WO2009147241A2 - Apparatus for indirect conversion of ocean wave energy into electric energy - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an arrangement for the indirect conversion of sea-wave energy into electrical energy, comprising at least one floating body, a connected to the floating body, hinged to a frame lever arm, a guided rack pair, which communicates with at least one, mounted on the frame pinion , And a generator which is driven directly or via a gear from the pinion, wherein further the rack pair is coupled on the force side with the lever arm, according to Oberbeg reef of claim 1.
- the arrangement there is based on a float, which is moved up and down by the ocean waves.
- the float is operatively connected to a vertical metal beam which transfers the movement of the float to a lever.
- the lever is fixed in a support bracket, which serves as a fulcrum.
- a bent metal beam which receives gear chains at its two end regions, performs an up and down movement analogous to the movement of the float, wherein the corresponding forces are transmitted via the lever.
- two gears interact with the chains to convert the linear, vertical motion into a rotational motion.
- the rotational movement of the gears in turn is passed to a generator to generate electrical energy.
- JP 2006-233948 A discloses a wave generator which also has a lever construction. At a first end of the lever, a floating body is fixed. At the opposite end of the lever is a sliding surface. On the sliding surface move two hollow cylindrical sleeves, which are each coupled to a rack side power. An up and down movement of the floating body leads, due to the bearing of the lever at a fixed point, on the model of a rocker for the corresponding up and down because of the lever end opposite the float. There, the racks can transmit the up and down movement on a arranged between the racks pinion, so that a Drehbewegu ng arises, which in turn is passed to a generator for generating electrical energy.
- Each of the racks has a preferred direction of movement, in which a power transmission to the pinion is possible. In a non-preferred direction of movement no corresponding power transmission takes place. This should be able to act on both the upward and downward movement of the lever kinetic energy to the pinion. Due to the direct storage of the racks by means of sleeves on the lever rod end, different ranges of movement of the racks arise in particular when a very long path between the upward and downward position of the lever arm end is covered analogous to the movement of the float. In addition, force vectors that are not optimally oriented in the tangential direction of the pinion result in deterioration of the efficiency of such a device.
- a lever arm unilaterally communicating with a float is acting in one direction on a rotatably supported pinion.
- the pawl principle known per se only the energy produced in one direction of movement, namely the upward or downward orientation of the float, can be transmitted to the pinion.
- the solar radiation causes the oceans to experience a very high energy supply.
- the sun's rays striking the sea surface cause thermal gradients that cause a local and global airflow.
- the lower layers become the moving atmosphere braked at the water surface.
- the upper layers of the water are accelerated.
- Characteristic quantities of a wave are the wave periods and the wave height.
- the total energy content of a sinusoidal wave in the deep water area is composed of equal parts of kinetic and potential energy.
- an arrangement for the indirect conversion of sea wave energy into electrical energy which comprises at least one float.
- the at least one float is in operative connection with a lever arm hinged to a frame.
- a pair of rack-and-pinions connected to at least one pinion mounted on the frame converts the reciprocating linear motion into a rotary motion.
- a generator for generating electrical energy is connected directly or via a gear with the pinion in connection, wherein furthermore the rack pair is coupled to the power side with the lever arm.
- a coupling rod is provided for the force-side coupling between the rack pair and the lever arm.
- This coupling rod is pivotally movable on the one hand on the lever arm and on the other hand also pivotally fixed to a connecting support.
- the connection carrier picks up the lever arm-facing ends of the racks of the rack-and-pinion pairs.
- the pairs of racks regardless of the deflection of the lever arm, a smooth up and down movement with the result of a continuous transmission of available energy to the pinion, taking into account a trained pawl arrangement or a ratchet function of the racks.
- the rack pair is guided by means of rails, wherein the racks, as set forth, have the ratchet function at eachposisrichtu ng the lever arm u nd the coupling rod to transmit a corresponding moment of force on the pinion, which can then be tapped as torque ,
- the profile rails are rotatably mounted on the frame about the axis of the pinion, so that runs at different deflections of the lever arm of the force vector of the coupling rod substantially parallel to the rack pair.
- lever arm is connected to several floats in order to maximize the total available Wel enenenergy record.
- the frame can be rotatably mounted relative to a mounting surface to make an optimal alignment with the sea surface and the expected wave motion.
- a clutch Between the pinion and the generator can be provided in one embodiment of the invention, a clutch.
- This coupling can be designed as a torque-limiting slip clutch.
- lever arm as a boom and to arrange the frame on a base plate.
- the base plate may then be located on or in a watercraft.
- the boom with float is then aligned with the water surface surrounding the water surface and placed in such a position that the wave motion, as a relative movement of the ship to the sea surface is energetically exploitable.
