DE4310997A1 - Vorrichtung zur Nutzung der Wellenenergie eines Gewässers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung der Wellenenergie eines Gewässers, mit mehreren ge­ lenkig miteinander verbundenen Schwimmkörpern, de­ ren aufgrund von Wellen bewirkte Schwenkbewegungen in Nutzenergie gewandelt werden.

Aus der DE-OS 36 42 060 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Schwimmkörper mit Kolbenpumpen zusammenwirken. Durch die Wellenbewegung werden die Kolbenpumpen betätigt und dadurch Druck in einem Druckkessel er­ zeugt. Der aufgebaute Druck wird zum Antrieb von Generatoren verwendet.

Die Umsetzung der Bewegungsenergie der Schwimmkör­ per in den Druck eines Mediums und die dann noch­ mals erfolgende Energiewandlung des Drucks in eine Drehbewegung, beispielsweise mittels einer Turbine, um einen Generator zu betreiben, ist aufwendig und führt zu einem relativ schlechten Wirkungsgrad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur Nutzung der Wellenenergie eines Gewäs­ sers anzugeben, die bei einfachem Aufbau eine hohe Wellenenergieausnutzung gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an mindestens einem Schwimmkörper mindestens ein Mitnehmer angeordnet ist, der an mindestens ei­ nem, an einem benachbarten Schwimmkörper gelagerten oder im Verbindungsbereich zu einem benachbarten Schwimmkörper gelagerten Drehteil zum Antrieb des Drehteils angereift und daß dem so gebildeten Mit­ nehmer-Drehteil-Antrieb eine Rücklaufsperre zuge­ ordnet ist. Aufgrund der Wellen des Gewässers ver­ schwenken die Schwimmkörper relativ zueinander, wo­ durch eine Drehbewegung des Drehteils erfolgt. Hierzu greift der Mitnehmer in das Drehteil ein und nimmt es bei der Schwenkbewegung mit. Die Drehrich­ tung des Drehteils wird aufgrund der Rücklaufsperre vorgegeben, das heißt, das Drehteil bewegt sich nur in eine Richtung. Die Drehbewegung des Drehteils läßt sich direkt - ohne daß eine Umformung in eine andere Energieform notwendig ist - für den Antrieb eines Generators zur Erzeugung von elektrischer En­ ergie nutzen. Hierdurch liegt ein optimaler Wir­ kungsgrad vor.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Schwimmkörper mittels eines Gelenks schwenkbeweglich miteinander verbunden sind und daß das Drehteil auf der Achse des Gelenks lagert. Dies führt zu einer sehr kompakten Bauform. Überdies ist aufgrund dieser Ausgestaltung gewährleistet, daß Mitnehmer von jeweils benachbarten Schwimmkörper auf das gleiche Drehteil wirken können.

Bevorzugt sind mehrere Mitnehmer-Drehteil-Antriebe je Gelenk vorgesehen. Es können zwei, jedoch auch mehr als zwei Schwimmkörper aneinander gekoppelt sein. Es läßt sich bei mehreren Schwimmkörpern eine Schwimmkörper-Kette ausbilden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß an beiden Enden der Achse jeweils ein Drehteil angeordnet ist. Diese beiden Drehteile wirken auf eine gemeinsame Achse.

Das Drehteil ist vorzugsweise als Treibrad ausge­ bildet. Es kann mit einer Schwungmasse versehen sein.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung treibt das Drehteil mindestens einen Gene­ rator an. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß das Drehteil den Generator über mindestens ein Ge­ triebe antreibt. Mittels des Getriebes läßt sich die Drehzahl der Achse in eine gewünschte Genera­ tor-Drehzahl umformen. Sofern ein verstellbares Ge­ triebe zum Einsatz kommt, das heißt, ein Getriebe, dessen Übersetzung variabel einstellbar ist, so läßt sich - in Abhängigkeit von dem Wellengang - eine optimale Anpassung vornehmen.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Getriebe und/oder der Generator im Bereich der Achse ange­ ordnet sind.

Drehteil, Getriebe und Generator sind vorzugsweise hintereinanderliegend auf der Achse aufgereiht an­ geordnet.

Für die Kopplung benachbarter Schwimmkörper ist be­ vorzugt vorgesehen, daß diese in jedem Endbereich der Achse aneinander gelagert sind. Zusätzlich kann zwischen den beiden Endbereichen ein Mittellager vorgesehen sein, um die Stabilität der Einrichtung zu verbessern.

