WO2020099040A1 - Verbindungsstruktur, tragwerk und schwimmkörper - Google Patents

Verbindungsstruktur, tragwerk und schwimmkörper Download PDF

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WO2020099040A1
WO2020099040A1 PCT/EP2019/077664 EP2019077664W WO2020099040A1 WO 2020099040 A1 WO2020099040 A1 WO 2020099040A1 EP 2019077664 W EP2019077664 W EP 2019077664W WO 2020099040 A1 WO2020099040 A1 WO 2020099040A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
damping
damping device
floating bodies
connection structure
structure according
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/077664
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Moustafa Abdel-Maksoud
Gerrit Olbert
Patrick Marleaux
Original Assignee
Technische Universität Hamburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universität Hamburg filed Critical Technische Universität Hamburg
Publication of WO2020099040A1 publication Critical patent/WO2020099040A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/34—Pontoons

Definitions

  • the invention relates to a connecting structure for connecting floating bodies, the connecting structure damping translatory or rotary relative movements of the
  • Floating bodies allowed to each other, a structure with at least two floating bodies and a floating body for receiving
  • Offshore structures can be divided into two groups: flexible and rigidly coupled systems.
  • Floating body sizes can be used. If one considers a coupling in one spatial direction, enormous bending moments would result from the leverage effect with long waves incident parallel to the coupling. Whole floating bodies could be lifted out of the water via the tamping moment and the entire load of these floating bodies would have to be borne by the coupling. In addition,
  • a well-known rigid structure is the so-called mega-float project from Mitsubishi Heavy Industries. For pairing
  • the object of the invention is to provide a connecting structure for connecting floating bodies, which reliably dampens translational or rotary relative movements of the
  • Floating bodies are reliably damped against each other and an improved floating body for holding work modules,
  • connection structure according to the invention for connecting
  • Floating bodies which are suitable for holding work modules, residential modules and the like, allow damping of
  • Floating bodies to each other. It has a first damping device for damping relative movements in the vertical direction and a second damping device for damping relative movements in the horizontal direction.
  • the second damping device can be rotated about a vertical axis on the first damping device
  • the connecting arms are each in
  • connection structure can be moved vertically on the first damping device and on the floating bodies.
  • the connection structure according to the invention permits relative movement while at the same time restricting the amplitudes with regard to the distance between the floating bodies and their relative position.
  • the connection structures decouple rotational loads (moments) and dampen the relative translational movements of the floating bodies.
  • the terms vertical direction and horizontal direction refer to the installation position and position of the
  • connection structures in calm seas The vertical direction then extends perpendicular to the water surface and the horizontal direction extends along the water surface.
  • the connecting arms can be arranged on opposite sides of the first damping device, so that the floating bodies are virtually opposite one another in a horizontal axis when the sea is calm.
  • connection structure is then in the middle between the
  • the link arms can be moved around
  • Damping device can be arranged so that the floating bodies are then arranged almost at right angles to each other.
  • the two end joint connections of a connecting arm can be designed as a ball joint.
  • the degrees of freedom are increased by the ball joints.
  • the floating bodies can tilt relative to the connecting structure and thus relative to one another.
  • Embodiment provided a ball bearing. This enables relative movement of the connecting structure and the floating body, such as rolling, pounding and yawing movements.
  • connection arm and / or at least one shaft bearing By means of the one central ball joint, the connecting arm is made in two arm sections which can be pivoted relative to one another about all axes
  • the third damping device is configured in the same way as the second damping device and, accordingly, can also have two articulated connecting arms. If the two connecting arms of the second damping device
  • Damping devices are arranged can be via the
  • connection structure to connect four floating bodies flexibly and with damping The second and third damping devices are then arranged vertically offset on the first damping device.
  • the second and third damping devices can also be arranged on the first damping device such that they can be displaced relative to one another in the vertical direction.
  • Damping device is either also rotatably mounted on the vertical axis thereof or alternatively connected to the first damping device in a rotationally fixed manner.
  • At least one form of damping provides that
  • Damping fluid is air, because of its compressibility it already has an inherent damping effect.
  • the air can be pre-charged as compressed air to adjust the damping.
  • the air can be extracted from the environment as outside air.
  • the pressure spaces can preferably be assembled and disassembled during the operation of the connection structure.
  • At least one of the damping devices can also have at least two pressure chambers, the volumes of which can be individually changed when the floating bodies move relative to one another.
  • the first (vertical) damping device preferably has two pressure chambers which increase or decrease independently of one another and the second and third (horizontal)
  • Damping device each preferably has a single damping space per connecting arm. This results in a particularly effective damping of passing waves.
  • At least a portion of a damping device can
  • Formation of a volume-variable pressure space can be variable in length.
  • each is
  • Damping device adjustable in length can be, for example, in the case of the damping device or devices with two
  • Pressure rooms take place over two telescopic rods arranged in alignment with each other, each of which is flexible
  • fluid-tight bellows are encompassed, so that quasi pressure pads are formed.
  • the telescopic rods themselves can be biased in one direction, for example in their direction of extension,
  • Rod elements at least one pressure chamber, in particular one
  • the telescopic rods preferably have mechanical end stops in order to limit a maximum entry movement and a maximum extension movement.
  • damping devices each with a single pressure chamber, there is a single one of the telescopic rods described above
  • the at least one telescopic rod of the second and third damping device preferably forms part of the connecting arms, so that they can be changed in length and the at least one pressure chamber in each case represents an integral part of the connecting arms.
  • the pressure chambers can be sealed off from one another in a fluid-tight manner. This increases reliability, since every pressure space for has a single damping effect. In addition, the individual degree of damping can be set individually. Furthermore, the assembly and disassembly of the pressure rooms are made easier.
  • the pressure spaces can be one
  • Damping device are in fluid communication.
  • each pressure chamber can have at least one fluid line for supplying the damping fluid when the volume is increased and / or for discharging the damping fluid when the volume is reduced.
  • the fluid line can be opened or closed in one direction via a corresponding control and / or regulating device. A maximum negative pressure and a maximum overpressure in the respective pressure chamber are prevented by the supply and discharge. Via optional valve devices or
  • a degree of damping can be set further.
  • the damping fluid can be pumped into the enlarging pressure chambers with overpressure, so that
  • the entire damping system (essentially pressure chambers and fluid lines) can be continuously pressurized, which prevents water from entering the pressure chambers.
  • the at least one fluid line per pressure chamber can be an external hose or pipeline or can be integrated into the connecting structure and also into the floating bodies, such that profiles of the connecting structure and floating bodies are designed as hollow profiles that act as the fluid lines.
  • the damping fluid can be outside ambient air, for example.
  • a pressure chamber can also have a single feed line and a single discharge line. This reduces the control and regulatory expenditure. That from the
  • damping fluid displaced in each pressure chamber can be in one
  • Pressure accumulators are stored so that damping fluid can be replenished quickly into an expanding damping space without being extracted from the outside environment.
  • the pressure accumulator is preferably integrated in the first damping device, since the first damping device than the second and third
  • Connection structure is arranged at a central position.
  • connection structure the fluid lines are kept short and a connection structure is simply assembled or disassembled or
  • the damping of the relative movements between the floating bodies is preferably used for energy generation, in particular for
  • damping fluid displaced from the respectively decreasing pressure chambers is fed to a fluid machine for the indirect or direct generation of energy.
  • the damping fluid sucked in or supplied by the pressure chambers during expansion or volume increase can pass through a fluid machine.
  • the damping fluid releases part of its energy and the expansion is damped.
  • An exemplary fluid machine is a turbo machine or a turbo machine.
  • the fluid machine can be operatively connected to a generator for generating electricity. After flowing through the fluid machine, the now depressurized damping fluid can be released to the outside environment. In the case of using central energy generation, it can be advantageous that
  • Damping fluid in a central pressure accumulator outside the first damping devices for example on a floating body in the vicinity of the at least one fluid machine, to ensure a constant supply of the at least one fluid machine with the to provide compressed damping fluid.
  • decentralized energy generation can also take place and therefore in everyone
  • Pressure accumulator of the first damping device a fluid machine and preferably also a corresponding generator can be arranged. Additionally or alternatively, the thermal energy inherent in the compressed damping fluid is removed from the pressure accumulator for further use. These measures allow efficient energy conversion to take place even with low accelerations and small amplitudes in absolute and relative movement, so that the floats can also and in particular be used for living and working surfaces, since these require low accelerations and small amplitudes in absolute and relative movements .
  • the use of compressed air systems to generate energy has the advantage that a power take-off (PTO) is not required at every pressure chamber, but rather that the compressed air can be collected centrally in the pressure accumulator and used here.
  • PTO power take-off
  • Using a central PTO system increases efficiency and saves space.
  • the damping medium is compressed, a significant proportion of the kinetic energy is converted into heat. This offers a great advantage on offshore structures, since depending on the area of application, the energy requirement consists to a large extent of thermal energy. The direct availability of thermal energy can thus be used and saves the conversion step from electrical to thermal energy.
  • an underside of the first damping device can be concavely curved or radially tapered vertically downwards.
  • Connection structure is located outside the water and the
  • connection structure is arranged so that when there is a wave movement, water strikes the connection structure from below.
  • Damping device can be designed as an outwardly tapering cone with a tip.
  • the Underside of the first damping device can be provided with breakwaters, or breakwaters can be arranged in front of the first damping device when viewed from below.
  • Damping device and the optional third damping device are preferably constructed in the manner of a truss to avoid impact loads and also by means of thin struts with the first
  • a supporting structure according to the invention has at least two floating bodies, which are connected via the connecting structure according to one of the preceding ones
  • connection structure according to the invention with the indirect coupling of the two vertical spatial directions perpendicular to one another means that bending and torsional moments do not have to be absorbed by the connection structure, but rather are converted into tensile and compressive loads which are transmitted or damped axially by the telescopic rods and compressed air cushions will. Due to the free rotation around the connecting arms or the connecting axes of the telescopic rods, no or only slight thrust loads have to be absorbed in the second and third damping devices themselves.
  • Damping device can be optimized so that a small projection area for attacking wave forces is created.
  • Large moving bodies in the maritime environment often have a short lifespan due to the enormous forces. However, they are
  • Floating bodies are advantageously arranged in rows, each offset by half a body length.
