DE3917525A1

DE3917525A1 - Kombination eines segels mit einmannbedienung in verbindung mit einem windenergiekonverter zum montieren auf motorschiffen zwecks einsparung und verbrennung fossiler treibstoffe

Info

Publication number: DE3917525A1
Application number: DE3917525A
Authority: DE
Inventors: Franz Husnik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1989-11-30

Description

Bei dieser Erfindung handelt es sich um eine Kombination von Motor- und Segelschiff, wobei die Bedienung der Segel von nur einem Mann ermöglicht wird und gleichzeitig infolge der besonderen Segelkonstruktion ein Windenergiekonverter betrieben werden kann. Es gibt viele Gründe, solche Systeme auf möglichst vielen Schiffen anzuwenden, denn es ermöglicht nennenswerte Treibstoffeinsparungen, es ist so gut, wie während der Fahrt zu tanken, der Aktionsradius vergrößert sich und man schont die Umwelt, der wir ja alle verpflichtet sind. Es ist inzwischen zur Realität geworden, der Umwelt zu dienen, wir brauchen sie. Bei diesen System kommt dem Windenergiekonverter die größere Bedeutung zu, denn er kann sämtliche Windrichtungen in Energie umsetzen, wobei die richtige Segelstellung seine Leistung fördern kann. Außerdem ist er in der Lage, auch die leichten Winde in Energie umzuwandeln, denn dafür verfügt er über einen kleinen Generator mit durchgehender Welle, die zu einer Fliehkraftkupplung führt, welche bei starken Wind selbstständig den großen Generator dazu schaltet. Der Windenergiekonverter verfügt insgesamt über vier Flügel, wobei von der mittleren Nabe aus zwei nach oben und die anderen beiden nach unten führen, so daß je zwei obere und zwei untere Flügel gekreuzt zueinander stehen. Bei dieser Flügelposition gibt es keinen toten Punkt und der Konverter bleibt auch bei schwachen Winden in Bewegung, wo andere Systeme bereits still stehen. Die Flügel sind mit ihren Speichen und Naben an einer Vierkantwelle montiert, deren oberes und unteres Ende für den Lagerlauf abgerundet ist. Der Windenergiekonverter ist mit seiner Welle und den beiden Lagern in einen großen Rahmen einmontiert, welcher sich auf vier Schenkeln stützt, an deren Enden sich Doppelrollen befinden, die in einer auf dem Deck montierten Rollenführung laufen. Mit Hilfe von Elektrokarren werden sämtliche Segelmanöver ausgeführt, wobei der rechte Karren zusätzlich mit einer elektrischen Seilwinde ausgestattet wird, mit deren Hilfe die Segel und der Konverter in die günstigste Windposition eingerichtet werden können. (Die Seilwinde ist hier nicht dargestellt.) Bei der dargestellten Position (Abb. 1) stellt sich bei starkem Wind die Frage, ob man die Dieselmotoren abstellen soll, da Wind und Reiseziel die gleiche Richtung aufweisen. Der Windenergiekonverter kann mit mit seiner gewonnenen Energie die Steuerbord- und Backbordschraube beschicken und mit Hilfe des hinzu kommenden Segelschubes die Reisegeschwindigkeit beibehalten. Es wäre überhaupt sehr sinnvoll, wenn auch die Dieselmotorenkräfte in elektrische Energie umgesetzt würden. Das gäbe zwar einen geringen Verlust, der aber durch den Wegfall des Wellentunnels und der damit verbundenen Reibung in etwa ausgeglichen würde. Nun aber erst einmal eine Aufstellung über die Windnutzung, wenn Windrichtung und Kurs übereinstimmen.

10 Knoten = 5,144 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 4
12 Knoten = 6,173 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 4
14 Knoten = 7,202 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 5
16 Knoten = 8,231 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 5
18 Knoten = 9,26 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 5-6
20 Knoten = 10,288 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 6
22 Knoten = 11,317 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 6
24 Knoten = 12,346 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 6-7
26 Knoten = 13,375 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 7
28 Knoten = 14,404 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 7
30 Knoten = 15,433 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 7-8
32 Knoten = 16,462 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 8
34 Knoten = 17,491 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 8
36 Knoten = 18,52 Meter pro Sekunde = Segelwirksamkeit ab Windstärke 8-9

Dasselbe gilt auch für den Windenergiekonverter, wenn Windrichtung und Reiseziel übereinstimmen, in einem solchen Fall kommt er erst dann zur vollen Wirkung, wenn die Motorkraft gestoppt werden kann.

