-
Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Tragstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welche beispielsweise in
DE 10 2008 048 730 B1 gezeigt ist.
-
Schwimmfähige Tragstrukturen sind aus dem Stand der Technik, insbesondere als pontonartige Tragstrukturen bekannt, welche fest mit dem Ufer eines Gewässers verbunden sind und beispielsweise Wasserstands-unabhängige Festmachmöglichkeit für Schiffe dienen. Pontons werden aber auch als als schwimmfähige Arbeitsplattformen verwendet und bestehen im Wesentlichen aus einer flächig ausgebildeten Plattform, unter der, zur Erzeugung der Schwimmfähigkeit der Plattform, Schwimmkörper angeordnet sind. Diese Schwimmkörper sind dabei meist starr mit der Plattform verbunden, so dass die Plattform bei Wellengang schwankt.
-
In dem oben bezeichneten Patent
DE 10 2008 048 730 B1 ist die Tragstruktur über elastische Elemente auf Schwimmkörpern in einer Art Federbeinaufhängung gelagert. So wird nicht nur die vertikale Bewegung der Schwimmkörper bei Wellengang abgedämpft, sondern auch die Schwankungen, die die Trägerstruktur bei Wellengang erfährt. Durch die elastische Lagerung der Tragstruktur bzw. des Tragrahmens nimmt die elastische Kraft jedoch mit zunehmendem Stauchen oder Strecken der elastischen Elemente zu, wodurch eine entsprechend höhere vertikale Kraft auf die Tragstruktur übertragen wird. Somit ist eine Entkopplung der Tragstruktur vom Wellengang nur bedingt möglich, da die einzelnen vertikalen Kräfte, die auf die Tragstruktur von der Vielzahl elastisch gelagerter Schwimmkörper übertragen wird, je nach Einfederungszustand des Schwimmkörpers unterschiedlich ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schwimmfähige Tragstruktur bereitzustellen, mit der eine vom Wellengang weitestgehend entkoppelte Unterstützung eines Tragrahmens bereitgestellt werden kann, wobei der mittlere Abstand des Tragrahmens über einer Flüssigkeitsoberfläche mit Wellengang bevorzugt konstant bleibt. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die es ermöglicht, das Abstandsniveau des Tragrahmens einer schwimmfähigen Tragstruktur über der Wasseroberfläche einstellbar zu machen. Weiter soll dieser Abstand dynamisch an die jeweilige Belastung auf den Tragrahmen und/oder den Wellengang anpassbar sein. Darüberhinaus soll die Vorrichtung einfach, robust, wartungsarm sein sowie kostengünstig in ihrer Herstellung.
-
Die Aufgabe wird mit einer schwimmfähigen Tragstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüche auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet sind.
-
Die erfindungsgemäße schwimmfähige Tragstruktur weist einen Tragrahmen auf, der beispielsweise für die Aufnahme von Energieerzeugungsvorrichtungen oder zum Tragen einer Plattform, beispielsweise für die Aufständerung von Solarpaneelen, geeignet ist. Der Tragrahmen weist eine Vielzahl von im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Linearführungen auf, wobei jeder Führung ein Schwimmkörper zugeordnet ist, der in Führungsrichtung vertikal oszillierend beweglich durch die Linearführung gelagert ist. Die an dem Tragrahmen angeordneten vertikalen Linearführungen können beispielsweise Führungen sein, in denen Führungsstangen, die fest mit den Schwimmkörpern verbunden sind, linear in vertikaler Richtung auf und ab bewegbar sind. Andererseits können die vertikal angeordneten Führungen ortsfest mit der Tragstruktur verbundene, im schwimmenden Zustand der erfindungsgemäßen Tragstruktur vertikal ausgerichtete Führungsschienen sein, an denen die Schwimmkörper linear auf und ab bewegbar sind. Für den Erfindungsgedanken ist es unerheblich, welche der beiden Ausführungsarten zur Anwendung kommt.
