Energiegewinnung
kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei der größte Anteil
an Strom über
Atomkraftwerke oder Kohlekraftwerke gewonnen wird. Die Diskussionen
um die aus Kernkraftwerken resultierenden Gefahren sowie Entsorgungsprobleme
führen
in wenigen Ländern
zu einer Abkehr der Kernkraftnutzung. Kohlekraftwerke sind ebenfalls aufgrund
der Schadstoffemissionen nicht unproblematisch; zumindest muss zur
Abluftreinigung ein erheblicher Aufwand betrieben werden.
Wind-
und Solarenergie stehen nicht kontinuierlich zur Verfügung, so
dass diese Energiegewinnung nur zur Deckung eines Ergänzungsbedarfs
verwendbar ist.
Auch
die Ausnutzung von Wasserkraft ist seit je her bekannt, wobei hochleistungsfähige Wasserkraftwerke
mit angetriebenen Turbinen arbeiten. In Zeiten eines geringeren
Energiebedarfes wird der überschüssige Strom
dazu verwendet, das Wasser in einen höher gelegenen Speicher zurückzupumpen, so
dass die hierdurch wieder gewonnene potentielle Energie später wieder
verfügbar
gemacht werden kann.
Alle
vorgenannten Energiegewinnungen können nur dann wirtschaftlich
betrieben werden, wenn große
Strommengen abgenommen werden. Sofern nur geringe Energiemengen
benötigt
werden, erweist sich die Ausnutzung der Wasserkraft im Gegensatz
zur Energiegewinnung durch Verbrennung als vorteilhaft, da sie umweltfreundlich
ist und über den
natürlichen
Wasserkreislauf, insbesondere über die
Verdunstung sowie Niederschläge,
aber auch durch Quellwässer
in höheren
Gebieten ein zeitlich unbegrenztes Energiereservoir liefert. Die älteste Ausnutzung
der Wasser kraft ist über
Schaufelräder von
Wassermühlen
bekannt. Schon früh
wurden mittels solcher Wasserräder
Maschinen wie Mahlwerke oder Pumpen betrieben.
Prinzipiell
ist es auch möglich,
mit fließendem
Wasser angetriebene Wasserräder
zum Antrieb eines Stromgenerators zu verwenden, jedoch können hiermit
nur kleine Energiemengen gewonnen werden. Dies liegt daran, dass
bei einem sogenannten oberschlächtigen
Wasserrad das Wasser von oben her auf einen Radkranz strömt, wonach
das Rad durch die Gewichtskraft des aufgenommenen Wassers in Bewegung
versetzt wird. Die maximale Gewichtskraft ergibt sich aus der Wassermenge,
die strömungs-
und schwerkraftbedingt auf die Radkranzprofile einwirkt. Die Kraftübertragung
auf das Wasserrad findet praktisch nur im oberen Bereich über einen
Drehwinkel von ca. 90° statt,
da hiernach das Wasser von den Wasserrad-Schaufeln abfließt. Bei
den sogenannten unterschlächtigen
Wasserrädern,
bei denen der Radkranz in einen strömenden Wasserlauf getaucht
wird, wird die Fließgeschwindigkeit
des Wassers ausgenutzt. Der Bau eines Wasserrades lohnte zumeist
nur in der Nähe
ortsfester Gebäude,
in denen die durch Wasserkraft erzeugte Drehenergie des Wasserrades über ein
Getriebe und/oder über
Transmissionen auf drehende Werkzeuge wie Schleifscheiben oder Mahlwerke übertragen
wird.
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Gewinnung
der Energie aus fließendem
Wasser zu schaffen, die eine größere Energiegewinnung
in beliebigen Fließgewässern zulässt.
Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind zumindest
ein Teil, vorzugsweise alle Tellerelemente an einem um zwei Umlenkrollen
geführten
Endlosband derart angelenkt, dass sie nach ihrem Eintauchen in das
fließende
Wasser in eine Schräglage
aufgerichtet werden, die maximal 20°, vorzugsweise maximal 10° gegenüber der
Vertikalen abweicht, wobei die Tellerelemente nach ihrem Verlassen
des fließenden Wasser
in eine zumindest im wesentlichen horizontale Lager verschwenkt
werden. Eine solche Vorrichtung kann praktisch an jedem fließenden Gewässer aufgebaut
werden, wobei der Abstand der beiden Umlenkrollen (oder Umlenktrommeln)
im Wesentlichen die Strecke bestimmt, über welche die Energie des
fließenden
Wassers ausgenutzt wird. Der Abstand der Tellerelemente kann prinzipiell
beliebig gewählt
werden, wobei zweckmäßiger Weise
der Abstand durch die beaufschlagbare Fläche der Tellerelemente sowie
die Fließgeschwindigkeit
des Wassers bestimmt wird.
