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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zellen- und/oder Schaufelradanordnung, sowie die Verwendung einer solchen in einer Wasserkraftmaschinenanordnung.
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Zellen- und/oder Schaufelräder sind allgemein bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem radartigen, um eine Drehachse angeordneten Grundkörper, welcher radial umlaufend eine Vielzahl von Zellen, Schaufeln oder dergleichen aufweist, mittels denen ein Medium, bspw. Wasser, transportiert wird.
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Zellen- und/oder Schaufelradanordnung, wie Wasserräder, können bspw. Bestandteile von Wasserkraftmaschinen sein, um potentielle Energie in kinetische Energie umzuwandeln. Diese kinetische Energie kann dann bspw. dazu verwendet werden, um elektrische Energie mittels eines elektrischen Generators zu erzeugen.
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Nachteilig bei bisher bekannten Zellen- und/oder Schaufelrädern ist deren einfache Ausführung, die nur einen singulären Zweck ermöglicht. So ist bspw. ein Mediumtransport mittels bekannter Zellen- und/oder Schaufelräder nur einspurig und/oder nur in eine Richtung möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eines der obengenannten Probleme zu adressieren. Alternativ soll der allgemeine Stand der Technik verbessert werden. Zumindest soll aber eine Alternative zu bisher Bekanntem geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Zellen- und/oder Schaufelradanordnung vorgeschlagen.
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Die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung umfasst dabei wenigstens ein erstes Zellen- und/oder Schaufelrad und ein zweites Zellen- und/oder Schaufelrad, die rotationsfest und um eine gemeinsame Drehachse miteinander verbunden sind.
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Die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung kann bspw. auch wie bei einem unterschlächtigen Wasserrad ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung wenigstens teilweise seitlich eingehaust, bspw. zu wenigstens 20 Flächenprozent.
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Unter einem Zellen- bzw. Schaufelrad werden hierin insbesondere radartige Konstruktionen verstanden, die eine endliche Anzahl von Schaufeln und/oder Zellen oder dergleichen aufweisen, die umlaufend angeordnet sind, wie insbesondere bei Wasserrädern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung als Zellenradanordnung ausgeführt. Die Räder weisen also Zellen auf, die für einen bestimmten Mediumtransport eingerichtet sind. Die Größe und Form der Zellen richtet sich dabei bevorzugt nach dem zu transportierenden bzw. zu bewegendem Medium.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Zellen- und/oder Schaufelräder konzentrisch miteinander und um eine Drehachse angeordnet.
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Das erste Zellen- und/oder Schaufelrad umfasst bspw. acht Zellen und das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad umfasst bspw. vier Zellen, die bevorzugt jeweils gleichartig ausgeführt sind.
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Die Zellen- und/oder Schaufelräder weisen also bevorzugt jeweils gleichartige Zellen auf, aber eine ungleiche Anzahl von Zellen zueinander. Auch können die Zellen- und/oder Schaufelräder zueinander unterschiedliche Zellen aufweisen. Bevorzugt sind die Zellen der Zellen- und/oder Schaufelräder so zueinander ausgebildet, dass die Zellen- und/oder Schaufelräder jeweils das gleiche Volumen transportieren.
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Die Größe, also das Fassungsvolumen, der Zellen und/oder Schaufeln ist freiwählbar, wobei der Verwendungszweck der Zellen- und/oder Schaufelradanordnung zu berücksichtigen ist.
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Auch kann die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung mehr als zwei Zellen- und/oder Schaufelräder aufweisen, bspw. drei oder vier Zellen- und/oder Schaufelräder.
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Die Zellen- und/oder Schaufelräder können ferner auch aneinander liegen oder voneinander beanstandet werden, bspw. um mehr als 0,5m.
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Vorzugsweise weist das erste Zellen- und/oder Schaufelrad einen ersten Durchmesser auf und das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad weist einen zweiten Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser.
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Das erste Zellen- und/oder Schaufelrad ist also größer ausgeführt als das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad.
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Beispielsweise weist das erste Zellen- und/oder Schaufelrad einen Durchmesser von mehr als 2m, insbesondere mehr als 10m, bevorzugt ca. 15m auf und das zweite Zellen- und/ oder Schaufelrad weist einen Durchmesser von mehr als 1m auf, insbesondere mehr als 2m, bevorzugt ca. 7,5m.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des ersten Zellen- und/oder Schaufelrades ungefähr doppelt so groß, wie der Durchmesser des zweiten Zellen- und/ oder Schaufelrades.