- the float can be releasably attached to the lever arm and thus exchangeable.
- a suitable floating body of suitable size and suitable density can be used.
- the lever arm can z. B. telescopically variable in length and thus be adjustable to ensure a universal application of the teaching of the invention.
- the figure shows a schematic representation of the arrangement according to the invention in side view.
- the proposed shaft lever drive according to the embodiment is a drive mechanism which receives the shaft forces and moments of force and converts them via a mechanical system into a rotary motion.
- a floating body 1 or a plurality of such floating bodies are fixed to a first end of a lever arm 2.
- the further end of the lever arm 2 is hinged to a frame 9 via an axle 12 articulated.
- a rack pair 4 is arranged so as to be displaceable in a guide, not shown.
- the racks of the rack pair 4 are provided with a ratchet function to enable a pinion 8 in a rotational movement during an up and down movement of the racks 4.
- the pinion 8 is in communication with a disk wheel 5, which acts on a drive wheel 6 of an exemplary generator or a prime mover 7.
- the frame 9 is mounted on a base plate 10, which in turn is attachable to the substrate 11.
- a base plate 10 which in turn is attachable to the substrate 11.
- the rack pair 4 is the power side coupled to the lever arm 2. H herefor a coupling rod 3 is present.
- This coupling rod 3 is both pivotable on the one hand on the lever arm 2 (bearing point 13), but on the other hand also pivotally fixed to a connection carrier 14 at the bearing point 15.
- the connection carrier 14 takes the directed to the lever arm 2 ends of the respective racks of the rack pair 4.
- slip clutch To protect the overall structure from excessive force, it may be appropriate to provide a slip clutch.
- the transmission of the vertical movement of the floating body 1 or a plurality of corresponding floating body via one or more attached to the lever arm 2 coupling rods for one or more pairs of racks can be done with ratchet function.
- the one or more pairs of racks then drive one or more wheels in the same direction of rotation.
- the pinion is coupled to a further wheel as a double wheel. This further wheel can drive the sprocket 6 of the generator 7 as a spur gear and gear in the sense of a transmission.
- For attackerstrich speed of the float it is necessary that the density of the float or is lower than that of the water or the surrounding medium.
- the floats can be designed here as a solid or hollow body.
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Abstract
The invention relates to an apparatus for indirect conversion of ocean wave energy into electric energy or into mechanical work. In this regard the apparatus comprises at least one floating element, a lever arm connected to the floating element and articulated at an articulation, a controlled pair of gear racks which is in contact with at least one pinion seated on the frame, and also a working machine or a generator which is driven by the pinion directly or via a transmission, wherein furthermore the pair of gear racks is coupled to the lever arm on the force side. According to the invention, for coupling between the pair of gear racks and the lever arm on the force side, a coupling rod is provided which on the one side is mounted to and pivots on the lever arm and on the other side is likewise mounted to and pivots on a connecting support, wherein the connecting support accommodates the ends of the gear racks of the pair of gear racks directed toward the lever arm.
Description
Anordnung zur mittelbaren Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie Arrangement for the indirect conversion of ocean wave energy into electrical energy
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur mittelbaren Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie, umfassend mindestens einen Schwimmkörper, einen mit dem Schwimmkörper in Verbindung stehenden, an einem Gestell gelenkig angeschlagenen Hebelarm, ein geführtes Zahnstangenpaar, welches mit mindestens einem, am Gestell gelagerten Ritzel in Verbindung steht, sowie einen Generator, der direkt oder über ein Getriebe vom Ritzel angetrieben ist, wobei weiterhin das Zahnstangenpaar kraftseitig mit dem Hebelarm gekoppelt ist, gemäß Oberbeg riff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an arrangement for the indirect conversion of sea-wave energy into electrical energy, comprising at least one floating body, a connected to the floating body, hinged to a frame lever arm, a guided rack pair, which communicates with at least one, mounted on the frame pinion , And a generator which is driven directly or via a gear from the pinion, wherein further the rack pair is coupled on the force side with the lever arm, according to Oberbeg reef of claim 1.
