DE2850293A1 - Vorrichtung zur umwandlung der energie von meereswellen in elektrische energie - Google Patents

Vorrichtung zur umwandlung der energie von meereswellen in elektrische energie

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DE2850293A1 DE19782850293 DE2850293A DE2850293A1 DE 2850293 A1 DE2850293 A1 DE 2850293A1 DE 19782850293 DE19782850293 DE 19782850293 DE 2850293 A DE2850293 A DE 2850293A DE 2850293 A1 DE2850293 A1 DE 2850293A1
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Description

Vorrichtung zur Umwandlung der Energie von Meereswellen in elektrische Energie-. '
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung der Energie von Meereswellen in elektrische Energie. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Wellenbewegung des Meeres zu schaffen, die einen ausreichend guten Wirkungsgrad mit einfacher Konstruktion und Wartung verbindet.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verankerungsmittel ein Seil, während die Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der Bewegung der Plattform in die Drehbewegung der Welle ein Seilrad umfaßt, das auf der genannten Drehwelle montiert ist und über das. das genannte Seil verläuft. "
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in Betrieb ist, bewirkt die aus der natürlichen Wellenbewegung des Meeres resultierende vertikale Wanderung der Plattform eine Drehbewegung der Welle, die ihrerseits den Generator zur Abgabe einer elektrischen Ausgangsleistung antreibt.
Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
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Fig. 1 zeigt einen vertikalen Teilschnitt einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung.
Mit 4 ist eine schwimmende Plattfo'rm bezeichnet, die ein aus mit Glasfibern verstärktem Kunststoff bestehendes Gehäuse besitzt, dessen Innenraum mit einem ausgeschäumten Kunststoffmaterial gefüllt ist. Die Herstellung derartiger Schwimmkörper ist aus der Herstellung von Freizeit-Wassersportgeräten bekannt. Die Plattform 4 besitzt eine im wesentliche zylindrische Gestalt, wobei die Zylinderachse während des Schwimmens vertikal ausgerichtet ist. Der Durchmesser der Plattform 4 beträgt beispielsweise etwa 4 m, seine Gesamthöhe beträgt etwa o,5 m.
Der obere Teil der Plattform trägt ein Gerät zur Energieumwandlung. Dieses beinhaltet eine Seilscheibe 6, die auf einer mit einer Freilaufkupplung 8 verbundenen Drehwelle 18 montiert ist. Die Drehwelle18 ist mit einem in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Übersetzungsgetriebe gekuppelt das eine Ausgangsdrehzahl liefert, die größer ist als die über die Freilaufkupplung 8 eingebene Eingangsdrehzahl. Das Übersetzungsgetriebe 10 besitzt eine Abtriebswelle 53» auf der ein Schwungrad 11 montiert ist. Die Abtriebswelle 53 treibt einen elektrischen Generator 12.
Der obere Teil der schwimmenden Plattform 4 trägt ein erstes Lagerbügelpaar 14 und 16 zur Lagerung der Drehwelle · 18, auf der die Seilscheibe 6 verkeilt ist. Die Freilaufkupplung 8 kuppelt die Drehwelle 18 mit einem ersten Zahnrad 20, das auf der Drehwelle 18 gelagert ist und einen Bestandsteil des Übersetzungsgetriebes 10 bildet.
Die Freilaufkupplung 8 ist so angeordnet, daß das Zahnrad 20 mit der Seilscheibe 6 verbunden ist, wenn letztere in einer ersten Richtung rotiert. Wenn die Seilscheibe 6 Μη
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gegen in der entgegengesetzten Richtung rotiert, ist die Verr bindung zwischen ihr und dem' Zahnrad 20 gelöst. Die Kupplung 8 ist außerdem so ausgebildet, daß die Verbindung zwischen der Seilscheibe 6 und dem ersten Zahnrad 20 des Übersetzungsgetriebes 10 gelöst wird, wenn ein vorbestimmtes Grenzdrehmoment überschritten wird.
i -
In der Ringnut der Seilscheibe 6 läuft ein Seil 21, das mit einem Ende an einem auf dem Meeresboden liegenden Ankerblock befestigt ist und dessen anderes Ende mit einem"untergetauchten Gegengewicht 24 verbunden ist, so daß Triftbewegungen der schwimmenden Plattform 4 verhindert werden und eine konstante Zugspannung in dem Seil 21 gewährleistet ist. * '.
Das Seil 21 verläuft ferner durch zwei in der schwimmenden Plattform 4 angebrachte Durchbrüche 26 und 27 sowie durch zwei hohle vertikale Führungszylinder 30 und 32. Das Gegengewicht 24 ist in einem der Zylinder, nämlich dem Zylinder 32, frei bewegbar. Die beiden Führungszylinder 30 und 32 hängen unter der schwimmenden Plattform und sind miteinander durch an ihnen befestigte querlaufende Traversenteile 34 verbunden. Ein durch eine Bohrung 38 der Plattform 4 laufendes Seil 36 dient zur Aufhängung der beiden Führungszylinder 30 und 32 unter der Plattform 4. Ein Ende des Seiles 36 ist an der schwimmenden Plattform 4 angebunden, während sein anderes Ende an dem obersten der die Führungszylinder 30 und 32 miteinander verbindenden Traversenteile 34 befestigt ist.
