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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Wasserkraftwerke, insbesondere auf Wasserkraftwerke, welche in einem fließenden Gewässer ohne Aufstauung des Gewässers angeordnet werden können.
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Wasserkraftwerke sind heute meist aufwändige Bauwerke, mit denen Wasser fließender Gewässer mit aufwändigen baulichen Maßnahmen aufgestaut und dann durch ein Kanal- und Rohrsystem über eine Turbine geleitet wird, welche dadurch in eine Drehbewegung versetzt wird. In den meisten Fällen wird die Drehbewegung der Turbine zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Andere Wasserkraftwerke nutzen eine Höhendifferenz wie eine Stufe oder ein Gefälle aus, um den für den Betrieb herkömmlicher Wasserkraftwerk nötigen Druck zu erzeugen.
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Solche Wasserkraftwerke erfordern massive bauliche Eingriffe und verändern den natürlichen Flusslauf erheblich. Sie stellen unüberwindbare Hindernisse für Fische und andere Wassertiere dar. Um Fischen eine Passage der Stauwerke zu ermöglichen, werden kostenaufwändig Fischtreppen und andere Maßnahmen erstellt. Diese verursachen hohe Kosten, erzielen jedoch oft nicht die erhoffte Wirkung.
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Ferner sind die bekannten Wasserkraftwerke nicht ohne Weiteres in der Größe skalierbar. Kleinere Kraftwerke, die einen gewissen Wasserdurchsatz und Höhenunterschied nicht erreichen, sind oft unwirtschaftlich. Dadurch wird in vielen Fällen wertvolle Energie nicht genutzt.
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Um den Wasserstrom fließender Gewässer zu nutzen, sind seit Langem unterschlächtige Wasserräder im Einsatz. Diese Wasserräder haben eine Vielzahl von Schaufeln, welche in einem fließenden Gewässer zur Rotation gebracht werden. Sie sind jedoch nicht sonderlich effizient.
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Es besteht daher ein Bedarf an effizienteren, leicht an einem fließenden Gewässer anordenbaren Wasserkraftwerken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Beschreibung schlägt verbesserte Wasserkraftwerke und verbesserte Vorrichtungen für solche Wasserkraftwerke gemäß einem der unabhängigen Ansprüche vor.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einem Aspekt umfasst das Wasserkraftwerk zumindest eine erste Schaufel, welche an einer ersten Rotationsvorrichtung drehbar gelagert ist und zumindest eine zweite Schaufel, welche an zumindest einer zweiten Rotationsvorrichtung drehbar gelagert ist, wobei die erste Rotationsvorrichtung mit der zumindest einen zweiten Rotationsvorrichtung über eine Kraftübertagung verbunden ist. Die Kraftübertragung dreht die erste Rotationsvorrichtung mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit und versetzt um einen ersten Winkel zu der zumindest einen zweiten Rotationsvorrichtung
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In einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Strömungsenergie einer fließenden Flüssigkeit oder eines anderen Mediums vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Kurbeleinrichtung, welche um eine Kurbelachse drehbar gelagert ist, und zumindest eine erste Schaufel, welche an der Kurbeleinrichtung um eine erste Schaufeldrehachse drehbar gelagert ist. Eine Kraftübertragungseinrichtung ist dazu ausgelegt eine Drehbewegung der zumindest einen ersten Schaufel um die erste Schaufeldrehachse mit der Drehbewegung der Kurbel um die Kurbelachse (K1, K2, K3) zu koppeln.
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Es wir auch eine Schaufel für ein Wasserkraftwerk vorgeschlagen, wobei die Schaufel um eine volle Umdrehung drehbar um eine auf einer Kreisbahn laufenden Schaufeldrehachse angeordnet ist. Die Schaufel weist eine Kraftübertragungseinrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung der Schaufel um die Schaufeldrehachse auf.
