DE102008056004A1 - Vorrichtung mehrarmige zweiseitig angetriebene horizontal arbeitende Strömungskreisel, montiert in den Etagen eines Stahlskelettturmes - Google Patents

Abstract

Diese Vorrichtung dient der Umsetzung von fließenden Luft- oder Wasserströmungen in einer Drehbewegung zur Energiegewinnung in Form von E-Strom, Luftdruck etc. zur weiteren Nutzung. Der jeweilige Strömungsdruck wird gleichzeitig von zwei sich gegenüberliegenden Seiten der jeweils in pro Etage des Stahlskelettturms (der Pos 2) separat eingebauter Strömungskreisel (der Pos 1) von deren Ruderblättern 1 bis 5 (der Pos 3, 3' bis 3''''), die durch eine gelenkige Befestigung an den dazugehörigen Rotorarmen (der Pos 5, 5' bis 5'''') befestigt sind und von Pendelstoppern (der Pos 4, 4' bis 4'''') mit Stoppbolzen (der Pos 7, 7' bis 7'''') in vorgegebener winkeliger Stellung zum jeweiligen Rotorarm gehalten werden und so den Strömungsdruck einfangen und auf die vertikal eingebaute Antriebswelle (der Pos 6) in einer umlaufenden Drehbewegung zur weiteren Nutzung übertragen. Die Stoppbolzen (der Pos 7, 7' bis 7'''') haben Mehrfachfunktionen, sind Haltebolzen der Pendelstopper, sind Überlastsicherungsbolzen gegen zu hohen Strömungsdruck, dienen der manuellen Abschaltung für Inspektionen etc. und werden vom Druckzylinder (der Pos 8) gesteuert.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines zweiseitig angetriebenen, horizontal arbeitenden Strömungskreisels zur Umsetzung von Luft- und Wasserströmungen mit wechselnden Fließrichtungen in eine umlaufende Drehbewegung einer Antriebswelle.
• Ähnliche Vorrichtungen sind in der Windenergiegewinnung nach dem Windmühlenprinzip sowie bei der Energiegewinnung aus Wasserkraft bekannt, weisen aber erhebliche Nachteile in der Weise auf, dass bei Luftströmungen nach dem Windmühlenprinzip durch die Schrägstellung der Flügel zur Strömungsrichtung es den auf einer Antriebswelle befestigten Flügeln das Rotieren aus der Schubkraft der Windströmung erst ermöglichen, aber durch das Schneiden der Luftströmungen aus der Rotation durch die Schrägstellung der Flügel auf der Rückseite gleichzeitig erheblichen Gegendruck erzeugen, wodurch der zuvor gewonnene Wirkungsgrad um ca. 30 bis 40% reduziert wird, geschweige denn vom Kostenaufwand bei kleinsten Reparaturen, (z B. Auswechslung eines defekt gewordenen Lagers) kann von einer Wirtschaftlichkeit in der Energiegewinnung keine Rede mehr sein. Der Energiegewinnung aus Wasserkraft auf bisherige Weise über Turbinen, Propeller etc. sind in Deutschland doch enge Grenzen gesetzt, weil für den Antrieb durch diese Technik bei nur einem bar Wasserdruck bereits eine Wassersäule von zehn Meter erforderlich ist, das bedeutet, dass es nur in solchen Gegenden möglich ist, wo ohne große Einschnitte in die Natur ein Staudamm in erforderlicher Höhe für einen Stausee errichtet werden kann und mit entsprechend Wasser führenden natürlichen Wasserläufen die Speisung des Stausees dauerhaft gewährleistet ist.
