DE19632793A1

DE19632793A1 - Water wheel for flowing surface water mill

Info

Publication number: DE19632793A1
Application number: DE19632793A
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Linzmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1996-08-15
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2016-08-16
Also published as: DE19632793C2

Abstract

Water scoop surfaces (13) around the wheel (10,12) lie open upstream to form a hollow space in the height-adjustable wheel whose diameter should be 80 cm. The scoops present three-legged equilateral profiles in the form of hollow prisms. Alternatively, the scoops can form semicircular cylindrical hollows or ellipsoidal cylindrical hollows. The wheel itself has cranked rims and is made of corrosion resistant light metal, mounted on a ball or roller bearing. The wheel axis (11) is carried with low friction in a ball bearing and the scoops necessarily take in upstream water in the lower part (1) of the wheel unit only to transfer this in the upper part (12) for e.g. power generation, being joined to the axis by spokes (16,17). The wheel can be adjusted in height along the post (18) to suit the water level.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserrad für die Nutzung des Oberflächenwassers eines fließenden Gewässers.The invention relates to a water wheel for the use of Surface water of a flowing body of water.

Wasserräder, die die Energie eines fließenden Gewässers nutzen, wie beispielsweise Wasserräder für den Betrieb von Mühlen, sind im Stand der Technik bekannt. Derartige Wasserräder arbeiten nach einem solchen Wirkprinzip und sind so angeordnet, daß sie nur teilweise in ein fließendes Gewässer eintauchen, oder das Wasser über einen Kanal oberhalb des Wasserrades zugeführt wird und die entsprechende Wasserkraft von oben auf das Wasserrad übertragen wird. Im Gegensatz dazu sind im Stand der Technik Turbinenräder bekannt, die über ihre Gesamtfläche von Wasser angeströmt werden und deshalb nach einem anderen Wirkprinzip arbeiten als das Wasserrad der vorliegenden Erfindung. Derartige Turbinen sind beispielsweise zur Stromerzeugung mit Hilfe von Wasser vorgesehen, das in Fallrohren von Stauseen abgelassen wird. Waterwheels that use the energy of flowing water, such as water wheels for operating mills known in the art. Such water wheels work according to such an operating principle and are arranged so that they only partially immerse in flowing water, or that Water is fed through a channel above the water wheel and the corresponding hydropower from above onto the water wheel is transmitted. In contrast, are in the prior art Turbine wheels are known over their total area of water flow against and therefore according to a different principle of action operate as the water wheel of the present invention. Such turbines are used, for example, to generate electricity Aid provided by water in downpipes of reservoirs is drained.

Wasserräder der eingangs genannten Art weisen den Nachteil auf, daß ihr Wirkungsgrad abhängig von einer momentanen Höhe des Wasserstandes des fließenden Gewässers ist, an dem sie angeordnet sind. Aufgrund der Reibung des Wassers an seinem Flußbett stellt sich nämlich in einem fließenden Gewässer ein Geschwindigkeitsprofil mit einer von unten nach oben zunehmenden Geschwindigkeit des Wassers der einzelnen Wasserschichten des Gewässers ein. Daraus ergibt sich, daß ein Wasserrad, das tiefer als die Schichten des Oberflächenwassers in ein fließendes Gewässer eingetaucht ist, mit seinen dem Wasser ein wirksames Hindernis entgegenstellenden Wassereinfangflächen in solche Wasserschichten eintaucht, die eine geringere Geschwindigkeit aufweisen als die Schichten des Oberflächenwassers des Gewässers, und deshalb eine geringere Energieübertragung erfährt als ein Wasserrad, das nur in die Schichten des Oberflächenwassers eingetaucht ist.Waterwheels of the type mentioned at the outset have the disadvantage that that their efficiency depends on a current level of Water level of the flowing water is at which it are arranged. Due to the friction of the water on his The river bed is in a flowing body of water Speed profile with a bottom up increasing water speed of each Layers of water in the water. It follows that a Water wheel that is deeper than the layers of surface water immersed in a flowing body of water with its Water is an effective obstacle Water trapping surfaces immersed in such water layers that have a lower speed than the layers of the Surface water of the body of water, and therefore a lower one Energy is experienced as a water wheel that only enters the Layers of surface water is immersed.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, ein Wasserrad für die Nutzung des Oberflächenwassers eines schnell fließenden Gewässers bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Wasserrad an seinem Umfang in Richtung stromaufwärts offene, einen Hohlraum bildende Wassereinfangflächen aufweist, und das Wasserrad in seiner Höhe verstellbar angeordnet ist.The object of the invention is therefore a water wheel for Utilizing the surface water of a fast flowing To provide water. According to the invention, this task solved in that the water wheel at its circumference in the direction open upstream, forming a cavity Has water trapping surfaces, and the water wheel in height is adjustable.