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Weitere Ausführungsformen, welche vorteilhafte Aspekte zeigen, sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Figurenbeschreibung
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Die Erfindung wird deutlicher beim Lesen der folgenden Beschreibung, welche unter Bezugnahme der Figuren erfolgt, welche zeigen:
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1 ein Beispiel eines linearen Wasserkraftwerks gemäß eines Beispiels der vorliegenden Beschreibung in einer Schrägansicht;
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die 2a und 2b das lineare Wasserkraftwerk der 1 aus anderen Perspektiven;
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die 3 eine Seitenansicht des linearen Wasserkraftwerks, wobei zu Illustrationszwecken der linke Schwimmer weggelassen wurde; und
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die 4 ein Wasserrad des linearen Wasserkraftwerks in verschiedenen Positionen einer vollen Drehbewegung.
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Detaillierte Beschreibung
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In der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung werden Beispiele angegeben, die Aspekte und Implementierungen der Erfindung lediglich beispielhaft darstellen und die nicht einschränkend sind. Es ist zur Umsetzung der Erfindung nicht erforderlich alle mit Bezug zu einem oder mehreren Beispielen dargestellte Merkmale einzusetzen. Vielmehr wird ein Fachmann erkennen, dass verschiedene Merkmale weggelassen oder durch andere ersetzt werden können ohne von der Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Vorrichtung (1, 2, 3) zur Übertragung von Strömungsenergie einer fließenden Flüssigkeit. Die Vorrichtung kann an einem fließenden Gewässer, wie einem Fluss oder einem Bach angeordnet werden. Ein Aufstauen oder Ableiten ist nicht erforderlich. Die Vorrichtung kann umfassen: eine Kurbeleinrichtung (14, 24, 34), welche um zumindest eine erste Kurbelachse drehbar gelagert ist; zumindest eine erste Schaufel (11, 21, 31), welche an der Kurbeleinrichtung (14, 24, 34) um eine erste Schaufeldrehachse (S11, S21, S31) drehbar gelagert ist; und eine Kraftübertragungseinrichtung (41, 411; 42, 421; 43, 431), welche dazu ausgelegt ist eine Drehbewegung der zumindest einen ersten Schaufel (11, 21, 31) um die erste Schaufeldrehachse (S11, S21, S31) mit der Drehbewegung der Kurbel um die Kurbelachse (K1, K2, K3) zu koppeln.
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Die Kurbeleinrichtung kann eine oder mehrere Kurbeln, Hebel, oder Bänder umfassen oder kann als ein Wasserrad, ausgelegt sein. Die Kurbeleinrichtung kann im Betrieb oberhalb eines Wasserspiegels angeordnet sein.
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Die erste Schaufeldrehachse (S11, S21, S31) kann an der Kurbeleinrichtung so angeordnet sein, dass sie auf einer umlaufenden Kreisbahn läuft. Die umlaufende Kreisbahn kann einen konstanten Radius aufweisen.
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Die erste Schaufeldrehachse kann zu der Kurbelachse im Wesentlichen parallel und radial versetzt angeordnet sein.
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Die Kraftübertragungseinrichtung 41, 411; 42, 421; 43, 431 kann auch als Kopplungseinrichtung bezeichnet werden, welche eine Drehbewegung der zumindest einen ersten Schaufel 11, 21, 31 um die erste Schaufeldrehachse bezüglich der Kurbeleinrichtung 13, 23, 33 koppelt bzw. steuert.
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An der Kurbeleinrichtung kann neben der ersten Schaufel 11, 21, 31 zudem eine zweite Schaufel 12, 22, 32 angeordnet sein, wobei die zweite Schaufel 12, 22, 32 um eine zweite Schaufeldrehachse S12, S22, S32 drehbar gelagert ist und wobei die zweite Schaufeldrehachse S12, S22, S32 zu der ersten Schaufeldrehachse parallel angeordnet ist.
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Die zweite Schaufeldrehachse S12, S22, S32 kann auf derselben Kreisbahn um die Kurbelachse drehen wie die erste Schaufeldrehachse der ersten Schaufel. Die zweite Schaufeldrehachse S12, S22, S32 kann zu der ersten Schaufeldrehachse symmetrisch bezüglich der Kurbelachse angeordnet sein.
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Die Drehbewegung der ersten Schaufel und der zweiten Schaufel kann im Wesentlichen kontinuierlich sein.
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Es können mehr als die beschriebenen zwei Schaufeln pro Rotationseinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere bei geringen Eintauchtiefen der Schaufeln kann eine höhere Anzahl von Schaufeln vorteilhaft sein.