Aus der DE 698 16 412 T2 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung elektrischer Energie durch Verwendung von Kräften der Meereswellen vorbekannt. Die dortige Anordnung geht von einem Schwimmer aus, der von den Meereswellen auf- und abbewegt wird . Der Schwimmer steht mit einem senkrechten Metallbalken in Wirkverbindung, der die Bewegung des Schwimmers auf einen Hebel überträgt. Der Hebel ist in einer Stützhalterung fixiert, die als Hebeldrehpunkt dient. Ein gebogener Metallbalken, der an seinen zwei Endbereichen Zahnradketten aufnimmt, führt analog zur Bewegung des Schwimmers eine auf- und abwärtsgehende Bewegung aus, wobei die entsprechenden Kräfte über den Hebel übertragen werden. Zwei Zahnräder wiederum wirken mit den Ketten zusammen, um die lineare, senkrechte Bewegu ng in eine Drehbewegu ng umzuwandeln. Die Drehbewegung der Zahnräder wiederum wird auf einen Generator geführt, um elektrische Energie zu erzeugen.From DE 698 16 412 T2 a method and an arrangement for generating electrical energy by using forces of the sea waves is already known. The arrangement there is based on a float, which is moved up and down by the ocean waves. The float is operatively connected to a vertical metal beam which transfers the movement of the float to a lever. The lever is fixed in a support bracket, which serves as a fulcrum. A bent metal beam, which receives gear chains at its two end regions, performs an up and down movement analogous to the movement of the float, wherein the corresponding forces are transmitted via the lever. In turn, two gears interact with the chains to convert the linear, vertical motion into a rotational motion. The rotational movement of the gears in turn is passed to a generator to generate electrical energy.
Die JP 2006-233948 A offenbart einen Wellengenerator, der ebenfal ls eine Hebelkonstruktion aufweist. An einem ersten Hebelende ist ein Schwimmkörper fixiert. Am gegenüberliegenden Hebelende befindet sich eine Gleitfläche. Auf der Gleitfläche bewegen sich zwei hohlzylindrische Hülsen, die jeweils an eine Zahnstange kraftseitig gekoppelt werden. Ein Auf- und Abwärtsbewegen des Schwimmkörpers führt, durch die Lagerung des Hebels an einem Fixpunkt bedingt, nach dem Vorbild einer Wippe zum entsprechenden Auf- und Abwärtsbe-
wegen des dem Schwimmkörper gegenüberliegenden Hebelendes. Dort können die Zahnstangen die auf- und abwärtsgehende Bewegung auf ein zwischen den Zahnstangen angeordnetes Ritzel übertragen, so dass eine Drehbewegu ng entsteht, die wiederum auf einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie geleitet wird. Jede der Zahnstangen hat eine bevorzugte Bewegungsrichtung, bei der eine Kraftübertragung auf das Ritzel möglich ist. Bei einer nicht bevorzugten Bewegungsrichtung erfolgt keine entsprechende Kraftübertragung. Damit soll sowohl beim Aufwärts- als auch beim Abwärtsbewegen des Hebels kinetische Energie auf das Ritzel wirken können. Bedingt durch die unmittelbare Lagerung der Zahnstangen mittels Hülsen am Hebelstangenende ergeben sich unterschiedliche Bewegungsbereiche der Zahnstangen insbesondere dann, wenn ein sehr großer Weg zwischen Aufwärts- und Abwärtsposition des Hebelarmendes analog der Bewegu ng des Schwimmers zurückgelegt wird . Darüber hinaus resultieren Kraftvektoren, die nicht optimal in tangentiale Richtung des Ritzels orientiert sind, so dass sich der Wirkungsgrad einer derartig gestalteten Vorrichtung verschlechtert.JP 2006-233948 A discloses a wave generator which also has a lever construction. At a first end of the lever, a floating body is fixed. At the opposite end of the lever is a sliding surface. On the sliding surface move two hollow cylindrical sleeves, which are each coupled to a rack side power. An up and down movement of the floating body leads, due to the bearing of the lever at a fixed point, on the model of a rocker for the corresponding up and down because of the lever end opposite the float. There, the racks can transmit the up and down movement on a arranged between the racks pinion, so that a Drehbewegu ng arises, which in turn is passed to a generator for generating electrical energy. Each of the racks has a preferred direction of movement, in which a power transmission to the pinion is possible. In a non-preferred direction of movement no corresponding power transmission takes place. This should be able to act on both the upward and downward movement of the lever kinetic energy to the pinion. Due to the direct storage of the racks by means of sleeves on the lever rod end, different ranges of movement of the racks arise in particular when a very long path between the upward and downward position of the lever arm end is covered analogous to the movement of the float. In addition, force vectors that are not optimally oriented in the tangential direction of the pinion result in deterioration of the efficiency of such a device.
Bei der Gewinnu ng zur Energie aus einer Wellenbewegung gemäß JP 05248335 ist ein Hebelarm, der einseitig mit einem Schwimmkörper in Verbindung steht, in einer Richtung auf ein drehbar gelagertes Ritzel wirkend. Nach dem an sich bekannten Sperrklinkenprinzip kann hier nur die bei einer Bewegungsrichtung, nämlich der Aufwärts- oder der Abwärtsorientierung des Schwimmers entstehende Energie auf das Ritzel übertragen werden.In gaining energy from wave motion according to JP 05248335, a lever arm unilaterally communicating with a float is acting in one direction on a rotatably supported pinion. According to the pawl principle known per se, only the energy produced in one direction of movement, namely the upward or downward orientation of the float, can be transmitted to the pinion.
