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Schaufelrad mit drehbaren Schaufeln als
Antriebsorgan für Binnenschiffe und Verfahren zur Stellung
der drehbaren Schaufeln.
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Schaufelräder
mit beweglichen Schaufeln sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt.
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Als
Weiterentwicklung des Wasserrades mit starren Schaufeln wurden die
Wasserräder mit beweglichen Schaufeln entwickelt.
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So
ist aus der
DE 20209800
U1 ein Schaufelradantrieb bekannt, bei dem die Schaufeln
durch ein zentrales Hebelgestänge verschwenkt werden können,
um bei ausschließlichem Schiffsschraubenantrieb den Strömungswiderstand
durch das Wasserrad zu reduzieren.
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In
der
DE 20200397 U1 wird
ein Wasserrad gezeigt, an dem die an Radarmen befestigten Schaufeln über
Radarmgelenke und exzentrisch gelagertem Ring drehbar sind.
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Die
DE 3544881 C2 beschreibt
gleichfalls ein Wasserrad mit beweglichen Schaufeln und drehbar gelagertem
Führungsring, bei dem die Schaufeln durch Doppelkurbelgetriebe
in senkrechter Position gehalten werden.
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In
der
DE 3040508 C2 wird
ein Schaufelradantrieb gezeigt, bei dem die Schaufeln am Umfang des
Schaufelrades in unterschiedliche Positionen zum Schaufelrad gebracht werden.
Dies erfolgt durch mehrere an den Radarmen angeordneten Stirnrädern.
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Aus
der
DE 911816 ist ein
Schaufelrad mit verstellbaren Schaufeln bekannt, bei dem die starr verbundenen
Teile miteinander verschweißt sind.
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In
der
DE 460 676 wird ein
Schaufelrad mit Vertikalachse und verdrehbaren tragflächenförmigen Schaufeln
gezeigt. Dabei werden einerseits die Schaufeln durch Anschläge
gehalten. Andererseits geht aus der Anmeldung nicht hervor, wie
die die Anschläge haltenden Hebel geführt werden.
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Die
DE 434768 zeigt ein Schaufelrad,
bei dem die Schaufel unterhalb der Mitte drehbar gelagert ist und
sich oben zwischen zwei festen Anschlägen bewegen kann.
Durch die Verdrehung stellen sich beim Auftauchen aus dem Wasser
günstigere Anstellwinkel ein, die zu einem verbesserten
Wirkungsgrad führen.
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Die
DE 709253 betrifft ein Vertikalachs-Schaufelrad
mit durch Gestänge verstellbare Schaufeln.
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Ein
Vertikalachs-Schaufelrad ist ebenso aus der
DE 709253 bekannt, wobei Stellmotoren
die Schaufelstellung steuern.
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In
der
DE 340898 erfolgt
die kontinuierliche Schaufelverstellung durch einen Excenter.
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Die
US 5,297,933 offenbart ein
Schaufelrad, bei dem die Stellung der Schaufeln durch mit den Schaufeln
verbundenen Gewichten erfolgt.
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Diese
bekannten Lösungen führen teilweise zu einer Verbesserung
der Schaufelräder, sind jedoch nicht oder nur sehr eingeschränkt
in der Lage, die Schaufeln so einzustellen, dass das Schaufelrad den
hydrodynamischen und sonstigen Anforderungen gerecht wird und somit
einen hohen Wirkungsgrad erzielen kann. Darüber hinaus
erfordern die bekannten Schaufelstellvorrichtungen einen teilweise enormen
Aufwand.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad zu schaffen,
das dafür sorgt, dass die Schaufeln entsprechend der jeweiligen
Phase eine den hydrodynamischen Bedingungen optimale Stellung einnehmen.
Insbesondere soll vermieden werden, dass die Schaufeln beim Auftauchen
Wasser über die Wasserlinie heraus heben. Zugleich soll verhindert
werden, dass die Schaufeln unmittelbar nach dem Eintauchen und vor
dem Auftauchen aus dem Wasser, bedingt durch die dann geringe horizontale
Geschwindigkeitskomponente der Schaufeln, eine Abbremsung des Schiffes
bewirken. Die Schaufeln können entgegen der Vortriebsrichtung nachgeben.