  • the narrow body ends which are mostly subject to particularly strong deflections, can be connected to the comparatively less excited body centers of the neighboring row.
  • connection structure It is to enable assembly, disassembly and replacement and replacement of individual elements of the connection structure advantageous if at least one connection structure is detachably attached to the floating bodies.
  • a platform that forms the surface can be supported on several floating bodies.
  • Support can be provided using appropriate supports such as cylindrical columns.
  • the supports are also in
  • Vertical direction damping for example in the form of telescopic supports with pressure chambers.
  • the support-side pressure chambers can then in turn be integrated into the optional energy generation and be in fluid communication with the fluid machine provided for energy generation.
  • Supports are equipped with a ball bearing so that the platform can move on a plane perpendicular to the column axis relative to it.
  • the platform is divided into one segment per floating body. These segments are in easy
  • the columns can be rigid.
  • a floating body according to the invention for a supporting structure has a dominant main dimension in a horizontal spatial direction and a thickening of the cross section to its center.
  • the floating body is diamond-shaped.
  • the connection structures are then arranged in corner areas. The use of elongated float shapes enables
  • Floating body centers have large amplitudes, especially during rolling movements, the floating body ends are more of yaw and
  • Figure 1 is a plan view of an inventive structure with
  • Figure 2 shows one of the connection structures with two horizontal
  • Figure 3 shows a relative rotation of the horizontal
  • Figure 4 shows the vertical damping device with cut
  • FIG. 5 shows the connecting arm from FIG. 5 with its cut away
  • Figure 6 shows a compression of the pressure space of the connecting arm in
  • FIG. 7 shows a rotation of the connecting arm about its transverse axis
  • FIG. 8 shows a rotation of one coupled to the connecting arm
  • FIG. 9 shows the arrangement of fluid machines for energy generation on a floating body
  • Figure 10 shows the positioning of one platform on several
  • Figure 11 shows the positioning of the platform on several
  • FIG. 1 shows a floating structure 1 according to the invention.
  • the structure 1 can be used, for example, in the off-shore area to accommodate work surfaces, residential modules and the like. It has a multiplicity of floating bodies 2a, b, c, d, which are each flexibly connected to one another via a connecting structure 4.
  • the connecting structures 4 enable relative movements of the floating bodies in the vertical direction and in the horizontal direction.
  • the terms vertical direction and horizontal direction refer to the installation position and position of the connecting structures 4 in calm seas. The vertical direction then extends perpendicular to
  • Water surface and the horizontal direction extends along the water surface.
  • the vertical direction is perpendicular to the sheet or drawing plane and the horizontal direction in the sheet or drawing plane.
  • connection structures 4 cause a decoupling from
  • Energy generation used, for example for energy and
  • a single floating body 2a, b, c, d is a body with a greater extent in the longitudinal direction than in the transverse direction.
  • the floats 2a, b, cd preferably have one
  • diamond-shaped top surface 6 for example with a maximum length of 100m and a maximum width of 40m. However, these dimensions are not restrictive.
  • the floats 2a, b, c, d are arranged in staggered rows to one another.
  • the connection structures 4 are in each case on the end faces facing away from one another Corner areas 8a, 8b (float ends) and lateral
  • Corner areas 10a, b floating body centers
  • connection structures 4 can be both completely below, and completely above, and partly below and partly above the
  • each connection structure 4 has a first damping device 12, a second damping device 14 and a third damping device 16.
  • the first damping device 12 As shown in FIGS. 2 and 3, each connection structure 4 has a first damping device 12, a second damping device 14 and a third damping device 16.
  • Damping device 12 effects damping in the vertical direction. It connects the second and third damping devices 14, 16 to one another and allows both relative vertical displacements of the second and third damping devices 14, 16 to one another (FIG. 2, indicated by the vertical double arrow), and relative rotations of the second and third damping devices 14, 16 to one another ( Figure 3, indicated by the rotating arrow). In anticipation of the following explanation is also shown in FIG. 2, indicated by the vertical double arrow, and relative rotations of the second and third damping devices 14, 16 to one another ( Figure 3, indicated by the rotating arrow). In anticipation of the following explanation is also shown in FIG. 2,
  • Rotation arrow indicates a rotatability of a float 2a, b, c, d about a connection axis with the first damping device 12.
  • connection structures 18 illustrated, the second and third damping device 14, 16 are each articulated to a floating body 2a, b, c, d. They are different
  • Damping device 14, 16 enables relative to each other
  • the second and third damping devices 14, 16 are connected to one another via the first damping device 12 and enable the damping of translational movements of the Floats 2a, b, c, d relative to each other in the horizontal direction.
  • the first damping device 12 is referred to as a vertical damping device.
  • Damping device 14, 16 act as a horizontal
  • Damping device 14 (first damping device) and referred to as upper damping device 16 (second damping device).
  • the vertical damping device 12 as numbered in FIG. 3, has a cylindrical shape with a cone-like underside 20, which extends vertically downward from a cylindrical ring 22
  • the lower damping device 14 is fastened to this ring 22 via struts 24.
  • the cone-like underside 20 can delimit a cavity which is protected against the ingress of water.
  • the underside 20 preferably has a cone tip, so that the underside has no surface section running parallel to the water line or the water surface, as a result of which the introduction of impact loads into the vertical damping device 12 and thus into the connecting structure 4 is substantially reduced.
  • the vertical damping device 12 has two pressure spaces 26a, b one above the other in the vertical direction.
  • the pressure spaces 26a, b are arranged in alignment with one another and have the same volume. They each have a flexible one
  • the pressure spaces 26a, 26b can thus also be regarded as damping cushions. They are separated from one another by a fluid-tight cutting disk 30 and are formed independently of one another. That is, with a
  • both pressure spaces 26a, 26b can be reduced as well as enlarged, or acting in the opposite direction, one pressure chamber 26a is enlarged and the other pressure chamber 26b is reduced, or vice versa.
  • Cutting disc 30 opposite to each other to an annular and lower bottom plate 34 or an upper cover plate 36
  • the pressure chambers 26a, 26b are each above one
  • Inlet system includes a suction-side fluid machine 78a for damping and energy generation, which draws in an air flow 77a from the outside environment (see FIG. 9).
  • a suction-side fluid machine 78a for damping and energy generation, which draws in an air flow 77a from the outside environment (see FIG. 9).
  • Dissipation system includes a displacement side fluid machine 78a for damping and energy generation, which emits an air flow 77b to the outside environment (see FIG. 12).
  • the supply and discharge lines are indicated as a fluid line system 38.
  • a degree of damping is preferably set via the pressure preload of the damping fluid in the pressure spaces 26a, b.
  • a pressure relief valve (not shown) can be provided on the discharge side, which opens automatically when a maximum pressure in the decreasing pressure chamber 26a, b is exceeded.
  • the lower and upper damping device 14, 16 are of identical design. They only differ in the 90 °
  • the lower damping device 14 is rotatably attached to the lower ring 22 of the vertical damping device 12 via the struts 24 (FIG. 3).
  • the upper damping device 16 is mounted on the vertical damping device 12 via a rotatably mounted ring 42 in the region of the cutting disc 30 and is thus vertically displaceable and horizontally rotatable relative to the lower damping device 14.
  • the lower damping device 14 has a truss-like holding frame with two parallel and horizontal longitudinal beams 42a, 42b, each of which forms a bearing 44a, 44b at the end for a cylindrical crossmember 46a, 46b.
  • the bearing parts 44a, 44b are preferably
  • the holding frame forms with the cross members 46a, 46b and the rotatable longitudinal members 42a, 42b a frame which surrounds the vertical damping device 12 and is almost insensitive to impact loads due to its truss-like design.
  • the crossbeams 46a, b are supported at the ends in the bearing points 44a, 44b which are aligned with one another.
  • a connecting arm 48a, b for connecting the lower damping device 14 to one of the floating bodies 2a, b, c, d.
  • the lower damping device 14 thus has two connecting arms 48a, b arranged opposite one another for connection to a respective floating body 2a, b, c, d. As shown in Figure 5 on the connecting arm 48a, everyone has
  • Link arm 48a, b a main extension along its
  • the pressure chamber 50 has a flexible cylindrical and
  • the pressure chamber 50 serves to receive and deliver a damping fluid, preferably air from the
  • the pressure chamber 50 can thus also be regarded as a damping cushion.
  • the above-described volume or size variability of the pressure chamber 50 in the horizontal direction is achieved via a telescopic rod 56 which extends in the longitudinal direction of the connecting arm 48 and which is located between a frame-side end plate 58 and the one
  • FIG. 6 shows an exemplary compression of the
  • Telescopic rod 56 and thus a reduction in volume of the pressure chamber 50 shown.
  • the latter For supplying and discharging the damping fluid into and from the pressure chamber 50 with a horizontal relative displacement of the floating bodies 2a, b, c, d, the latter is in fluid communication via a feed line and a discharge line with a feed system or a discharge system.
  • the supply and discharge lines are as
  • Fluid line system 62 indicated.
  • a degree of damping is preferably set via the pressure preload of the damping fluid in the pressure chamber 50.
  • a pressure relief valve (not shown) can be provided on the discharge side, which opens automatically when a maximum pressure in the decreasing pressure chamber 50 is exceeded.
  • connection structure 18 of the respective floating body 2a, b, c, d each take place via an articulated connection, preferably in each case via a ball joint 66a, 66b ( Figure 5).
  • an axial connecting rod 68 extends from the end plates 58, 60, to which a ball 70a, b of the respective ball joint 66a, b is connected.
  • the cross member 46a and the connection structure 18 have the ball 70a, b
  • the socket 72a can, however, also be inserted directly into a side wall 67 of the float 2a, b, c, d.