Bekanntermaßen führt das Wachstum der Weltbevölkerung sowie die Erhöhung des Lebensstandards der Menschen zu einem ansteigenden Energiebedarf. Die Abnahme von Vorkommen an fossilen Brennstoffen zwingt hier zu neuen Lösungen, und zwar bevorzugt in Richtung Erforschung und Anwendung regenerativer Energien.It is known that the growth of the world's population and the increase of people's living standards are leading to an increasing demand for energy. The decrease in fossil fuel reserves is forcing new solutions, preferably in the direction of research and application of renewable energies.
Durch die Sonneneinstrahlung erfahren die Weltmeere eine sehr hohe Energiezufu hr. Die auf die Meeresoberfläche auftreffende Sonnenstrahl ung verursacht Wärmegradienten, die eine lokale und globale Luftströmung bewirken. Zwischen den Luftströmungen und der Oberfläche des Wassers kommt es zu Wechselwirkungen. Die unteren Schichten der bewegten Atmosphäre werden
an der Wasseroberfläche abgebremst. Im Gegensatz hierzu werden die oberen Schichten des Wassers beschleunigt. Bei einem anhaltenden Einwirken von Luftströmungen entstehen Wellen, die auch als Windwellen bezeichnet werden. Charakteristische Größen einer Welle sind die Wellenperioden und die Wellenhöhe. Der Gesamtenergiegehalt einer sinusförmigen Welle im Tiefwasserbereich setzt sich zu gleichen Teilen aus kinetischer und potentieller Energie zusammen.The solar radiation causes the oceans to experience a very high energy supply. The sun's rays striking the sea surface cause thermal gradients that cause a local and global airflow. There are interactions between the air currents and the surface of the water. The lower layers become the moving atmosphere braked at the water surface. In contrast, the upper layers of the water are accelerated. Continuous exposure to air currents creates waves, also known as wind waves. Characteristic quantities of a wave are the wave periods and the wave height. The total energy content of a sinusoidal wave in the deep water area is composed of equal parts of kinetic and potential energy.
Die eingangs erwähnten Lösungen des Standes der Technik nutzen diese grundsätzl ich zur Verfügung stehende Energie nur in unzureichender Weise. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zur mittelbaren Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie anzugeben, die eine einfache Konstruktion besitzt und welche über einen hohen Wirkungsgrad und eine ausreichende Betriebssicherheit unabhängig von der jeweiligen Amplitude der Wellen besitzt.The above-mentioned solutions of the prior art use this fundamentally I available energy only inadequate. It is therefore an object of the invention to provide an advanced arrangement for the indirect conversion of sea wave energy into electrical energy, which has a simple construction and which has a high efficiency and sufficient reliability regardless of the respective amplitude of the waves.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved by an arrangement according to the combination of features according to claim 1, wherein the dependent claims represent at least expedient refinements and developments.
Es wird demgemäß von einer Anordnung zur mittelbaren Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie ausgegangen, die mindestens einen Schwimmkörper umfasst. Der mindestens eine Schwimmkörper steht mit einem an einem Gestell gelenkig angeschlagenen Hebelarm in Wirkverbindung . Ein geführtes Zahnstangenpaar, welches mit mindestens einem, am Gestell gelagerten Ritzel in Verbindung steht, wandelt die hin- und hergehende, lineare Bewegung in eine Rotationsbewegung um. Ein Generator zur Erzeugung elektrischer Energie ist direkt oder über ein Getriebe mit dem Ritzel in Verbindung stehend, wobei weiterhin das Zahnstangenpaar kraftseitig mit dem Hebelarm gekoppelt ist.It is therefore assumed that an arrangement for the indirect conversion of sea wave energy into electrical energy, which comprises at least one float. The at least one float is in operative connection with a lever arm hinged to a frame. A pair of rack-and-pinions connected to at least one pinion mounted on the frame converts the reciprocating linear motion into a rotary motion. A generator for generating electrical energy is connected directly or via a gear with the pinion in connection, wherein furthermore the rack pair is coupled to the power side with the lever arm.
Erfindungsgemäß ist zur kraftseitigen Kopplung zwischen dem Zahnstangenpaar und dem Hebelarm eine Koppelstange vorgesehen. Diese Koppelstange ist einerseits am Hebelarm verschwenkbeweglich sowie andererseits ebenfalls ver- schwenkbeweglich an einem Verbindungsträger fixiert. Der Verbindungsträger
nimmt die zum Hebelarm gerichteten Enden der Zahnstangen des Zahnstangenpaars auf.According to the invention, a coupling rod is provided for the force-side coupling between the rack pair and the lever arm. This coupling rod is pivotally movable on the one hand on the lever arm and on the other hand also pivotally fixed to a connecting support. The connection carrier picks up the lever arm-facing ends of the racks of the rack-and-pinion pairs.