• Die Erschließung einer unerschöpflichen Energiequelle für Energiegewinnung durch Wasserkraft versetzt die Bevölkerung in Deutschland in die Lage, die an den Küsten der offenen See aus natürlichen Wasserströmungen der Gezeiten durch das Zu- und Abfließen der Unmengen von Wasser in den Mündungen zu Buchten und Flüssen mit einem mittleren Tidenhub von ca. drei Meter soviel Energie CO2-frei zu erzeugen, dass man allen Haushaltungen und der Industrie in der gesamten Bundesrepublik Deutschland zusammen mit der aus Luftströmungen gewonnenen Energie mit Strom und Brennstoffen (letzteres in Form von Wasserstoff) eine Versorgung dauerhaft sichern kann. Leider war es bisher mit den uns gewohnten verfügbaren Techniken wohl nicht möglich, die uns von der Natur zur Verfügung stehenden unerschöpflichen Energiequellen wirtschaftlich und umweltschonend nutzbar zu machen.
• Die eingangs genannte Erfindung betrifft eine Vorrichtung, der die Aufgabe zugrunde liegt, die Bevölkerung und die Industrie aus den unerschöpflichen Energiequellen mit umweltfreundlichen CO2-frei gewonnenen und weiter CO2-frei verwertbaren Energien zu versorgen.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass dieser Strömungskreisel in horizontaler Lage arbeitet und zeitlich bedingt durch die jeweils aus einer Richtung fließende Strömung an zwei sich gegenüberliegenden Seiten aus dem Schub von Luft- und Wasserströmungen, ohne Gegendruck aus der Fließrichtung, gleichmäßig angetrieben wird.
• Der zweiseitige Antrieb des mehrarmigen Strömungskreisels wird dadurch erreicht, dass durch die technische Befestigung des jeweiligen Ruderblattes, vertikal, einseitig oben und unten, schwenkbar mit drehbaren Gelenken an den jeweiligen äußeren Enden der horizontal übereinander liegenden Rotorarme, deren vertikaler Abstand durch die Höhe des Ruderblattes bestimmt wird, entsprechend montiert sind. Die Rotorarme sind wiederum am anderen Ende mit der vertikal montierten Antriebswelle für deren Antrieb entsprechend fest verbunden.
• Die Richtungsänderungen der jeweiligen Ruderblätter erfolgen automatisch durch den Schub der Strömung mehrfach während einer Umdrehung durch die Rotation des Strömungskreisels. Die jeweilig verschiedenen Richtungsstellungen der einzelnen Ruderblätter während der Drehung des Strömungskreisels sind für die verschiedenen Antriebssysteme der sich gegenüberliegenden Seiten erforderlich sowie dem auf bestimmten Strecken auftretenden Gegendruck durch die Drehung gegen die Strömung deren Abbremsung wirkungslos zu machen. Die eine Seite des Strömungskreisels wird durch den direkten Schub der Strömung auf die jeweiligen Ruderblätter in Fließrichtung geschoben, die gegenüberliegende Seite gleichzeitig durch selbigen Schub über Seitendruck auf die jeweiligen Ruderblätter, gegen die Fließrichtung geschoben. Durch diese Art zweiseitiger Antrieb wird erreicht, dass der Strömungskreisel durch die Schubkräfte der Strömung eine doppelte Antriebskraft erhält und die vertikal montierte Antriebswelle durch das Rotieren keinerlei Seitendruck ausgesetzt wird.
• Die jeweilig vorgegebenen Richtungsstellungen der Ruderblätter auf vorbestimmte Umdrehungsstrecken des Strömungskreisels während der Rotation werden mindestens durch einen Pendelstopper je Ruderblatt solange in den vorgegebenen Richtungen gehalten, bis andere erforderlich werden.
• Jeder Pendelstopper hat mindestens zwei Funktionen und wird mindestens durch einen Stoppbolzen in seiner starren Haltung gehalten. Die erste Funktion ist, das jeweilige Ruderblatt während des Rotierens des Strömungskreisels in der vorgegebenen Richtungsstellung entsprechend zu halten. Die zweite Funktion als Pendel tritt schon bei einer Überbelastung eines Ruderblattes durch Schubströmungen auf das Signal des Strömungsmessers an den Druckzylinder in Aktion.