-
Erfindungsgemäß werden die Schwimmkörper mit einer konstanten Kraft vom Tragrahmen in Richtung Flüssigkeitsoberfläche weggedrückt, wobei die Kraft erfindungsgemäß über den gesamten Hub- bzw. Bewegungsbereich der Schwimmkörper konstant oder nahezu konstant sein soll. Die Kraft, mit der die einzelnen Schwimmkörper vom Tragrahmen weggedrückt werden, ist dabei so hoch, dass die Summe aller auf die Schwimmkörper wirkenden Kräfte genauso groß ist, wie die Gewichtskraft der vollständigen Tragstruktur minus der der Schwimmkörper, ggf. jedoch mit auf oder an der Tragstruktur angeordneten weiteren Vorrichtungen. Da sich die Schwimmkörper aufgrund des archimedischen Auftriebsprinzip auf der Flüssigkeitsoberfläche abstützen, wird der Tragrahmen der erfindungsgemäßen Tragstruktur durch die Summe der vertikalen Kräfte durch das Wechselwirkungsprinzip (Actio gleich Reactio) im Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche gehalten.
-
Für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es dabei unerheblich, ob alle Schwimmkörper mit einer gleich hohen Kraft vom Tragrahmen in Richtung Flüssigkeitsoberfläche gedrückt werden oder ob diese Kräfte unterschiedlich sind. Vom Erfindungsgedanken ist auch umfasst, dass nur eine Teilmenge der Schwimmkörper mit einer vertikalen Kraft beaufschlagt wird und die Teilmenge von kraftbeaufschlagten Schwimmkörpern die Tragstruktur über der Flüssigkeitsoberfläche hält. Bevorzugt ist jedoch eine gleichmäßige Kraftverteilung auf alle Schwimmkörper, so dass alle vertikalen Kräfte gleichermaßen zur Abstützung des Tragrahmens über der Flüssigkeitsoberfläche beitragen.
-
Erfindungsgemäß wird die Kraft, die auf die einzelnen Schwimmkörper wirkt, durch ein Huberhaltungssystem, welches an dem Tragrahmen befestigt ist, erzeugt und auf die Schwimmkörper bevorzugt derart gleichmäßig verteilt, dass der Tragrahmen mit einem konstanten Abstand über der Flüssigkeitsoberfläche gehalten wird. Gestützt durch die Schwimmkörper und die einzelnen Tragkräfte wird der Tragrahmen dabei von den Tragkräften weiter bevorzugt horizontal, d. h. im Wesentlichen waagerecht ausgerichtet. Dies gelingt am besten, wenn alle Tragkräfte, also die vom Huberhaltungssystem auf die Schwimmkörper ausgeübten Kräfte für alle Schwimmkörper, unabhängig vom deren Abstand zum Tragrahmen, gleich hoch sind. Geht man beispielsweise von einer Anzahl n von Schwimmkörpern aus, so ist bevorzugt die Tragkraft, die vom Huberhaltungssystem auf jeden einzelnen Schwimmkörper ausgeübt werden muss, gleich dem n-ten Teil der Gewichtskraft der gesamten erfindungsgemäßen Tragstruktur minus dem Gewicht der Schwimmkörper.
