlage voraussichtlich zuerst in Drehung, bei Wellenzunahme dann der Schwimmkörper mit Spiralwelle. Bei gleichzeitigem Gezeitenwasser steigt die Leistung.

Die elektrische Anlage

Die Leistung der Meereswellen, der Wasserströmung und der Windkraft sind sehr wechselhaft. Deshalb ist eine gleich­ mäßige Abgabe el. Energie, also el. Strom fast nicht möglich. Es erscheint aber möglich, diesen Zustand dadurch zu ändern, daß eine größere Anzahl solcher Kleinkraftwerke, im Küsten­ vorland verteilt, zusammengeschlossen im Verbund, ein etwa gleichmäßiges Stromangebot möglich machen.

Die Wellenankunft an den verschiedenen Kleinkraftwerken ist zeitlich, in Sekunden und Minuten bewertet, verschieden.

Deshalb müßte ein Plan mit Darstellungen wie in "Wasserwirtschaft 70 (180) 9 durch Herrn Dr. Ing. Edzart Hafner, Universität Stuttgart bekannt gemacht, hier ergänzt werden mit genauen Unterschiedswerten der Wellen zwischen den Stand­ orten der einzelnen Kleinkraftwerke.

Um das Wechselspiel der Zufälligkeitsenergie der Meereskräfte besser ausgleichen zu können, sollte ein zweiter Generator dann in Aktion treten, wenn die Wellen, Wasser und Windkräfte ent­ sprechend stark auftreten. Dazu ist erforderlich, daß zum zweiten Generator eine automatische Fliehkraftkupplung dann den zweiten Generator antreibt, z. B. ab Windstärke 5 und nach Abflauen unter diese Windstärke ebenfalls automatisch den zweiten Generator auskuppelt, bzw. der zweite Generator sich durch seinen Widerstand selbst auskuppelt.

Der Verbrauch el. Stromes an Land im Küstenbereich ist meistens gegeben.

Claims (4)

1. Ein Kleinkraftwerk zur gleichzeitigen Nutzung von vier Naturkräften im Meeresflachwasser, - dadurch gekennzeichnet, - daß diese Kraftanlage als Karussell- und Schwimmkörper­ antrieb die Hubkraft der Wasserwellen am Schwimmkörper (Fig. 1s) nach oben, beim Absinken des Schwimmkörpers dessen Gewicht, also dessen Schwerkraft in Antriebsenergie wandelt über eine zentrale Spiralwelle (Fig. 1d). Diese Schwimmkörperanlage ist im Wechselgetriebe (Fig. 3-a + b) direkt mit dem Antrieb der Karussellanlage, also mit der Karussellwelle (Fig. 3e) verbunden. Beide Antriebe bringen die Energie gemeinsam zur Karussellwelle, (Fig. 3e). Diese Karussellwelle treibt, von Wasserströmung und Windströmung, durch Antriebswannen (Fig. 1g + 6a + 7a) über Ausleger (Fig. 1e) angetrieben, den oder die Generatoren an. Das Kupplungssystem im Wechselgetriebe (Fig. 3 + a + b), durch die axiale Kurzbewegung der Antriebsspiralwelle 1 d) nach oben und nach unten macht möglich, daß die, am glatten Schaft der Antriebs­ spiralwelle oben, im Wechselgetriebe (Fig. 3) angebrachten Konusse mit Bajonettgewinde (Fig. 3g), während der Bewegung des Wechsel­ getriebes spielend ein- und ausrasten können. Dadurch kommt die Energie des Schwimmkörpers über die Karussellwelle (3 e) zum Generator-Kegelantrieb (3 d).

2. Der Aufbau der Anlage ist "dadurch gekennzeichnet," daß eine Stahlkonstruktion mit Stützen und Verstrebungen, (Fig. 1a + Fig. 5), geeignet für die Aufstellung auf dem Meeres­ boden, zur Aufnahme der Karussellkreisbahn (1 c + 1 d), dem Wechsel­ getriebe (Fig. 3 + a + b), den Generatoren (3 h) und zur Einschließung des beweglichen Schwimmkörpers (1 s), mit der dazugehörenden Spiralwelle (1 d) notwendig ist.

3. Der Antrieb durch Wellenkraft ist auch "dadurch gekennzeichnet," daß eine Spiralwelle (1 d) mit dem dazu passenden Schwimmkörper (1 s) als Antriebselement durch Meereswellen, hier durch die Auf- und Abbewegung des von den Wellen getragenen Schwimmkörpers (1 s), diese Spiralwelle dabei nach rechts- und links dreht und auch dadurch funktioniert, weil durch Gewichtsausgleich diese Spiralwelle in den Lagern sich begrenzt auf- und abbewegen kann, wodurch der Wechsel der Antriebskonusse ( Fig. 3g) in die Antriebsräder (Fig. 3a + c) möglich wird.

4. Ein Wechselgetriebe, welches "dadurch gekennzeichnet ist," daß ein drittes Zahnrad (Fig. 3b) als blindes Zwischenrad die Gleichrichtung zur Rechtsdrehung bewirkt. Dadurch gleichen sich die Rechts- und Linksdrehungen der Spiralwellen-Antriebs­ zahnräder (Fig. 3a + c) an der Karussellwelle (3 e) aus. Dieses Zwischenzahnrad (Fig. 3b) ist etwa doppelt so hoch im Zahnkamm, damit der Zahnkranz des tiefer liegenden Karussell- Antriebs-Zahnrades (Fig. 3f) erfaßt wird, ohne mit dem Spiral­ wellen-Antriebsrad (Fig. 3a) in Berührung zu kommen. Der Gene­ rator-Kegelantrieb (Fig. 3d) hat zwei Tellerzahnräder. Ein Tellerrad ist mit der Karussellwelle (3 e) für den Antrieb ver­ bunden. Das Gegenstück ist lose an der Karussellwelle und dient nur dem Ausgleich des Kegeldrucks. Diese Anordnung dreht einen Generator rechts, den anderen links an.