Wenn die relative Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
größer als die Horizontalgeschwindigkeitskomponente
der Schaufeln ist, stellen sich die Schaufeln mit einem Winkel von > 90 Grad zur Wasseroberfläche
in Vortriebsrichtung ein.
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Mit
der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass
eine Abbremsung des Schaufelrades verhindert wird. Aus diesem Vorteil
resultiert ein höherer Wirkungsgrad des Schaufelrades. Diese
Funktion ist unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit
des Flusses und der Drehzahl des Schaufelrades gegeben. Damit können
derartige Schaufelräder auch tiefer ins Wasser eintauchen
und haben damit eine größere wirksame Schaufelfläche.
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Die
Schaufelräder können somit bei gleicher Leistung
kleiner gebaut werden. Zugleich können die Schaufelräder
dadurch und durch das bessere Ablaufverhalten mit höheren
Drehzahlen effizient betrieben werden, was die Antriebsleistung
weiter erhöht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens zur Stellung der Schaufeln und des
Schaufelrades mit drehbaren Schaufeln ergeben sich aus den Unteransprüchen:
Gemäß der
Weiterbildung nach Anspruch 2 werden die Schaufeln in eine bezogen
auf die Umfangslinie des Schaufelrades tangentiale Stellung gebracht
und bilden in diesem Bereich einen nahezu geschlossenen Zylindermantel.
Durch die tangentiale Stellung wird verhindert, dass an den Schaufeln
befindliche Wassertropfen bzw. im Schaufelrad befindliche Luft durch
Fliehkräfte beschleunigt werden und somit diese als Antriebsenergie
für das Schaufelrad verloren gehen. Durch geringe Veränderung
der Stellung der Schaufeln in diesem Bereich können gezielt
die Druckverhältnisse innerhalb des Schaufelrades beeinflusst
werden. Zugleich wird der Platzbedarf des Schaufelrades verringert.
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Nebenanspruch
3 beschreibt die Merkmale eines Schaufelrades gemäß Verfahrensanspruch
1.
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In
Anspruch 4 wird das Schaufelrad gemäß Anspruch
2 beschrieben.
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In
Nebenanspruch 5 ist das Schaufelrad dadurch gekennzeichnet, dass
die drehbar gelagerten Schaufeln durch einen Stellhebel gestellt
werden, wobei der Stellhebel mit dem Führungselement an
einer gegenüber dem Schaufelrad feststehenden Führungsschiene
geführt wird. Die Form der Führungsschiene(n)
gibt dabei das Bewegungsprogramm zur Steuerung der Stellung der
Schaufeln vor.
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Unter
dem Bewegungsprogramm soll verstanden werden, dass die Stellung,
also der Winkel der Schaufeln in Abhängigkeit von der tatsächlichen Position
am Schaufelrad, beim Eintauchen, im Bereich des vollständigen
Eintauchens, beim Auftauchen und in der Rückführphase
außerhalb des Wassers vorgegeben wird. Die Schaufelhebel
können z. B. direkt mit der Schaufel oder über
eine Welle verbunden sein. Dabei kann der Stellhebel so wie die Schaufel
ausgerichtet oder auch in einem Winkel zur Schaufel mit dieser verbunden
sein. Durch die Formgebung der Führungsschienen ist es
möglich, freie Bewegungsprogramme für die Schaufelstellung
zu realisieren.
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Gemäß der
Weiterbildung nach Anspruch 6 sind Führungsschienen auf
einer Seite, der dazu gegenüberliegenden Seite bzw. auf
beiden Seiten des Führungselementes angeordnet. Dabei ist
es möglich, durch eine einseitige Führungsschiene
die Beweglichkeit der Schaufeln in einer Richtung zu begrenzen und
in der anderen Richtung freizugeben (Anschlag). Durch beidseitig
des Führungshebels angeordnete Führungsschienen
kann die exakte Stellung des Führungshebels und damit der
Schaufel vorgegeben werden. Die Abstände beider Führungsschienen
ermöglichen ein entsprechendes Spiel der Schaufeln proportional
zum Abstand der Führungsschienen.