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Bevorzugt sind die Zellen- und/oder Schaufelräder unterschiedlich ausgeführt, bspw. in Breite, Höhe und Länge. Sofern die Zellen- und/oder Schaufelräder unterschiedlich ausgeführt sind, bspw. ist ein Rad größer als ein anderes, sind die Zellen der Räder derart ausgeführt, dass die Räder das gleiche Volumen transportieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen das erste Zellen- und/oder Schaufelrad und das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad ferner im Wesentlichen die gleiche Breite auf.
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Vorzugsweise ist das erste Zellen- und/oder Schaufelrad und/oder das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad im Wesentlichen aus Holz und/oder Metall und/oder Kunststoff.
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Das Zellen- und/oder Schaufelrad ist bspw. im Wesentlichen aus Holz gefertigt oder aus Stahl geschweißt oder aus Kunststoff geformt.
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Das Material und/oder die Verarbeitung des Zellen- und/oder Schaufelrades erfolgen dabei bevorzugt so, dass das Zellen- und/oder Schaufelrad wasserbeständig ausgeführt ist - also bei einer Beaufschlagung mit Wasser zerstörungsfrei verwendet werden kann. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass das Holz entsprechend bearbeitet oder rostfreier Edelstahl verwendet wird.
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Vorzugsweise weist eine Zelle oder eine Schaufel des ersten Zellen- und/oder Schaufelrad und/oder des zweiten Zellen- und/oder Schaufelrad wenigstens ein Fassungsvolumen von 10 Liter auf.
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Das Zellen- und/oder Schaufelrad ist also von einer Größe, die auch eine wirtschaftliche industrielle Anwendung ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Fassungsvolumen zwischen 100 Liter und 1000 Liter pro Zelle.
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Vorzugsweise weist das erste Zellen- und/oder Schaufelrad mehr oder wenigerZellen oder Schaufeln auf als das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad.
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Die Schaufelräder sind somit insbesondere nicht identisch.
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Bevorzugt weist das erste Zellen- und/oder Schaufelrad wenigstens 24 Zellen oder Schaufeln auf.
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Bevorzugt weist das zweite Zellen- und/oder Schaufelrad wenigstens 12 Zellen oder Schaufeln auf.
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Erfindungsgemäß wird ferner eine (Wasserkraft)-Maschinenanordnung vorgeschlagen, wenigstens umfassend eine vorstehend oder nachstehend beschriebene Zellen- und/oder Schaufelradanordnung und eine mechanische Welle und optional einen elektrischen Generator.
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Mittels der mechanischen Welle kann dann bspw. ein Generator angetrieben werden, um Energie zu wandeln oder eine andere Vorrichtung, wie bspw. eine Mühle.
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Die mechanische Welle verbindet dabei bevorzugt das Zellen- und/oder Schaufelrad derart mit einem elektrischen Generator, dass die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung den elektrischen Generator antreibt, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Sofern also die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung mit einem Medium, wie bspw. Wasser, wie bei einem Wasserrad, betrieben wird, kann die dadurch erzeugte Drehbewegung mittels der Welle an den Generator übertragen werden, welcher aus der Drehbewegung elektrische Energie erzeugt.
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Aber auch andere Anwendungsbeispiele wie Mühlen oder Hebezeuge, die mechanische Energie direkt verwenden, also die mechanische Energie auf der Welle nicht in elektrische Energie wandeln, wie ein Generator, sind denkbar.
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Vorzugsweise weist die Wasserkraftmaschinenanordnung ferner eine erste Zu- oder Ableitung und/oder eine zweite Zuleitung auf, die insbesondere fluidleitend und/oder fluiddicht ausgeführt sind.
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Bevorzugt ist die zweite Zu- oder Ableitung dabei unterhalb der ersten Zu- oder Ableitung angeordnet.
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Die Zu- oder Ableitungen können bspw. als Schlauch, insbesondere aus Kunststoff, ausgeführt sein oder als Graben in der Erdoberfläche, bspw. in Form einer Rinne. Aber auch ein Rohr oder See oder Ähnliches könnte hierfür genutzt werden.