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Die Schaufeln können ein gekrümmtes Blatt aufweisen. Die Schaufeln können dazu als Flügelprofil ausgebildet sein. Durch die unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit entsteht je nach Winkel der Schaufel zu der Wasserströmung eine zusätzliche unterstützenden Kraft, insbesondere, wenn sich die Schaufel aus dem Wasser herausdreht, wie weiter unten genauer beschrieben.
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Im Folgenden werden Beispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Die 1 zeigt ein Beispiel eines linearen Wasserkraftwerks 5 gemäß eines Beispiels der vorliegenden Beschreibung in einer Schrägansicht. Das lineare Wasserkraftwerk 5 weist zwei Schwimmer 6, 7 auf, welche parallel zueinander angeordnet sind. Die 2a und 2b zeigen das lineare Wasserkraftwerk 5 der 1 aus anderen Perspektiven. Die 2a zeigt das lineare Wasserkraftwerk 5 in einer Draufsicht von oben. Die 2b zeigt das lineare Wasserkraftwerk 5 der 1 und 2a von vorne, wobei die vordere Seite die Seite beschreibt, welche in dem strömenden Gewässer stromaufwärts gerichtet ist.
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Die Schwimmer 6, 7 können über Verstrebungen, Stege oder Brücken zu einem Boot bzw. Ponton verbunden werden und schwimmend auf einem Gewässer angeordnet werden. Bei dem dargestellten Beispiel wird die Verbindung durch drei Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 hergestellt. Es können aber auch zusätzliche Verbindungen zwischen den Schwimmern 6, 7 bestehen. Durch die Schwimmer wird gewährleistet, dass der Ponton und damit das lineare Wasserkraftwerk 5 immer die gleiche Höhe über dem Wasser hat. Schwankende Wasserstände können damit ausgeglichen werden bis hin zur Absetzung des Pontons auf dem Grund des Gerinnes bzw. fließenden Gewässer, ohne dass die Pontons oder das Wasserkraftwerk dabei beschädigt wird. Der Ponton kann mit Seilen oder Ketten am Ufer eines fließenden Gewässers fest gemacht werden, so das Wasser zwischen den beiden Schwimmern 6, 7 hindurchströmt.
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In Bezug auf das beschriebene lineare Wasserkraftwerk 5 beziehen sich die Begriffe vorne, bzw. Vorderseite oder Bug auf die Seite, die im normalen Gebrauch dem strömenden Gewässer oder Medium entgegen ausgerichtet ist, d.h. die Seite, auf die das strömende Gewässer zuerst trifft. Die Begriffe hinten, Rückseite oder Heck beziehen sich auf das im normalen Betrieb stromabwärts gerichtete Ende des linearen Wasserkraftwerks. Als linke Seite wird die Längsseite des Wasserkraftwerks bezeichnet, die in Blickrichtung stromaufwärts links liegt. An dieser linken Seite ist der linke Schwimmer 6 angeordnet. Bei einem Boot entspricht diese linke Seite der Backbordseite. Als rechte Seite wird die Längsseite des Wasserkraftwerks bezeichnet, die in Blickrichtung stromaufwärts rechts liegt. An dieser rechten Seite ist der rechte Schwimmer 7 angeordnet. Bei einem Boot entspricht diese rechte Seite der Steuerbordseite.
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Auf den Schwimmern 6, 7 sind mehrere, in dem in der 1 bis 3 dargestellten Beispiel drei, Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 in Fließrichtung des fließenden Gewässers hintereinander oder linear angeordnet. Die drei Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 sind hintereinander so angeordnet, dass das fließende Gewässer die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 nacheinander passiert, und zwar zuerst die erste Rotationsvorrichtung 1, dann die zweite Rotationsvorrichtung 2 und schließlich, die dritte Rotationvorrichtung 3, welche zum Heck des Pontons hin angeordnet ist. Diese Beschreibung der Anordnung bezieht sich auf die Rotationsvorrichtung als solche. Daran aufgehängte Schaufeln können in einer anderen Reihenfolge in das fließende Gewässer eintauchen, wie weiter unten mit Bezug auf die 3 beschrieben. Aufgrund der linearen Anordnung wird das Kraftwerk 5 als Linearwasserkraftwerk bezeichnet. Die drei Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 sind dabei im Wesentlichen identisch und unterscheiden sich nur in einigen speziellen Merkmalen. Soweit nicht explizit anders angegeben, können Merkmale, die mit Bezug auf eine der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 beschrieben ist, ebenso an den anderen Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 vorhanden sein.