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Mit
Weiterbildung nach Anspruch 7 ist das Führungselement eine
Führungsrolle. Eine Führungsrolle weist z. B.
gegenüber einem Führungsstift den Vorteil auf,
dass Reibung und Verschleiß geringer sind.
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Gemäß der
Weiterbildung nach Anspruch 8 ist das Führungselement eine
drehbar mit dem Stellhebel verbundene und mit einer Feder vorgespannte Wippe,
wobei an den Enden der Wippe jeweils Führungsrollen angeordnet
sind. Durch die Vorspannung wird erreicht, dass eine Führungsrolle
an einer der Führungsschienen und die andere Führungsrolle
an der anderen Führungsschiene jeweils mit Andruck entlang
rollt. Dadurch können die Führungsschienen mit
einem Abstand zueinander ausgeführt werden und damit ein
Klemmen der Führungsrollen sicher vermieden werden ohne
das es aufgrund des Spiels zu beliebigen Hin- und Herbewegungen
mit entsprechender Geräuschentwicklung kommen kann.
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Mit
Weiterbildung nach Anspruch 9 sind die Führungsschienen
in oder aus dem Wirkungsbereich der Führungselemente verschiebbar.
Die Verschiebbarkeit der Führungsschienen bzw. einzelner
Abschnitte von Führungsschienen ermöglicht es,
das Bewegungsprogramm zu ändern. So können beispielsweise
für die Rückwärtsfahrt Schienenabschnitte
in den Wirkungsbereich der Führungselemente bewegt werden
und somit eine entsprechende Begrenzung für die Rückwärtsfahrt eingerichtet
werden. Weiterhin können einzelne Schienenabschnitte für
möglicherweise an entsprechende Betriebsbedingungen angepasste
Schaufelpositionen verschoben werden.
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Gemäß der
Weiterbildung nach Anspruch 10 sind mit den Stellhebeln Anschlagelemente
verbunden, wobei die Schaufeln an die Anschlagelemente anschlagen.
Damit wird verhindert, dass die Kraft, insbesondere im Arbeitsbereich,
vollständig durch die Schaufelwellen übertragen
werden muss. Somit kann das Schaufelrad mit geringerem Gewicht ausgeführt
werden.
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Gemäß Weiterbildung
nach Anspruch 11 sind die Anschlagelemente schwenkbar, so dass sie aus
dem Wirkungsbereich der Schaufeln hinein- bzw. herausgeschwenkt
werden können. Damit kann eine Behinderung durch die Schaufelradwangen
vermieden werden. Die Steuerung der Anschläge kann durch
eine vorhandene bzw. zusätzliche Führungsschiene
erfolgen.
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Gemäß der
Weiterbildung nach Anspruch 12 weisen die Schaufeln und andere Teile
mit Wasserkontakt eine hydrophobe Oberfläche auf, die ein schnelles
Ablaufen des Wassers gewährleistet und dadurch das den
Wirkungsgrad mindernde Mitreißen von Wasser verhindert.
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Entsprechend
der Weiterbildung nach Anspruch 13 ist die Höhe des Schaufelrades
bezüglich des Schiffsrumpfs veränderbar. Das bietet
die Möglichkeit, die Eintauchtiefe der Schaufeln in Abhängigkeit
vom Tiefgang aufgrund des Beladungszustandes des Schiffes zu optimieren.
Zugleich ist es möglich, die Eintauchtiefe des Schaufelrades
zu verringern, um bei Niedrigwasser die Gewässer trotzdem,
wenn auch nicht mit der optimale Schaufelradtiefe, befahren zu können.
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Mit
der Weiterbildung nach Anspruch 14 ist das Schaufelrad mit einem
Motor oder einem Generator verbunden. Zusammen mit dem Motor kann
das Schaufelrad als Schiffsantrieb verwendet werden. Verbunden mit
einem Generator ist es zur Energiegewinnung z. B. als Wasserrad
nutzbar.
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Gemäß Weiterbildung
nach Anspruch 15 ist in der Nabe des Schaufelrades direkt auf der
Schaufelradwelle ein Elektromotor angeordnet. Damit wird Platz im
Inneren des Schiffes für andere Zwecke nutzbar. Zugleich
ist der Motor gut zugänglich und im Schadensfall schnell
austauschbar.