  • the ball joints 66a, b on the one hand enable the same function as the shaft bearing (bearing points 44a, b) of the crossbeams 46a, b about a horizontal axis in each case
  • connection structure 4 To assemble, disassemble and replace and replace individual elements of the connection structure 4 during operation
  • connecting structure 4 in particular its connecting arms 48a, b, is detachably attached to the connecting structure 4, in particular its connecting arms 48a, b, is detachably attached to the connecting structure 4, in particular its connecting arms 48a, b, is detachably attached to the connecting structure 4, in particular its connecting arms 48a, b, is detachably attached to the connecting structure 4, in particular its connecting arms 48a, b, is detachably attached to the connecting structure 4, in particular its connecting arms 48a, b, is detachably attached to the
  • Connection structures 18 of the float 2a, b, c, d is attached. In the embodiment shown here, the
  • Connection structures 4 or individual connection arms 48a, b are exchanged via the ball joints 66a, 66b.
  • the pressure pads or jackets (28a, b, 52) can also be assembled and disassembled during operation.
  • connection structure 4 in the connection structure 4 according to the invention, the indirect coupling of two horizontal spatial directions perpendicular to one another means that bending and torsional moments do not have to be absorbed by the connection structure, but rather are converted into tensile and compressive loads caused by the
  • Telescopic rods (32a, 32b, 56) and compressed air cushions (26a, 26b, 50) can be axially transmitted or damped. Due to the free rotation around the connecting axes of the telescopic rods (32a, 32b, 56) or the longitudinal axes x of the connecting arms 48a, b, the respective Holding frame of the lower and upper damping device 14, 16 itself no or only slight thrust loads are absorbed. In this way, the dimensioning of the holding frame can be optimized in such a way that a small projection surface is created for attacking wave forces.
  • the floating bodies 2a, b, c, d are connected by the flexible connecting structures in such a way that every rotational movement of the floating modules is decoupled from their neighbors and converted into a relative translational movement, which is then used to convert kinetic energy into electrical energy and heat .
  • FIG. 9 now explains the energy generation mentioned at the beginning.
  • the energy is obtained in particular by using the damping fluid displaced from the respectively decreasing pressure spaces 26a, b, 50 or the damping fluid drawn in due to an expansion of the pressure spaces 26a, b, 50.
  • the suctioned or displaced damping fluid is preferably used as the drive medium for one fluid machine 74a, b, which is used directly or indirectly by using a generator 76a, b for the generation of electrical energy.
  • Fluid machines 74a, b are, for example, turbo or
  • the suction-side or inlet-side fluid machine 74a is integrated in the feed lines of the fluid line systems 38, 62.
  • the damping fluid preferably flows in as air flow 77a from the outside environment.
  • the displacement-side or discharge-side fluid machine 74b is integrated in the discharge lines of the fluid line systems 38, 62.
  • the damping fluid which has flowed through the fluid machine 74b and is thus expanded is passed on to the airflow 77b
  • the displaced damping fluid can each be in a pressure accumulator upstream of the fluid machines 74a, b 78a, b are temporarily stored, so that the fluid machines 74a, b are operated with a constant fluid flow.
  • Pressure accumulators 78a, b can be combined to form a portable system 80.
  • the system 80 can be on one of the floating bodies 2a, b, c, d or next to the floating bodies 2a, 2b, 2c, 2d
  • the system 80 can be detachably connected to one of the floating bodies 2a, b, c, d or can be a free-floating body.
  • the heat also generated during the reduction and enlargement of the pressure spaces 26a, b, 50a, b is, for example, directly via the heat exchanger (not shown) in the connection structures 4
  • FIGS. 10 and 11 show an initial example in which a platform 82 is supported on a plurality of floating bodies 2a, b, c, d.
  • the platform 82 extends over a plurality of floating bodies 2a, b, c, d and is supported thereon via at least one support 84a, b, c, d.
  • the supports have an inherent
  • the supports 84a, b, c, d are preferably on the ball joints, not shown
  • Floats 2a, b, c, d are mounted so that the platform 82 can move on a plane perpendicular to the column axis relative to the latter.
  • connection structure 4 the connection structures 18 and also into the floating bodies 2a, b, c, d .
  • the integration takes place via the
  • each vertical damping device can be integrated into the fluid system and act as a pressure accumulator.
  • connection structure for connecting
  • Torsional moments are not absorbed by the connecting structure, but are converted into tensile and compressive loads that are axially transmitted or damped by damping devices with a first damping device for damping
  • Floats are attachable, a structure and a

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Abstract

Offenbart sind eine Verbindungsstruktur (4) zum Verbinden von Schwimmkörpern (2a,b,c,d), wobei durch indirekte Kopplung von zwei senkrecht zueinander stehenden horizontalen Raumrichtungen Biege- und Torsionsmomente nicht von der Verbindungsstruktur aufgenommen werden, sondern in Zug- und Druckbelastungen umgewandelt werden, die von Dämpfungseinrichtungen axial übertragen bzw. gedämpft werden, mit einer ersten Dämpfungseinrichtung (12) zum Dämpfen von Relativbewegungen in Vertikalrichtung und mit einer zweiten Dämpfungseinrichtung (14) zum Dämpfen von Relativbewegungen in Horizontalrichtung, die um eine Vertikalachse (z) verdrehbar an der ersten Dämpfungseinrichtung gelagert ist und die zwei Verbindungsarme (48a, 48b) zum Koppeln mit jeweils einem der Schwimmkörper aufweist, wobei die Verbindungsarme jeweils in Vertikalrichtung beweglich an der ersten Dämpfungseinrichtung und an den Schwimmkörpern befestigbar sind, ein Tragwerk sowie ein Schwimmkörper.

Description

Verbindungsstruktur , Tragwerk und Schwimmkörper
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Schwimmkörpern, wobei die Verbindungsstruktur eine Dämpfung von translatorischen oder rotatorischen Relativbewegungen der
Schwimmkörper zueinander erlaubt, ein Tragwerk mit zumindest zwei Schwimmkörpern und ein Schwimmkörper zur Aufnahme von
Arbeitsmodulen, Wohnmodulen und dergleichen.
Wohn- und Arbeitsmodule auf See, wie zum Beispiel bei schwimmenden Häfen mit angeschlossenen Wohnflächen für Arbeiter oder
Reparaturplattfomen für Offshore-Windkrafträder, zeigen
hinsichtlich ihrer Effizienz mit zunehmender Größe und Anzahl der die Module aufnehmenden Schwimmkörper einen positiven Effekt.
Gleichzeitig stellt aufgrund der hydrodynamischen Anforderungen die Entwicklung einer passenden Verbindungsart für die Schwimmkörper eine Herausforderung dar. Bisherige Ansätze zur Kopplung von
Offshore-Strukturen lassen sich in zwei Gruppen gliedern: flexible und starr gekoppelte Systeme.
Starre Kopplungen, bei denen mehrere Schwimmkörper zu einem steifen schwimmenden Tragwerk zusammengefasst werden, führen zu starken Materialbeanspruchungen und sind nur bis zu begrenzten
Schwimmkörpergrößen einsetzbar. Betrachtet man eine Kopplung in einer Raumrichtung, würden sich bei langen, parallel zur Kopplung einfallenden Wellen durch die Hebelwirkung enorme Biegemomente ergeben. Ganze Schwimmkörper könnten über das Stampfmoment aus dem Wasser gehoben werden und die gesamte Last dieser Schwimmkörper müsste von der Kopplung getragen werden. Zudem ist bei
Rollbewegungen um die Kopplungsachse mit enormen Querkräften sowie Biege- und Torsionsmomenten in der Verbindung zu rechnen. Erweitert man die Kopplung auf eine zweite horizontale Raumrichtung, senkrecht zur Ersten, ergibt sich z.B. bei vier Körpern, die in einer 2x2 Matrix-Formation aufgestellt sind, bei steifer Kopplung ein mechanisch überbestimmtes System. Selbst wenn die einzelnen Schwimmkörper nicht mit voller Last auf den Verbindungen liegen, ergeben sich hier große Kräfte in den Verbindungen, da die Körper in unterschiedliche Richtungen beschleunigt werden können, insbesondere in schräg einlaufenden Wellen, die zu einer gekoppelten Roll- und Stampfbewegung führen.
Aufgrund dieser Einschränkungen ist der Einsatz von großen
Tragwerken bislang auf geschützte Seegebiete beschränkt. Geschützte Seegebiete erleichtern den Einsatz, da die Wellenlängen hier meist auf Längen beschränkt sind, deren Erregungsfrequenz fern der
Resonanzzonen der großen Strukturen liegt.
Ein bekanntes starres Tragwerk ist das sogenannte Mega-Float-Projekt von Mitsubishi Heavy Industries. Für die Kopplung werden
hydraulische und pneumatische Systeme in Normalenrichtung zur
Verbindungsebene sowie ein Formschluss für die Kopplung der
Querkräfte und Momente verwendet, um die bis zu 300m langen
Schwimmkörper miteinander zu verbinden und Relativbewegungen zu unterdrücken. Auf diese Weise wurde eine etwa 1000m lange
schwimmende Landebahn zusammengesetzt, auf der Flugzeuglandungen erfolgreich durchgeführt wurden. Informationen zum Mega-Float- Projekt sind abrufbar unter
https : //www.mhi .co. jp/technology/review/pdf/e382/e382039.pdf .
Flexible Kopplungen müssen die bei Relativbewegungen auftretenden starken Kräfte aufnehmen und eine Kollision der Schwimmkörper verhindern. Insbesondere Biegemomente durch Gierbewegungen oder kombinierte Roll- und Stampfbewegungen erfordern massive mechanische Verbindungsstrukturen. Diese weisen den Nachteil auf, dass
flächenmäßig große Verbindungsstrukturen wiederum den Schlaglasten von Wellen ausgesetzt sind. Zudem sind bei flexibel gekoppelten Systemen die Belastungen der beweglichen Teile unter dem Einfluss der extremen Wetterbedingungen auf offener See ein wesentlicher Faktor, der zu einer begrenzten Lebenszeit führt. Bei schwimmenden Systemen muss die Kopplungsfunktion jedoch auch in schweren
Wetterlagen erhalten bleiben . Eine flexible Kopplung für große schwimmende Strukturen ist abrufbar unter
https : //www. sciencedirect . com/science/article/pii/S1876380416301276.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von Schwimmkörpern zu schaffen, die eine verlässliche Dämpfung von translatorischen oder rotatorischen Relativbewegungen der
Schwimmkörper zueinander erlaubt . Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein schwimmendes Tragwerk zu schaffen, dessen
Schwimmkörper verlässlich gegeneinander gedämpft sind und einen verbesserten Schwimmkörper zur Aufnahme von Arbeitsmodulen,
Wohnmodulen und dergleichen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Tragwerk mit Merkmalen des Patentanspruchs 12 und durch einen Schwimmkörper mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 15.