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Wie unter anderem in der 3 gezeigt, umfassen die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 jeweils rechte und linke Lagerstützen 16, 26, 36, in denen eine Kurbeleinrichtung 14, 24, 34 drehbar gelagert ist. An der Kurbeleinrichtung 14, 24, 34 sind jeweils mehrere Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 so angeordnet, dass sich die Schaufeln zwischen den beiden Schwimmern 6, 7 durch das Wasser drehen können, wenn das Linearwasserkraftwerk 5 auf einem fließenden Gewässer angeordnet ist. Jede der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 umfasst zumindest eine Schaufel 11, 12, 21, 22, 31, 32. Die Schaufel kann auch als Blatt oder Schaufelblatt bezeichnet werden. Im in den 1 bis 4 dargestellten Beispiel umfasst jede der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 zwei Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32.
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Es können jedoch auch mehr als zwei Schaufeln pro Rotationsvorrichtung vorgesehen sein. Dies ist insbesondere bei geringen Eintauchtiefen vorteilhaft.
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Unterhalb bzw. zwischen den Schwimmern 6, 7 kann zusätzlich ein Rechen 8 angeordnet sein. Der Rechen 8 verhindert, dass größeres Treibgut oder Geschwemme in die Schaufeln gelangt und schützt somit das Wasserkraftwerk 5. Der Rechen 8 kann so ausgelegt sein, dass kleinere Gegenstände und Wassertiere, welche den Schaufeln nicht schaden können und nicht selbst durch die Schaufeln in Mitleidenschaft gezogen werden, ungehindert durch den Rechen 8 fließen können. Das lineare Wasserkraftwerk stellt somit kein Hindernis für Fische und andere Wassertiere dar. Der Rechen 8 kann die Form von Kufen haben, wie in den 1 und 2 dargestellt, so dass größere Gegenstände unter dem schwimmenden Wasserkraftwerk vorbei geleitet werden können. Zudem kann der Rechen auch an der Unterseite über die gesamte Länge der Schwimmer 6, 7 verlängert sein und die Schaufeln von unten schützen. Bei geringem Wasserstand können die Schaufeln nicht den Grund oder Treibgut berühren und das Wasserkraftwerk kann mit fallendem Wasserstand bis auf den Grund des Gerinnes oder fließenden Gewässers absinken ohne Schaden zu nehmen. Somit kann das Kraftwerk auch bei geringen Wasserständen in einem Fluss belassen werden.
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Alternativ zu der Anordnung auf den in der 1 dargestellten Schwimmern 6, 7 können die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 in gleicher Weise auch an einem Ufer, beispielsweise an einer Uferbefestigung angeordnet werden. Damit kann die vollständige Breite des fließenden Gewässers ausgenutzt werden. In diesem Fall kann eine Höhenverstellung der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 und damit der Schaufeln vorgesehen sein, um die Höhe der Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 an den jeweiligen Wasserstand anzupassen. Bei einer Anordnung auf Schwimmern 6, 7 erfolgt diese Anpassung hingegen von selbst.
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Die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 sind gleichdrehend miteinander verbunden, so dass sie sich mit gleicher Drehgeschwindigkeit drehen. Dies ist in der 3 dargestellt, welche eine Seitenansicht des linearen Wasserraftwerks 5 zeigt, wobei zu Illustrationszwecken der linke Schwimmer 6 weggelassen wurde.
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Jede der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 ist gleich aufgebaut und die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 sind über eine Kraftübertragung 9 in ihrer Drehbewegung verbunden. In dem in der 3 dargestellten Beispiel sind die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 als Kraftübertragung 9 über einen Riementrieb mit Riemen oder Zahnriemen 912, 923 und jeweils eine Riemenscheibe 19, 29, 39 an jeder der Kurbeln 14, 24, 34 verbunden. Die Riemenscheiben 19, 29, 39 sind jeweils gleich groß, so dass sich die Kurbeln 14, 24, 34 der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit drehen.