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Der
Anspruch 16 sieht im Antrieb eine Drehmomentbegrenzung, z. B. durch
eine entsprechende Rutschkupplung vor. Damit wird verhindert, dass
das Schaufelrad durch Treibgut Schaden nimmt.
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Mit
Weiterbildung nach Anspruch 17 ist vor dem Schaufelrad ein aktivierbarer
Rechen angeordnet. Im Bedarfsfall wird der Rechen vor dem Schaufelrad
in das Wasser gelassen und führt das Treibgut seitlich
am Schaufelrad vorbei. Dazu sind die Rechenstäbe horizontal
und schräg zur Fahrtrichtung angeordnet. Die Aktivierung
des Rechens kann automatisch und/oder von Hand erfolgen.
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Gemäß Weiterbildung
nach Anspruch 18 ist das Steuerruder als Auftriebskörper
ausgeführt. Der Auftriebskörper kann z. B. durch
eine Ausführung als Hohlkörper aus Aluminium realisiert
werden. Durch den Auftrieb kann der Tiefgang des Schiffes verringert
werden
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Anhand
von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen wird die Erfindung
nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
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1 das
Schaufelrad mit über dem Umfang verteilten Schaufeln,
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2 das
Schaufelrad mit Stellhebeln und Führungsschienen,
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3 das
Schaufelrad 3 von hinten und
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4 das
Detail Stellhebel,
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5 Stellhebel
mit Wippe in der Seitenansicht und
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6 Stellhebel
mit Wippe in der Draufsicht.
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Nachfolgend
werden das Schaufelrad 3 mit drehbaren Schaufeln 1a bis 1f und
das Verfahren zur Stellung der drehbaren Schaufeln 1a bis 1f detaillierter
beschrieben. In 1 ist das Schaufelrad 3 in
der Seitenansicht dargestellt. Die Schaufeln 1a bis 1f sind
oberhalb der Mitte mit einer Schaufelwelle 9 an den beiden
Schaufelradwangen 4 des Schaufelrades 3 oberhalb
des Schwerpunktes drehbar befestigt. Als Schaufeln 1a bis 1f kommen
neben den gezeigten ebenen Schaufeln alle Schaufelausführungen,
wie z. B. gewölbte oder aerodynamisch geformte, infrage. Um
den Schwerpunkt der außermittig mit dem Schaufelrad 3 verbundenen
Schaufeln 1a bis 1f zu verschieben, können
die Schaufeln 1a bis 1f im oberen Bereich abgewinkelt
oder mit Gewichten versehen sein. Das Schaufelrad 3 dreht
sich um die Schaufelradwelle 10.
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Die
Stellung der Schaufeln 1a bis 1f entspricht den
Ansprüchen 1 bis 4. Die Schaufel 1a taucht etwa
senkrecht in das Wasser 2, z. B. eines Flusses ein. Die
folgende Beschreibung orientiert sich an der Drehrichtung DR. Unmittelbar
nach dem Eintauchen ist die Horizontalkomponente der Schaufelgeschwindigkeit
kleiner als die Relativgeschwindigkeit des Schaufelrades 3 im
Bezug zum Wasser 2, so dass die Schaufel 1b durch
das Wasser 2 mitbewegt wird, siehe Pfeil, und einen Winkel
A zur Wasseroberfläche von > 90 Grad einnimmt. Die Schaufel 1c richtet
sich aber schnell senkrecht zur Wasseroberfläche WL aus,
wobei sie durch die Stellvorrichtung in Vortriebsrichtung auf 90
Grad begrenzt wird. In diesem Bereich wird die Antriebsleistung
des Schaufelrades 3 auf das Wasser 2 übertragen.