-
Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist es weiter unerheblich, wie die Tragkräfte vom Huberhaltungssystem erzeugt und auf die einzelnen Schwimmkörper übertragen werden. Dies kann beispielsweise rein mechanisch, elektro-mechanisch, rein elektrisch angetrieben, elektrohydraulisch oder rein hydraulisch oder pneumatisch oder in einer anderen Art und Weise erfolgen. Welche Art von Krafterzeugung und Kraftübertragung vom Huberhaltungssystem auf die einzelnen Schwimmkörper zur Anwendung/Ausführung kommt, wird der Fachmann je nach Einsatz- und/oder Betriebsbedingungen auswählen. Für eine auf einer Meeresoberfläche schwimmenden erfindungsgemäßen Tragstruktur wird der Fachmann ggf. an ein mit Meerwasser oder Luft gespeistes hydraulisch oder pneumatisch angetriebenes Huberhaltungssystem mit einer der Anzahl der Schwimmkörper entsprechenden Anzahl an miteinander fluidverbundener Kolben-Zylinder Einheiten denken oder an ein mit einer entsprechenden Anzahl von Elektromotoren versehenes Huberhaltungssystem. Eine Mischform hiervon ist dabei genauso denkbar, wie ein mechanisches System aus vorgespannten Seilen und relativ zueinander vertikal beweglicher Umlenkrollen, wobei ein Teil der Anzahl der Umlenkrollen ortsfest mit dem Tragrahmen und der andere Teil der Umlenkrollen ortsfest bzgl. der Schwimmkörper angeordnet ist. Somit bewirkt/erlaubt eine Abstandsveränderung zwischen einer ersten Tragrahmen-festen Umlenkrolle und einer zugehörigen Schwimmkörper-festen Umlenkrolle eine gegengleiche Abstandsveränderung zwischen einem oder mehreren anderen Paar/Paaren von Tragrahmen- und Schwimmkörper-festen Umlenkrollen.
-
Das Huberhaltungssystem gewährleistet somit nicht nur, dass die Tragkraft, die auf die Schwimmkörper ausgeübt wird, in jeder Position der Schwimmkörper relativ zum Tragrahmen dem Betrag nach konstant ist, sondern auch, dass eine Abstandsveränderung eines Schwimmkörpers zum Tragrahmen durch eine gegengleiche Abstandsveränderung eines oder mehrerer anderer Schwimmkörper zum Tragrahmen kompensiert wird. So ist die Fluidmenge in einem hydraulischen oder pneumatischen Huberhaltungssystem während des Betriebs der erfindungsgemäßen schwimmfähigen Tragstruktur konstant. Verringert beispielsweise ein Schwimmkörper das Fluid-Volumen in seiner zugehörigen Kolben-Zylinder Einheit, so kann über die Verbindungsleitung das Fluid-Volumen in einer oder mehreren anderen Kolben-Zylinder Einheiten ansteigen, wobei der Druck im Huberhaltungssystem weitestgehend konstant bleibt.
-
Die erfindungsgemäße Tragstruktur wird in einem bevorzugten Anwendungsbeispiel in dem einleitend erwähnten Wellen- und Impulskraftwerk eingesetzt, wobei durch das Huberhaltungssystem die Auslenkung der Schwimmkörper durch die Wellenbewegung kompensiert wird. Mit der gleichzeitigen Beaufschlagung der Schwimmkörper mit einer konstanten Tragkraft bzw. Abstützkraft kann die von den Wellen auf die Schwimmkörper übertragene kinetische Energie zu einem größeren Teil zur Energieumwandlung herangezogen werden, als wenn die Abstützkräfte der Schwimmkörper mit Zu- oder Abnahme Auslenkung ansteigen, was in dem in
DE 10 2008 048 730 B1 beschriebenen Wellenkraft durch die Abstützung mit einzelnen, voneinander unabhängigen, elastischen Elementen der Fall ist. Mit der erfindungsgemäßen Tragstruktur, die die Abstützkräfte auf die einzelnen Schwimmkörper unabhängig vom Abstand der Schwimmkörper zum Tragrahmen der Tragstruktur konstant hält, wird die Bewegung der Schwimmkörper gegenüber dem Tragrahmen entkoppelt. Die der Haltekräfte des Tragrahmens und somit die der über der Flüssigkeitsoberfläche schwimmenden Tragstruktur werden von der Bewegungsenergie der Schwimmkörper entkoppelt. Die Bewegungsenergie der Schwimmkörper kann so vollständiger für eine Energieumwandlung genutzt werden.