Bei dem erfindungsgemäßen Wasserrad wird durch seine Höhenverstellbarkeit erreicht, daß es dem jeweiligen Wasserstand bzw. dem Niveau eines fließenden Gewässers angepaßt werden kann. Dabei ist vorgesehen, daß die Wassereinfangflächen, die eine Höhe von 10 bis 30 cm aufweisen können, gerade so tief in das Wasser des Gewässers eingetaucht werden, bis sie vollständig von Wasser umspült werden. Erfindungswesentlich ist dabei, daß die Wassereinfangflächen nur mit dem Oberflächenwasser des fließenden Gewässers in Berührung kommen und deshalb nicht tiefer als etwa der Betrag ihrer eigenen Höhe unter die Oberfläche des fließenden Gewässers geführt werden. Die Wassereinfangflächen sind erfindungsgemäß so ausgebildet, daß sie dem Oberflächenwasser einen maximalen Widerstand entgegensetzen und sind deshalb so ausgebildet, daß sie für das stromabwärts fließende Wasser einen offenen Hohlraum bilden, in dem sich das Wasser verfängt und damit eine entsprechende Kraft auf das Wasserrad ausübt, die einen Drehimpuls des Wasserrades bewirkt.In the water wheel according to the invention is by its Height adjustability achieves that of each Water level or the level of a flowing water adapted can be. It is envisaged that the Water trapping surfaces that are 10 to 30 cm high can, just so deeply immersed in the water of the water until they are completely flushed with water. It is essential to the invention that the water trapping surfaces only with the surface water of the flowing water in Come into contact and therefore not lower than the amount their own height below the surface of the flowing Of water. The water trapping areas are According to the invention designed so that they surface water oppose maximum resistance and are therefore like that trained to handle the downstream water form an open cavity in which the water gets caught and thus exert a corresponding force on the water wheel, which causes an angular momentum of the water wheel.

Das erfindungsgemäße Wasserrad weist vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 40 cm bis 120 cm und hierbei vorzugsweise einen Durchmesser von um 80 cm auf. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere Wasserräder mit einem Durchmesser von 80 cm auf der einen Seite leicht genug sind, um mit relativ einfachen Mitteln und unter Aufbringung kostengünstiger technischer Mittel in ihrer Höhe verstellbar angeordnet werden können, und auf der anderen Seite groß genug sind, um die gewünschte Leistung zu erbringen. Die Größe bzw. Höhe der Wassereinfangflächen ist dabei jeweils an die Durchmesser der Wasserräder angepaßt und beträgt im Falle des Durchmessers eines Wasserrades von 40 cm ungefähr 10 cm und im Falle des Durchmessers eines Wasserrades von 120 cm vorzugsweise 20 bis 30 cm. Je nach Größe des Wasserrades können entlang seinem Umfang 12 bis 36 Wassereinfangflächen vorgesehen sein, wobei im Fall von Wasserrädern, die einen Durchmesser von mehr als 120 cm aufweisen, auch mehr als 36 Wassereinfangflächen vorgesehen sein können.The waterwheel according to the invention preferably has one Diameters in the range from 40 cm to 120 cm and here preferably a diameter of around 80 cm. It has shown that in particular water wheels with a diameter of 80 cm on one side are light enough to be relative simple means and less expensive with application technical means can be arranged adjustable in height can, and on the other hand are large enough to accommodate the to provide the desired service. The size or height of the Water trapping areas are each based on the diameter of the Adjusted water wheels and is in the case of the diameter a water wheel of 40 cm approximately 10 cm and in the case of the Diameter of a water wheel of 120 cm, preferably 20 to 30 cm. Depending on the size of the water wheel, you can move along it Scope 12 to 36 water trapping areas may be provided, in the Case of water wheels that have a diameter of more than 120 cm have also provided more than 36 water trapping areas could be.