Kurz vor dem völligen Auftauchen verringert sich die Horizontalkomponente
der Geschwindigkeit des Schaufelrades 3, so dass sich wieder
ein Winkel A der Schaufel 1d größer 90
Grad einstellt und somit verhindert wird, dass die Schaufeln 1d bremsend
wirken. Die relative Strömung des Wassers 2 bewirkt
ein Nachgeben der Schaufel 1d. Durch die nahezu gleiche
Geschwindigkeit von Wasser 2 und Schaufel 1d wird
wirkungsvoll ein Herausschleudern von Wasser auch bei höheren
Drehzahlen verhindert. Die ansonsten durch das Herausschleudern
von Wasser resultierenden Energieverluste werden vermieden. Die verbleibende
geringe Wassermenge läuft schnell ab. Durch eine hydrophobe
Ausführung der Oberfläche der Schaufeln 1a bis 1f kann
das Ablaufen des Wassers noch verbessert werden. Nachdem die Schaufeln 1e ganz
aus dem Wasser 2 aufgetaucht sind, bewegen sie sich in
eine Tangentialstellung bezogen auf das Wasserrad 3.
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Durch
diese Stellung wird der Platzbedarf des Schaufelrades 3 verringert.
Zugleich werden Energieverluste vermieden, die ansonsten durch Fliehkräfte
auf Wasserreste oder die Luft übertragen würden.
Es wird de facto eine Kreiselpump- bzw. Lüfterwirkung des
Schaufelrades 3 unterbunden. Möglichst kurz vor
dem Eintauchen dreht sich die Schaufel 1f zu 1a vorzugsweise
nach innen um ca. 110 Grad, siehe Pfeil, so dass sie unmittelbar
vor dem Eintauchen wieder eine etwa senkrechte Stellung zur Wasseroberfläche
WL einnimmt.
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Die
Darstellung von 2 geht aus 1 hervor
und zeigt eine Ausführung der Stellvorrichtung für
die Schaufeln 1a bis 1f, bestehend aus Stellhebeln 5a, 5b mit
Führungselementen 6 und Führungsschienen 7a bis 7d.
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Vom
Eintauchen bis zum Auftauchen kann die Schaufel 1b, 1c, 1d einen
Winkel A größer-gleich 90 Grad zur Wasseroberfläche
WL in Vortriebsrichtung VR einnehmen. Die Schaufeln 1a bis 1f sind durch
Schaufelwellen 9 in den Schaufelradwangen 4 drehbar
gelagert. Die Schaufeln 1c bis 1e sind mit Stellhebel 5a, 5b verbunden,
die jeweils eine Führungsrolle 6 besitzen. Die
Stellhebel 5a, 5b und damit die Schaufeln 1a bis 1f werden
von im Bezug zum Schaufelrad 3 feststehenden Führungsschienen 7a bis 7d ausgerichtet.
Die wirksamen Stellhebel 5a sind im Arbeitsbereich (im
Wasser) etwa im rechten Winkel zur Schaufel 1c angeordnet.
Die Führungsschiene 7a kann direkt oder indirekt
am Schiffsrumpf befestigt sein. Durch die entsprechende Positionierung der
Führungsschiene 7a kann der Winkel A der Schaufelstellung
auf größer-gleich 90 Grad begrenzt werden. Gegebenenfalls
kann die Führungsschiene 7b weggelassen werden
so, dass nur eine einseitige Führungsschiene 7a vorhanden
ist. In diesem Fall können die Schaufeln 1b, 1c, 1d entgegen
der Vortriebsrichtung VR nachgeben. Durch die zu den Schaufeln 1b, 1c etwa
rechtwinklig angeordneten Stellhebel 5a kann die Führungsschiene 7a entsprechend
der Kraftwirkung optimal positioniert und zugleich eine gute und
verklemmungsfreie Führung der Führungselemente 6 entlang
der Führungsschiene 7a gewährleistet
werden. Die Ausführung der Führungselemente 6 als
Führungsrollen 6 verringert Reibung, Verschleiß,
Geräusche und verbessert die verklemmungsfreie Führung
entlang der Führungsschienen 7a bis 7d so
zusätzlich.