-
Die Entkopplung der Haltekräfte für die schwimmende Lagerung der erfindungsgemäßen Tragstruktur von den Bewegungen der Schwimmkörper ermöglicht auch eine stabile Ausrichtung der erfindungsgemäßen Tragstruktur über der Flüssigkeitsoberfläche. Dadurch, dass die Kräfte zwischen den Schwimmkörpern und dem Tragrahmen konstant bleiben und nicht mit dem Abstand der Schwimmkörper zum Tragrahmen variieren, ruht die erfindungsgemäße Tragstruktur, insbesondere der Tragrahmen, nahezu unbewegt über der Flüssigkeitsoberfläche. Die Bewegungen der Schwimmkörper werden im Wechselwirkungsprinzip gegengleich ausgeglichen, sodass der Tragrahmen der erfindungsgemäßen Tragstruktur im Wesentlichen keine Kräfte aus der Bewegung der Schwimmkörper erfährt, die ihn aus seiner Lage auslenken.
-
In vielen Anwendungsfällen wird man eine horizontale Ausrichtung der Tragstruktur bzw. des Tragrahmens wählen, wobei vom Erfindungsgedanken eine bevorzugt einstellbare aber konstant haltbare Schiefstellung ebenfalls umfasst ist. Durch den Einsatz eines Huberhaltungssystems kann die erfindungsgemäße Tragstruktur nicht nur individuell an spezifische Einsatzbedingungen angepasst werden, sondern auch während des „Betriebs” dynamisch an sich ändernde Betriebsbedingungen angepasste werden, da die Halte- bzw. Abstützkräfte anpassbar sind und dies bevorzugt ohne weitere Anpassungen an der erfindungsgemäß Tragstruktur. Selbstredend umfasst der Erfindungsgedanke dabei sowohl die Anpassung einzelner Haltekräfte zwischen einem oder einer Gruppe von Schwimmkörpern und dem Tragrahmen, als auch die Anpassung aller Haltekräfte gleichlaufend, um bspw. die Belastbarkeit der erfindungsgemäß Tragstruktur flächig oder punktuell anpassen zu können.
-
Die erfindungsgemäße Tragstruktur mit einem die Tragstruktur umspannenden Huberhaltungssystem zur Erzeugung von konstanten Halte- bzw. Abstützkräften für den Tragrahmen gegenüber den Schwimmkörpern weist gegenüber der Verwendung von elastischen Elementen, zudem den Vorteil auf, dass die Niveauhöhe über der Flüssigkeitsoberfläche variiert werden kann. Dies ist insbesondere bei Einsatz von hydraulischen oder pneumatischen Huberhaltungssystemen beispielsweise durch die Variation der Menge des eingesetzten Fluids erreichbar. Bei mechanischen Systemen, wie beispielsweise bei dem zuvor erläuterten Seil-Umlenkrollen System, ist dies durch Verändern der Seillänge möglich. Ferner kann über die Höhe der Haltekräfte also durch beispielsweise Druck- oder Seilspannungserhöhung eine Anpassung hinsichtlich der abzustützenden Gewichtskraft erzielt werden. So kann beispielsweise bei einer Arbeitsplattform mit erfindungsgemäßer Tragstruktur auch dann das Niveau des Tragrahmens über der Flüssigkeitsoberfläche gehalten werden, wenn ein zusätzliches Gewicht, das auf die erfindungsgemäße Tragstruktur lastet, erhöht oder verringert wird.
-
Gegenüber herkömmlichen schwimmenden Lagerung weist die erfindungsgemäß schwimmend gelagerte Tragstruktur den Vorteil auf, dass, insbesondere bei großen Wellenlängen, eine Mitbewegung des Tragrahmens mit der vertikalen Wellenbewegung dadurch verhindert werden kann, dass eine Abwärts- oder Aufwärtsbewegung eines oder mehrerer Schwimmkörper durch eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung eines oder mehrerer anderer Schwimmkörper, die durch das Huberhaltungssystem in Reaktion auf eine Schwimmkörperauslenkung erzeugt wird, kompensierbar ist.