Durch die vorstehend geschilderte Konstruktion führen die Zahnstangenpaare unabhängig von der Auslenkung des Hebelarms eine gleichmäßige auf- und abwärtsgehende Bewegung aus mit der Folge einer kontinuierlichen Übertragung der zur Verfügung stehenden Energie auf das Ritzel, und zwar unter Berücksichtigung einer ausgebildeten Sperrklinkenanordnung oder einer Ratschenfunktion der Zahnstangen.Due to the construction described above, the pairs of racks, regardless of the deflection of the lever arm, a smooth up and down movement with the result of a continuous transmission of available energy to the pinion, taking into account a trained pawl arrangement or a ratchet function of the racks.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zahnstangenpaar mittels Profilschienen geführt, wobei die Zahnstangen, wie dargelegt, die Ratschenfunktion besitzen, um bei jeder Bewegungsrichtu ng des Hebelarms u nd der Koppelstange ein entsprechendes Kraftmoment auf das Ritzel zu übertragen, das dann als Drehmoment abgegriffen werden kann.In one embodiment of the invention, the rack pair is guided by means of rails, wherein the racks, as set forth, have the ratchet function at each Bewegungsrichtu ng the lever arm u nd the coupling rod to transmit a corresponding moment of force on the pinion, which can then be tapped as torque ,
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Profilschienen um die Achse des Ritzels drehbar am Gestell befestigt, so dass bei unterschiedlichen Auslenkungen des Hebelarms der Kraftvektor der Koppelstange im Wesentlichen parallel zum Zahnstangenpaar verläuft. Dabei besteht die Möglichkeit, den Ver- schwenkwinkel zu begrenzen, und zwar entsprechend der gewählten konkreten Ausführungsform der Anordnung und den vorgesehenen Anwendungs- und Einsatzbedingungen.In a further embodiment of the invention, the profile rails are rotatably mounted on the frame about the axis of the pinion, so that runs at different deflections of the lever arm of the force vector of the coupling rod substantially parallel to the rack pair. In this case, it is possible to limit the swivel angle, specifically in accordance with the selected specific embodiment of the arrangement and the intended application and operating conditions.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass der Hebelarm mit mehreren Schwimmkörpern in Verbindung steht, um die insgesamt zur Verfügung stehende Wel lenenergie maximiert aufnehmen zu können.There is also the possibility that the lever arm is connected to several floats in order to maximize the total available Wel enenenergie record.
Weiterhin ausgestaltend kann das Gestell gegenüber einer Befestigungsfläche drehbar gelagert werden, um eine optimale Ausrichtung zur Meeresoberfläche und zur erwarteten Wellenbewegung vorzunehmen.Further ausgestaltend the frame can be rotatably mounted relative to a mounting surface to make an optimal alignment with the sea surface and the expected wave motion.
Zwischen dem Ritzel und dem Generator kann bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Kupplung vorgesehen sein.
Diese Kupplung kann als drehmomentbegrenzende Rutschkupplung ausgebildet werden.Between the pinion and the generator can be provided in one embodiment of the invention, a clutch. This coupling can be designed as a torque-limiting slip clutch.
Weiterhin liegt es im Sinne der Erfindung, den Hebelarm als Ausleger auszubilden und das Gestell auf einer Grundplatte anzuordnen.Furthermore, it is within the meaning of the invention to form the lever arm as a boom and to arrange the frame on a base plate.
Die Grundplatte kann dann auf oder in einem Wasserfahrzeug befindlich sein. Der Ausleger mit Schwimmkörper wird dann auf die das Wasserfahrzeug umgebende Wasseroberfläche ausgerichtet und in eine solche Position verbracht, dass die Wellenbewegung, auch als Relativbewegung des Schiffes zur Meeresoberfläche energetisch verwertbar ist.The base plate may then be located on or in a watercraft. The boom with float is then aligned with the water surface surrounding the water surface and placed in such a position that the wave motion, as a relative movement of the ship to the sea surface is energetically exploitable.
Der Schwimmkörper kann am Hebelarm lösbar und damit auch austauschbar befestigt werden. Es kann also je nach Applikationsfall ein geeigneter Schwimmkörper mit geeigneter Größe und geeigneter Dichte Anwendung finden.The float can be releasably attached to the lever arm and thus exchangeable. Thus, depending on the application, a suitable floating body of suitable size and suitable density can be used.