Nun aber zur Leistungsbilanz des Windenergiekonverters: (1m³ Luft = 1,293 kg)
Zwei Flügel liegen ständig im Wind, pro Flügel 70,0 m² = 140 m²
Anwendbare Formel = p = 1/2 · pv³ · F = (W)

Windstärke 1 = 0,3 bis 1,5 m/s = 305,47125 W = 0,30547125 kw
Windstärke 2 = 1,6 bis 3,3 m/s = 3252,6578 W = 3,2526578 kw
Windstärke 3 = 3,4 bis 5,4 m/s = 14252,065 W = 14,252065 kw
Windstärke 4 = 5,5 bis 7,9 m/s = 44624,959 W = 44,624959 kw
Windstärke 5 = 8,0 bis 10,7 m/s = 110878,64 W = 110,87864 kw
Windstärke 6 = 10,8 bis 13,8 m/s = 237866,79 W = 237,86679 kw
Windstärke 7 = 13,9 bis 17,1 m/s = 452569,09 W = 452,56909 kw
Windstärke 8 = 17,2 bis 20,7 m/s = 802800,43 W = 802,80043 kw
Windstärke 9 = 20,8 bis 24,4 m/s = 1314819,2 W = 1314,8192 kw
Windstärke 10 = 24,5 bis 28,4 m/s = 2073249,5 W = 2073,2495 kw
Windstärke 11 = 28,5 bis 32,6 m/s = 3135807,2 W = 3135,8072 kw
40,0 m/s = 5792640,0 W = 5792,640 kw
50,0 m/s = 11313750,0 W = 11313,750 kw

Maße: Flügelbreite = 7 m Flügelhöhe = 10 m Rahmenhöhe = 23 m Segelbreite = 7,5 m Segelhöhe = 20 m Segelfläche pro Segel = 150 m

Bei Kenntnisnahme dieser Leistungen stellt sich die Frage, soll man noch länger dieses Geschenk der Natur ignorieren? Hierzu kommt ja noch der Segelschub von 300 m² Segelfläche. Wenn Sie die Treibstoffeinsparung eines Jahres berechnen, ist die Ausrüstung bez.

Es zeigt

Abb. 1 besteht aus einem stabilen Rahmen (3 c), welcher in der oberen und unteren Mitte je ein Wellenlager (3 a) aufweist, worin die Vierkantwelle (3) läuft, die an beiden Enden abgerundet ist. An der Welle (3) ist das Antriebszahnrad (3 b) montiert, welches einen kleinen Generator (3 d) mit durchgehender Welle betreibt, die zu einer Fliehkraftkupplung führt. Dieser kleine Generator ist zur Nutzung der schwachen Winde vorgesehen, bei stärkerem Wind schaltet die Fliehkraftkupplung (3 E) selbstständig den großen Generator (3 F) dazu. Um eine bessere Nutzung des Windes für den Windenergiekonverter zu erzielen, ist das linke Segel (1) etwas von der Rahmenmitte abgesetzt und ist im Rahmen (3 c) schwenkbar montiert. Der Rahmen selbst ist in seinem Fundament vierarmig, deren Verlängerungen zu den Doppelrollen (3 i) führen, und in einer kreisrunden Rollenführung (3 G) laufen, (Abb. 3 und 4). Auf der rechten Seite ist das Segel (2) oben und unten mit je einem Scharnier (2 b) schwenkbar an den Rahmen (3 c) montiert. Alle Segelmanöver werden mit Hilfe der beiden Elektrokarren (1 c und 2 E) ausgeführt, wobei der Karren (2 E) über eine hier nicht dargestellte Seilwinde verfügt und mit Hilfe der Seile (2 c) ein Auseinandertriften der Segel verhindert. Die Segel ermöglichen eine Einmannbedienung und brauchen nie eingeholt werden. Bei Sturm bildet man einen Windkanal und setzt auch dieses Naturereignis in Energie um.

