DE29517886U1

DE29517886U1 - Boje mit eigener Energieversorgung

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Publication number: DE29517886U1
Application number: DE29517886U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2005-11-03

Description

Patentanwälte ···* '

Dipl.-Ing. Siegfried Schirmer, Bielefeld · Dipl.-Ing. Volker Specht, Berlin

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271/41-3 31.10.1995

Deutsche Gebrauchsmusteiranmeldung Anmelder: Dipl.-Ing. Matthias Wrona-Charle

Schlehdornsteig 5 14129 Berlin

Dipl.-Ing. Bernt Geerken Nordstraße 6

27404 Nartum

Boje mit eigener Energieversorgung

Die Erfindung betrifft eine Boje mit eigener Energieversorgung durch eine Strömungskraftmaschine, mit einem durch die mechanische Energie des strömenden Wassers um eine senkrechte Achse rotierenden Laufrad mit senkrecht in das Wasser ragenden Turbinenschaufeln.

Bei strömungsgetriebenen Bojen erfolgt die Erzeugung der zur Fahrwasserbefeuerung und zum Betrieb als Meßstation erforderlichen elektrischen Energie unter Ausnutzung der durch Flüsse und Gezeiten annähernd konstant zur Verfügung stehenden mechanischen Energie des strömenden Wassers, indem ein durch die Strömung in Drehung versetztes Laufrad einen Generator antreibt.

Bekannt ist beispielsweise eine Boje, deren Strömungskraftmaschine ein sich um eine waagerechte Achse drehendes Schraubenrad umfaßt, das in einem innerhalb des Auftriebskörpers der Boje ausgebildeten Strömungskanal vorgesehen ist. Der Einsatz dieser Boje erfordert eine bestimmte

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Mindestwassertiefe, um einen möglichst großen Schraubenraddurchmesser zur Nutzung der Strömungsenergie anwenden zu können und außerdem Verstopfungen im Strömungskanal vermeiden zu können.
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Des weiteren wurde bereits eine strömungsgetriebene Boje vorgeschlagen, deren Strömungskraftmaschine als Flügelradturbine mit einem um eine senkrechte Achse drehbaren Flügelrad (Laufrad) und an dessen Umfang angeordneten, senkrecht in das Wasser ragenden Turbinenflügeln (Schaufeln) ausgebildet ist. Die Turbinenflügel sind im wesentlichen als schmale rechteckige, an dem Laufrad um senkrechte Achsen mittig schwenkbare Platten ausgeführt. Der Anstellwinkel der Turbinenflügel wird entsprechend ihrer durch die Drehung des Flügelrades veränderlichen Position durch einen Steuermechanismus laufend geändert, um dadurch eine optimale Antriebswirkung durch die Strömung zu erreichen. Zwar ist mit dieser Strömungskraftmaschine eine optimale Nutzung der mechanischen Energie des Wassers und damit eine ausreichende Bereitstellung elektrischer Energie möglich, jedoch ist der für die Einstellung des Anstellwinkels der schwenkbaren Turbinenfügel vorgesehene, mit einer Mehrzahl von Lagern und Gelenken ausgerüstete Steuermechanismus, der zudem kompliziert aufgebaut und aufwendig in der Herstellung ist, ständig dem Wasser und den darin enthaltenen Schmutzpartikeln ausgesetzt, so daß es zu Funktionsstörungen und zu einer Verringerung der Standzeit kommen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Boje der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß deren Strömungskraftmaschine bei ausreichender Energiebereitstellung einfach herstellbar ist und auch unter den rauhen Betriebsbedingungen in der Strömung von Flüssen und

Gezeiten ein störungsfreier Betrieb und eine hohe Standzeit erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Boje gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 in der Weise gelöst, daß das Laufrad aus zwischen parallelen, im Abstand angeordneten Laufradplatten winklig zueinander und starr angebrachten Schaufelblechen gebildet ist, wobei die Schaufelbleche zur Bildung eines zentralen Durchströmbereichs für das Wasser im Abstand zur Mittellinie des Laufrades angebracht sind.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht mithin in einer Kombination von Widerstandsturbine und Durchströmturbine, wobei das strömende Wasser zunächst auf ein Schaufelblech auftrifft und ihm ein Teil seiner mechanischen Energie entzogen wird, beim Durchströmen durch den freien mittleren Raum des Laufrades auf ein weiteres Schaufelblech geleitet wird und dem Laufrad einen zusätzlichen Bewegungsimpuls erteilt und schließlich auf der anderen Seite wieder aus dem Laufrad austritt.