Eine erfindungsgemäße Verbindungsstruktur zum Verbinden von
Schwimmkörpern, die zur Aufnahme von Arbeitsmodulen, Wohnmodulen und dergleichen geeignet sind, erlaubt eine Dämpfung von
translatorischen oder rotatorischen Relativbewegungen der
Schwimmkörper zueinander. Sie weist eine erste Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen in Vertikalrichtung und eine zweite Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen in Horizontalrichtung auf. Die zweite Dämpfungseinrichtung ist um eine Vertikalachse verdrehbar an der ersten Dämpfungseinrichtung
gelagert . Sie hat zudem zwei Verbindungsarme zum Koppeln mit jeweils einem der Schwimmkörper . Die Verbindungsarme sind jeweils in
Vertikalrichtung beweglich an der ersten Dämpfungseinrichtung und an den Schwimmkörpern befestigbar. Die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur lässt Relativbewegung bei gleichzeitiger Beschränkung der Amplituden im Hinblick auf den Abstand zwischen den Schwimmkörpern und ihrer Relativlage zu. Die Verbindungsstrukturen bewirken eine Entkopplung von Rotationslasten (Momenten) und der Dämpfung der relativen Translationsbewegungen der Schwimmkörper. Die Begriffe Vertikalrichtung und Horizontalrichtung beziehen sich auf die Einbaulage und Position der
VerbindungsStrukturen in ruhiger See. Die Vertikalrichtung erstreckt sich dann senkrecht zur Wasseroberfläche und die Horizontalrichtung erstreckt sich entlang der Wasseroberfläche. Die Verbindungsarme können an entgegengesetzten Seiten der ersten Dämpfungseinrichtung angeordnet sein, so dass sich die Schwimmkörper bei ruhiger See quasi in einer horizontalen Achse gegenüberliegen. Die
Verbindungsstruktur befindet sich dann mittig zwischen den
Schwimmkörpern. Alternativ können die Verbindungsarme um
beispielsweise 90° versetzt zueinander an der ersten
Dämpfungseinrichtung angeordnet sein, so dass die Schwimmkörper dann quasi rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Die beiden endseitigen Gelenkverbindungen eines Verbindungsarms können als ein Kugelgelenk ausgebildet sein. Durch die Kugelgelenke werden die Freiheitsgrade erhöht. Die Schwimmkörper können relativ zur Verbindungsstruktur und somit relativ zueinander verkippen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
dämpfungseinrichtungsseitig eine Wellenlagerung und zusätzlich ein Kugelgelenk vorgesehen. Schwimmkörperseitig ist bei diesem
Ausführungsbeispiel eine Kugellagerung vorgesehen. Hierdurch werden relative Bewegung des Verbindungsstruktur und des Schwimmkörpers wie Roll-, Stampf und Gierbewegungen ermöglicht. Insbesondere ist es auch vorstellbar, lediglich ein Kugelgelenk in einem Verbindungsarm vorzusehen anstatt jeweils ein Kugelgelenk endseitig des
Verbindungsarms und/oder zumindest einer Wellenlagerung. Durch das eine zentrale Kugelgelenk wird der Verbindungsarm in zwei relativ zueinander um sämtliche Achsen verschwenkbare Armabschnitte
unterteilt . Um zumindest einen weiteren Schwimmkörper an der Verbindungsstruktur anbinden zu können ist es vorteilhaft, wenn eine dritte
Dämpfungseinrichtung an der ersten Dämpfungseinrichtung mit
zumindest einem Verbindungsarm zum Dämpfen von Relativbewegungen in Horizontalrichtung zwischen den beiden Schwimmkörpern und einem weiteren Schwimmkörper angeordnet ist. Aus vorrichtungstechnischer Sicht ist es günstig, wenn die dritte Dämpfungseinrichtung gleich der zweiten Dämpfungsvorrichtung ausgebildet ist und dementsprechend auch zwei gelenkige Verbindungsarme aufweisen kann. Wenn die jeweils zwei Verbindungsarme der zweiten Dämpfungseinrichtung
entgegengesetzt zueinander und die zwei Verbindungsarme der dritten Dämpfungseinrichtung entgegengesetzt zueinander angeordnet sind sowie die beiden Verbindungsarmpaare bzw. die zweite und dritte Dämpfungseinrichtung um 90° versetzt zueinander an der ersten
Dämpfungseinrichtungen angeordnet sind, lassen sich über die
Verbindungsstruktur vier Schwimmkörper flexibel und dämpfend miteinander verbinden. Die zweite und dritte Dämpfungseinrichtung sind dann vertikal versetzt an der ersten Dämpfungseinrichtung angeordnet. Die zweite und dritte Dämpfungseinrichtung können zudem in Vertikalrichtung relativ verschiebbar zueinander an der ersten Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Die dritte
Dämpfungseinrichtung ist entweder ebenfalls um die Vertikalachse drehbar an dieser gelagert oder alternativ drehfest mit der ersten Dämpfungseinrichtung verbunden.
Zumindest eine Form der Dämpfung sieht vor, die
Dämpfungseinrichtungen mit jeweils zumindest einem Dämpfungsfluid beladenen Druckraum zu versehen. Insbesondere dann, wenn das
Dämpfungsfluid Luft ist, weist diese aufgrund ihrer Kompressibilität bereits eine innewohnende dämpfende Wirkung. Zur Einstellung der Dämpfung kann die Luft als Druckluft vorgeladen werden. Die Luft kann aus der Umgebung als Außenluft gewonnen werden.
Bevorzugterweise können die Druckräume während des Betriebs der Verbindungsstruktur montiert und demontiert werden. Zumindest eine der Dämpfungseinrichtungen kann auch zumindest zwei Druckräume aufweisen, deren Volumen bei einer Relativbewegung der Schwimmkörper zueinander jeweils einzeln veränderbar sind.
Bevorzugterweise weist die erste (vertikale) Dämpfungseinrichtung zwei unabhängig voneinander sich vergrößernde oder verkleinernde Druckräume auf und die zweite und dritte (horizontale)
Dämpfungseinrichtung hat jeweils bevorzugterweise einen einzelnen Dämpfungsraum pro Verbindungsarm. Hierdurch erfolgt eine besonders wirkungsvolle Dämpfung von durchlaufenden Wellen.
Zumindest ein Abschnitt einer Dämpfungseinrichtungen kann zur
Bildung eines volumenvariablen Druckraums längenveränderbar sein.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jede
Dämpfungseinrichtung längenveränderbar. Die Längenvariabilität kann zum Beispiel bei der bzw. den Dämpfungseinrichtungen mit zwei
Druckräumen über jeweils zwei fluchtend zueinander angeordnete Teleskopstangen erfolgen, die jeweils von einem flexiblen
fluiddichten Balg umgriffen sind, so dass quasi Druckkissen gebildet werden. Die Teleskopstangen selber können in eine Richtung, beispielsweise in ihre Ausfahrrichtung vorgespannt sein,
beispielsweise über eine Federeinrichtung in Form einer Druck- oder Drehfeder. Ebenso können die Teleskopstangen innerhalb ihrer
Stangenelemente zumindest ein Druckraum, insbesondere eine
Druckluftkammer, zur Vorspannung aufweisen. Bevorzugterweise haben die Teleskopstangen mechanische Endanschläge, um eine maximale Einfahrbewegung und eine maximale Ausfahrbewegung zu begrenzen. Bei den Dämpfungseinrichtungen mit jeweils einem einzelnen Druckraum ist jeweils eine einzelne der vorbeschriebenen Teleskopstangen
vorstellbar. Bevorzugterweise bildet die jeweils zumindest eine Teleskopstange der zweiten und dritten Dämpfungseinrichtung einen Teil der Verbindungsarme, so dass diese längenveränderbar sind und der jeweils zumindest eine Druckraum einen integralen Bestandteil der Verbindungsarme darstellt.
Die Druckräume können gegeneinander fluiddicht abgeschlossen sein. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit erhöht, da jeder Druckraum für sich eine einzelne Dämpfungswirkung aufweist . Zudem kann der einzelne Dämpfungsgrad individuell eingestellt werden. Ferner werden die Montage und Demontage der Druckräume erleichtert.
Alternativ können die Druckräume insbesondere einer
Dämpfungseinrichtung miteinander in Fluidverbindung stehen.
Hierdurch wird das Dämpfungsfluid zwischen den Druckräumen
umgefördert, so dass ein sich vergrößernder Druckraum eine aus einem sich verkleinernden Druckraum verdrängte Dämpfungsfluidmenge aufnehmen kann.
Weiterhin kann jeder Druckraum zumindest eine Fluidleitung zum Zuführen des Dämpfungsfluids bei einer Volumenvergrößerung und/oder zum Abführen des Dämpfungsfluids bei einer Volumenverkleinerung aufweisen. Die Fluidleitung kann über eine entsprechende Steuer- und/oder Regeleinrichtung in die eine Richtung geöffnet oder geschlossen werden . Durch das Zu- und Abführen wird ein maximaler Unterdrück und ein maximaler Überdruck in dem jeweiligen Druckraum verhindert . Über optionale Ventileinrichtungen bzw.
leitungsquerschnittsveränderte Maßnahmen wie Blenden oder Drosseln in der zumindest jeweils einen Fluidleitung kann ein Dämpfungsgrad weiter eingestellt werden. Das Dämpfungsfluid kann mit Überdruck in die sich vergrößernden Druckräume gefördert werden, so dass
beispielsweise eine schnelle Rückstellung erfolgt. Das gesamte Dämpfungssystem (im wesentlichen Druckräume und Fluidleitungen) kann kontinuierlich unter Überdruck stehen, wodurch ein Eindringen von Wasser in die Druckräume verhindert wird.
