DE4025331A1

DE4025331A1 - Kuestenschutzaggregat mit passiv beweglichem schwimmkoerper und energiegewinnung

Info

Publication number: DE4025331A1
Application number: DE4025331A
Authority: DE
Inventors: Ernst Back
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-02-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Küstenschutzaggregat gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Schutz von Küstenlinien gegen seegangsbedingte Erosion sowie auch der Schutz künstlicher Anlagen in Küstennähe gegen Seegangs wirkungen wird zumeist durch Wellenbrechung vor der Küstenlinie mit riffähnliche Einbauten quer zur Wellenrichtung erreicht. Ein Nachteil derartiger Vorrichtungen liegt darin, daß die Bauhöhe der künstlichen Riffs am mittleren Tiedehochwasser auszurichten ist und darum bei erhöhten Wasserständen die Schutzfunktion wesentlich reduziert ist. Neben solchen fest auf dem Meeresboden aufgebauten Wellenbrechern sind auch Vorrichtungen bekannt, in denen am Meeresboden verankerte, bewegliche Schwimmkörper durch Aufnahme eines Teils der Wellenenergie eine Wellendämpfung erzielen. Dabei kann sich der Schwimmkörper dem Wasserstand anpassen und so unabhängig vom Tiedenhub die Schutzfunktion realisieren, wie z. B. in FR-PS 14 73 208 beschrieben. Dieses Funktionsprinzip wird auch von der vorliegenden Erfindung benutzt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Küstenschutzaggre gat zu schaffen, das durch einen beweglichen, quer zur Wellen richtung angeordneten Schwimmkörper eine Wellendämpfung bewirkt und gleichzeitig die durch den Wellengang angeregte, periodische Bewegung des Schwimmkörpers zur Energiegewinnung ausnutzt und durch seine Ausgestaltung über einen weiten Tiedenbereich einsetzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Küstenschutzaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist der Schwimmkörper schwenkbar bezüglich des Fundaments über eine Pendelstütze in einem Pendelgelenk gelagert, so daß eine dem Wellengang folgende Pendelbewegung des Schwimm körpers um die Pendelgelenkachse ermöglicht wird. Durch weitere Aufhängungseinrichtungen erzwingt die pendelnde Translations bewegung des Schwimmkörpers eine Rotation einer am Schwimmkörper angebrachten Achse. Die Aufhängungseinrichtungen bestehen in der bevorzugten Ausführungsform in einer Anordnung aus zwei Arten von Antriebsketten, die jeweils auf beiden Seiten des Schwimmkörpers über Kettenräder um die Schwimmkörperachse laufen und an dem Fundament und den darauf aufgestellten Pylonen befestigt sind. Die Kettenräder sind dabei so ausgelegt, daß jeweils eines auf jeder Seite bei Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers frei läuft während das andere an der Schwimmkörperachse arretiert, und entsprechend umgekehrt bei Abwärtsbewegung das eine Kettenrad arretiert und das andere frei läuft. Folglich rollt die Achse bei Aufwärtsbewegung über das erste Kettenrad, das an der Achse blockiert ist, an der ersten Antriebskette ab und rollt umgekehrt bei Abwärtsbewegung über das blockierte zweite Kettenrad an der zweiten Antriebskette ab. Dadurch bewirkt die Pendelbewegung des Schwimmkörpers eine Rotation der Achse mit einheitlichem Drehsinn, die auf ein Schwungrad und weiter auf einen im Schwimmkörper untergebrachten Generator übertragen wird. Alternative Ausführungsformen der Erfindung, wie z. B. eine Ersetzung der Antriebsketten durch Treibriemen, sind offen sichtlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Küstenschutzaggregats in der bevorzugten Ausführungsform; und

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Küstenschutzaggre gats.

In der folgenden Erläuterung wird gleichzeitig auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Der in der bevorzugten Ausführungsform zylindrische Schwimmkörper 22 ist mit der Antriebsachse 19 in der seitlichen Beplankung 35 gehalten. Seitliche und obere Beplankung 35 und 36 sind über die Pendelstützen 13 mit Pendelgelenken 4 verbunden, so daß der Schimmkörper zusammen mit der Beplankung schwenkbar um die durch die Pendelgelenke 4 definierte Achse ist. Die Pendelgelenke 4 sind in den Fundamenten 6 am Meeresboden verankert. Die Fundamente tragen ferner zwei symmetrisch angeordnete Pylone 7, die über die Meeresoberfläche hinausragen und zur Halterung der Antriebsketten dienen. Auf beiden Seiten symmetrisch laufen jeweils zwei Antriebsketten 14 und 15 über Kettenräder 38 und 39 um die Antriebsache 19 des Schwimmkörpers.