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Alternativ zu den Riemen oder Zahnriemen kann auch ein Kettentrieb mit einer oder mehreren Ketten und Kettenrädern, ein Kardanantrieb eine Schubstange oder ähnliches verwendet werden, um eine direkte Kraftübertragung zwischen den Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 zu erreichen. Über den Riemen, Zahnriemen, die Kette, den Kardanantrieb oder eine andere Kraftübertragung kann auch ein Generator zu Stromerzeugung angetrieben werden.
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In dem in den 1 bis 3 dargestellten Beispiel weist jede der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 jeweils zwei Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 auf, welche an gegenüberliegenden Enden der Kurbeln 14, 24, 34 angeordnet sind. Die Kurbeln 14, 24, 34 der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 sind zwar wie oben beschrieben gleichdrehend, drehen also mit der gleichen Drehgeschwindigkeit, sie sind jedoch zueinander um einen Winkel verdreht. Die Schaufeln tauchen daher nicht synchron in das Wasser ein, sondern zu einander versetzt. Bei drei Wasserrädern ist ein Versatz in einem Winkel von ungefähr 30° besonders vorteilhaft. Damit kann erreicht werden, dass immer eine der Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 im Wasser ist, und somit die Übertragung der Kräfte gleichmäßiger und effizienter ist.
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In der 3 ist ein zufälliger Punkt während der Drehbewegung der Kurbeln 14, 24, 34 der Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 dargestellt. Eine erste Schaufel 11 der ersten Rotationsvorrichtung 1 ist einer Eintauchposition, kurz nach dem Eintauchen der ersten Schaufel 11 in das Wasser. Diese Position ist in der 4a nochmals dargestellt. Eine erste Schaufel 21 der zweiten Rotationsvorrichtung 2 ist zum gleichen Zeitpunkt in einer unteren Auftauchposition kurz bevor sie das Wasser verlässt, wie sie der 4c entspricht. Beide Schaufeln 31, 32 der dritten Rotationsvorrichtung 3 sind dahingegen außerhalb des Wassers in einer Position, welche der 4d entspricht. Wenn sich die Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 nun durch den Wasserdruck des fließenden Gewässers auf die erste Schaufel 11 der ersten Rotationsvorrichtung 1 und die erste Schaufel 21 der zweiten Rotationsvorrichtung 2 aus der dargestellten Position weiterdrehen, wird die erste Schaufel 11 der ersten Rotationsvorrichtung 1 weiter durch das Wasser geführt, während die erste Schaufel 21 der zweiten Rotationsvorrichtung 2 aus dem Wasser gehoben wird. Gleichzeitig wird die zweite Schaufel 32 der dritten Rotationsvorrichtung 3 zum Eintauchen in das Wasser vorbereitet. Bevor die erste Schaufel 21 der zweiten Rotationsvorrichtung 2 aus dem Wasser gehoben wird, taucht die zweite Schaufel 32 der dritten Rotationsvorrichtung 3 in das Wasser ein. Es kann so gewährleistet werden, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest eine der Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 im Wasser ist und von dem Wasser angetrieben wird. Da alle Rotationsvorrichtungen über die Kraftübertragung 9 gleichdrehend miteinander verbunden sind, werden auch diejenigen Rotationsvorrichtungen, welche keine Schaufeln im Wasser haben, weitergedreht. Dadurch wird ein kontinuierlicher und effizienterer Antrieb, beispielsweise des Generators erreicht. Zudem behindern sich die Schaufeln nicht gegenseitig, da immer nur eine Schaufel den Hauptwasserdruck aufnimmt. Bei Kraftwerken mit mehreren synchron laufenden Schaufeln hintereinander bekommt stets die vorderste Schaufel den meisten Wasserdruck, während die hinteren Schaufeln durch die vorderste Schaufel abgeschirmt sind und nur wenig zur Kraftübertragung beitragen können.