Die zumindest eine Fluidleitung pro Druckraum kann eine externe Schlauch- oder Rohrleitung sein oder in die Verbindungsstruktur und auch in die Schwimmkörper integriert sein, derart, dass Profile der Verbindungsstruktur und der Schwimmkörper als Hohlprofile ausgeführt sind, die als die Fluidleitungen wirken. Durch die integrale
Ausbildung der Fluidleitung wird die Robustheit der
Verbindungsstruktur erhöht . Das Dämpfungsfluid kann beispielsweise Außenumgebungsluft sein. Alternativ zu einer als Zu- und Ableitung ausgeführten Fluidleitung kann ein Druckraum auch eine einzelne Zuleitung und eine einzelne Ableitung aufweisen. Hierdurch wird der Steuer- und regeltechnische Aufwand reduziert. Das aus dem
jeweiligen Druckraum verdrängte Dämpfungsfluid kann in einem
Druckspeicher gespeichert werden, um so schnell Dämpfungsfluid in einen sich vergrößernden Dämpfungsraum nachzufördern zu können ohne es aus der Außenumgebung zu gewinnen. Bevorzugterweise ist der Druckspeicher in die erste Dämpfungseinrichtung integriert, da die erste Dämpfungseinrichtung als das die zweite und dritte
Dämpfungseinrichtung miteinander verbindende Bauteil der
Verbindungsstruktur an einer zentralen Position angeordnet ist.
Zudem können bei Integration des Druckspeichers in die
Verbindungsstruktur die Fluidleitungen kurz gehalten werden und eine VerbindungsStruktur einfach montiert oder demontiert bzw.
ausgetauscht werden.
Bevorzugterweise wird die Dämpfung der Relativbewegungen zwischen den Schwimmkörpern zur Energiegewinnung, insbesondere zur
regenerativen Energiegewinnung, eingesetzt. Dies erfolgt
beispielsweise dadurch, dass das aus den sich jeweils verkleinernden Druckräumen verdrängte Dämpfungsfluid einer Fluidmaschine zur mittel- oder unmittelbaren Energiegewinnung zugeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das von den Druckräumen bei einer Expansion bzw. Volumenvergrößerung angesaugte bzw. nachgeförderte Dämpfungsfluid eine Fluidmaschine passieren. Hierdurch gibt das Dämpfungsfluid einen Teil seiner Energie ab und die Expansion wird gedämpft. Eine beispielhafte Fluidmaschine ist eine Strömungsmaschine bzw. eine Turbomaschine . Die Fluidmaschine kann mit einem Generator zur Stromerzeugung in Wirkverbindung stehen. Nach dem Durchströmen der Fluidmaschine kann das nun druckentspannte Dämpfungsfluid an die Außenumgebung abgegeben werden. Im Falle der Verwendung einer zentralen Energiegewinnung kann es vorteilhaft sein, das
Dämpfungsfluid in einem zentralen Druckspeicher außerhalb der ersten Dämpfungseinrichtungen, beispielsweise auf einem Schwimmkörper in der Nähe der zumindest einen Fluidmaschine, zur Sicherstellung einer konstanten Versorgung der zumindest einen Fluidmaschine mit dem komprimierten Dämpfungsfluid vorzusehen. Allerdings kann auch eine dezentrale Energiegewinnung erfolgen und somit in jedem
Druckspeicher der ersten Dämpfungseinrichtung eine Fluidmaschine und bevorzugterweise auch ein entsprechender Generator angeordnet sein. Ergänzend oder alternativ wird die dem komprimierten Dämpfungsfluid innewohnende thermische Energie zur weiteren Verwendung aus den bzw. dem Druckspeicher abgeführt. Durch diese Maßnahmen kann auch bei geringen Beschleunigungen und kleinen Amplituden in Absolut- und Relativbewegung eine effiziente Energieumwandlung erfolgen, so dass auch und insbesondere die Schwimmkörper für Wohn- und Arbeitsflächen verwendet werden können, da diese geringe Beschleunigungen und kleine Amplituden in Absolut- und Relativbewegung voraussetzen.
Dabei bietet insbesondere die Verwendung von Druckluftsystemen zur Gewinnung von Energie den Vorteil, dass nicht an jedem Druckraum ein Power-Take-Off (PTO) benötigt wird, sondern die komprimierte Luft zentral im Druckspeicher gesammelt und hier verwertet werden kann. Die Nutzung eines zentralen PTO-Systems erhöht die Effizienz und spart Platz. Zudem wird bei der Kompression des Dämpfungsmediums ein signifikanter Anteil der kinetischen Energie in Wärme umgewandelt. Dies bietet auf Offshore-Strukturen einen großen Vorteil, da je nach Einsatzgebiet der Energiebedarf zu einem wesentlichen Teil aus Wärmeenergie besteht. Somit ist die direkte Verfügbarkeit von thermischer Energie nutzbar und spart den Umwandlungsschritt von elektrischer in thermische Energie.
Um Stoßbelastungen auf die Verbindungsstruktur zu verringern, kann eine Unterseite der ersten Dämpfungseinrichtung konkav gewölbt oder vertikal nach unten radial verjüngend ausgebildet sein.
Stoßbelastungen treten insbesondere dann auf, wenn sich die
Verbindungsstruktur außerhalb des Wassers befindet und die
Dämpfungseinrichtungen dabei oberhalb der Wasseroberfläche
angeordnet sind, so dass bei einer Wellenbewegung Wasser von unten gegen die Verbindungsstruktur schlägt. Insbesondere kann die
Unterseite der ersten in Vertikalrichtung ausgerichteten
Dämpfungseinrichtung als ein nach außen sich verjüngender Konus mit Spitze ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Unterseite der ersten Dämpfungseinrichtung mit Wellenbrechern versehen sein oder es können Wellenbrecher von unten betrachtet vor der ersten Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Die zweite
Dämpfungseinrichtung und die optionale dritte Dämpfungseinrichtung sind zur Vermeidung von Schlaglasten vorzugsweise fachwerkartig aufgebaut und auch über dünne Streben mit der ersten
Dämpfungseinrichtung verbunden.
Ein erfindungsgemäßes Tragwerk hat zumindest zwei Schwimmkörper, die über die Verbindungsstruktur nach einem der vorhergehenden
Patentansprüche miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur mit der indirekten Kopplung der zwei senkrecht zueinander stehenden horizontalen Raumrichtungen führt dazu, dass Biege- und Torsionsmomente nicht von der Verbindungsstruktur aufgenommen werden müssen, sondern in Zug- und Druckbelastungen umgewandelt werden, die von den Teleskopstangen und Druckluftkissen axial übertragen bzw. gedämpft werden. Durch die freie Rotation um die Verbindungsarme bzw. die Verbindungsachsen der Teleskopstangen müssen auch in der zweiten und dritten Dämpfungseinrichtung selbst keine oder nur geringe Schubbelastungen aufgenommen werden.
Hierdurch kann die Dimensionierung eines die Verbindungsarme aufnehmenden Gestells zur Kopplung mit der ersten
Dämpfungseinrichtung dahingehend optimiert werden, dass eine kleine Projektionsfläche für angreifende Wellenkräfte entsteht. Bewegliche große Körper im maritimen Umfeld haben aufgrund der gewaltigen Kräfte häufig eine kurze Lebensdauer. Sind sie hingegen
hydrodynamisch quasi-transparent und interagieren wenig mit den Wellen, reduziert sich die physische Beanspruchung. Die
Schwimmkörper sind vorteilhafterweise in Reihen angeordnet, wobei diese jeweils um eine halbe Körperlänge versetzt sind. Hierdurch lassen sich die schmalen Körperenden, die zumeist besonders starken Auslenkungen unterliegen, mit den vergleichsweise wenig erregten Körpermitten der Nachbarreihe verbinden.
Um eine Montage, eine Demontage und einen Austausch sowie Ersatz von einzelnen Elementen der Verbindungsstruktur zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Verbindungsstruktur lösbar an den Schwimmkörpern befestigt ist.
Zur Bildung einer schwimmenden Fläche, die größer als eine einzelne Decksfläche eines Schwimmkörpers ist, kann sich eine, die Fläche bildende Plattform auf mehreren Schwimmkörpern abstützen. Die
Abstützung kann über entsprechende Stützen wie zylinderförmigen Säulen erfolgen. Dabei sind die Stützen ebenfalls in
Vertikalrichtung dämpfend ausgebildet, beispielsweise in Form von Teleskopstützen mit Druckräumen. Die stützenseitigen Druckräume können dann wiederum in die optionale Energiegewinnung eingebunden und mit der zur Energiegewinnung vorgesehenen Fluidmaschine in Fluidverbindung stehen. Die Schwimmkörperseitige Lagerung der
Stützen ist hierbei mit einem Kugellager ausgestattet, so dass die Plattform sich auf einer Ebene senkrecht zu Säulenachse relativ zu dieser bewegen kann. Alternativ ist die Plattform in ein Segment pro Schwimmkörper unterteilt . Diese Segmente sind in leicht
unterschiedlicher Höhe gelagert und überlappen einander. In diesem Fall können die Säulen starr ausgebildet sein.
Ein erfindungsgemäßer Schwimmkörper für ein Tragwerk hat eine dominante Hauptabmessung in einer horizontalen Raumrichtung und eine Verdickung des Querschnitts zu seiner Körpermitte . Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schwimmkörper rautenartig. Die Verbindungsstrukturen sind dann in Eckbereichen angeordnet . Die Nutzung gestreckter Schwimmkörperformen ermöglicht es,
Schwimmkörperstellen zu koppeln, bei denen ein unterschiedliches Antwortverhalten im Seegang zu erwarten ist. Während die
Schwimmkörpermitten vor allem bei Rollbewegungen große Amplituden aufweisen, sind die Schwimmkörperenden eher von Gier- und
Stampfbewegungen betroffen. Es ist also mit hohen Relativbewegungen zu rechnen. Große Bewegungsamplituden sind für die Energiegewinnung mittels Druckluft vorteilhaft . Durch eine bessere Effizienz der Energieentnahme kann die Schwimmlage der Schwimmkörper stabilisiert werden. Zudem weist der gestreckte Schwimmkörper günstigere
Seegangseigenschaften als gleichseitige Schwimmkörper auf, was insbesondere dem Schleppvorgang, der Installation und Wartung zugutekommt .
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche .
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Tragwerk mit
einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Schwimmkörpern und Verbindungestrukturen,
Figur 2 eine der Verbindungsstrukturen mit zwei horizontalen
Dämpfungseinrichtungen und einer vertikalen
Dämpfungseinrichtung in Grundstellung sowie eine Relatiwerdrehung eines Schwimmkörpers um eine
Verbindungsachse mit der vertikalen Dämpfungseinrichtung,
Figur 3 eine Relativverdrehung der horizontalen
Dämpfungseinrichtungen zur vertikalen Dämpfungseinrichtung,
Figur 4 die vertikale Dämpfungseinrichtung mit freigeschnittenen
Druckräumen,
Figur 5 den Verbindungsarm aus Figur 5 mit seinem freigeschnittenen
Druckraum,
Figur 6 eine Stauchung des Druckraums des Verbindungsarms in
Horizontalrichtung,
Figur 7 eine Verdrehung des Verbindungsarms um seine Querachse, Figur 8 eine Verdrehung eines an dem Verbindungsarms angekoppelten
Schwimmkörpers bzw. eine Verkippung um die Längsachse des Verbindungsarms,
Figur 9 die Anordnung von Fluidmaschinen zur Energiegewinnung auf einem Schwimmkörper,
Figur 10 die Positionierung einer Plattform auf mehreren
Schwimmkörpern in Draufsicht, und
Figur 11 die Positionierung der Plattform auf mehreren
Schwimmkörpern in geschnittener Seitenansicht. Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes schwimmendes Tragwerk 1. Das Tragwerk 1 kann beispielsweise im Off-Shore Bereich zur Aufnahme von Arbeitsflächen, Wohnmodulen und dergleichen eingesetzt werden. Es weist eine Vielzahl von Schwimmkörpern 2a, b, c, d auf, die jeweils über eine Verbindungsstruktur 4 flexibel miteinander verbunden sind.
Die Verbindungsstrukturen 4 ermöglichen relative Bewegungen der Schwimmkörper in Vertikalrichtung und in Horizontalrichtung. Die Begriffe Vertikalrichtung und Horizontalrichtung beziehen sich auf die Einbaulage und Position der Verbindungsstrukturen 4 in ruhiger See. Die Vertikalrichtung erstreckt sich dann senkrecht zur
Wasseroberfläche und die Horizontalrichtung erstreckt sich entlang der Wasseroberfläche. In der Perspektive nach Figur 1 verläuft die Vertikalrichtung senkrecht zur Blatt- bzw. Zeichenebene und die Horizontalrichtung in der Blatt- bzw. Zeichenebene .
Die Verbindungsstrukturen 4 bewirken eine Entkopplung von
Rotationsbewegungen und Horizontalbewegungen sowie
Vertikalbewegungen der einzelnen Schwimmkörper 2a, b, c, d
zueinander. Darüber hinaus bewirken die Verbindungstrukturen 4 eine Dämpfung von relativen Translationsbewegungen zwischen den
Schwimmkörpern 2a, b, c, d. Die entkoppelten Rotationsbewegungen verhindern die Aufnahme von Biege- und Torsionsmomenten in den Verbindungstrukturen 4. Die Dämpfung der Translationsbewegungen wird im Folgenden noch erläutert . Sie wird insbesondere zur
Energiegewinnung verwendet , beispielsweise zur Energie- und
Wärmeversorgung der schwimmenden Wohnmodule .
Ein einzelner Schwimmkörper 2a, b, c, d ist ein Körper mit einer größeren Erstreckung in Längsrichtung als in Querrichtung.
Bevorzugterweise haben die Schwimmkörper 2a, b, c d eine
rautenförmige Deckfläche 6, beispielsweise mit einer maximalen Länge von 100m und einer maximalen Breite von 40m. Diese Maßangaben gelten aber nicht einschränkend. Die Schwimmkörper 2a, b, c, d sind in versetzten Reihen zueinander angeordnet . Die Verbindungstrukturen 4 sind jeweils an den voneinander abgewandten stirnseitigen Eckbereichen 8a, 8b (Schwimmkörperenden) sowie seitlichen
Eckbereichen 10a, b (Schwimmkörpermitten) angeordnet. Die
Schwimmkörper 2a, b, c, d befinden sich mit ihrer Decksfläche 6 oberhalb der Wasseroberfläche. Die Verbindungstrukturen 4 können sich hingegen sowohl vollständig unterhalb, als auch vollständig oberhalb sowie teilweise unterhalb und teilweise oberhalb der
Wasseroberfläche befinden.
Wie in den Figuren 2 und 3 beziffert hat jede Verbindungsstruktur 4 eine erste Dämpfungseinrichtung 12, eine zweite Dämpfungseinrichtung 14 sowie eine dritte Dämpfungseinrichtung 16. Die erste
Dämpfungseinrichtung 12 bewirkt eine Dämpfung in Vertikalrichtung. Sie verbindet die zweite und dritte Dämpfungseinrichtung 14, 16 miteinander und erlaubt dabei sowohl relative Vertikalverschiebungen der zweiten und dritten Dämpfungseinrichtungen 14, 16 zueinander (Figur 2, angedeutet durch den vertikalen Doppelpfeil) , als auch Relativverdrehungen der zweiten und dritten Dämpfungseinrichtung 14, 16 zueinander (Figur 3, angedeutet durch den Drehpfeil) . Im Vorgriff auf die folgende Erläuterung ist in Figur 2 zudem durch einen
Drehpfeil eine Verdrehbarkeit eines Schwimmkörpers 2a, b, c, d um eine Verbindungsachse mit der ersten Dämpfungseinrichtung 12 angedeutet .
Wie in den Figuren 2 und 3 durch die vierbeinige
Anbindungsstrukturen 18 illustriert, sind die zweite und dritte Dämpfungseinrichtung 14, 16 jeweils mit einem Schwimmkörper 2a, b, c, d gelenkig verbunden. Sie sind in unterschiedlichen
Horizontalebenen 19, 21 um 90° versetzt zueinander angeordnet (Figur 3) und aus dieser 90°-Grundstellung relativ zueinander um die
Vertikalachse z der ersten Dämpfungseinrichtung 12 verdrehbar (Figur 3) . Die vertikale Verschiebbarkeit der zweiten und dritten
Dämpfungseinrichtung 14, 16 relativ zueinander ermöglicht die
Dämpfung von Translationsbewegungen der Schwimmkörper 2a, b, c, d in Vertikalrichtung. Die zweite und dritte Dämpfungseinrichtung 14, 16 sind über die erste Dämpfungseinrichtung 12 miteinander verbunden und ermöglichen die Dämpfung von Translationsbewegungen der Schwimmkörper 2a, b, c, d relativ zueinander in Horizontalrichtung. Im Folgenden wird die erste Dämpfungseinrichtung 12 als vertikale Dämpfungseinrichtung bezeichnet. Die erste und zweite
Dämpfungseinrichtung 14, 16 wirken als horizontale
Dämpfungseinrichtungen und werden im Folgenden aufgrund ihrer
Anordnung in unterschiedlichen Horizontalebenen als untere
Dämpfungseinrichtung 14 (erste Dämpfungseinrichtung) und als obere Dämpfungseinrichtung 16 (zweite Dämpfungseinrichtung) bezeichnet.
Die vertikale Dämpfungseinrichtung 12 hat, wie in Figur 3 beziffert, eine zylinderartige Form mit einer konusartigen Unterseite 20, die sich von einem zylinderförmigen Ring 22 vertikal nach unten
erstreckt. Über Streben 24 ist die untere Dämpfungseinrichtung 14 an diesem Ring 22 befestigt. Die konusartige Unterseite 20 kann einen Hohlraum begrenzen, der vor dem Eindringen von Wasser geschützt ist. Bevorzugterweise hat die Unterseite 20 eine Konusspitze, so dass die Unterseite keinen zur Wasserlinie bzw. zur Wasseroberfläche parallel verlaufende Flächenabschnitt aufweist, wodurch die Einleitung von Schlaglasten in die vertikale Dämpfungseinrichtung 12 und somit in die Verbindungsstruktur 4 wesentlich vermindert wird.
Wie in Figur 4 gezeigt, hat die vertikale Dämpfungseinrichtung 12 zwei in Vertikalrichtung übereinanderliegende Druckräume 26a, b. Die Druckräume 26a, b sind fluchtend zueinander angeordnet und weisen das gleiche Volumen auf. Sie haben jeweils einen flexiblen
zylinderförmigen und balgartigen Mantel 28a, 28b, der
bevorzugterweise aus einem Kunststoff- oder Gummimaterial besteht. Sie dienen zur Aufnahme und Abgabe eines Dämpfungsfluids,
bevorzugterweise Luft aus der Außenumgebung. Die Druckräume 26a, 26b können somit auch als Dämpfungskissen betrachtet werden. Sie sind über eine fluiddichte Trennscheibe 30 voneinander getrennt und unabhängig voneinander ausgebildet. D. h., bei einer
Relatiwerschiebung der unteren und oberen Dämpfungseinrichtung 14, 16 in Vertikalrichtung können beide Druckräume 26a, 26b sowohl für sich verkleinert, als auch für sich vergrößert werden, oder entgegengesetzt wirkend der eine Druckraum 26a vergrößert und der andere Druckraum 26b verkleinert werden oder umgekehrt.
Die vorbeschriebene Volumen- bzw. Größenvariabilität der Druckräume 26a, 26b in Vertikalrichtung wird über in Vertikalrichtung
fluchtende Teleskopstangen 32a, 32b erzielt, die sich von der
Trennscheibe 30 entgegengesetzt zueinander zu einer ringseitigen und unteren Bodenscheibe 34 bzw. einer oberen Deckelscheibe 36
erstrecken
Zum Zu- und Abführen des Dämpfungsfluids in bzw. aus den Druckräumen 26a, 26b bei einer vertikalen Relativverschiebung der Schwimmkörper 2a, b, c, d stehen die Druckräume 26a, 26b über jeweils eine
Zuleitung sowie jeweils eine Ableitung mit einem ZulaufSystem bzw. einem Ableitungssystem in Fluidverbindung. Bin beispielhaftes
Zulaufsystem beinhaltet eine ansaugseitige Fluidmaschine 78a zur Dämpfung und Energiegewinnung, die einen Luftstrom 77a aus der Außenumgebung ansaugt (s. Figur 9). Ein beispielhaftes
Ableitungssystem beinhaltet eine verdrängungsseitige Fluidmaschine 78a zur Dämpfung und Energiegewinnung, die einen Luftstrom 77b an die Außenumgebung abgibt (s. Figur 12) . In der Figur 4 sind die Zu- und Ableitungen als Fluidleitungssystem 38 angedeutet.