Zwei den Bügeln 14· und 16 gleichende aufrechtstehende La- ■ gerbügel 40 und 42, die auf der Oberseite der schwimmenden Plattform 4 befestigt sind, dienen zur Lagerung einer Welle 44, auf der ein zweites und ein drittes Zahnrad 46 bzw. 48 des Übersetzungsgetriebes 10 verkeilt sind. Ein weiteres auf der Oberseite der schwimmenden Plattform -4 .befestigtes Paar von Lagerbügeln 50 und 52 dienen zur Lagerung der Abtriebswelle 53» auf der ein viertes Zahnrad 54 des Übersetzungsgetriebes, das Schwungrad 11 sowie der Rotor 60 des
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elektrischen Generators 12 verkeilt sind. Das erste und zweite Zahnrad 20 und 46 des Übersetzungsgetriebes 10 sowie das dritte und vierte Zahnrad 28 und 54 sind jeweils durch endlose Zahnriemen 56 bzw. 58 drehfest miteinander gekuppelt. Jedem der beiden Zahnriemen 56 und 58 ist zur Einhaltung einer gewünschten Spannung jeweils ein (nicht dargestellter) Riemenspanner zugeordnet.
Die Seilscheibe 6, die Zahnräder 20, 46, 48 und 54 des Übersetzungsgetriebes 10, das Schwungrad 11 und.der Rotor 60 des elektrischen Generators 12 sind mit den entsprechenden WeI-. len durch eine Reihe von Paßfedern drehfest verbunden, die in entsprechende Nuten der Wellen und Räder bzw. Scheiben, eingefügt sind.
Im folgenden sei die Wirkungsweise der Vorrichtung näher erläutert: -
Die von der Wellenbewegung verursachtenAufwärts-bewegungen der schwimmenden Plattform 4 sind im folgenden als Arbeitszyklen bezeichnet. Wenn die schwimmende Plattform 4 unter der Wirkung der Wellenbewegung nach oben steigt, wird das Seil 21 in der Bohrung 26 nach unten gezogen und verdreht die Seilscheibe 6 (gemäß der Darstellung in Fig. 1) im Uhrzeigersinn. Die Rotation der Zahnscheibe 6 wird über die Freilaufkupplung 8 auf das erste Zahnrad 20 des Übersetzungsgetriebes 10 übertragen und bewirkt eine Rotation der anderen drei Zahnräder 46, 48 und 54 des Übersetzungsgetriebes 10 mit entsprechend erhöhter Winkelgeschwindigkeit. Die Abtriebswelie 53 des Übersetzungsgetriebes 10 treibt das Schwungrad 11 und den Rotor 60 des elektrischen Generators 12 an, wobei das Schwungrad 11 als Speicher für die ihm mitgeteilte ki-netische Energie dient, während die Rotation des Rotors60 in dem Stator des elektrischen Generators 12 die Drehbewegung der Welle 53 in elektrische Energie umwandelt.
Wenn die schwimmende Plattform 4 unter dem Einfluß der Wellen-
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- -t
bewegung nach unten sinkt,, zieht das Gegengewicht 24 das Seil 21 durch die Öffnung 23 nach unten, so daß die Seilscheibe 6 im Gegenuhrzeigersinn (Fig. 1), d.h. in einer Richtung rotiert, die der Drehrichtung bei der.Aufwärtsbewegung der schwimmenden Plattform 4 entgegengesetzt ist. Bei der Rotation der Seil-_ scheibe 6 im Gegenuhrzeigersinn übt die Kupplung 8 ihre Freilaufwirkung aus, so daß die Drehbewegung der Seilscheibe 6 nicht an das Übersetzungsgetriebe 10 oder den mit ihm verbundenen elektrischen Generator 12 weitergegeben wird.
Die anfängliche Rotationsbewegung, die den Rotor 60 des Generators 12 während der Aufwärtsbewegung der schwimmenden Plattform 4 durch die Wellenbewegung des Meeres mitgeteilt wurde, würde aufhören, wenn während der folgenden Abwärtsbewegung der Plattform 4 über die Kupplung 8 kein Drehmoment mehr übertragen wird. Die während der Aufwärtsbewegung der Plattform 4 in-dem Schwungrad 11 gespeicherte kinetische Energie bewirkt jedoch, daß die Welle 53 weiter rotiert,wenn die Kupplung 8 freiläuft. Dadurch rotiert der Rotor 60 des Generators 12 in gleicher Richtung weiter. Der Generator 12 erzeugt infolge/dessen eine kontinuierliche elektrische Ausgangsleistung, wobei'seine Energie von den nach oben gerichteten Komponenten der auf die schwimmende Plattform übertragenen Wellenbewegung bezieht, während das Schwungrad 11 dazu dient, den zyklischen Antrieb, der dem.Rotor 60 durch dieT se Wellenbewegungen mitgeteilt wird, gewissermaßen zu glätten.