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Bei dem in der 3 dargestellten Beispiel tauchen die Schaufeln zueinander versetzt in das Wasser. Wie oben beschrieben taucht nach der ersten Schaufel 21 der zweiten Rotationsvorrichtung 2, die ersten Schaufel 11 der ersten Rotationsvorrichtung 1 in das Wasser, wie in 3 dargestellt. Dann folgt, wie oben beschrieben die zweite Schaufel 32 der dritten Rotationsvorrichtung 3. Als Nächstes folgt die zweite Schaufel 22 der zweiten Rotationsvorrichtung 2, dann die zweiten Schaufel 12 der ersten Rotationsvorrichtung 1 und schließlich die ersten Schaufel 31 der dritten Rotationsvorrichtung 3. Daraus ergibt sich für das beschriebene Beispiel eine Schaufelabfolge 21-11-32-22-12-31. Diese Schaufelabfolge hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn drei Rotationsvorrichtungen verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Schaufelabfolgen denkbar, insbesondere wenn mehr oder weniger Rotationsvorrichtungen verwendet werden.
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Es hat sich herausgestellt, dass eine Anzahl von drei Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 mit jeweils zwei an einer Rotationsvorrichtung angeordneten Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 eine gute Effizienz erreicht. Es könnten jedoch auch weniger oder mehr Rotationsvorrichtungen verwendet werden.
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Die Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 sind jeweils drehbar um eine Schaufeldrehachse S1, S2, S3 an der Kurbel 14, 24, 34 gelagert. Die Schaufeldrehachse S11, S12, S21, S22, S31, S32 der Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 ist parallel, jedoch radial versetzt zu der Kurbeldrehachse K1, K2, K3 gelagert, um welche die Kurbeln 14, 24, 34 drehbar an den Lagerstützen 16, 26, 36 gelagert sind. Jeweils eine erste Schaufel 11, 21, 31 und eine zweite Schaufel 12, 22, 23 sind punktsymmetrisch an der entsprechenden Kurbeldrehachse K1, K2, K3 angeordnet. Die Schaufeldrehachsen S11, S12, S21, S22, S31, S32 laufen während der Rotation der Kurbeln 14, 24, 34 auf einer Kreisbahn um die jeweilige Kurbelachse K1, K2, K3. Die erste Schaufel 11, 21, 31 und die zweite Schaufel laufen an derselben Rotationvorrichtung 1, 2, 3 um 180° versetzt auf der selben Kreisbahn.
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Die Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 sind so gelagert, dass sie jeweils eine volle 360° Drehung um ihre Schaufeldrehachse S11, S12, S21, S22, S31, S32 ausführen können. Die Drehbewegung der Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 um ihre Schaufeldrehachse S11, S12, S21, S22, S31, S32 ist an die Drehbewegung der jeweiligen Kurbel 14, 23, 34 über einen Schaufelantrieb bzw. eine Kraftübertragung gekoppelt. An der jeweiligen Schaufeldrehachse kann dazu, wie in den 3 und 4 dargestellt, ein Schaufelzahnrad 411, 412, 421, 422, 431, 432 angeordnet sein, welches sich mit der jeweiligen Schaufel 11, 12, 21, 22, 31, 32 synchron um die entsprechende Schaufeldrehachse S11, S12, S21, S22, S31, S32 dreht. Das Schaufelzahnrad 411, 412, 421, 422, 431, 432 steht in Eingriff mit einem stehenden Zahnrad 410, 420, 430, welches ortsfest mit der Aufhängung 16, 26, 36 verbunden ist und sich bei Betrieb des Wasserkraftwerkes nicht dreht. Das stehende Zahnrad 410, 420, 430 ist auf der jeweiligen Kurbelachse K1, K2, K3 zentriert, dreht sich jedoch nicht mit der Kurbel 14, 24, 34. Während sich die Kurbel 14, 24, 34 dreht werden die Schaufelzahnräder 411, 412, 421, 422, 431, 432 und damit die Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32 in eine Drehbewegung versetzt und aktiv gedreht. Andersherum wird eine Drehbewegung der Schaufeln in eine Rotation der jeweiligen Kurbel 14, 24, 34, umgesetzt. Es ergibt sich die in der 4 dargestellte Abfolge der Drehung der einzelnen Schaufeln 11, 12, 21, 22, 31, 32.