-
Die obigen Erläuterungen und Ausführungen zur erfindungsgemäßen Tragstruktur sollen nun anhand von Figuren und bevorzugten Ausführungsformen exemplarisch detaillierter beschrieben werden, wobei die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Es zeigen:
-
1 eine flächig ausgebildete Tragstruktur gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
-
2 eine schematische Aufriss-Darstellung der erfindungsgemäßen Tragstruktur in einer Ruhestellung und mit einem mechanischen Huberhaltungssystem;
-
3 die erfindungsgemäße Tragstruktur gemäß 2 auf einer Flüssigkeitsoberfläche mit Wellengang;
-
4 die in 3 dargestellte erfindungsgemäße Tragstruktur mit einem hydraulischen oder pneumatischen Huberhaltungssystem;
-
1 zeigt als praxisnahes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tragstruktur
1 das in der Beschreibungseinleitung erwähnte Wellen- und Impulskraftwerk gemäß
DE 10 2008 048 730 B1 mit einem elektrischen Huberhaltungssystem
8 gemäß der Erfindung. Eine Vielzahl von Schwimmkörper
2 mit daran angeordneten Hubstangen
3 können sich unabhängig voneinander relativ oszillierend relativ zu einem modular aufgebauten Tragrahmen
3 bewegen, wobei die Hubstangen
3 im Wesentlichen vertikal in Linearführungen
4 ausgerichtet sind. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Tragstruktur dabei flächig ausgebildet und in ihren Abmaßen derart groß dimensioniert, dass sie mindestens einen Wellenberg und ein Wellental überspannt, bevorzugt jedoch mehrere Wellenberge und Wellentäler. Aus
1 ist weiter ersichtlich, dass einige der Schwimmkörper zu einem konkreten Zeitpunkt auf einem Wellenberg schwimmen können, wobei andere Schwimmkörper sich in einem Wellental befinden. Bei einem (horizontalen) Fortschritt der Welle ändern sich die Positionen der jeweiligen Schwimmkörper, so dass jeder Schwimmkörper pro Wellendurchgang entsprechend der Wellenamplitude eine vertikale Auf- und Abbewegung durchführt. Diese oszillierende Bewegung wiederholt sich für jeden Wellendurchgang, womit beispielsweise im Falle des oben genannten Wellenkraftwerks eine Energieerzeugung durch die Relativbewegung der Schwimmkörper zu den jeweiligen Linearführungen
4 bzw. zu dem Tragrahmen
6 möglich ist. In diesem Ausführungsbeispiel übernehmen in die Linearführungen
4 integrierte Elektromotoren (nicht dargestellt) die Erzeugung der Haltekräfte für das „Ausfahren” der Hubstangen
3 mit den daran befestigten Schwimmkörpern
2. Dabei ist jeder Hubstange
3 ein Elektromotor zugeordnet und erzeugt eine in Richtung Schwimmkörper
2 gerichtete Abstützkraft, welche bevorzugt dem n-ten Teil der Gewichtkraft der erfindungsgemäßen Tragstruktur
1 beträgt. Wie in
1 gezeigt wird der Tragrahmen
6 durch die Summe der Halte- bzw. Abstützkräfte, die auf die Hubstangen
3 wirken, in einem Abstand zu den Schwimmkörpern
2 gehalten und zwar parallel zur Aufstandsfläche
10 der Schwimmkörper
2. Die Gewichtskraft des Tragrahmens
6 zusammen mit der der Linearführungen
4 und den darin integrierten Elektromotoren ist im Gleichgewicht mit der Summe der Haltekräfte auf die Hubstangen
3.