Der Vorteil dieser Lösung liegt in dem unkomplizierten, robusten Aufbau. Das Laufrad ist einfach herzustellen, verfügt über höchstens ein dem Wasser ausgesetztes Lager und keine weiteren beweglichen und damit störanfälligen Bauteile. Dabei ist über einen langen Zeitraum ein störungsfreier Betrieb der Boje mit ausreichender Erzeugung elektrischer Energie gewährleistet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden mindestens zwei übereinander angeordnete Laufradhälften ein gemeinsames Laufrad, indem zwischen einer der Laufradplatten und einer dritten, zu dieser im Abstand parallelen Laufradplatte weitere Schaufelbleche wie zuvor beschrieben, jedoch

zur Erzielung eines gleichmäßigen Drehmoments zu den Schaufelblechen der benachbarten Laufradhälfte winkelversetzt, befestigt sind.

Die Laufradplatten haben eine kreisrunde Form. Zwischen zwei parallelen Laufradplatten sind jeweils drei um 120° versetzte Schaufelbleche angeordnet, wobei die Schaufelbleche der einen Laufradhälfte gegenüber denen der anderen Laufradhälfte jeweils um 60° versetzt angebracht sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung bestehen die Schaufelbleche aus einem geraden Abschnitt und einem daran anschließenden gebogenen Abschnitt, der zum Rand der Laufradplatte ausläuft, wobei die dem Wasserdruck ausgesetzte Innenseite des Schaufelblechs die mit der konkaven Fläche des gebogenen Abschnitts ist.

Die Innenseiten der Schaufelbleche sind erfindungsgemäß im Abstand vom Mittelpunkt der Laufradplatten angeordnet, und die hintere Kante des geraden Abschnitts ist von der Innenseite des jeweils folgenden Schaufelblechs ebenfalls beabstandet. Dadurch wird im zentralen Teil des Laufrades ein Durchströmungsbereich für das Wasser geschaffen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Schaufelbleche auch so angeordnet sein, daß sie mit ihren ins Laufradinnere gerichteten Enden an der die Mittelpunkte der Laufradplatten verbindenden Linie aneinanderstoßen, so daß im Innern des Laufrades kein Durchströmungsbereich gebildet wird.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete strömungsgetriebene Boje mit

Eigenenergieerzeugung durch eine Turbine;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Laufrad der Turbine längs der Linie AA in Fig. 1 mit einem im Innern der Laufrades gebildeten mittigen Durchströmungs

bereich für einen Teil des anströmenden Wassers;

Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung des Laufrades,

jedoch in einer Ausführung ohne Wasserdurch-Strömungsbereich mit mittig aneinanderstoßenden

Schaufelblechenden; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Boje nach Fig. 1,

wobei jedoch die radiale Lagerung des Laufrades oberhalb der Wasseroberfläche an der Turbinenwelle

erfolgt.

Eine Turbinenwelle 1 ist innerhalb eines im Tonnenkörper der Boje angeordneten Standrohres 3 - gelagert in einem Turbinenwellenlager 4 - geführt und an ihrem von der Wasseroberfläche entfernten Ende über ein Getriebe 5 mit einem Generator 6 verbunden. Am gegenüberliegenden wasserseitigen - Ende der Turbinenwelle 1 ist ein Laufrad 13 angebracht, das an einem zwischen dem Schutzgestänge 7 der Boje durch Haltestangen 8 fixierten Laufradlager 9 geführt ist. Das Laufrad 13 besteht aus drei parallel im Abstand zueinander angeordneten kreisrunden Laufradplatten 10, 10', wobei zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Laufradplatten 10, 10' jeweils drei um 120° zueinander versetzt ancreordnete Schaufelbleche 11, 11'

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starr befestigt sind. Die Schaufelbleche 11 in der oberen Laufradhälfte 13a sind gegenüber den Schaufelblechen 11' in der unteren Laufradhälfte 13b um 60° versetzt angeordnet.

Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Schaufelbleche 11, 11' aus einem geraden Abschnitt 11a und einem als 90°- Kreisbogen ausgeführten gebogenen Abschnitt 11b bestehen. Der gebogene Abschnitt 11b läuft an der Umfangskante der Laufradplatten 10 bzw. 10' allmählich aus, während der gerade Abschnitt 11a in einem seitlichen Abstand "a" vom Mittelpunkt "M" der Laufradplatten 10, 10' bzw. der Mittellinie des Laufrades und dem Ende des entgegen dem Uhrzeigersinn benachbarten Schaufelblechs 11, 11' verläuft.

An der Turbinenwelle 1 ist in geringem Abstand von der unteren - wasserseitigen - Öffnung des Standrohres 3 eine Sperrplatte 12 angebracht, deren Durchmesser größer als der des Standrohres 3 ist. Auf diese Weise wird aufgrund des zwischen der Unterseite des Tonnenkörper 1 und der Sperrplatte 12 verbleibenden geringen Spaltes verhindert, daß bei starkem Wellengang Wasser an das Turbinenwellenlager 4 gelangt.

Die Boje wird in einem Fluß oder im Meer verankert. Das Laufrad 13 liegt dabei vollständig unterhalb der Wasseroberfläche und wird durch die Fluß- oder Gezeitenströmung in eine Drehbewegung versetzt, die über die Turbinenwelle und das Getriebe 5 auf den Generator 6 übertragen wird. Die Drehbewegung des Laufrades 13 wird unabhängig von der Richtung, in der die Strömung auf das Laufrad 13 trifft, erzeugt. Das strömende Wasser gelangt unmittelbar bzw. über die Rückseite des entgegen dem Uhrzeigersinn benachbarten Schaufelbleches auf die Innenseite eines Schaufelbleches 11, 11', d.h. auf die Seite des Schaufelblechs mit der konkaven Wölbung des gebogenen Abschnitts 11b. Dadurch wird

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das Laufrad in eine im Uhrzeigersinn drehende Bewegung versetzt. Gleichzeitig strömt das Wasser bei der Schaufelanordnung nach Füg. 2 durch den zwischen zwei Schaufelblechen freibleibenden Spalt ("a") gegen die Innenseite des dritten Schaufelblechs, um dem Laufrad dadurch einen weiteren Bewegungsimpuls zu erteilen bzw. in jedem Fall nicht der Drehung im Uhrzeigersinn entgegenzuwirken und anschließend aus dem Innern des Laufrades wieder auszutreten. Die um 60° versetzte Anordnung der Schaufelbleche 11, II¹ gegenüber der jeweils anderen Laufradhälfte 13a bzw. 13b trägt wesentlich zu einem gleichmäßigen Drehmomentenverlauf bei.

In Fig. 3 ist eine Variante der Schaufelblechanordnung dargestellt, bei der im Innern des Laufrades 13 kein Durchströmbereich vorhanden ist. In diesem Fall stoßen die Enden der Schaufelbleche 11 an der Mittellinie des Laufrades aneinander.

Fig. 4 zeigt schließlich noch eine Ausführungsform, bei der unter Verzicht auf das untere, im Wasser liegende Laufradlager 9 und die Haltestangen 8 zur radialen Führung des Laufrades 13 ein im mittleren Bereich der Turbinenwelle 1 angeordnetes Turbinenwellenlager 14 vorgesehen ist.