Da
lediglich für
die Umlenkrollen eine Befestigung bzw. ein Ständerwerk benötigt wird,
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
flexibel eingesetzt werden, beispielsweise an Flussbereichen, an
denen entlegene Orte ohne Stromversorgung liegen, deren Energiebedarf
gering bzw. nur temporär
in geringem Maße
gegeben ist. Die Vorrichtung ist unempfindlich gegenüber Windbewegungen,
da der Windwiderstand durch Horizontalstellung der Tellerelemente soweit
wie möglich
minimiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach
aufgebaut, störungsunanfällig und
an beliebigen Fließgewässern schnell montierbar
und demontierbar. Je nach Länge
der Fließstrecke,
die ausgenutzt wird, kann die Anlage wegen der möglichen modularen Bauweise
länger oder
kürzer
gefertigt werden. Schließlich
ist – anders als
bei schnell rotierenden Turbinen – der Fischbestand nicht gefährdet.
Prinzipiell
kann die Umlaufbahn, entlang der die Tellerelemente geführt werden,
vertikal verlaufen, jedoch sind auch solche Konstruktionen denkbar,
bei denen die Umlaufbahn schrägwinklig
verläuft,
etwa dann, wenn der Fluss nur von einer Seite her zugänglich ist.
In diesem Fall werden die Tellerelemente oberhalb des Flussufers
zurückgeführt, bevor
sie nach Einschwenken in Richtung auf den Fluss in das fließende Wasser
wieder eintauchen.
Unter
einem Endlosband, entlang dem die Tellerelemente aufgereiht sind,
kann sowohl ein breiteres Band als auch eine Reihe nebeneinander
geführter
Seile, insbesondere aus Stahl, verstanden werden, an denen die Tellerelemente
befestigt sind. Tellerelemente sind solche Körper, die nach Art einer Schaufel
möglichst
gegen die auftreffenden Wassermassen biegesteif an dem Band oder
den Stahlseilen angelenkt sind.
Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So
können
die Tellerelemente derart angelenkt sein, dass sie schwerkraftbedingt
in eine horizontale Lage außerhalb
des fließenden
Gewässers und
in eine vertikale Lage innerhalb des fließenden Gewässers bewegbar sind. Dies wird
z. B. erreicht, wenn die Tellerelemente an ihrer ersten Endseite
an dem Endlosband oder den Endlosseilen befestigt sind und über einen
Anschlag nur unter einem Winkel von weniger als 90° zur Horizontalen
gehalten werden. Werden die Tellerelemente auf den „Rückweg" geführt, so
klappen sie in Folge der begrenzten Schräglage in eine Horizontale zurück, bei
der die Flachseite auf dem Endlosband oder einer entsprechenden
Mehrzahl von Seilen aufliegt.
Alternativ
hierzu ist es auch möglich,
die Tellerelemente in einem mittleren Bereich begrenzt schwenkbar
anzulenken und mit einem Schwimmkörper zu versehen, der im Wasser
ein Umschwenken in eine zumindest im wesentlichen vertikale Lage bewirkt,
wohingegen gewichtsbedingt außerhalb
des Wassers sich automatisch eine Horizontallage einstellt.
Vorzugsweise
sind die Umlenkrollen jeweils an einem Ständer lösbar befestigt, der nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung das fließende Gewässer überspannt. Gegebenenfalls kann
der Ständer – ähnlich wie
bei einem Zeltbau – mittels Spannseilen
im festen Boden verankert werden.
Wie
bereits vorstehend erwähnt,
sollte das Endlosband modular aufgebaut sein, so dass durch Einfügung oder
Fortnahme von Zwischenstücken eine
Längenanpassung
möglich
ist.
Ist
in Folge der Tubugrafie und durch langsam fließendes Wasser eine lange Führung des
Endlosbandes zwischen zwei weit entfernten Umlenktrommeln möglich, können erfindungsgemäß auch ein
oder mehrere Stützrollen
für das
Endlosband vorgesehen sein, die ein Durchhängen des Bandes bzw. zu hohe
Spannkräfte
vermeiden lassen.