-
Die erfindungsgemäße Tragstruktur ist wie eingangs bereits ausgeführt, jedoch nicht auf Wellenkraftwerke beschränkt, sondern kann auch für alle anderen Anwendungen für schwimmfähige Tragstrukturen 1 in einem Gewässer verwendet werden. In 2 ist der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 schematisch dargestellt, wobei hier eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist, bei der die Schwimmkörper 2 Führungsstangen 3 aufweisen, die in vertikalen Linearführungen 4 des Tragrahmens 6 geführt werden. 2 geht dabei von einer theoretisch horizontalen Gewässeroberfläche 10 aus, wie sie beispielsweise an windstillen Tagen an Seen vorzufinden ist. Zwischen den Schwimmkörpern 2 und dem Tragrahmen 6 der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 muss jedoch eine Kraft vorhanden sein, die den Tragrahmen 6 auf Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche 10 und zu den Schwimmkörpern 2 hält. Ein solches Huberhaltungssystem wird in dem Ausführungsbeispiel in 2 anstatt elektrisch, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 gezeigt, mechanisch umgesetzt. Ein Seil 16 oder ein Gurt 16 ist zwischen den jeweils äußersten Linearführungen 4 an der erfindungsgemäßen Tragstruktur 6 mit seinen Seil- bzw. Gurtenden 18 befestigt. Über erste Umlenkrollen 12, die ortsfest mit den Linearführungen 4 verbunden sind, und über zweite Umlenkrollen 14, die ortsfest an die Hubstangen 3 der Schwimmkörper 2 angebunden sind, ist das Seil/der Gurt 16 derart durchgeschleift, dass eine Aufwärtsbewegung eines ersten Schwimmkörpers 2 zumindest eine Abwärtsbewegung eines zweiten Schwimmkörpers 2 bewirkt, wobei die Seillänge unverändert bleibt. Dies zeigt 2 in Verbindung mit 3 anschaulich. Sind in 2 die jeweiligen Abstände zwischen den Schwimmkörpern 2 und den zugehörigen Linearführungen 4 bzw. zum Tragrahmen 6 gleich groß (a = b = c = d), so variieren diese Abstände in 3. Geht man ausgehend von 2 von einer Wellenerzeugung beispielsweise durch ein Schiff oder durch Wind aus, so heben und senken sich, wie in 3 gezeigt, die einzelnen Schwimmkörper 2 angetrieben durch die Wellenenergie mit dem Wellenberg vertikal nach oben und sinken hinter der Welle ins Wellental wieder ab.
-
Das Huberhaltungssystem 8 lässt hierbei leicht erkennen, dass insgesamt die Beträge der aufwärts gerichteten Bewegungen gleich den Beträgen der abwärts gerichteten Bewegungen ist, bzw. diesen entsprechen muss, da die Seillänge des Seiles 16 unverändert ist. Das Huberhaltungssystem 8 übt weiterhin über die Hubstangen 3 eine für jeden Schwimmkörper 2 gleich hohe konstante Haltekraft auf die einzelnen Schwimmkörper 2 aus, jedoch ist die Aufstandsfläche, d. h. die Flüssigkeitsoberfläche 10 nun wellenförmig ausgebildet, sodass die einzelnen Schwimmkörper eine variable relative Position zum Tragrahmen 3 einnehmen. Die Haltekräfte, die durch das Huberhaltungssystem 8, hier durch die Spannung im Seil 16 erzeugt werden, drücken die Schwimmkörper 2 immer mit der gleichen Kraft auf die Flüssigkeitsoberfläche 10, sodass die Schwimmkörper 2 der vertikalen Bewegung der Flüssigkeitsoberfläche 10 folgen können. Summiert man die in 3 gezeigten Abstände a bis d und teilt diese Summe durch die Anzahl der Schwimmkörper, hier 4 an der Zahl, so ist dieser mittlere Abstand dem Betrag nach gleich einem der Abstände a bis d aus 2.