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Die
kürzere Führungsschiene 7b verhindert das
Nachgeben der Schaufeln 1c entgegen der Vortriebsrichtung
VR, da dies nur beim Eintauchen und Austauchen der Schaufeln 1b und 1d relevant
ist. Dadurch dass ein Nachgeben der Schaufeln 1c verhindert
wird, ist eine Rückwärtsfahrt entgegen der Vortriebsrichtung
VR möglich. Es kann vorteilhaft sein, die Führungsschiene 7b verschiebbar,
z. B. senkrecht zur Zeichnungsebene, auszuführen, so dass
sie bei Bedarf in den Wirkungsbereich der Führungshebel 5 verschiebbar
ist. Im Bereich des Auftauchens der Schaufel 1d wird ein
hier dargestellter, in Richtung der Schaufel 1d angeordneter
zweiter Stellhebel 5b wirksam. Da die Schaufel 1d hier
eine zum Schaufelradumfang nahezu tangentiale Position einnimmt,
kann die Kraftwirkung besser durch einen in Richtung der Schaufel 1d positionierten
Stellhebel 5b und dazu entsprechend angeordnete Führungsschiene 7c, 7d aufgenommen werden.
Sowohl die rechtwinklig angeordneten Stellhebel 5a als
auch die in Richtung der Schaufeln 1a bis 1f angeordneten Stellhebel 5b können
als eine Baueinheit realisiert sein.
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Ebenso
ist es möglich, die Führungsschienen 7a, 7b mit
den zugehörigen Stellhebeln 5a für den
Arbeitsbereich von den Führungsschienen 7c, 7d mit
den Stellhebeln 5b für den Bereich außerhalb des
Wassers 2 räumlich zu trennen und z. B. an verschiedenen
Seiten des Schaufelrades 3 anzuordnen.
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Nach
dem Auftauchen nehmen die Schaufeln 1e eine tangentiale
Position ein, so dass sie in diesem Bereich einen Zylindermantel
bilden. Hierzu sind beidseitig der Führungselemente bzw.
Führungsrollen 6 Führungsschienen 7c, 7d angeordnet, die
eine tangentiale Zwangsführung der Schaufel 1e realisieren.
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Um
die Schaufel 1f wieder in die Ausgangsposition 1a zu
bringen, muss diese zurückgedreht werden. Dies kann unmittelbar
nach dem Auftauchen, nicht dargestellt, oder, wie hier gezeigt,
vor dem Eintauchen durch eine Drehung um ca. 110 Grad erfolgen.
Die Führungsschienen 7c, 7d sind entsprechend
geformt. Hier soll angemerkt werden, dass die hier wirksamen Stellhebel 5b in
Schaufelrichtung auch zu den gezeigten gegenüberliegend angeordnet
sein können. Dann würden die Führungsschienen 7c, 7d entsprechend
anders verlaufen. Nach dem Drehen der Schaufel 1f nimmt
diese beim Eintauchen wieder eine etwa senkrechte Position 1a ein.
Die äußere Führungsschiene 7d ermöglicht
unmittelbar vor dem Eintauchen der Schaufel 1b ein Zurückweichen
des Stellhebels 5a, damit die Schaufel 1b aufgrund
der geringen Horizontalgeschwindigkeit der Strömung folgen
kann und nicht bremsend wirkt. Nachfolgend wird wieder der rechtwinklig
angeordnete Stellhebel 5a wirksam. Bis auf die Schaufelposition 1d sind
zur Übersichtlichkeit nur die jeweils wirksamen Stellhebel 5a, 5b dargestellt. Die
Stellhebel 5a, 5b können als Baueinheit
ebenso wie auch auf verschiedenen Seiten des Schaufelrades 3 angeordnet
sein.
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Die
Anordnung der Stellhebel 5a, 5b und der Führungsschienen 7 zeigt
ein mögliches Ausführungsbeispiel. Andere, möglicherweise
bessere Anordnungen, die auf diesem Prinzip basieren, werden damit
nicht ausgeschlossen.
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Die 3 zeigt
das Schaufelrad 3 von hinten. Die Schaufeln 1c bis 1e werden über
Schaufelwellen 9 in den Schaufelwangen 4 gehalten,
die wiederum mit der Schaufelradwelle 10 verbunden sind und
durch diese angetrieben werden. Die Schaufeln 1c bis 1e sind
zur Verdeutlichung unterschiedlich gemustert dargestellt und verdecken
sich teilweise. Im oberen Bereich schmiegen sich die Schaufeln 1e tangential
an das Schaufelrad 3 an. Im unteren Bereich sind die mehr
oder weniger senkrechten Schaufeln 1c, 1d dargestellt.