Abb. 2 ist eine vergrößerte Darstellung der Nabe (4), wovon oben und unten an der Welle (3) je eine montiert wird. Die Öffnung (4 a) dient zur Aufnahme der Speichen (4 c) von den Windflügeln (4 c und 4 d) Abb. 4 und 7, welche mit Hilfe der Schrauben (4 E) eine feste Verbindung herstellen.

Abb. 3 ist eine vergrößerte Darstellung der Rollen (3 i) und der Rollenführung (3 G), welche mit den Schrauben (3 H) auf dem Schiffsdeck festgeschraubt werden. Durch die rundherum führende Öffnung (3 J) führt die Rahmenverlängerung (3 c) zu den Rollen.

Abb. 4 ist die Draufsicht auf die mittlere Nabe (4 b) welche genau in der Mitte der Welle (3) montiert wird und alle vier Flügel (4 c und 4 d) mit ihren Speichen (4 c) in sich fest einschließt. Zwei Flügel von (4 c) führen nach oben und die anderen beiden von (4 d) nach unten, wo sie mit der Nabe (4 b) verbunden werden, somit eine maximal in die Lage versetzt, eine gute Leistung zu vollbringen, wobei eine günstige Segelstellung sehr hilfreich sein kann.

Abb. 5 ist eine vergrößerte Darstellung der Nabe (4 b) die ebenfalls aus Halbschalen besteht. Da aber die Vierkantwelle (3) bei dieser Nabe nicht festsetzbar ist, wird die untere Halbschale mit der Festsetzvorrichtung Abb. 5 ergänzt.

Abb. 5a ist eine vierkantige Feststellvorrichtung, welche an der unteren Halbschale der Nabe (4 b) angeschweißt werden kann,

Abb. 6 ist die rundherum führende Öffnung (3 J), durch welche die Verlängerung des Rahmens (3 c) mit den Rollen (3 i) in Verbindung gebracht wird und somit in der Rollenführung (3 G) alle Stellungen des Windenergiekonverters im Gleichlauf mit den Segelmanövern ermöglicht werden,

Abb. 7 ist die Darstellung eines Rotorflügels, der in seiner Form und seiner Ausführung bei (4 c und 4 d) vollkommen egal ist, der Unterschied besteht darin, daß in der mittleren Nabe (4 b) vier Speichen (4 c) einmontiert werden, aber in der oberen und unteren Nabe (4) nur jeweils zwei Speichen (4 c) einmontiert werden, da aber jeder Flügel 10 Meter hoch ist und 7 Meter breit, werden diese mit den drei Einlagen (4 F) stabilisiert,

Abb. 8 ist die gekreuzte Darstellung der Flügel (4 c und 4 d) an der Welle (3) wobei die Flügel (4 c) von der mittleren Nabe aus nach oben führen, aber die beiden anderen Flügel (4 d) nach unten führen und dabei oben wie auch unten mit den Naben (4) verbunden werden,

Abb. 9 ist eine empfohlene Segelstellung, wenn der Wind von Backbord kommt,

Abb. 10 ist zu empfehlen, wenn der Wind oder auch ein Sturm aus der Fahrtrichtung bläst,

Abb. 11 ist zu empfehlen, wenn der Wind von Steuerbord kommt,

Abb. 12 ist bei starkem Wind oder Sturm zu empfehlen, wenn er in Richtung des Reisezieles treibt, in einem solchen Fall sollte man die Diesel stoppen und die Schraube mit der Windenergie fahren, hinzu kommt noch der Segelschub, was ausreichen müßte, um das Reiseziel termingerecht zu erreichen,

Abb. 13 ist zu empfehlen, wenn man mit der Backbordschraube gegensteuert, um den nicht ganz kursgerechten Wind zu korrigieren,

Abb. 14 ist ein Windkanal bei Sturm von Steuerbord.