Im
Sinne eines modularen Aufbaus sind die Tellerelemente lösbar am
Endlosband befestigt, vorzugsweise in einem der Fließgeschwindigkeit
des Wassers angepassten Abstand voneinander. Bei langsam fließenden Gewässern können somit
größere oder
zusätzliche
Tellerelemente eingefügt
werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, die
Tellerelemente in dem fließenden
Wasser schräg
zur Fließrichtung
zu führen.
Durch diese „gestaffelte
Anordnung" kann
eine optimale Druckbeaufschlagung der Tellerelemente erreicht werden.
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungsmöglichkeiten
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
1 eine
Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Seitenansicht,
2 eine
Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach 1 in einer Draufsicht und
3+4 jeweils
mögliche
Anlenkungen der Tellerelemente.
Umlenktrommeln
und Endlosbänder
sind prinzipiell aus der Fördertechnik
bei Förderbändern bekannt,
so dass auf diesbezügliche
Erfahrungen hinsichtlich des Aufbaus und der Halterung der Umlenktrommeln
und dazwischen angeordneter Stützrollen
zurückgegriffen
werden kann. Entsprechendes gilt auch hinsichtlich des Spannens
des Endlosbandes, das für
die Ausnutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht zwingend mit einer geschlossenen Fläche ausgebildet sein muss.
Der Kerngedanke der vorliegenden Vorrichtung besteht darin, dass
zwei Umlenkrollen 10, 11 von einem Endlosband 12 umschlugen
sind, an dem einzelne Tellerelemente 13 in äquidistantem
Abstand befestigt sind. In der in 1 darstellten
Ausführungsform
liegt die Drehebene vertikal zur Fließrichtung, die durch Pfeil 14 angedeutet ist.
Die beiden Umlenkrollen 10 und 11 und somit der unten
laufende Teil des Endlosbandes mit dortigen Tellerelementen 13 läuft unterhalb
der Wasseroberfläche 15.
Durch das fließende
Wasser werden die Tellerelemente 13 und somit das Endlosband 12 und hierdurch
die Umlenkrollen 10 und 11 in Richtung der deren
Drehung darstellenden Pfeile 16, 17 bewegt. Diese
Drehbewegung kann, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines
Getriebes, auf einen Stromgenerator übertragen werden. Normalerweise, d.
h. unter Ausschluss solcher Gegenden, in denen Flüsse temporär austrocknen,
bewegt sich das fließende
Wasser zumindest im Wesentlichen mit gleich bleibender Geschwindigkeit.
Dieser Geschwindigkeit entsprechend ist der Abstand der einzelnen
Tellerelemente entsprechend gewählt.
Die
Tellerelemente 13 sind unterhalb der Wasseroberfläche 15 leicht
gegenüber
der Vertikalen geneigt, was im vorliegenden Fall dadurch gewährleistet
wird, dass ein oder zwei Bänder 18 das
Tellerelement in der dargestellten Schräglage festhalten. Statt Bändern 18 können auch
Anschläge
im Anlenkpunkt an dem Endlosband gewählt werden. Sobald das Endlosband
mit den Tellern 13 die oberste Position erreicht und auf
dem Rückweg
entgegen der Fließrichtung 14 bewegt
wird, bewirkt die Schwerkraft, dass die Tellerelemente auf das Endlosband fallen,
so dass sie dort horizontal aufliegen.
2 ist
zu entnehmen, dass die Umlenkrollen 10 und 11 in
einem Ständer 19 bzw. 20 gehalten werden,
der sich mit seinen Füßen links
und rechts von dem Flusslauf 21 abstützt.
Die
Aufhängung
der Tellerelemente 13 sowie deren Konstruktion ist 3 und 4 zu
entnehmen. Bei den Tellerelementen 13 wird ein Anlenkpunkt
an der Oberkante des Tellerelementes 13 gewählt, das
hier über
das bereits beschriebene Band 18 gehalten werden kann.
Alternativ hierzu wird ein Anlenkpunkt 23 gemäß 4 gewählt, der
mittig eines Tellerelementes 24 liegt, so dass sich das
Tellerelement oberhalb und unterhalb des Endlosbandes erstreckt.
Um die Schwimmfähigkeit
zu gewährleisten,
ist ein Schwimmkörper 25 vorgesehen,
der im einfachsten Fall aus einem Hohlraum bestehen kann, durch
den das Tellerelement 24 eine Dichte unterhalb des Wasser
(1 g/cm3) erhält, so dass das Tellerelement
mit der Oberkante eine aufschwimmende Lage einnimmt. Dieses Aufschwimmen
dient gleichzeitig als Stütze
des Endlosbandes 12 unterhalb des Wasserbereiches.