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Die
nicht dargestellten Stellhebel 5 mit Führungselement/Führungsrolle 6 und
Führungsschienen 7 befinden sich in einem Steuerkasten 11.
Damit sind sie besser vor Verunreinigung geschützt. Der Steuerkasten 11 ist
vorzugsweise strömungstechnisch optimiert. Bei breiten Schaufelrädern 3 können an
beiden Seiten Steuerkästen 11 angeordnet sein.
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In 4 ist
noch einmal ein Stellhebel 5 mit Führungsrollen 6a, 6b als
Detail im Bereich des Auftauchens der Schaufel 1d gezeigt.
Die Schaufel 1d befindet sich hinter der Schaufelradwange 4,
in der sie mit der Schaufelwelle 9 gelagert ist. Der Stellhebel 5 vereinigt
in sich den rechtwinklig zur Schaufel 1d und den in Schaufelrichtung
angeordneten Stellhebel 5. Entsprechend sind zwei Führungsrollen 6a, 6b angeordnet.
Hier ist der in Richtung der Schaufel 1d angeordnete Stellhebel 5b aus 2 diesem
gegenüberliegend angeordnet und wird hier durch die Führungsrolle 6b wirksam.
Zusätzlich befindet sich ein Anschlag 8 am Stellhebel 5.
Der Anschlag 8 sorgt dafür, dass im Arbeitsbereich,
im Wasser, indem die Kraftübertragung groß ist,
die Kraft nicht allein durch die Schaufelwelle 9 übertragen
werden muss. Der Anschlag 8 muss demzufolge entweder an
der Schaufelradwange 4 vorbeiführen oder auf der
Innenseite der Schaufelradwange 4 angeordnet sein. Außerhalb
des Arbeitsbereiches kann der Anschlag 8 durch vorhandene
oder zusätzliche Führungsschienen entsprechend
aus dem Schaufelbereich bewegt werden. 5 und 6 zeigen
einen Stellhebel 5 mit zwei damit drehbar verbundenen und
mit einer Feder 12 belasteten Wippe 13, an der
die Führungsrollen 6 angeordnet sind. Durch die
Feder 12, hier eine torsionsbelastete Schraubenfeder, werden
die beiden Führungsrollen 6 gegen die beiden,
sich gegenüberliegenden Führungsschienen 7 gedrückt. Durch
den Andruck der Führungsrollen 6 können Klappergeräusche
vermieden werden. Zugleich kann damit der Abstand der Führungsschienen 7 größer realisiert
werden und damit ein Verklemmen einer einzelnen Führungsrolle 6 sicher
vermieden werden. Durch den größeren Abstand der
Führungsschienen 7 ist das Spiel der Schaufeln
größer. In einer anderen nicht dargestellten Ausführung
ist eine Führungsrolle 6 fest mit dem Stellhebel 5 verbunden
und die andere Führungsrolle 6 federnd z. B. mit
einer Wippe bzw. einem Spannhebel 13 am Stellhebel 5 befestigt.
Damit ist eine Führungsrolle 6 starr und die andere
drückt federnd an die Führungsschiene 7 womit
die gleichen Vorteile, wie oben beschrieben, erzielt werden.
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Gleichfalls
möglich ist eine Ausführung bei der die Anschläge
in der Richtung ohne Kraftübertragung klappbar und/oder
durch Federn rückstellbar ausgeführt sind. Da
im Wasser in der Regel der rechtwinklig zur Schaufel 1d angeordnete
Stellhebel 5 mit Führungsrolle 6a wirksam
ist, hat der Stellhebel 5 hier eine für die Kraftübertragung
entsprechende vorteilhafte Dreiecksform. Daraus kann abgeleitet
werden, dass, soweit zweckmäßig, weitere Führungsrollen 6 am
Stellhebel 5 angeordnet sein können. Ebenso kann
die Führungsrolle 6b bezogen auf die Schaufelwelle 9 gegenüberliegend
(oben) positioniert sein. Die Führungsrollen 6 und
Führungsschienen 7a, 7c können
in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, um falsche Führungen
zu vermeiden.