• Alle Stoppbolzen der Pendelstopper eines Strömungskreisels sind in einer jeweiligen Stoppvorrichtung als bewegliche Stoppbolzen entsprechend montiert, dass sie über eine mechanische Hebevorrichtung durch einen elektronisch gesteuerten Druckzylinder auf Grund des Signals des Strömungsmessers als auch per Handschaltung aus der jeweiligen Stoppvorrichtung angehoben werden und somit die Pendelstopper aus der starren Verankerung zu Pendeln umfunktioniert und somit den Ruderblättern die Möglichkeit geben, sich aus der Strömungsrichtung herauszudrehen. Der Strömungskreisel wird durch die fehlende Antriebskraft zum Stillstand gebracht.
• Der eingangs genannte Strömungskreisel wird als Kleinanlage für die Versorgung einzelner Objekte auf einem eigens dafür konzipierten ausfahrbaren Mast in entsprechender Größe und Leistung hergestellt und montiert.
• Für die in den vorstehenden Abschnitten erwähnten Energiegewinnungen aus Strömungen von Luft und Wasser über Großanlagen werden je Anlage mehrere der vorerwähnten Strömungskreisel in einem Stahlskelettturm den technischen und wirtschaftlichen Berechnungen entsprechend, errichtet. Da bei einem Antrieb durch Luftströmungen nach oben hin ausreichend Platz für entsprechende Anzahl Etagen, hingegen der Antrieb durch Wasserströmungen der Gezeiten bei einem Tidenhub von ca. drei Meter lediglich Platz nach unten für eine Etage zur Verfügung steht, wurde der jeweilige Stahlskelettturm in Etagenbauweise exakt so konzipiert, weil
• a. jeweils pro Etage ein separat arbeitender Strömungskreisel montiert ist,
• b. jeder Strömungskreisel ein separate Antriebsachse hat, die ihm unten und oben durch eine gelagerte Verankerung mit der Deckenkonstruktion des Stahlskelettturmes die erforderliche Standfestigkeit und Halterung verleiht,
• c. jede Etage über einen Fahrstuhl und über eine Treppe zugänglich ist,
• d. jeder Strömungskreisel einer jeden Etage separat für Inspektionen, Reparaturen etc. geschaltet werden kann,
• e. der Strömungskreisel, dessen Antrieb durch die Wasserströmung aus Gezeiten erfolgt, in selbiger Ausführung als in den oberen Etagen, deren Antrieb aus Luftströmung gespeist wird, hergestellt, aber in einer Etage unterhalb der Plattform des Erdgeschosses auf einer entsprechenden aus flutfähigen Luftpontons zusammengefügten schwimmenden Plattform montiert ist,
• f. die in e. erwähnte schwimmende Plattform, die sowohl als Arbeitsplattform für die Montage als auch den späteren Inspektionen etc. oberhalb der Wasserfläche dient, aber auch gleichzeitig die Trage- und Halteplattform für den in e. erwähnten montierten Strömungskreisel bildet,
• g. durch die in e. erwähnte schwimmende Plattform mit dem darauf montierten Strömungskreisel durch teilweises Fluten der Pontons eine Absenkung in vorgegebene Höhe für den Antrieb des Strömungskreisel in der Wasserströmung erreicht wird,
• h. durch Wasserströmungen die in g. erwähnte Plattform abtreibt, jedoch die Auf- und Abwärtsbewegungen durch Gezeiten und für die in f. erwähnten Montagen und Inspektionen erhalten bleiben müssen, erfolgt eine entsprechende Verankerung über Gleitschienen im Verbund mit den Fundamentsäulen des Stahlskelettturmes, damit gleichzeitig die Halterung und Standsicherheit gewährleistet bleibt,
• i. durch Einsparen des Eigengewichtes die Rotorarme des Strömungskreisels ebenfalls aus leichtem Material hergestellt werden, sind aus statischen Gründen unter den Rotorarmen Stützrollen montiert, deren Abstützungen sich auf Gleitschienen befinden, die wiederum über Stahlwinkel mit den aufgehenden Stahlsäulen des Stahlskelettturmes fest verbunden sind und somit eine nach unten strebende Verbiegung des Strömungskreisels verhindert wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich die erfinderischen Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
• 1: eine Draufsicht einer Vorrichtung eines zweiseitig angetriebenen horizontal arbeitenden Strömungskreisels zur Umsetzung von Luft- und Wasserströmungen mit wechselnden Fließrichtungen in einer umlaufenden Drehbewegung einer Antriebswelle.