Ein Dämpfungsgrad wird bevorzugterweise über die Druckvorspannung des Dämpfungsfluids in den Druckräumen 26a, b eingestellt. Ergänzend kann ableitungsseitig ein nicht gezeigtes Druckentlastungsventil vorgesehen sein, das sich ab dem Überscheiten eines Maximaldrucks in dem sich verkleinernden Druckraum 26a, b automatisch öffnet.
Die untere Dämpfungseinrichtung 14 und die obere
Dämpfungseinrichtung 16 wird nun mit Bezug zu den Figuren 2, 3 und 5 bis 8 erläutert.
Die untere und obere Dämpfungseinrichtung 14, 16 sind gleich ausgebildet. Sie unterscheiden sich lediglich in der um 90°
versetzten Grundeinstellung in unterschiedlichen Horizontalebenen 19, 21 (Figur 2) und in der Art der Anbindung an der vertikalen Dämpfungseinrichtung 12.
Die untere Dämpfungseinrichtung 14 ist an dem unteren Ring 22 der vertikalen Dämpfungseinrichtung 12 über die Streben 24 drehbar befestigt (Figur 3) . Die obere Dämpfungseinrichtung 16 ist über einen drehbar gelagerten Ring 42 im Bereich der Trennscheibe 30 an der vertikalen Dämpfungseinrichtung 12 gelagert und somit relativ zur unteren Dämpfungseinrichtung 14 vertikal verschiebbar und horizontal verdrehbar.
Da die untere und die obere Dämpfungseinrichtung 14, 16 bis auf die vorgenannten Unterschiede gleich ausgebildet sind, hat die folgende Beschreibung der unteren Dämpfungseinrichtung 14 auch Gültigkeit für die obere Dämpfungseinrichtung 16.
Mit Bezug zu Figur 2 hat die untere Dämpfungseinrichtung 14 ein fachwerkartiges Haltegestell mit zwei parallel und horizontal verlaufenden Längsträgern 42a, 42b, die jeweils endseitig eine Lagerstelle 44a, 44b für einen hier zylinderförmigen Querträger 46a, 46b bilden. Die Lagersteilen 44a, 44b sind bevorzugterweise
wassergeschmierte Wellenlager und ermöglichen eine Verdrehung der Querträger 46a, 46b um eine Horizontalachse y . Das Haltegestell bildet mit den Querträgern 46a, 46b und den drehbaren Längsträgern 42a, 42b einen Rahmen, der die vertikale Dämpfungseinrichtung 12 umgreift und aufgrund seiner fachwerkartigen Ausführung nahezu unempfindlich gegen Schlaglasten ist.
Die Querträger 46a, b sind endseitig in jeweils den fluchtend zueinander ausgerichteten Lagerstellen 44a, 44b gelagert. Mittig von den Querträgern 46a, b erstreckt sich jeweils ein Verbindungarm 48a, b zur Verbindung der unteren Dämpfungseinrichtung 14 mit einem der Schwimmkörper 2a, b, c, d . Die untere Dämpfungseinrichtung 14 hat somit zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete Verbindungsarme 48a, b zur Verbindung mit jeweils einem Schwimmkörper 2a, b, c, d. Wie in Figur 5 am Verbindungsarm 48a verdeutlicht , hat jeder
Verbindungsarm 48a, b eine Haupterstreckung entlang seiner
Längsachse x mit einem in Längsrichtung ausgeprägten Druckraum 50. Der Druckraum 50 hat einen flexiblen zylinderförmigen und
balgartigen Mantel 52, der bevorzuterweise aus einem Kunststoff- oder Gummimaterial besteht. Der Druckraum 50 dient zur Aufnahme und Abgabe eines Dämpfungsfluids, bevorzugterweise Luft aus der
Außenumgebung. Der Druckraum 50 kann somit auch als Dämpfungskissen betrachtet werden.
Die vorbeschriebene Volumen- bzw. Größenvariabilität des Druckraums 50 in Horizontalrichtung wird über eine sich in Längsrichtung des Verbindungsarms 48 erstreckende Teleskopstange 56 erzielt, die sich zwischen einer gestellseitigen Endscheibe 58 und einer dem
jeweiligen Schwimmkörper 2a, b, c, d zugewandten Endscheibe 60 erstreckt. In Figur 6 ist eine beispielhafte Stauchung der
Teleskopstange 56 und somit eine Volumenverringerung des Druckraums 50 gezeigt.
Zum Zu- und Abführen des Dämpfungsfluids in bzw. aus dem Druckraum 50 bei einer horizontalen Relativverschiebung der Schwimmkörper 2a, b, c, d steht dieser über jeweils eine Zuleitung sowie jeweils eine Ableitung mit einem Zulaufsystem bzw. einem Ableitungssystem in Fluidverbindung. In Figur 5 sind die Zu- und Ableitungen als
Fluidleitungssystem 62 angedeutet.
Ein Dämpfungsgrad wird bevorzugterweise über die Druckvorspannung des Dämpfungsfluids in dem Druckraum 50 eingestellt. Ergänzend kann ableitungsseitig ein nicht gezeigtes Druckentlastungsventil vorgesehen sein, das ab dem Überschreiten eines Maximaldrucks in dem sich verkleinernden Druckraum 50 automatisch öffnet.
Die endseitige Anbindung der Verbindungsarme 48a, b an dem
jeweiligen Querträger 46a, b und an der Anbindungsstruktur 18 des jeweiligen Schwimmkörpers 2a, b, c, d erfolgt jeweils über eine Gelenkverbindung, bevorzugterweise jeweils über ein Kugelgelenk 66a, 66b (Figur 5) . Hierzu erstreckt sich jeweils von den Endscheiben 58, 60 eine axiale Verbindungsstange 68, an der eine Kugel 70a, b des jeweiligen Kugelgelenks 66a, b angebunden ist. Der Querträger 46a und die Anbindungsstruktur 18 weisen die die Kugel 70a, b
aufnehmende Gelenkpfanne 72a, b auf. Die Gelenkpfanne 72a kann allerdings auch unmittelbar in eine Seitenwand 67 des Schwimmkörpers 2a, b, c, d eingesetzt sein . Die Kugelgelenke 66a, b ermöglichen zum einen die gleiche Funktion wie die Wellenlagerung (Lagerstellen 44a, b) der Querträger 46a, b um jeweils eine horizontale Achse am
Haltegestell (Figur 7) . Zum anderen ermöglichen die Kugelgelenke 66a, b eine relative Verdrehung eines Schwimmkörpers 2a, b, c, d um die Längsachse x des Verbindungsarms 48a (Figur 8) . Die Längsachse x eines Verbindungsarms 48a, b bildet gleichzeitig die
Verbindungsachse für jeden einzelnen Schwimmkörper 2a, b, c, d mit der vertikalen Dämpfungseinrichtung 12.
Um eine Montage , eine Demontage und einen Austausch sowie Ersatz von einzelnen Elementen der Verbindungsstruktur 4 im Betrieb zu
ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungsstruktur 4, insbesondere ihre Verbindungsarme 48a, b lösbar an den
Anbindungsstrukturen 18 der Schwimmkörper 2a, b, c, d befestigt ist. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel können die
Verbindungsstrukturen 4 oder einzelne Verbindungsarme 48a, b über die Kugelgelenke 66a, 66b ausgetauscht werden. Insbesondere können auch die Druckkissen bzw. Mäntel (28a, b, 52) während des Betriebs montiert und demontiert werden.
Zusammengefasst führt bei der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur 4 die indirekte Kopplung von zwei senkrecht zueinander stehenden horizontalen Raumrichtungen dazu, dass Biege- und Torsionsmomente nicht von der Verbindungsstruktur aufgenommen werden müssen, sondern in Zug- und Druckbelastungen umgewandelt werden, die von den
Teleskopstangen (32a, 32b, 56) und Druckluftkissen (26a, 26b, 50) axial übertragen bzw. gedämpft werden. Durch die freie Rotation um die Verbindungsachsen der Teleskopstangen (32a, 32b, 56) bzw. die Längsachsen x der Verbindungsarme 48a, b müssen auch im jeweiligen Haltegestell der unteren und oberen Dämpfungseinrichtung 14, 16 selbst keine oder nur geringe Schubbelastungen aufgenommen werden. Hierdurch kann die Dimensionierung des Haltegestells dahingehend optimiert werden, dass eine kleine Projektionsfläche für angreifende Wellenkräfte entsteht. Die Schwimmkörper 2a, b, c, d sind durch die flexiblen VerbindungsStrukturen dergestalt verbunden, dass jede Rotationsbewegung der schwimmenden Module von deren Nachbarn entkoppelt und in eine relative translatorische Bewegung umgewandelt wird, die dann zur Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie und Wärme genutzt wird.
In Figur 9 erfolgt nun eine Erläuterung der eingangs erwähnten Energiegewinnung. Die Energiegewinnung erfolgt insbesondere durch die Nutzung des aus den sich jeweils verkleinernden Druckräumen 26a, b, 50 verdrängten Dämpfungsfluids oder des aufgrund einer Expansion der Druckräume 26a, b, 50 angesaugten Dämpfungsfluids.
Bevorzugterweise wird das angesaugte oder verdrängte Dämpfungsfluid als Antriebsmedium für jeweils eine Fluidmaschine 74a, b verwendet, die unmittelbar oder mittelbar durch Verwendung eines Generators 76a, b zur elektrischen Energiegewinnung benutzt wird. Die
Fluidmaschinen 74a, b sind beispielsweise Turbo- bzw.
Strömungsmaschinen .
Die ansaugseitige bzw. zulaufseitige Fluidmaschine 74a ist in die Zuleitungen der Fluidleitungssysteme 38, 62 integriert.