Der Hebelarm kann z. B. teleskopartig in seiner Länge variabel und damit verstellbar sein, um eine universelle Anwendung der Erfindungslehre sicherzustellen.The lever arm can z. B. telescopically variable in length and thus be adjustable to ensure a universal application of the teaching of the invention.
Am gestellseitigen Ende des Hebelarms können wählbare Lagerstellen für die Koppelstange, bevorzugt ausgebildet als Bohrungen zur Aufnahme eines Verbindungsbolzens, vorgesehen werden. Auch hier besteht die Möglichkeit, die Hebelverhältnisse je nach Applikationsfall zu selektieren, um einen optimalen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung zu erreichen.At the frame-side end of the lever arm selectable bearings for the coupling rod, preferably formed as holes for receiving a connecting bolt, can be provided. Again, it is possible to select the leverage ratios depending on the application case in order to achieve optimum efficiency of the arrangement according to the invention.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of a figure.
Die Figur zeigt hierbei eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in Seitenansicht.
Der vorgestellte Wellenhebelantrieb gemäß Ausführungsbeispiel ist ein Antriebsmechanismus, der die Wellenkräfte und Kraftmomente aufnimmt und diese über ein mechanisches System in eine Drehbewegung umwandelt.The figure shows a schematic representation of the arrangement according to the invention in side view. The proposed shaft lever drive according to the embodiment is a drive mechanism which receives the shaft forces and moments of force and converts them via a mechanical system into a rotary motion.
Mit Hilfe dieser Drehbewegung kann dann ein Stromgenerator, eine Pumpe oder eine andere geeignete Arbeitsmaschine angetrieben werden. Es gelingt also, mit dem Wellenhebelantrieb die Aufgabe zu lösen, auf mechanischem Wege die Wellenkraft in Drehkraft, d . h. Drehmomente umzuwandeln, um Arbeitsmaschinen zu betreiben.With the help of this rotational movement, a power generator, a pump or other suitable working machine can then be driven. It is thus possible to solve the problem with the shaft lever drive, mechanically the shaft force in rotational force, d. H. Convert torques to operate work machines.
Wie aus der Figur ersichtlich, ist ein Schwimmkörper 1 oder sind mehrere solche Schwimmkörper an einem ersten Ende eines Hebelarms 2 fixiert. Das weitere Ende des Hebelarms 2 ist an einem Gestell 9 über eine Achsverbindung 12 gelenkig angeschlagen.As can be seen from the figure, a floating body 1 or a plurality of such floating bodies are fixed to a first end of a lever arm 2. The further end of the lever arm 2 is hinged to a frame 9 via an axle 12 articulated.
Gemäß Figur ist ein Zahnstangenpaar 4 in einer nicht gezeigten Führung verschiebebeweglich angeordnet. Die Zahnstangen des Zahnstangenpaars 4 sind mit einer Ratschenfunktion versehen, um bei einer Auf- und Abbewegung der Zahnstangen 4 ein Ritzel 8 in Rotationsbewegung zu versetzen.According to the figure, a rack pair 4 is arranged so as to be displaceable in a guide, not shown. The racks of the rack pair 4 are provided with a ratchet function to enable a pinion 8 in a rotational movement during an up and down movement of the racks 4.
Das Ritzel 8 steht mit einem Scheibenrad 5 in Verbindung, das auf ein Antriebsrad 6 eines beispielhaften Generators oder einer Antriebsmaschine 7 wirkt.The pinion 8 is in communication with a disk wheel 5, which acts on a drive wheel 6 of an exemplary generator or a prime mover 7.
Das Gestell 9 ist auf einer Grundplatte 10 montiert, die wiederum am Untergrund 11 befestigbar ist. Zur optimalen Ausrichtung des Hebelarms 2 mit Schwimmkörper 1 besteht ergänzend die Möglichkeit, die Gru ndplatte 10 bezogen auf den Untergrund 11 drehbar oder verstellbar auszuführen.The frame 9 is mounted on a base plate 10, which in turn is attachable to the substrate 11. For optimal alignment of the lever arm 2 with floating body 1 is in addition the possibility of the base plate 10 based on the base 11 rotatable or adjustable execute.
Das Zahnstangenpaar 4 ist kraftseitig mit dem Hebelarm 2 gekoppelt. H ierfür ist eine Koppelstange 3 vorhanden.The rack pair 4 is the power side coupled to the lever arm 2. H herefor a coupling rod 3 is present.