-
Wie weiter aus 3 gut erkennbar ist, sind die Hubstangen 3 entsprechend ihrer Zuordnung zu einem Wellenberg oder Wellental unterschiedlich weit über den Tragrahmen 6 noch oben hinaus ausgefahren. Lässt man die Wellen in 3 gedanklich nach rechts um eine halbe Wellenlänge fortschreiten, so werden die einzelnen Schwimmkörper 2 ihre vertikalen Positionen tauschen. Die Schwimmkörper 2, die zuvor auf einem Wellenberg Schwimmkörper 2 schwammen, befinden sind dann in einem Wellental und die, die zuvor in einem Wellental waren, befinden sind dann auf einem Wellenberg. Jedoch erkennt man aus 3, dass sich der Tragrahmen 6 mit den Linearführungen 4 nicht bewegt, da ein Absinken des in 3 ganz links gezeigten Schwimmkörpers 2 ein Anheben des zweiten von links gezeigten Schwimmkörpers 2 zulässt, ohne dass eine Höhen-Niveauänderung des Tragrahmens 6 erforderlich ist. Gleiches gilt für die anderen beiden Schwimmkörper 2. Die Abwärtsbewegung des einen Schwimmkörpers 2 wird durch die Aufwärtsbewegung eines anderen Schwimmkörpers 2 kompensiert, ohne dass hierfür eine Haltekraftänderung erforderlich ist. Der Fachmann erkennt daraus, dass bei einer Vielzahl von Schwimmkörpern 2 die Bewegungen der einzelnen Schwimmkörper 2 unter Berücksichtigung des Vorzeichens aufaddiert Null ergibt oder die Summe der einzelnen Abstände der Schwimmkörper 2 zum Tragrahmen 6 dividiert durch die Anzahl der Schwimmkörper 2 konstant bleibt. Verkürzt man gedanklich die Seillänge des Seiles 16 in 2 oder 3, so erkennt man, dass sich der Tragrahmen 6 gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche 10 anheben wird und so der mittlere Abstand des Tragrahmens 6 über der Flüssigkeitsoberfläche 10 größer wird.
-
In 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragstruktur 6 mit einem Huberhaltungssystem 8 dargestellt, wobei das Huberhaltungssystem 8 auf hydraulischen oder pneumatischen Kräften basiert. In diesem Beispiel ist jedem Schwimmkörper 2 eine Kolben-Zylinder-Einheit 26 zugeordnet, wobei die einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten 26 derart miteinander verbunden sind, dass das Fluid (Wasser, Öl, Gas, Luft oder ähnliches) über das die Krafterzeugung stattfindet, an jeder Stelle im Huberhaltungssystem 8 der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 denselben Druckwert aufweist. Somit drücken die einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten 26 den jeweils zugehörigen Schwimmkörper 2 mit gleicher Kraft auf die Flüssigkeitsoberfläche 10. Die Tragstruktur 1 mit dem Tragrahmen 6 wird über die Summe der einzelnen hydraulischen/pneumatischen Kräfte, über der Wasseroberfläche 10, d. h. der Flüssigkeitsoberfläche 10 gehalten. Geht man vom beispielhaften Idealfall aus, bei der die erfindungsgemäße Tragstruktur 1 im Wesentlichen homogen aufgebaut ist, so sind die einzelnen Hydraulikkräfte an den jeweiligen Schwimmkörpern 2 gleich hoch und entsprechen in Summe dem Gewicht der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Huberhaltungssystem 8 der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 gemäß 4 mit der Flüssigkeit gefüllt, auf der die erfindungsgemäße Tragstruktur 1 schwimmt. Soll die erfindungsgemäße Tragstruktur 1 beispielsweise im Meer schwimmen, so wird dann zum Befüllen des Huberhaltungssystems 8 bevorzugt Meerwasser verwendet. Im Betrieb bleibt die Menge des Meerwassers