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Die
Führungsschienen 7a, 7c können
eine dritte Dimension, z. B. in die Zeichnungsebene heraus bzw.
hinein, aufweisen, die z. B. für die Steuerung des Anschlags 11 nutzbar
ist.
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Durch
Verschiebung der Führungsschienen innerhalb der Schaufelradwangenebene
als auch senkrecht dazu können die Schaufelstellungen über den
Umfang verändert werden. Insbesondere ist so durch eine
zusätzlich in den Wirkungsbereich der Führungsrollen 6 gebrachte
Führungsschiene, nicht dargestellt, die ein Nachschwenken
verhindern, beispielsweise eine Rückwärtsfahrt
möglich. Durch verschiebbare bzw. in den Bereich der Führungselemente 6 bzw.
Führungsrollen 6 hinein bzw. heraus verschiebbare
Führungsschienen 7 können unterschiedliche
und variable Bewegungsprogramme der Schaufelstellungen über
den Schaufelradumfang realisiert werden. Insofern kommt das Schaufelrad 3 auch
für die Wasserkraftnutzung, den Medientransport und ggf.
weitere Anwendungen infrage. Bei verankertem bzw. an der Anlegestelle
festgemachtem Schiff kann das Schaufelrad 3 entsprechend
mit einem Generator gekoppelt als Schiffsmühle zur Energieerzeugung
genutzt werden.
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Der
motorische Antrieb, z. B. Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren,
erfolgt jeweils über die Schaufelradwelle 10.
Eine Motoranordnung, ggf. mit Getriebe, im Nabenbereich (Nabenmotor)
des Schaufelrades 3 verringert den Platzbedarf im Wasserfahrzeug.
In diesem Zusammenhang kann auch besonders einfach die Höhe
des Schaufelrades in Bezug zum Schiffsrumpf verändert werden.
Mit der Anpassung der Höhe ist bei verändertem
Beladungszustand des Schiffes immer eine optimale Eintauchtiefe
der Schaufeln realisierbar.
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Für
kleinere Boote ist z. B. auch ein Pedalantrieb möglich.
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Zum
zerstörungsfreien Betrieb des Schaufelrades 3 ist
ein Überlastungsschutz zwischen Antrieb und Schaufelrad 3 vorteilhaft.
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Ein
Rechen, der vor dem Schaufelrad 3 bei Bedarf positioniert
werden kann, verhindert, dass Treibgut etc. zu einer Beschädigung
des Schaufelrades 3 führt. Die Stäbe
des Rechens werden dazu horizontal und schräg zu den Schaufelrädern 3 angeordnet,
so dass das Treibgut seitlich vorbeigeleitet wird.
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Die
Schaufelstellungen können ebenso durch elektromotorische
Stellantriebe realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
bis 1f
- Schaufel,
Schaufelpositionen
- 2
- Wasser
- 3
- Schaufelrad
- 4
- Schaufelradwange
- 5
- Stellhebel
- 5a,
5b
- Stellhebel
- 6
- Führungselement,
Führungsrolle
- 6a,
6b
- Führungselement,
Führungsrolle
- 7
- Führungsschienen
- 7a
bis 7d
- Führungsschienen
- 8
- Anschlag,
Anschlagelemente
- 9
- Schaufelwelle
- 10
- Schaufelradwelle
- 11
- Steuerkasten
- 12
- Feder
- 13
- Wippe,
Spannhebel
- WL
- Wasseroberfläche,
Wasserlinie
- A
- Winkel
zwischen Schaufel und Wasseroberfläche in Vortriebsrichtung
- VR
- Vortriebsrichtung
- DR
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20209800
U1 [0003]
- - DE 20200397 U1 [0004]
- - DE 3544881 C2 [0005]
- - DE 3040508 C2 [0006]
- - DE 911816 [0007]
- - DE 460676 [0008]
- - DE 434768 [0009]
- - DE 709253 [0010, 0011]
- - DE 340898 [0012]
- - US 5297933 [0013]