Positionsliste

1 ist ein Segel das zur Backbordseite zeigt,
1 a ist ein Segelrahmen, an welchem das Segel befestigt ist,
1 b ist die Befestigung für das Seil (2 c),
1 c ist ein Elektrokarren für die erforderlichen Segelbewegungen,
1 d ist der rückwärtige Rahmenteil, der schwenkbar im Rahmen (3 c) eingelassen wird,
1 E ist ein Gitter im Rahmen (3 c), welches das Segel (1) stützt,
2 ist das Segel, welches zur Steuerbordseite zeigt,
2 a ist der Segelrahmen, an dem das Segel befestigt wird,
2 b sind Scharniere
2 c sind Seile, welche mit Hilfe der Seilwinde auf dem Elektrokarren (2 E) die Segel in die für die Windnutzung günstigste Position versetzt,
2 d sind Seilrollen,
2 E ist der Elektrokarren auf der Steuerbordseite mit einer Seilwinde,
2 F ist ein Gitter im Rahmen (2 a), welcher das Segel (2) stützt,
3 ist die Vierkantwelle, welche mit ihren runden Enden im Rahmen (3 c) läuft,
3 a sind die Wellenlager am Rahmen (3 c),
3 b ist das Antriebszahnrad an der Welle (3) montiert,
3 c ist der Rahmen für den Windenergiekonverter,
3 d ist der kleine Generator mit durchgehender Welle, die zur Fliehkraftkupplung (3 E) führt und die schwachen Winde in Energie umsetzt,
3 E ist die Fliehkraftkupplung,
3 F ist der große Generator, welcher bei starkem Wind über (3 E) zugeschaltet wird,
3 G ist die Rollenführung mit der rundherum führenden Öffnung (3 J),
3 H sind die Schrauben zum befestigen der Rollenführung (3 G) auf dem Deck,
3 J ist die Öffnung in der Rollenführung (3 G),
3 i sind die Rollen
3 L ist die rechtwinkelig gekreuzt von Rahmen (3 c) ausgehende Fundamentstütze,
4 ist eine obere und untere Nabe zur Aufnahme von je zwei Speichen (4 c)
4 a sind die Nabenöffnungen zur Aufnahme der Speichen (4 c),
4 b ist die mittlere Nabe zur Aufnahme von vier Speichen,
4 c sind Nabenöffnungen für zwei Speichen (4 c) mit zwei Flügeln,
4 d sind ebenfalls zwei Nabenöffnungen für zwei Speichen mit Flügel (4 d),
4 E sind Schrauben zum Zusammenschrauben der Nabenhalbschalen,
4 F sind Stützeinlagen für die Flügel
4 G sind Feststellschrauben,
4 H ist ein Vierkantgehäuse zum Anschweißen an der unteren Nabenschale (4 b)

Diese hier aufgeführten Teile sind nicht Gegenstand des Patentanspruchs, dieser bezieht sich nur auf das System zusätzlicher, umweltfreundlicher Energiegewinnung und der damit verbundenen Treibstoffeinsparung während einer Seefahrt.

Claims

Das System zur umweltfreundlichen Energiegewinnung besteht aus
- - einen Windenergiekonverter, dessen Vierkantwelle (3) mit seinen runden Enden
- - zwei Wellenlager (3 a) in Anspruch nehmen, welche in der Mitte von
- - einen Rahmen (3 c) montiert sind, wobei das Fundament dieses Rahmens auf
- - vier Doppelrollen (3 i) in
- - einer Rollenführung (3 G) rundherum läuft, dessen Bewegung aber von den
- - zwei Segeln (1 und 2), die mit den Konverterrahmen (3 c) verbunden, über
- - zwei Elektrokarren (1 c und 2 E) mit Einmannbedienung alle Manöver zur Windnutzung ausführen, um die
- - vier Windflügel (4 c und 4 d) gut im Wind zu halten, welche mit ihren
- - acht Speichen (4 c) in
- - drei Naben fest verschraubt werden, wobei die mittlere Nabe (4 b) vier Speichen aufnimmt, die beiden anderen gleichartigen Naben je zwei Speichen aufnehmen, alle Windflügel werden mit je drei, insgesamt mit
- - zwölf Stützeinlagen (4 F) stabilisiert, zur mittleren Nabe (4 b) kommt noch
- - eine Feststellvorrichtung (4 H), welche an der unteren Nabenhalbschale (4 b) angeschweißt wird, zur Umsetzung verfügt der Windenergiekonverter über
- - zwei Generatoren (3 d und 3 F) wobei (3 d) mit seiner durchgehenden Welle in
- - einer Fliehkraftkupplung Verbindung aufnimmt, welche bei starkem Wind den großen Generator selbstständig dazuschaltet, wobei der Generator (3 d) für die schwachen Winde und der große Generator für starke Winde zuständig ist.