Die Ausgangsenergie des..Generators 12 wird zu einem (nicht dargestellten) Verbraucher übertragen.
Für einen optimalen Betrieb sollte die Vorrichtung in einer Wassertiefe von mehr als 50 m arbeiten. Dadurch wird vermie- den, daß starke Brandungswellen über die Vorrichtung brechen und Schaden verursachen. _ . -
Wenn die Wellenbewegung gering ist und die Durchschnittshöhe der Meereswellen niedriger ist als die für den optimalen Be-
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trieb der Vorrichtung erforderliche-Wellenhöhe, läßt die Effizienz selbstverständlich'nach, so daß die erzeugte elektrische Energie entsprechend schwächer ist.
Falls umgekehrt die Vorrichtung in einer schweren See ar- _ beiten muß, in der die Durchschnittshöhe der Wellen größer ist als die dem optimalen Betrieb der Vorrichtung -entsprechende Wellenhöhe, sind mögliche Schäden dadurch vermieden, daß die Kupplung-8 die Verbindung zwischen der Seilscheibe 6 und dem ersten Zahnrad 20 des Übersetzungsgetriebes 10 automatisch unterbricht, sobald sie einem Drehmoment ausgesetzt ist, welches das vorbestimmte Grenzdrehmoment überschreitet. Dadurch werden das Übersetzungsgetriebe 10 und. der Rotor des Generators 12 vor übermäßigen Beanspruchungen geschützt.
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Claims (16)

  1. P 3 t ■-» η t a η 3·ο r ü ο h -3
    ( 1 Λ Vorrichxung zur Umwandlung der Energie von Meersswellen in elektrische Energie gekennzeichnet durch
    - eine schwimmende Plattform 4, die ia Betriebszustand der Vorrichtung mit Hilfe eines Verankerungsinittels (21) dynamisch an einer auf dem Meeresgrund befindlichen Masse (22) verankert ist, wobei das Verankerungsmittel (21) mit einer auf der Plattform (4) befindlichen Umwandlungseinrichtung (6) zur Umwandlung der relativ zu dem Verankerungsmittel (21) linearen Bewegung · der Plattform (4) in eine Drehbewegung einer Welle. (18) zusammenwirkt, sowie durch
    - einan auf aer Plattform (4) montierten elektrischen Generator (12), der über dia Welle (13) ar.treibbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Verankerungsmittel (21) ein Seil (21) beinhaltet und daß die Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung der Bewegung der Plattform (4) in eine Rotationsbewegung der Welle (18) eine auf der genannten Welle (18) montierte Seilscheibe (6) umfaßt, über die das genannte Seil (21) läuft.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Seilscheibe (6) und dem Generator (12) eine Freilaufkupplung (9) angeordnet ist, derart daß dem Generator (12) unmittelbar Antriebsenergie nur dann zugeführt wird, wenn sich das Seil (21) relativ zu der Plattform (4) in einer Richtung bewegt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilscheibe (6) über ein Übersetzungsgetriebe (10) mit dem Generator (12) verbunden ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-
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    net, daß das Übersetzungsgetriebe (10) mit dem Generator ._ (12) über eine Abtriebswelle (53) verbunden ist, auf der sin Schwungrad (11) montiert ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzäichnet, daß das Übersetzungsgetriebe eine Mehrzahl von Zahnrädern (20, 46, 48, 54) besitzt, die paarweise untereinander durch endlose Zahnriemen (56, 58) verbunden sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufkupplung (9) so ausgebildet ist, daß die Seilscheibe (6) bei Überschreitung eines vorbgestimmt an Grenzdrehmomentes von dem Generator (12) getrennt wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dai3 die Drehv/elle (18), auf welcher die Seilscheibe (δ) montiert ist, ein erstes Zahnrad (20) des Übersetzungsgetriebes (10) trägt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch.5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (53) das letzte Zahnrad (54) des Übersetzungsgetriebes (10) trägt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Seilscheibe (6) tragende Drehwelle (18) und die das Schwungrad (11) tragende und den Generator (12) antreibende Abtriebswelle (53) auf Lagerbügeln (14, 16; 50, 52) gelagert sind, die auf der Plattform (4) montiert sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Ende des das Verankerungsmittel bildenden Seiles (21), das dem verankerten Ende (22) gegenüberliegt, mit einem Gegengewicht (24) verbunden ist.
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  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, da d u r c h gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (24) im Betriebszustand der Vorrichtung unterhalb der Plattform (4) in das Meerwasser eingetaucht ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (21) an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Seilscheibe (6) in zwei Hohlzylindern (30,32) geführt ist, -deren Achsen vertikal ausgerichtet sind und die von der Plattform (4) getragen sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (24) in einem der als Führung ausgebildeten Hohlzylinder (32) beweglich angeordnet ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungszylinder (30, 32) unterhalb der Plattform angeordnet sind und beim Betrieb der Vorrichtung in das Meerwasser eintauchen.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungszylinder (30, 32) durch Traversenteile, die die Führungszylinder parallel im Abstand voneinander halten, fest miteinander verbunden sind.
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