Dieses Lager befindet sich oberhalb der Wasseroberfläche, so daß die Boje bzw. deren energieerzeugende Einrichtungen noch weniger störanfällig sind.

Bezugszeichenliste:

1	Turbinenwelle
2	Tonnenkörper
3	Standrohr
4	Turbinenwellenlager
5	Getriebe
6	Generator
7	Schutzgestänge
8	Haltestangen
9	Laufradlager
10, 10'	Laufradplatte
11, 11'	Schaufelblech
11a	gerader Abschnitt des Schaufelblechs
lib	gebogener Abschnitt des Schaufelblechs
12	Sperrplatte
13	Laufrad
13a	obere Laufradhälfte
13b	untere Laufradhälfte
14	radiales Turbinenwellenlager

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Schutzansprüche:

1. Boje mit eigener Energieversorgung durch eine Strömungskraftmaschine mit einem durch die mechanische Energie des strömenden Wassers um eine senkrechte Achse rotierenden Laufrad mit senkrecht in das Wasser ragenden Turbinenschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (13) aus zwischen im Abstand angeordneten parallelen Laufradplatten (10) winklig zueinander und starr angebrachten Schaufelblechen (11) gebildet ist, wobei die Schaufelbleche zur Bildung eines zentralen Durchströmbereichs für das Wasser im Abstand von der Mittellinie des Laufrades (13) angeordnet sind.

2. Boje nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (13) aus mindestens zwei übereinander angeordneten Laufradhälften (13a, 13b) mit mindestens drei Laufradplatten (10) besteht und die Schaufelbleche (II¹) der unteren Laufradhälfte (13b) gegenüber den Schaufelblechen (11) der oberen Laufradhälfte (13a) jeweils versetzt angeordnet sind.

3. Boje nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradplatten (10, 10') ein kreisrunde Form aufweisen und jeweils drei um 120° zueinander versetzt angeordnete Schaufelbleche (11 bzw. 11') vorgesehen sind.

4. Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn-■ zeichnet, daß die Schaufelbleche (11, 11') aus einem geraden Abschnitt (Ha) und einem gebogenen Abschnitt (lib), der zum Rand der Laufradplatten (10, 10') allmählich ausläuft, bestehen.

5. Boje nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gebogene Abschnitt (lib) ein 90°-Bogen ist.

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&bgr;. Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsbeaufschlagte Innenseite des Schaufelblechs (11) die konkave Seite des gebogenen Ab-Schnitts (lib) umfaßt und die Innenseite des geraden Abschnitts (lla) im Abstand "a" vom Mittelpunkt "M" der Laufradplatte (10, 10') und der Hinterkante des entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn benachbarten Schaufelblechs, einen Wasserdurchströmungsbereich freilassend, angeordnet ist.

7. Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (13) von einem Schutzgestänge (7) umgeben ist und an der der Turbinenwelle (1) gegenüberliegenden Seite in einem Laufradlager (9), das am Schutzgestänge (7) über Haltestangen (8) befestigt ist, radial geführt ist sowie in einem oberen Turbinenwellenlager (4) axial gehalten ist.

8. Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur radialen Führung des Laufrades (13) ein oberhalb der Wasseroberfläche angebrachtes zweites Turbinenwellenlager (14) - unter Verzicht auf das Laufradlager (9) und die Haltestangen (8) - vorgesehen ist.

9. Boje nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Turbinenwelle (1) in geringem Abstand unterhalb des Tonnenkörpers (2) eine die Öffnung des Standrohres (3) übergreifende Sperrplatte (12) angebracht ist.

10. Boje mit eigener Energieversorgung durch eine Strömungskraftmaschine mit einem durch die Energie des strömenden Wassers um eine senkrechte Achse rotierenden

Laufrad mit senkrecht in das Wasser ragenden Turbinenschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (13) aus zwischen im Abstand angeordneten parallelen Laufradplatten (10) winklig zueinander und starr angebrachten Schaufelblechen besteht, die mit ihren ins Laufradinnere gerichteten Enden im Bereich der Mittellinie des Laufrades aneinanderstoßen.