Gemäß einer einfachen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserrades sind die Wassereinfangflächen als hohlprismenförmige, im Querschnitt vorzugsweise gleichschenklig dreieckige Profile ausgebildet sind, wobei die Hohlprismakante jeweils parallel zur Oberfläche des Wassers so verläuft, daß sich das Wasser im Inneren des Hohlprismas verfängt. Diese Ausführungsform ist sowohl kostengünstig als auch effektiv.According to a simple preferred embodiment of the Water wheel according to the invention are the water trapping surfaces as hollow prismatic, preferably isosceles in cross section triangular profiles are formed, the hollow prism edge runs parallel to the surface of the water so that the water gets caught inside the hollow prism. This Embodiment is both inexpensive and effective.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserrades sind die Wassereinfangflächen als halbrunde zylindrische Hohlflächen ausgebildet. Dies entspricht einer einfacheren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wassereinfangflächen. Gemäß einer weniger kostengünstigen, aber gleichwohl effektiveren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wassereinfangflächen sind diese als ellipsenförmige zylindrische Hohlflächen ausgebildet. Zur Vermeidung von Verletzungen, und um den Wassereinfangflächen eine höhere Stabilität zu verleihen können die Wassereinfangflächen an ihren Rändern mit einer Abkröpfung versehen sein.According to another preferred embodiment of the Water wheel according to the invention are the water trapping surfaces as semicircular cylindrical hollow surfaces formed. This matches with a simpler embodiment of the invention Water trapping areas. According to a less inexpensive, however nevertheless more effective embodiment of the invention Water trapping surfaces are these as elliptical cylindrical hollow surfaces formed. To avoid Injuries, and a higher around the water trapping areas The water trapping surfaces can provide stability their edges have an offset.

Das erfindungsgemäße Wasserrad ist vorzugsweise aus einem nichtrostenden Metall, insbesondere Leichtmetall, hergestellt. Es kann jedoch auch aus einem leichten Kunststoffmaterial, das die notwendige Härte und Stabilität aufweist, hergestellt sein. Wichtig bei der Wahl des Materials für das erfindungsgemäße Wasserrad ist insbesondere, daß es kein Wasser in sich aufnimmt und damit nicht sein Gewicht verändert, wie dies beispielsweise bei Holz der Fall wäre. Um die Kraft des Wassers möglichst verlustarm auf das Wasserrad zu übertragen, ist das erfindungsgemäße Wasserrad auf einem Kugel- oder Wälzlager gelagert.The water wheel according to the invention is preferably made of one stainless metal, especially light metal. However, it can also be made from a lightweight plastic material has the necessary hardness and stability. Important when choosing the material for the invention Water wheel is in particular that it does not absorb water and not change its weight like this, for example would be the case with wood. To the power of water as possible To transfer to the waterwheel with little loss is that water wheel according to the invention on a ball or roller bearing stored.

Das erfindungsgemäße Wasserrad wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiel erläutert, das in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigt:The waterwheel according to the invention is described below using a Embodiment explained that in the figures of the drawing is shown. It shows:

Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserrades; Fig. 1 shows a cross section of a preferred embodiment of the water wheel according to the invention;

Fig. 2 einen Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wassereinfangfläche; Fig. 2 shows a cross section of a first preferred embodiment of a Wassereinfangfläche invention;

Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wassereinfangfläche. Fig. 3 shows a cross section of another preferred embodiment of a Wassereinfangfläche invention.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wasserrad 10 sind 12 Wassereinfangflächen 13 entlang dem Umfang 12 des Wasserrades angeordnet. Die Wassereinfangflächen 13 weisen eine Höhe von 20 cm auf, und das Wasserrad 10 hat einen Durchmesser von 80 cm. In the waterwheel 10 shown in FIG. 1, 12 water trapping surfaces 13 are arranged along the circumference 12 of the waterwheel. The water trapping surfaces 13 have a height of 20 cm and the water wheel 10 has a diameter of 80 cm.

Die Achse 11 des Wasserrades ist in einem Kugellager reibungsarm gelagert. Die Wassereinfangflächen 13 sind entsprechend ihrer einfachsten Ausführungsform halbkugelförmig gestaltet. Diese Wassereinfangflächen 13 sind im unteren Bereich des Wasserrades 10 in Richtung stromaufwärts, d. h. in die Richtung, aus der das Wasser kommt, offen und bilden einen Hohlraum, in dem sich das Wasser eines fließenden Gewässers staut und seine Bewegungsenergie an das Wasserrad abgibt, so daß sich dieses dreht. Im Bereich der Achse 11 ist ein nicht dargestellter Generator vorgesehen, der durch die Achse 11 angetrieben wird, um elektrischen Strom zu erzeugen.The axis 11 of the water wheel is mounted with low friction in a ball bearing. The water trapping surfaces 13 are hemispherical in their simplest embodiment. These water trapping surfaces 13 are open in the lower region of the waterwheel 10 in the upstream direction, ie in the direction from which the water comes, and form a cavity in which the water of a flowing water builds up and releases its kinetic energy to the waterwheel, so that this turns. In the area of the axle 11, an unillustrated generator is provided which is driven by the shaft 11 to generate electricity.