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Optional weist die Wasserkraftmaschinenanordnung zudem einen elektrischen Speicher, einen Ausgleichsbehälter und/oder ein Gehäuse auf.
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Bevorzugt ist der elektrische Speicher mit dem elektrischen Generator verbunden, um die vom Generator erzeugte, elektrische Energie zu speichern.
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Bevorzugt ist der Ausgleichsbehälter dazu eingerichtet, überschüssiges Medium in der Wasserkraftmaschinenanordnung vorzuhalten und/oder ein im Wesentlichen konstantes Volumen an Medium in der Wasserkraftmaschinenanordnung vorzuhalten.
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Bevorzugt ist das Gehäuse dazu eingerichtet, die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung mediumdicht derart abzuschließen, dass das Medium im Wesentlichen innerhalb der Wasserkraftmaschinenanordnung zwischen dem ersten Zellen- und/oder Schaufelrad und dem zweiten Zellen- und/oder Schaufelrad zirkuliert.
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Erfindungsgemäß wird die Verwendung einer vorstehend oder nachstehend beschriebenen Zellen- und/oder Schaufelradanordnung in einer Wasserkraftmaschine zur Gewinnung von, insbesondere elektrischer, Energie vorgeschlagen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend exemplarisch und anhand der begleitenden Figuren näher erläutert, wobei für gleiche oder ähnliche Baugruppen dieselben Bezugszeichen verwendet worden sind.
- 1 zeigt eine Zellenradanordnung in einer Perspektivansicht.
- 2 zeigt eine Wasserkraftmaschinenanordnung in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine Zellenradanordnung 100.
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Die Zellenradanordnung 100 umfasst ein erstes Zellenrad 110 und ein zweites Zellenrad 120, wobei das erste Zellenrad 110 und das zweites Zellenrad 120 miteinander rotationsfest und um eine gemeinsame Drehachse D verbunden sind.
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Das erste Zellenrad 110 und das zweites Zellenrad 120 sind zudem konzentrisch zueinander und um die Drehachse D angeordnet. Das zweite Zellenrad 120 ist dabei insbesondere mittig am ersten Zellenrad 110 angeordnet.
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Das erste Zellenrad 110 ist zudem größer ausgeführt als das zweite Zellenrad 120. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das erste Zellenrad einen Durchmesser d1 aufweist, der größer ist als der Durchmesser d2 des zweiten Zellenrades. Die Breite b1, b2 der Zellenräder ist bevorzugt im Wesentlichen gleich. Eine Zelle 112 des ersten Zellenrades weist bspw. ein Volumen von 100 Liter auf.
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Bevorzugt ist die Zellenradanordnung 100 aus Edelstahl gefertigt. Dies bedeutet insbesondere auch, dass das erste Zellenrad 110 und das zweites Zellenrad 120 aus demselben Material gefertigt sind.
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2 zeigt eine Wasserkraftmaschinenanordnung 1000 in einer Seitenansicht.
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Die Wasserkraftmaschinenanordnung 1000 umfasst dabei eine Zellenradanordnung 1100, wie bspw. in 1 gezeigt, eine mechanische Welle 1200 und einen Generator 1300.
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Die Zellenradanordnung umfasst also wenigstens ein erstes Zellenrad 1110 und ein zweites Zellenrad 1120, die gemeinsam drehfest miteinander um eine gemeinsame Drehachse D drehbar gelagert sind.
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In jener Drehachse ist auch die mechanische Welle 1200 angeordnet.
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Die mechanische Welle 1200 verbindet die Zellenradanordnung 1100 mit dem elektrischen Generator 1300, insbesondere so, dass die Zellenradanordnung 1100 den elektrischen Generator 1300 antreiben kann, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Um die Zellenradanordnung 1100 in eine Drehbewegung zu versetzen, weist die Wasserkraftmaschinenordnung 1000 eine erste Zuleitung 1400 und eine zweite Zuleitung 1500 auf, wobei die zweite Zuleitung 1500 unterhalb der ersten Zuleitung 1400 angeordnet ist.
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Die Zuleitungen 1400, 1500 führen bspw. horizontal aus der Zellenradanordnung heraus.