Diese Koppelstange 3 ist sowohl einerseits am Hebelarm 2 verschwenkbeweg- lich (Lagerstelle 13), anderseits aber auch verschwenkbeweglich an einem Verbindungsträger 14 an der Lagerstelle 15 fixiert. Der Verbindungsträger 14
nimmt die zum Hebelarm 2 gerichteten Enden der jeweiligen Zahnstangen des Zahnstangenpaars 4 auf.This coupling rod 3 is both pivotable on the one hand on the lever arm 2 (bearing point 13), but on the other hand also pivotally fixed to a connection carrier 14 at the bearing point 15. The connection carrier 14 takes the directed to the lever arm 2 ends of the respective racks of the rack pair 4.
Der Vorteil der beschriebenen Konstruktion besteht darin, dass durch die im Hebelarm 2 drehbar befestigte Koppelstange 3 der Abstand zwischen dem Zahnstangenpaar konstant ist und die Drehzahl, unabhängig davon, welche Stange des Zahnstangenpaars das Ritzel 8 antreibt, immer gleich bleibt.The advantage of the construction described is that the distance between the rack pair is constant by the coupling rod 3 which is rotatably mounted in the lever arm 2 and the rotational speed, irrespective of which rod of the rack pair drives the pinion 8, always remains the same.
Zum Schutz der Gesamtkonstruktion vor übermäßiger Krafteinwirkung kann es zweckmäßig sein, eine Rutschkupplung vorzusehen.To protect the overall structure from excessive force, it may be appropriate to provide a slip clutch.
Grundsätzlich kann die Übertragung der vertikalen Bewegung des Schwimmkörpers 1 oder mehrerer entsprechender Schwimmkörper über eine oder mehrere am Hebelarm 2 befestigte Koppelstangen für ein oder mehrere Zahnstangenpaare mit Ratschenfunktion erfolgen. Das oder die Zahnstangenpaare treiben dann ein oder mehrere Räder in immer gleicher Drehrichtung an. Eine ergänzende Ausführungsform besteht darin, dass das Ritzel mit einem weiteren Rad als Doppelrad gekoppelt ist. Dieses weitere Rad kann als Stirn- und Übersetzungsrad im Sinne eines Getriebes das Ritzel 6 des Generators 7 antreiben.In principle, the transmission of the vertical movement of the floating body 1 or a plurality of corresponding floating body via one or more attached to the lever arm 2 coupling rods for one or more pairs of racks can be done with ratchet function. The one or more pairs of racks then drive one or more wheels in the same direction of rotation. An additional embodiment is that the pinion is coupled to a further wheel as a double wheel. This further wheel can drive the sprocket 6 of the generator 7 as a spur gear and gear in the sense of a transmission.
Zur Funktionstüchtig keit des Schwimmkörpers ist es notwendig, dass die Dichte des oder der Schwimmkörper geringer ist als die des Wassers bzw. des umgebenden Mediums.For Funktionstüchtig speed of the float, it is necessary that the density of the float or is lower than that of the water or the surrounding medium.
Die Schwimmkörper können hier als Voll- oder Hohlkörper ausgebildet sein.The floats can be designed here as a solid or hollow body.
Die vorstehend erläuterte Anordnung zur Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie bzw. mechanische Arbeit kann auf einem Schwimmkörper, z. B. einem Boot befestigt werden, um für eine autarke Energieversorgung in umweltfreundlicher Art zu sorgen.The above-described arrangement for the conversion of sea-wave energy into electrical energy or mechanical work can be performed on a float, z. B. a boat to ensure a self-sufficient energy supply in an environmentally friendly manner.