• 2: eine Teilansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 1 in einem Querschnitt.
• 1 ist eine Draufsicht einer Vorrichtung eines mehrarmigen zweiseitig angetriebenen horizontal arbeitenden Strömungskreisels Pos. 1 in einem mehrgeschossigen Stahl skelettturm Pos. 2, zur Umsetzung von Luft- und Wasserströmungen mit wechselnden Fließrichtungen in einer umlaufenden Drehbewegung einer Antriebswelle Pos. 6 dargestellt. An der Antriebswelle Pos. 6 sind Rotorarme Pos. 5, 5', 5'' 5''' 5'''' starr befestigt. An den Rotorarmen Pos. 5, 5', 5'', 5''', 5'''' sind die jeweiligen Ruderblätter Pos. 3, 3', 3'', 3''', 3'''' gelenkig montiert. Die gelenkig montierten Ruderblätter Pos. 3, 3', 3'', 3''', 3'''' werden von Pendelstoppern Pos. 4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4''''', 4'''''', 4''''''', 4'''''''', 4''''''''' in den jeweilig vorgegebenen Schwenkrichtungen gehalten. Die Doppelfunktion der Pendelstopper Pos. 4, 4', 4'', 4''', 4'''', 4''''', 4'''''', 4''''''', 4'''''''', 4''''''''' wird mechanisch von einem Druckzylinder Pos. 8 über die Stoppbolzen Pos. 7, 7', 7'', 7''', 7'''', 7''''', 7'''''', 7''''''', 7'''''''', 7''''''''' entsprechend gesteuert.
• 2 zeigt eine Teilansicht der Ausführung gemäß 1 in einem Schnitt A-A. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugzahlen bezeichnet. 2 lässt erkennen, dass der Stahlskelettturm Pos. 2 das umfassende Stahlgerippe des Strömungskreisels Pos. 1 als wesentlichen Bestandteil darstellt.

Claims (7)

1. Vorrichtung mehrarmige zweiseitig angetriebene horizontal arbeitende Strömungskreisel, montiert in den Etagen eines Stahlskelettturmes, zur Umsetzung von zeitlich in einer Richtung fließenden Luft- oder Wasserströmungen in eine umlaufende Drehbewegung einer Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils pro Etage des Stahlskelettturmes Pos. 2 ein separat horizontal arbeitender Strömungskreisel Pos. 1 mit einer eigenen vertikal eingebauten Antriebswelle Pos 6, dessen Enden durch eine gelagerte Verankerung mit den Deckenkonstruktionen unten und oben entsprechend montiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Pos. 1 dargestellte Strömungskreisel mehrere horizontal liegende Rotorarme der Pos. 5, 5' bis 5'''' hat, deren freie Enden mit der vertikal eingebauten Antriebswelle der Pos 6 fest verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotorarm mindestens mit einem Ruderblatt der Pos. 3, bis 3'''' einseitig gelenkig verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ruderblatt Pos 3, 3' bis 3'''' mindestens zwei Pendelstopper Pos. 4, 4' bis 4''''''''' an zwei verschiedenen Stellen hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilig vorgegebene Stellungsrichtung des jeweiligen Ruderblattes von mindestens einem Pendelstopper Pos. 4, 4' bis 4''''''''' gehalten wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pendelstopper Pos 4, 4', bis 4''''''''' über einen separat montierten Stoppbolzen Pos. 7, 7' bis 7''''''''' verfügt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stoppbolzen 7, 7' bis 7''''''''' der Pendelstopper 4, 4' bis 4''''''''' jeweils für einen Kreisel Pos 1 von einem Druckzylinder Pos 8 elektronisch gesteuert werden.