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Alternativ zu der dargestellten und beschriebenen Kopplung mittels Schaufelzahnrädern 411, 412, 421, 422, 431, 432 und stehenden Zahnrädern 410, 420, 430, kann die Übertragung der Drehbewegung der Schaufel auf die Rotation der Kurbel auch mit einem Riemen, Zahnriemen einer Kette oder einer anderen Kraftübertragung erfolgen.
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Die 4a bis 4e zeigen die erste Rotationsvorrichtung 1 in verschiedenen Positionen während einer vollen Umdrehung. Die zweite und die dritte Rotationsvorrichtung 2, 3 drehen sich entsprechend, jedoch jeweils in einen Winkel versetzt, wie oben mit Bezug auf die 3 beschrieben. Die erste Schaufel 11 und die zweite Schaufel 12 der ersten Rotationsvorrichtung 1 sind an derselben Kurbel 14 montiert und drehen sich parallel zueinander. Die erste Schaufel 11 und die zweite Schaufel 12 sind zueinander zu jedem Zeitpunkt parallel ausgerichtet, d. h. die Schaufelblätter zeigen immer in die gleiche Richtung. Während einer Umdrehung der Kurbel 14 drehen sich die erste Schaufel 11 und die zweite Schaufel 12 jeweils zweimal um die jeweilige Schaufeldrehachse S11, S12. Die erste Schaufel 11 und die zweiten Schaufel 12 haben damit eine höhere Rotationsgeschwindigkeit als die Kurbel 14. Vorteilhaft ist die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln 11, 12 um die Schaufeldrehachse S11, S12 ein ganzzahliges Vielfaches der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbel 14 um die Kurbeldrehachse K1, insbesondere das Zweifache. Durch die schnellere Drehbewegung der Schaufeln 11, 12 kann bei ihrem Weg durch das Wasser die Effizienz erhöht werden.
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In der 4a ist die erste Schaufel 11 in einer Position kurz nach dem Eintauchen in das Wasser gezeigt. Die Schaufelspitze der ersten Schaufel 11 ist nach vorne entgegen der Strömung geneigt. Die Krümmung des Schaufelblattes bewirkt eine Kraft auf das Schaufelblatt nach unten und zieht das Schaufelblatt weiter in das Wasser hinein. Gleichzeitig wird durch die Krümmung des Schaufelblattes eine Drehbewegung der Schaufel 11 hin zu einer senkrechten Schaufelstellung, wie in 4b dargestellt, bewirkt. Die Form des Schaufelblatts ist dazu ausgelegt, die Drehbewegung der Schaufel 11 zu begünstigen. Diese Drehbewegung der ersten Schaufel 11 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schaufelachse S11 wird über das Schaufelzahnrad 411 und das Kurbelzahnrad 410 in eine Drehbewegung der Kurbel 14 ebenfalls um die Kurbelachse K1 entgegen dem Uhrzeigersinn umgesetzt. Zusätzlich bewirkt die Strömung eine Linearbewegung der Schaufel 11 durch das Wasser, die ebenfalls zur Drehung der Kurbel 14 beiträgt.
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Durch die Kraft des strömenden Wassers wird die Schaufel und damit die gesamte Rotationseinrichtung in die senkreche Position gebracht, die in der 4b dargestellt ist. In dieser Position steht das Schaufelblatt annähernd senkrecht und ist im Wesentlichen parallel zu der Kurbel 14 ausgerichtet. Das Schaufelblatt ist in seiner Form so ausgelegt, dass in dieser Position der Wasserdruck gut auf die Kurbel übertragen wird. In dieser Position ist das Schaufelzahnrad 411 in seiner untersten Position die so ausgelegt sein kann, dass das Schaufelzahnrad 411 nicht in das Wasser eintaucht.
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Durch den Wasserdruck wird die erste Schaufel 11 weiter durch das Wasser hin zu der in der 4c dargestellten Position bewegt, in welcher sich die erste Schaufel 11 aus dem Wasser zu heben beginnt. Auch in dieser Position begünstigt die Geometrie des Schaufelblattes eine Rotation der ersten Schaufel 11 um die erste Schaufeldrehachse S11 und die Schaufel wird beschleunigt aus dem Wasser gedreht. Diese Drehbewegung wird wiederum über das Schaufelzahnrad 411 und das Kurbelzahnrad 410 in eine Drehbewegung der Kurbel 14 übertragen. Diese Drehbewegung der Schaufel erhöht den Wirkungsgrad und die Effizienz des Wasserkraftwerkes gegenüber starren oder senkrecht stehenden Paddeln oder Schaufeln erheblich.