Eine erste Antriebskette 14 für Wellenanlauf ist an einem Festpunkt 11 im unteren Bereich des Pylons befestigt, läuft über das Kettenrad 39 zu einer Umlenkrolle 33 am oberen Ende des Pylons und wird durch ein Gewicht 40 gespannt, das in einem Führungsschacht am Pylon aufgehängt ist. Das Kettenrad 39 ist so ausgelegt, daß es bei Aufwärtsbewegung des Schwimmkörpers, d. h. bei Wellenanlauf, arretiert mit der Antriebsachse 19 verbunden ist und so die Rotation auf diese überträgt, während es bei bei entgegengesetztem Drehsinn frei läuft.

Eine zweite Antriebskette 15 für Wellenablauf ist an einem Festpunkt 16 am oberen Ende des Pylons befestigt, läuft über das Kettenrad 38 zurück zum oberen Bereich des Pylons zu einer Umlenkrolle 34 und wird durch ein Gewicht 41 gespannt, das in einem Führungsschacht am Pylon aufgehängt ist. Das Kettenrad 38 ist so ausgelegt, daß es bei Abwärtsbewegung des Schwimmkörpers, d. h. bei Wellenablauf, arretiert mit der Antriebsachse 19 verbunden ist und so die Rotation auf diese überträgt, während es bei entgegengesetztem Drehsinn frei läuft.

Bei Wellenanlauf wird durch Auftrieb eine Aufwärtsschwenkbewegung des Schwimmkörpers verursacht; bei der Aufwärtsbewegung blockiert Kettenrad 39 und versetzt die Achse durch Abrollen an der Kette 14 in Rotation während Kettenrad 38 frei läuft. Nach Überschrei ten des Wellenmaximums beginnt die Abwärtsbewegung des Schwimm körpers in den Wellenablauf; dabei rollt nun Kettenrad 38 blockiert an der Kette 15 ab, während das bei Aufwärtsbewegung blockierende Kettenrad 39 nun frei läuft. Durch das entgegen gesetzte Arretieren und Freilaufen der Kettenräder 38 und 39 wird bei Aufwärts- und Abwärtsschwenkbewegung des Schwimmkörpers die Rotation mit einheitlichem Drehsinn auf die Antriebsachse 19 übertragen.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der Schwimmkörper 22 als Hohlzylinder ausgebildet, wobei die Antriebsachse 19 in den Innenraum hineinreicht. Im Innenraum wird die Rotation der Antriebsachse auf Schwungräder und Generatoren übertragen und in elektrische Energie umgewandelt. Die erzeugte elektrische Energie kann über Seekabel zum Festland geleitet werden.

Im Innenraum des Schwimmkörpers sind ferner Ballasttanks vorgesehen, mit deren Flutung die Eintauchtiefe des Schwimm körpers einstellbar ist. Zur Sicherung des Aggregats bei Sturmfluten werden die Ballasttanks vollständig geflutet, um den Schwimmkörper unter die Wasserlinie abzusenken.

Weitere Sicherungsmaßnahmen können zur Stabilisierung des Aggregats vorgenommen werden, beispielsweise kann die Stand festigkeit der Pylone mittels Stahlseilen, die am Meeresboden verankert sind, verbessert werden. Zur Sicherung und Versteifung der oberen Bepklankung 36 kann eine darauf aufgestellte Mittel stütze mit davon ausgehenden Verstrebungen durch vier Diagonal stützen zu den Ecken dienen.

Durch die Schwenkbarkeit des Schwimmkörpers wird das Aggregat vom Tiedenhub weitgehend unabhängig, da sich der Schwimmkörper jeweils auf den momentanen Wasserstand einstellt. Als weiterer Vorteil ist die Einsetzbarkeit des Aggregats auch in flachen Küstengewässern zu sehen und die Möglichkeit, eine Vielzahl von Aggregaten dicht aneinandergereiht anzuordnen, um größere Küstenbereiche oder künstliche Anlagen wie z. B. Fähranlegestellen zu schützen.