Insbesondere ist vorgesehen, daß der Mitnehmer ra­ dial im Hinblick auf das Drehteil verlagerbar ist. Auf diese Art und Weise kann das zu übertragende Drehmoment in Abhängigkeit vom Wellengang variiert werden. Die Verlagerung des Mitnehmers kann ma­ nuell, alternativ jedoch auch maschinell erfolgen. Bei einer maschinellen Verlagerung können hydrauli­ sche, pneumatische oder aber elektrische Verstell­ mittel zum Einsatz kommen.

Insbesondere ist vorgesehen, daß das Übersetzungs­ verhältnis des Getriebes mit der Verlagerung des Mitnehmers mitverstellt wird. Die Verstellung des Mitnehmers und auch die Einstellung der Übersetzung erfolgt dann stets so, daß ein optimaler Wirkungs­ grad vorliegt.

Die Achse und/oder das Getriebe kann vorzugsweise mit einem Federspeicher zusammenwirken. Dieser Fe­ derspeicher ermöglicht eine mehr oder weniger kon­ tinuierliche Drehbewegung, das heißt, die Drehbewe­ gung wird durch die nur in einer Richtung erfol­ gende Mitnahme bei der Schwenkbewegung der Schwimm­ körper vergleichmäßigt.

Der Federspeicher kann vorzugsweise als Torsionsfe­ der, insbesondere als Torsionswelle ausgebildet sein.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Mitnehmer mit einer Zahnung des Drehteils zusammenwirkt. Hierdurch wird ein sogenannter Ratschen-Antrieb ge­ schaffen.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an­ hand von Ausführungsbeispielen und zwar zeigt:

Fig. 1 zeigt eine Schwimmkörperkette in drei Ansichten. Bei den Schwimmkörpern (1), nachfolgend kurz als SK bezeichnet, kann es sich um geteilte Schwimmkörper, oder auch um Teleskopschwimmkörper handeln. Die Form und die Abmessungen sind variabel.

Dieser SK ist mindestens mit einem weiteren SK (1) am Punkt des Zusammen­ treffens, hier als Drehpunkt (2) bezeichnet, gekoppelt. Der Drehpunkt (2) befindet sich über der Wasserlinie (5) und verbindet die beiden SK (1) vertikal beweglich miteinander, wobei eine horizontale "Schwänzelbewegung" nicht möglich ist.

Die SK (1) sind mehrmals auf der gemeinsamen Drehachse (2) be­ weglich miteinander verbunden. Dies erhöht die Seitenstabilität der Schwimmkörperkette.

An den Enden der Drehachsen (2) befinden sich mindestens zwei Drehteile (14) oder Scheiben, die wiederum mit mindestens zwei Mitnehmern (17) je SK (1) beweglich gekoppelt sind. Diese Mitnehmer (17) können als Ratschen ausge­ bildet sein, d. h., sie bewegen das Drehteil (14) nur in einer Richtung und "ratschen" ohne Kraftübertragung an den Ausgangspunkt zurück, bei der Gegen­ bewegung der SK (1). Wenn die SK (1) durch Wellen in vertikale Auf- und Abbewegungen versetzt werden (Wellenberg), so greifen die Mitnehmer (17) in die Rillen der Drehteile (14) und bewegen sie in eine Richtung. Bewegen sich die SK (1) nun in die entgegengesetzte Richtung (Wellental), so greifen die Mitnehmer (17) der Gegenseite in die Rillen ein und bewegen das Dreh­ teil (14) weiter in die gleiche Richtung, so daß eine fast kontinuierliche Drehbewegung des Drehteils (14) stattfindet.

Um den jeweiligen oberen und unteren Totpunkt zu überwinden, ist nach dem Drehteil (14) auf dem gleichen Drehpunkt (2) (Welle) ein Getriebe (15) zwischen Drehteil (14) und den Generatoren (16) vorgeschaltet.

Dieses Getriebe (15) befindet sich direkt nach jedem Drehteil (14) und könnte ein Federspeicher oder eine Torsionsübertragung sein.

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt eines Stoßes von zwei SK (1) in zwei Ansichten und dem Schnitt B-B.