Alternativ zu m Antrieb unter Benutzung des Zahnstangenpaares besteht die Möglichkeit ein sogenanntes Reibstangengetriebe einzusetzen. Bei einem solchen Getriebe sind zwei benachbarte Glieder als Reibkörper z. B. Scheiben, Kugeln oder Stangen ausgebildet, wobei diese Körper durch eine Reibpaarung in
Verbindung stehen, so dass eine Kraftübertragung möglich ist. Denkbar sind auch Antriebe, ausgebildet als Kurbelschwinge, Doppelkurbel oder Doppelschwinge. Ein Antriebsgetriebe kann hier als Schubkurbel mit umlaufender oder schwingender Kurbelschleife ausgebildet sein ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.Alternatively to m drive using the rack pair, it is possible to use a so-called Reibstangengetriebe. In such a transmission, two adjacent members are as friction body z. As discs, balls or rods, these bodies by a friction pair in Are connected, so that a power transmission is possible. Also conceivable are drives, designed as a rocker arm, double crank or double rocker. A drive gear can be designed here as a crank with rotating or oscillating crank loop without departing from the spirit of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Schwimmkörper1 floating body
2 Hebelarm2 lever arm
3 Koppelstange3 coupling rod
4 Zahnstangenpaar4 pairs of racks
5 Scheibenrad5 disc wheel
6 Antriebsritzel6 drive pinions
7 Generator / Arbeitsmaschine7 generator / work machine
8 Ritzel8 pinions
9 Gestell9 frame
10 Grundplatte10 base plate
11 Untergrund11 underground
12 Achsverbindung12 axle connection
13 Lagerteil13 bearing part
14 Verbindungsträger14 connection carrier
15 Lagerteil15 bearing part
16 alternative Befestigungsmöglichkeiten der Koppelstange 3 am Hebelarm
16 alternative attachment options of the coupling rod 3 on the lever arm
Claims
1. Anordnung zur mittelbaren Umwandlung von Meereswellenenergie in elektrische Energie oder mechanische Arbeit, umfassend mindestens einen Schwimmkörper, einen mit dem Schwimmkörper in Verbindung stehenden, an einem Gestell gelenkig angeschlagenen Hebelarm, ein geführtes Zahnstangenpaar, welches mit mindestens einem, am Gestell gelagerten Ritzel in Verbindung steht, sowie eine Arbeitsmaschine oder einen Generator, der direkt oder über ein Getriebe vom Ritzel angetrieben ist, wobei weiterhin das Zahnstangenpaar kraftseitig mit dem Hebelarm gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur kraftseitigen Kopplung zwischen dem Zahnstangenpaar und dem Hebelarm eine Koppelstange vorgesehen, welche einerseits am Hebelarm verschwenkbe- wegl ich sowie andererseits ebenfalls verschwenkbeweglich an einem Verbindungsträger fixiert ist, wobei der Verbindungsträger die zum Hebelarm gerichteten Enden der Zahnstangen des Zahnstangenpaars aufnimmt.1. Arrangement for the indirect conversion of sea-wave energy into electrical energy or mechanical work, comprising at least one float, one connected to the float, hinged to a frame lever arm, a guided rack pair, which with at least one, mounted on the frame pinion in combination stands, as well as a work machine or a generator which is driven directly or via a gear from the pinion, wherein further the rack pair is coupled force side with the lever arm, characterized in that provided for the power-side coupling between the rack pair and the lever arm, a coupling rod, on the one hand pivoted on the lever arm I and on the other hand also pivotally fixed to a connection carrier, wherein the connection carrier receives the ends of the racks of the rack pair directed to the lever arm.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnstangenpaar mittels Profilschienen geführt ist, wobei die Zahnstangen eine Sperrklinken- oder Ratschenfunktion besitzen, um bei jeder Bewegungsrichtung des Hebelarms und der Koppelstange ein Kraftmoment auf das Ritzel zu übertragen.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the rack pair is guided by means of rails, wherein the racks have a pawl or ratchet function to transmit a moment of force on the pinion in each direction of movement of the lever arm and the coupling rod.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilschienen um die Achse des Ritzels drehbar am Gestell befestigt sind, so dass bei unterschiedlichen Auslenkungen des Hebelarms der Kraftvektor der Koppelstange im Wesentlichen parallel zum Zahnstangenpaar verläuft.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the profile rails are rotatably mounted on the frame about the axis of the pinion, so that runs at different deflections of the lever arm of the force vector of the coupling rod substantially parallel to the rack pair.
4. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm mit mehreren Schwimmkörpern in Verbindung steht.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the lever arm is in communication with a plurality of floats.
5. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell gegenüber einer Befestigungsfläche drehbar gelagert ist. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the frame is rotatably mounted relative to a mounting surface.
6. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ritzel und Generator eine Kupplung vorgesehen ist.6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between pinion and generator, a clutch is provided.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als drehmomentbegrenzende Rutschkupplung ausgebildet ist.7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the coupling is designed as a torque-limiting slip clutch.
8. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm als Ausleger ausgebildet ist und sich das Gestell auf einer Grundplatte befindet.8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the lever arm is designed as a boom and the frame is on a base plate.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte auf oder in einem Wasserfahrzeug befindlich ist und der Ausleger mit Schwimmkörper zur das Wasserfahrzeug umgebenden Wasseroberfläche ausgerichtet ist.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the base plate is located on or in a watercraft and the boom is aligned with floating body to the water surface surrounding the vessel.
10. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schwimmkörper am Hebelarm lös- und austauschbar befestigt sind.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more floating bodies are fastened releasably and exchangeably on the lever arm.
11. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm teleskopartig in seiner Länge verstellbar ist.11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the lever arm is telescopically adjustable in its length.
12. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am gestellseitigen Ende des Hebelarms wählbare Lagerungsstellen für die Koppelstange, bevorzugt ausgebildet als Bohrung zur Aufnahme eines Verbindungsbolzens vorgesehen sind . 12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on the frame-side end of the lever arm selectable storage locations for the coupling rod, preferably formed as a bore for receiving a connecting bolt are provided.
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