Die einfache Konstruktion des Aggregats durch handelsübliche Bauteile und Materialien gewährleistet geringe Herstellungs kosten. Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit ist die Berück sichtigung der erzeugbaren elektrischen Leistung des erfindungs gemäßen Aggregats notwendig. Eine Abschätzung für ein Dimen sionierungsbeispiel des Aggregats ergibt, daß bei Auslegung des Schwimmkörpers mit einer Länge von 12 m, einem Durchmesser von 2.8 m und einem Gesamtgewicht von 48 T (inklusive Generator, Schwungrad und Ballasttank) eine Leistung von 70 kW zu erzielen ist. Dabei wurden folgende Daten über die Einbaustelle angenom men: Wellenhöhe im Mittel 3 m, Wellental im Mittel -0.5 m unter Wasserstand, Wellengeschwindigkeit 6 m/s, Wellenkronenabstand 48 m und Wellenangriffsrythmus 8 s. Bei der Leistungsberechnung wurde ferner angenommen, daß 1/3 der Wellenanlaufsenergie umsetzbar ist. Diese Annahmen bedeuten jedoch keine Einschrän kung, da die Dimensionierung des Aggregats den Anforderungen und Gegebenheiten der Einbaustelle im weiten Rahmen angepaßt werden kann.

Claims

1. Küstenschutzaggregat mit einem am Meeresboden verankerten Fundament und beweglichem Schwimmkörper zur Wellendämpfung, der teilweise oberhalb der Wasserlinie liegt, dadurch gekennzeichnet, daß:

- eine Lagereinrichtung (4, 13) vorhanden ist, durch die der Schwimmkörper (22) schwenkbar um eine außerhalb des Schwimm körpers und parallel zur Meeresoberfläche liegende Achse am Fundament gelagert ist;
- der Schwimmkörper (22) wenigstens eine Achse (19) aufweist, die bezüglich des Schwimmkörpers drehbar ist;
- erste Umlaufmittel (14) an einer mit dem Fundament verbundenen Standvorrichtung (7) im unteren Bereich befestigt sind und schlupflos über erste Umlenkmittel (39) an dem Schwimmkörper (22) zum oberen Ende der Standvorrichtung laufen und dort gehalten sind;
- die ersten Umlenkmittel (39) auf der Achse (19) angebracht sind und bei Drehung in einer ersten Richtung frei zur Achse drehbar sind und bei Drehung in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Richtung blockieren und die Achse (19) in Rotation versetzen;
- zweite Umlaufmittel (15) an der Standvorrichtung (7) im oberen Bereich befestigt sind und schlupflos über zweite Umlenkmittel (38) an dem Schwimmkörper zum oberen Ende der Standvorrichtung (7) laufen und dort gehalten sind;
- die zweiten Umlenkmittel (38) auf der Achse (19) angebracht sind und bei Drehung in der zweiten Richtung frei zur Achse drehbar sind und bei Drehung in der ersten, der zweiten entgegengesetzten Richtung blockieren und die Achse (19) in Rotation versetzen; und
- die durch Aufwärts- und Abwärtsschwenkbewegung des Schwimmkörpers bewirkte Rotation der Achse (19) mit einem Drehsinn zu elektrischer Energieerzeugung ausgenutzt wird.

2. Küstenschutzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- die Lagereinrichtung des Schwimmkörpers zwei Pendelstützen (13) enthält, die jeweils mit einem Ende in Pendellagern (4) am Fundament gelagert sind und mit dem anderen Ende auf einer Seite des Schwimmkörpers (22) mit dessen Achse (19) verbunden sind;
- die Standvorrichtung (7) durch zwei symmetrisch zum Schwimmkörper (22) angeordnete Pylone gebildet wird, die in dem Fundament (6) verankert sind;
- die ersten (14) und zweiten Umlaufmittel (15) durch jeweils zwei Ketten gebildet werden, die jeweils symmetrisch zu den Pylonen (7) und dem Schwimmkörper (22) verlaufen und die ersten (38) und zweiten Umlenkmittel (39) Kettenräder sind.

3. Küstenschutzaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der Schwimmkörper (22) als Hohlzylinder ausgebildet ist;
- Ballasttanks im Inneren des Hohlzylinders vorhanden sind, um die Eintauchtiefe des Schwimmkörpers zu justieren;
- die Achse (19) in das Innere des Hohlzylinders reicht; und
- Generatoren im inneren des Hohlzylinders vorhanden sind, um die Rotation der Achse (19) in elektrische Energie umzuwandeln.