Drehteil (14), Drehachse (2), Getriebe (15) und Generatoren (16) befinden sich auf einer Achse zwischen den Schwimmkörpern (1), die entsprechend der Form ausgespart sind. Die Generatoren können sich aber auch im Innern der Schwimmkörper (1) befinden, (so entfällt die Aussparung zum Teil). Auf der Drehachse (2) befindet sich außerhalb der SK (1) das Drehteil (14).

Gleich hinter dem Drehteil (14) befinden sich die Mitnehmer (17), die bei Bewegung der SK (1) über die Rillen im Drehteil (14) die Kraft auf das Dreh­ teil (14) übertragen.

Anschließend folgt das Getriebe (15), das ein Abfallen der Drehzahl im oberen und unteren Totpunkt der SK-Bewegung überbrücken soll. Getriebe (15) und Generatoren (16) sind miteinander verbunden. Je nach Energie­ anfall können die Generatoren (16) dazugeschaltet oder abgekoppelt werden, um eine optimale Nutzung der Wellenenergie zu garantieren.

Das Zwischenlager (18) kann bei breiten SK (1) zusätzlich für Stabilität beitragen.

Bei sehr hohem Wellengang oder extrem kleinem Wellengang ist es möglich, die Mitnehmer (17) zu verstellen (d. h., je höher der Wellengang (Kraft/ Energie), desto weiter wird man die Mitnehmer (17) in Richtung Drehpunkt (2) verstellen/einfahren. Je kleiner der Wellengang, desto weiter nach außen wird der Mitnehmer (17) an dem Drehteil plaziert), um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen.

Um die SK (1) vor Überlastung zu schützen, sind Sicherungen - hier nicht näher bezeichnet - eingebaut (Bremsen/Auflaufpuffer). Ebenso nicht näher bezeichnet werden die Generatoren (16) durch Schürzen vor unnötigem Spritzwasser geschützt, oder im SK (1) untergebracht.

Des weiteren ist vorgesehen, daß auf den äußeren Flächen der Drehteile (14) weitere SK (1) angeflanscht werden können, um eine Verbreiterung der Schwimmkörperkette zu ermöglichen.

Fig. 3 zeigt eine Schwimmkörperkette in Bewegung.

Bei jeder Richtungsänderung (vertikal) der Schwimmkörper greift jeweils das andere Mitnehmerpaar (17) in die Rillen des Drehteils (14) und überträgt die Kraft über ein Getriebe (15) auf die Generatoren (16).

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Nutzung der Wellenenergie eines Gewässers, mit mehreren gelenkig miteinander ver­ bundenen Schwimmkörpern, deren aufgrund von Wellen bewirkte Schwenkbewegungen in Nutzenergie gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einem Schwimmkörper mindestens ein Mitnehmer ange­ ordnet ist, der mindestens einem, an einem benach­ barten Schwimmkörper gelagerten oder im Verbin­ dungsbereich zu einem benachbarten Schwimmkörper gelagerten Drehteil zum Antrieb des Drehteils an­ greift und daß dem so gebildeten Mitnehmer-Dreh­ teil-Antrieb eine Rücklaufsperre zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwimmkörper mittels eines Ge­ lenks schwenkbeweglich miteinander verbunden sind und daß das Drehteil auf der Achse des Gelenks la­ gert.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch mehrere Mitnehmer- Drehteil-Antriebe je Gelenk.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden der Achse jeweils ein Drehteil angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil als Treibrad ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil mindestens einen Generator antreibt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil den Generator über mindestens ein Getriebe an­ treibt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe und/oder der Generator im Bereich der Achse ange­ ordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Drehteil, Ge­ triebe und Generator hintereinanderliegend auf der Achse aufgereiht angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schwimmkörper in jedem Endbereich der Achse anein­ ander gelagert sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse zwi­ schen ihren beiden Endbereichen in einem zusätzli­ chen Mittellager gelagert ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer radial verlagerbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verlagerung manuell oder maschi­ nell erfolgt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überset­ zungsverhältnis des Getriebes mit der Verlagerung des Mitnehmers mitverstellt wird.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse und/oder das Getriebe mit einem Federspeicher zu­ sammenwirken.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspei­ cher als Torsionsfeder, insbesondere Torsionswelle, ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer ratschenartig mit einer Zahnung des Drehteils zu­ sammenwirkt.