Bevorzugterweise strömt das Dämpfungsfluid als Luftstrom 77a aus der Außenumgebung ein. Die verdrängungsseitige bzw. ableitungsseitige Fluidmaschine 74b ist in die Ableitungen der Fluidleitungssysteme 38, 62 integriert. Das durch die Fluidmaschine 74b geströmte und somit entspannte Dämpfungsfluid wird als Luftstrom 77b an die
Außenumgebung abgegeben.
Zum Ausgleich von Druckschwankungen in der jeweiligen Zuströmung der Fluidmaschinen 74a, 74b kann das verdrängte Dämpfungsfluid in jeweils einem den Fluidmaschinen 74a, b vorgelagerten Druckspeicher 78a, b zwischengespeichert werden, so dass die Fluidmaschinen 74a, b mit einem konstanten Fluidstrom betrieben werden.
Die Fluidmaschinen 74a, b, die Generatoren 76a, b und die
Druckspeicher 78a, b, können zu einer transportablen Anlage 80 zusammengefasst sein. Die Anlage 80 kann auf einem der Schwimmkörper 2a, b, c, d oder neben den Schwimmkörpern 2a, 2b, 2c, 2d
positioniert sein . Die Anlage 80 kann mit einem der Schwimmkörper 2a, b, c, d lösbar verbunden sein oder ein freischwimmender Körper sein.
Die zudem bei dem Verkleinern und Vergrößern der Druckräume 26a, b, 50a, b entstehende Wärme wird beispielsweise über nicht gezeigte Wärmetauscher in den Verbindungsstrukturen 4 direkt zur
Wärmegewinnung genutzt.
In den Figuren 10 und 11 ist ein Ausgangsbeispiel gezeigt, bei dem eine Plattform 82 auf mehreren Schwimmkörpern 2a, b, c, d abgestützt ist. Die Plattform 82 erstreckt sich über mehrere Schwimmkörper 2a, b, c, d und ist auf diesen über jeweils zumindest eine Stütze 84a, b, c, d abgestützt. Die Stützen weisen eine innewohnende
Dämpfungsfunktion auf, so dass die Bewegungen der Schwimmkörper 2a, b, c, d weiter gedämpft werden. Zusätzlich sind die Stützen 84a, b, c, d bevorzugterweise über nicht gezeigte Kugelgelenke an den
Schwimmkörpern 2a, b, c, d gelagert, so dass sich die Plattform 82 auf einer Ebene senkrecht zu Säulenachse relativ zu dieser bewegen kann.
Es wird erwähnt, dass, auch wenn die Zuleitungen und Ableitungen der Fluidleitungssysteme 38, 62 in den Figuren als externe Leitungen dargestellt sind, diese bevorzugterweise in die VerbindungsStruktur 4, die Anbindungsstrukturen 18 und auch in die Schwimmkörper 2a, b, c, d integriert sind. Die Integration erfolgt über die
Bereitstellung von entsprechenden strukturellen Hohlprofilen der einzelnen Elemente 2a, b, c, d, 4, 18 des Tragwerks 1. Die Darstellung der Fluidleitungen 38a, b, 62a, b als externe Leitungen erfolgt lediglich zu illustrativen Zwecken.
Ebenso kann der Hohlraum jeder vertikalen Dämpfungseinrichtung in das Fluidsystem eingebunden sein und als Druckspeicher wirken.
Es wird weiter erwähnt, dass anstelle der hier beschriebenen bevorzugten Druckluftdämpfung auch eine alternative Dämpfung, beispielsweise eine Luft-Öl, eine Öldämpfung oder eine Öl- Federdämpfung erfolgen kann.
Offenbart sind eine Verbindungsstruktur zum Verbinden von
Schwimmkörpern, wobei durch indirekte Kopplung von zwei senkrecht zueinander stehenden horizontalen Raumrichtungen Biege- und
Torsionsmomente nicht von der Verbindungsstruktur aufgenommen werden, sondern in Zug- und Druckbelastungen umgewandelt werden, die von Dämpfungseinrichtungen axial übertragen bzw. gedämpft werden, mit einer ersten Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von
Relativbewegungen in Vertikalrichtung und mit einer zweiten
Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen in
Horizontalrichtung, die um eine Vertikalachse verdrehbar an der ersten Dämpfungseinrichtung gelagert ist und die zwei
Verbindungsarme zum Koppeln mit jeweils einem der Schwimmkörper aufweist, wobei die Verbindungsarme jeweils in Vertikalrichtung beweglich an der ersten Dämpfungseinrichtung und an den
Schwimmkörpern befestigbar sind, ein Tragwerk sowie ein
Schwimmkörper .
Bezugszeichenliste
1 Tragwerk
2a, b, c, d Schwimmkörper
4 Verbindungsstruktur
6 Decksfläche
8a, b stirnseitiger Eckbereich /Körperende
10a, b seitlicher Eckbereich / Körpermitte
12 erste (vertikale) Dämpfungseinrichtung
14 zweite (horizontale bzw. untere) Dämpfungseinrichtung
16 dritte (horizontale bzw. obere) Dämpfungseinrichtung
18 Anbindungsstruktur
19 Horizontalebene
20 Unterseite
21 Horizontalebene
22 Ring
24 Strebe
26a, b Druckraum
28a, b Mantel
30 Trennscheibe
32a, b Teleskopstange
34 Bodenscheibe
36 Deckelscheibe
38 Fluidleitungssystem (Zu- und Ableitung (en) )
42a, b Längsträger
44a, b Lagerstelle
46a, b Querträger
48a, b Verbindungsarm
50 Druckraum
52 Mantel
54 Trennscheibe
56, a, b Teleskopstange
58 Endscheibe
60 Endscheibe
62 Fluidleitungssystem (Zu- und Ableitung (en) ) 66a, b Gelenkverbindung / Kugelgelenk
76 Seitenwand
68 VerbindungsStange
70a, b Kugel
72a, b Gelenkpfanne
74a, b Fluidmaschine
76a, b Generator
77a, b Luftström
78a, b Druckspeicher
80 Anlage
82 Plattform
84a, b, c, d Stütze x Längsachse
y Hörizontalachse
z Vertikalachse

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungsstruktur (4) zum Verbinden von Schwimmkörpern (2a, b, c, d) , wobei die Verbindungsstruktur (4) eine Dämpfung von
translatorischen oder rotatorischen Relativbewegungen der
Schwimmkörper (2a, b, c, d) zueinander erlaubt,
• mit einer ersten Dämpfungseinrichtung (12) zum Dämpfen von
Relativbewegungen in Vertikalrichtung und
• mit einer zweiten Dämpfungseinrichtung (14) zum Dämpfen von Relativbewegungen in Horizontalrichtung, die um eine
Vertikalachse (z) verdrehbar an der ersten Dämpfungseinrichtung (12) gelagert ist und die zwei Verbindungsarme (48a, 48b) zum Koppeln mit jeweils einem der Schwimmkörper (2a, b, c, d) aufweist, wobei
• die Verbindungsarme (48a, 48b) jeweils in Vertikalrichtung
beweglich an der ersten Dämpfungseinrichtung (12) und an den Schwimmkörpern (2a, b, c, d) befestigbar sind.
2. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 1, wobei die
Verbindungsarme (48a, 48b) zumindest jeweils ein Kugelgelenk (66a, b) enthalten.
3. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine dritte Dämpfungseinrichtung (16) an der ersten Dämpfungseinrichtung (12) mit zumindest einem Verbindungsarm (48a, 48b) zum Dämpfen von Relativbewegungen in Horizontalrichtung zwischen den Schwimmkörpern (2a, b, c, d) und einem weiteren Schwimmkörper (2a, b, c, d) angeordnet ist.
4. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest eine der Dämpfungseinrichtungen (12, 14, 16) zumindest einen mit einem Dämpfungsfluid beladenen Druckraum (26a, b, 50) aufweist .
5. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 4, wobei zumindest eine der Dämpfungseinrichtungen ( 12, 14, 16) zumindest zwei Druckräume (26a, b, 50) aufweist, deren Volumen bei einer Relativbewegung der Schwimmkörper (2a, b, c, d) zueinander einzeln veränderbar sind.
6. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei zumindest ein Abschnitt einer Dämpfungseinrichtung (12, 14, 16) zur Bildung eines volumenvariablen Druckraums (26a, b, 50) längenveränderbar ist .
7. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 4, 5 oder 6, wobei die Druckräume (26a, b, 50) gegeneinander fluiddicht abgeschlossen sind.
8. Verbindungsstruktur nach Patentanspruch 4, 5 oder 6, wobei die Druckräume (26a, b, 50) miteinander in Fluidverbindung stehen.
9. Verbindungsstruktur nach einem der Patentansprüche 4 bis 8, wobei jeder Druckraum (26a, b, 50) zumindest eine Fluidleitung zum
Zuführen des Dämpfungsfluids bei einer Volumenvergrößerung und/oder zum Abführen des Dämpfungsfluids bei einer Volumenverkleinerung aufweist .
10. Verbindungsstruktur nach einem der Patentansprüche 4 bis 9, wobei die Relativbewegungen der Schwimmkörper (2a, b, c, d)
zueinander zur Energieerzeugung dient.
11. Verbindungsstruktur nach einem der vorhergehenden
Patentansprüche, wobei eine Unterseite (20) der ersten
Dämpfungseinrichtung (12) konkav gewölbt oder nach außen verjüngend konisch ausgebildet ist.
12. Tragwerk mit zumindest zwei Schwimmkörpern (2a, b, c, d) , die über eine Verbindungsstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche miteinander verbunden sind.
13. Tragwerk nach Patentanspruch 12, wobei die zumindest eine Verbindungsstruktur (4) lösbar an den Schwimmkörpern (2a, b, c, d) befestigt ist.
14. Tragwerk nach Patentanspruch 12 oder 13 , wobei zwei oder mehr Schwimmkörper (2a, b, c, d) eine gemeinsame Plattform (82) tragen.
15. Schwimmkörper (2a, b, c, d) für ein Tragwerk nach einem der Patentansprüche 12, 13 oder 14, wobei der Schwimmkörper (2a, b, c, d) eine Decksfläche (6) mit einer dominanten Hauptabmessung in horizontaler Raumrichtung und eine Verdickung des Querschnitts zur Körpermitte hat .
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