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Wenn sich die erste Rotationsvorrichtung 1 in der in der 4c dargestellten Position befindet, taucht bereits die nächste Schaufel 32 der dritten Rotationsvorrichtung in das Wasser ein und übernimmt die Kraftübertagung, wie oben mit Bezug auf die 3 beschrieben.
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Die erste Rotationsvorrichtung 1 bewegt sich nun angetrieben über den Riemen 912 in die in der 4d dargestellte Position, in welcher bei im Wesentlichen waagrecht stehender Kurbel 14 beide Schaufeln 11, 12 nach oben gerichtet auf gleicher Höhe befindlich sind. Im Folgenden wird dann die zweite Schaufel 12 in die Eintauchposition gebracht, wie in 4e dargestellt, bevor sie, analog zur 4a in das Wasser eintaucht. Die Kurbel 14 hat zu diesem Zeitpunkt erst eine halbe Umdrehung gemacht, während beide Schaufel 11, 12 jeweils eine volle Umdrehung um die jeweilige Schaufelachse S11, S12 vollführt haben. Bei einer Fortsetzung der Drehung ergibt sich dann wieder ein Bild analog zu den gezeigten 4a bis e, wobei die erste Schaufel 11 und die zweite Schaufel 12 vertauscht sind. Die zweite Schaufel 12 bewegt sich wie oben für die erste Schaufel 11 beschrieben durch das Wasser, während die erste Schaufel 11 nun um eine volle Umdrehung um die erste Schaufelachse S11 außerhalb des Wassers gedreht wird bevor sie wieder in die Eintauchposition gebracht wird.
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Vorangehend wurde ein lineares Wasserkraftwerk 5 mit drei Rotationsvorrichtungen 1, 2, 3 beschrieben, die auf zwei Schwimmern 6, 7 angeordnet sind, so dass das lineare Wasserkraftwerk 5 leicht und ohne aufwändige Baumaßnahmen auf jedem beliebigen Gewässer angeordnet werden kann. Das lineare Wasserkraftwerk ist dabei frei skalierbar und kann an die Größe und breite des Flusses angepasst werden. Es ist natürlich auch möglich mehrere dieser linearen Wasserkraftwerke 5 nebeneinander anzuordnen oder mehr als die gezeigten der Rotationsvorrichtungen zu verwenden. Auch können an jeder Rotationsvorrichtung mehr als zwei Schaufeln angebracht werden. Ein Fachmann wird das hier gezeigte lineare Wasserkraftwerk an verschiedene Bedingungen anpassen und die Dimensionierung entsprechend auslegen.
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In der vorangehenden Beschreibung wurde die vorliegende Erfindung am Beispiel eines linearen Wasserkraftwerks 5 beschrieben, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist ebenso möglich anstatt Wasser eine andere fließende Flüssigkeit oder ein anderes strömendes Medium zu verwenden. Neben der Verwendung als lineares Kraftwerk 5 ist auch eine Umkehrung der Funktion zu einem Antrieb denkbar. Wir statt eines Generators eine Motor verwendet oder der Generator selbst als Motor verwendet, können die Schaufeln als Antrieb für ein Schiff verwendet werden oder die Pontons aktiv durch das Wasser bewegen. Es ist damit auch möglich, das Medium anzutreiben und beispielsweise eine Pumpe zu realisieren, welche für Treibgut und Wasserlebewesen unschädlich ist.
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Ein weiterer Effekt der dargestellte Vorrichtung besteht darin, dass das Medium, insbesondere das Wasser mit Luft vermischt und damit belüftet wird. Dies kann als Nebenprodukt des beschriebenen Kraftwerks genutzt werden, oder ein beschrieben Vorrichtung kann speziell zur Belüftung des Mediums genutzt werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Vermischung des Mediums durch die Schaufel. Auch dieser Effekt kann als Nebeneffekt des Kraftwerks oder Antriebs, oder als separate Funktion implementiert sein.