Die Wassereinfangflächen 13 sind zwischen zwei im Abstand von 40 cm angeordneten Umlaufrädern angeordnet, die über jeweils zwei Speichen 16 und 17 mit der Achse 11 verbunden sind. Die beiden Umlaufräder sind über die an je einer ihrer Endseiten mit einem Umlaufrad verbundenen Wassereinfangflächen 13 miteinander verbunden. Über eine nicht dargestellte mechanische Vorrichtung wird die Achse 11 des Wasserrades entlang einem Befestigungspfeiler 18 vertikal so weit verschoben, daß die Wassereinfangflächen 13 des Wasserrades 10 im untersten Bereich des Wasserrades 10 gerade so tief in das Wasser eines fließenden Gewässers hineinragen, daß auch ihre obere Kante von Wasser umspült ist. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserrades ist der Befestigungspfeiler 18 teleskopartig ausziehbar und wird durch eine nicht dargestellte mechanische Vorrichtung in seiner Höhe je nach dem Wasserstand des fließenden Gewässers gerade so geregelt, daß die jeweils unterste Wassereinfangfläche auch an ihrer Oberkante von Wasser umspült ist. Sensoren zum Feststellen des Wasserstandes können am Ufer des Gewässers oder an den Speichen 16, 17 der Umlaufräder angeordnet sein.The water trapping surfaces 13 are arranged between two rotating wheels arranged at a distance of 40 cm, which are each connected to the axle 11 by two spokes 16 and 17 . The two planetary gears are connected to each other via the water trapping surfaces 13 connected to a planetary gear on one of their end sides. About a mechanical device, not shown, the axis 11 of the water wheel is vertically displaced along a fastening pillar 18 so that the water trapping surfaces 13 of the water wheel 10 in the lowest region of the water wheel 10 protrude just so deep into the water of a flowing water that their upper edge also is washed by water. In an alternative embodiment of the waterwheel according to the invention, the fastening pillar 18 can be telescopically extended and its height is regulated by a mechanical device, not shown, depending on the water level of the flowing water, so that the lowest water trapping surface is also washed by water at its upper edge. Sensors for determining the water level can be arranged on the bank of the water or on the spokes 16 , 17 of the planetary wheels.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wassereinfangfläche 13 im Detail. Diese Wassereinfangfläche 13 besteht ebenfalls aus einem im Querschnitt halbkreisförmigen Zylinderteil, wobei an das obere und untere Ende sich eine jeweils nach außen gebogene Abkröpfung 14 anschließt, die der Wassereinfangfläche eine gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erhöhte Stabilität verleiht und auch als Wassereinleiteinrichtung in die Höhlung der gebogenen Wassereinfangfläche wirkt. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention Wassereinfangfläche 13 in detail. This water trapping surface 13 also consists of a cylinder part which is semicircular in cross section, with an outwardly bent bend 14 adjoining the upper and lower ends, which gives the water trapping surface increased stability compared to the embodiment shown in FIG. 1 and also as a water inlet device into the Cavity of the curved water trapping surface works.

Die in Fig. 3 dargestellte alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäße Wassereinfangfläche 15 ist im Querschnitt ellipsenförmig ausgebildet und besitzt die Form eines halboffenen ellipsenförmigen zylindrischen Körpers. Auch bei dieser Ausführungsform sind an den Kanten Abkröpfungen 14 vorgesehen, um die Stabilität zu erhöhen und um eine größere Wassermenge in die Höhlung der Wassereinfangfläche 15 einzuleiten.The alternative embodiment of a water trapping surface 15 according to the invention shown in FIG. 3 is elliptical in cross section and has the shape of a semi-open elliptical cylindrical body. In this embodiment too, bends 14 are provided on the edges in order to increase the stability and to introduce a larger amount of water into the cavity of the water trapping surface 15 .

Claims

1. Water wheel for the use of the surface water of flowing water, characterized in that on its circumference in the upstream direction open, cavity-forming water trapping surfaces are provided, and the water wheel is arranged adjustable in height.

2. Water wheel according to claim 1, characterized in that the Waterwheel preferably has a diameter in the range of 40 cm to 120 cm, preferably around 80 cm.

3. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the water trapping areas as hollow prismatic, isosceles in cross section triangular profiles are formed.

4. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the water trapping surfaces as semicircular cylindrical hollow surfaces are formed.

5. Water wheel according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the water trapping areas as elliptical cylindrical hollow surfaces are formed.

6. Water wheel according to one of claims 3 or 4, characterized characterized in that the water trapping surfaces at their Edges have an offset.

7. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the waterwheel is made of a stainless steel Metal, especially light metal is made.

8. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the water wheel on a ball or Rolling bearing is stored.