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Über die Zuleitungen 1400, 1500 kann - je nach Bedarf- das erste oder das zweite Zellenrad 1110, 1120 mit einem Medium, bspw. Wasser, bestückt bzw. befüllt werden. Durch die Gewichtskraft des Mediums und die drehbare Lagerung der Zellenräder 1110, 1120 wird die Zellenradanordnung 1100 in eine Drehbewegung versetzt, die mittels der Welle 1200 an den Generator 1300 übergeben wird, der aus der kinetischen Energie der Drehbewegung elektrische Energie formt. Die so vom Generator 1300 erzeugte Energie kann dann direkt in ein elektrisches Netz eingespeist oder in einem elektrischen Speicher 1310 gespeichert werden.
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Die Zuleitungen 1400, 1500 sind dabei bevorzugt derart mit den Zellenrädern 1110, 1120 verbunden, dass sich ein geschlossener Kreislauf (a' ,b', c', d', e', f) ergibt, an dem optional ein Ausgleichsbehälter 1600 angeordnet ist. Zur Bildung dieses Kreislaufes (a' ,b', c', d', e', f), geformt aus den Zellenrädern 1110, 1120 und den Zuleitungen 1400, 1500, kann zudem ein Gehäuse 1700 vorgesehen sein, welches insbesondere die Zellenräder 1110, 1120 abgedeckt bzw. abschließt.
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Sofern ein Gehäuse 1700 vorgesehen ist, weist dieses Öffnungen auf, die mit den Zuleitungen verbunden sind. In einer weiteren Ausführungsform können zudem auch die Zellenräder 1110, 1120 seitliche Öffnungen aufweisen, um das Medium aufzunehmen.
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Bevorzugt sind die Zuleitungen 1400, 1500 ferner so angeordnet, dass sich das Medium innerhalb des ersten Zellenrades 1110 von oben nach unten bewegt (a' -> b'), von dort über die zweite Zuleitung 1500 zum zweiten Zellenrad 1120 fließt (b' -> c' -> d'), sich innerhalb des zweiten Zellrades 1120 von unten nach oben bewegt (d' -> e') und von dort über die erste Zuleitung 1400 wieder zurück zum ersten Zellenrad 1100 in einem geschlossenen Kreislauf (a' ,b', c', d', e', f') fließt (e' -> f -> a').
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Ferner ist die Zellenradanordnung 1100 so ausgeführt und gelagert, dass die Bewegung des Mediums von unten nach oben im zweiten Zellenrad 1120 (d' -> e') durch die Bewegung des Mediums von oben nach unten im ersten Zellenrad 1110 (a' -> b') verursacht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können die Zuleitungen 1400, 1500 auch als Rinne im Erdboden ausgeführt sein, bspw. a -> e oder b -> d.
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In einer weiteren Ausführungsform ist e oberhalb von a angeordnet und b oberhalb von d. Die Zuleitungen 1400, 1500 sind also so angeordnet, dass das Medium nur durch die Gewichtskraft, getrieben durch die Zuleitung hindurchfließt.
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Auch kann die Zellen- und/oder Schaufelradanordnung in der Kraftmaschine mehr als zwei Zellen- und/oder Schaufelräder aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Zellen- und/oder Schaufelradanordnung
- 110
- erstes Zellen- und/oder Schaufelrad
- 112
- Zelle, insbesondere des erstes Zellen- und/oder Schaufelrades
- 120
- zweites Zellen- und/oder Schaufelrad
- 1000
- Wasserkraftmaschinenanordnung
- 1100
- Zellen- und/oder Schaufelradanordnung
- 1110
- erstes Zellenrad
- 1200
- mechanische Welle
- 1300
- elektrische Generator
- 1310
- elektrischer Speicher
- 1400
- erste Zuleitung
- 1500
- zweite Zuleitung
- 1600
- Ausgleichsbehälter
- 1700
- Gehäuse
- D
- Drehachse
- d1
- Durchmesser des ersten Zellen- und/oder Schaufelrades
- d1
- Durchmesser des zweiten Zellen- und/oder Schaufelrades
- b1
- Breite des ersten Zellen- und/oder Schaufelrades
- b2
- Breite des zweiten Zellen- und/oder Schaufelrades
- a', b', ...
- Punkte eines Kreislaufes