innerhalb des Huberhaltungssystems 8 konstant, sofern keine Leckagen auftreten. Wie aus 4 ersichtlich ist, bewirkt die Bewegung des ganz links gezeigten Schwimmkörpers 2 eine gegengleiche Bewegung zweiten von links gezeigten Schwimmkörper 2, da die von der Kolben-Zylinder-Einheit 26 des ersten Schwimmkörper 2 verdrängte Fluidmenge zur Abwärtsbewegung des zweiten Schwimmkörpers 2 in dessen Kolben-Zylinder-Einheit 26 benötigt wird (Druckgleichheit im gesamten Huberhaltungssystem!). Insgesamt ergibt auch hier die Summe der Verschiebewege unter Berücksichtigung ihrer Vorzeichen den Wert 0. Über die Fluidmenge innerhalb des Huberhaltungssystems 8 kann die Niveauhöhe der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 über der Flüssigkeitsoberfläche 10 eingestellt werden, womit die erfindungsgemäße Tragstruktur 1 flexibel auf die jeweilige Wellenhöhe anpassbar ist. Die Fluidmenge im hydraulischen Huberhaltungssystem 8 gemäß 4 entspricht dabei der Länge des Seil 16 bzw. des Gurts 16 des Ausführungsbeispiels gemäß 3. Über den Druck im hydraulischen/pneumatischen Huberhaltungssystem 8 gemäß Ausführungsbeispiel der 4 läßt sich die Tragfähigkeit der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 einstellen. Dies lässt sich bei geeigneter Ausführung auch lokal begrenzt für eine Gruppe von Schwimmkörper ausführen, um beispielsweise einen Schiefstand bei einseitiger Belastung zu vermeiden.
-
Die in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind jedoch nur beispielhaft für die erfindungsgemäße Tragstruktur 1, bei der die auf die Schwimmkörper 2 in Richtung der Wasseroberfläche 10 konstant gehaltene Kraft elektrisch, mechanisch, pneumatisch bzw. hydraulisch erzeugt wird. Selbstredend können hier auch elektrisch-hydraulische Systeme oder pneumatisch-mechanische Systeme o. ä. zum Einsatz kommen, die die Kraft, mit der die Schwimmkörper 2 vom Tragrahmen 6 weggedrückt werden, über den gesamten mögliche Hubweg der Schwimmkörper konstant halten oder nahezu konstant halten, so dass über diese Abstützkräfte das Gewicht der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 schwimmend über einer Flüssigkeitsoberfläche 10 gehalten werden kann. Hierbei kann auch an ein mechanisches Brems-/Antriebssystem nachgedacht werden.
-
Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Tragstruktur 1 ein System bereitgestellt, bei der die Kräfte zum Aufrechterhalten der schwimmenden Lagerung der Tragstruktur 1 in einem definierten Abstand über einer Wasseroberfläche 10 entkoppelt sind von der Relativbewegung der Schwimmkörper 2 zu ihren jeweiligen Führungen 4 bzw. zum Tragrahmen 6 der Tragstruktur 1, wodurch eine agilere vertikale Bewegungsnachführung der Schwimmkörper 2 zu einen Wellendurchgang ermöglicht wird, um so Totzeiten, bei denen die Schwimmkörper 2 von der Wasseroberfläche 10 abheben oder zu tief in das Gewässer eintauchen, weitestgehend vermieden werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Tragstruktur
- 2
- Schwimmkörper
- 3
- Hubstange
- 4
- Linearführung
- 5
- Verstrebung
- 6
- Tragrahmen
- 8
- Huberhaltungssystem
- 10
- Flüssigkeitsoberfläche
- 12
- erste Umlenkrollen
- 14
- zweite Umlenkrollen
- 16
- Seil/Gurt
- 18
- Seilende/Gurtende
- 22
- Zylinder
- 24
- Kolben
- 26
- Kolben-Zylinder-Einheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008048730 B1 [0001, 0003, 0012, 0022]
