DE19919671A1

DE19919671A1 - Transportable Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft

Info

Publication number: DE19919671A1
Application number: DE19919671A
Authority: DE
Inventors: Hermann Henkel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-09

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine transportable Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft mit einem Basiselement (12), mit einer auf dem Basiselement (12) angebrachten Wasserkraftmaschine (16, 40) und mit einem auf dem Basiselement (12) angebrachten Ballastelement (14). Eine Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft zu schaffen, die universell einsetzbar ist und über eine erhöhte Standfestigkeit verfügt, wird dadurch erreicht, dass das Ballastelement (14) oberhalb einer Wasserlinie angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine transportable Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft mit einem Basiselement, mit einer auf dem Basiselement angebrachten Wasserkraftmaschine, und mit einem auf dem Basiselement angebrachten Ballastelement.

Aus dem DE-G-86 18 840 ist ein Ständer für transportable Wasserräder bekannt, der einen kastenförmigen Ständerfuß und zwei am Rand des Ständerfusses angebrachte, nach oben ragende Längstraversen aufweist. Am oberen Ende der Längstraversen wird dann die Achse des Wasserrades befestigt. Der kastenförmige Ständerfuß ist dabei mit einer Folie aus gekleidet, um gleichzeitig als Wasserbehälter und Wasserauffangbecken zu dienen. Der aus dem DE-G-86 18 840 bekannte transportable Ständer für Wasserräder ist mit seinem unterhalb des Wasserrades angebrachten Wasserbehälter zwar transportabel und ohne wasserbauliche Verankerung im Flußbett oder nahe eines Wehrs aufstellbar, jedoch ist dieser Ständer nicht in allen Situationen standfest. Darüberhinaus führt ein erhöhter Wasserstand, beispielsweise nach einer Schneeschmelze, beim unter schlächtigen Betrieb dazu, daß das fließende Wasser nicht nur an den Schaufeln, sondern teilweise direkt an dem Wasserrad angreift, und so dass aufgrund der Hebelwirkung das Wasserrad samt Ständer umzukippen droht. Beim oberschlächtigem Betrieb kann ein nicht präzise auf die Schaufel auftreffender Wasserstrahl den Ständer ebenfalls umkippen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft zu schaffen, die universell einsetzbar ist und über eine erhöhte Standfestigkeit verfügt.

Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der unterhalb der Wasserlinie angeordnete Wasserbehälter (einschließlich seiner Füllung) nur eine sehr geringe Anpresskraft ausübt, da Aufgrund des Auftriebs ein Teil der Gewichtskraft verlorengeht.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla gen die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass das Ballastelement oberhalb einer Wasserlinie angeordnet ist.

Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Vorrichtung hat den Vorteil, dass hierdurch der auftriebsbedingte Gewichtsverlust sowohl des Ballastelementes, als auch dessen Inhalts entfällt und dass die volle Gewichtskraft genutzt werden kann. Ein weiteren Vorteil besteht darin, dass hiermit auch das ausreichend und kostengünstig zur Verfügung stehende Wasser als Ballastmaterial genutzt werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Ballastelement in Strömungs richtung vor und/oder hinter der Wasserkraftmaschine angeordnet.

Dies hat den Vorteil, dass hierdurch das Ballastelement sehr viel größer dimensioniert werden kann, um somit die Standfestigkeit der Vorrichtung beliebig zu erhöhen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß hierdurch die Wasserkraftmaschine stets im Strömungsschatten des Ballastelementes angeordnet ist, so daß eine ungestörte Umwandlung der Wasserenergie in elektrische Energie gewährleistet ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch dieses vor dem Balllastelement angeordnete Element weitere Haltestreben anbringbar sind, die die Stabilität und die Standfestigkeit der Wasserkraftmaschine weiter erhöhen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ballastelement derart angeordnet und ausgebildet, daß unter dem Ballastelement Wasser hindurchfließen kann. Dies hat den Vorteil, daß die Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft hierdurch in einfacher Form wahlweise ober- oder unterschlächtig eingesetzt werden kann.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist die Wasserkraft maschine höhenverstellbar am Basiselement und/oder am Ballastelement angebracht. Dies hat den Vorteil, daß die Wasserkraftmaschine hierdurch den jeweiligen Wasserständen angepaßt werden kann, so daß die Wasser kraftmaschine stets lediglich mit ihren Schaufeln in das fließende Wasser hineinragt, um so die Wasserkraft wirkungsvoll ausnutzen zu können.

In einer bevorzugten Weiterbildung erstreckt sich das Ballastelement über die gesamte Breite der Wasserkraftmaschine, um der Wasserkraftmaschine eine bestmögliche Strömungsabdeckung zu bieten.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Ballastelement als Wassertrog ausgebildet und die Wasserkraftmaschine wird oberschlächtig betrieben, d.h. das aus dem Ballastelement ausfließende Wasser fließt von oben auf die Wasserkraftmaschine.

Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Vorrichtung hat den Vorteil, daß das beispielsweise über ein Wehr fließende Wasser zunächst in den Wassertrog gelenkt wird, um von dort kontrolliert und gezielt auf die Wasserkraftmaschine zu fließen. Hierdurch wird eine optimale Anströmung der Wasserkraftmaschine und somit eine günstige Ausnutzung der Wasser kraft erreicht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch ein derart ausgebildetes, mit Wasser oder Gewichten gefülltes Ballastelement genügend Gewicht auf die Vorrichtung wirkt, um eine hohe Standfestigkeit zu gewährleisten. Außerdem greift das fließende Wasser nicht unkontrolliert und in statisch ungünstiger Weise an der Wasserkraftmaschine an, sondern gelangt zur Unterstützung der Statik zunächst in den Wassertrog, um dann kontrolliert auf das Wasserrad gelenkt zu werden. Es versteht sich, daß im Wassertrog zusätzlich auch andere Gewichte, wie beispielsweise schwere Steine oder dergleichen vorhanden sein können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispeilsweise unmittelbar hinter einem Wehr oder dergleichen stehend oberschlächtig betrieben werden, um sowohl die potentielle als auch die kinetische Energie des Wassers auszunutzen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die obengenannte Vorrichtung eine Überleitschürze auf, die einerseits auf einem Wehr und andererseits auf dem Ballastelement aufliegt, um das über das Wehr fließende Wasser gezielt in das Ballastelement zu leiten. Dabei wird die Überleitschürze lediglich lose auf das Wehr aufgelegt, um bauliche Veränderungen oder gar Beschädigungen des Wehrs zu vermeiden. Dies hat den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung hierdurch problemlos an bestehenden Wehren eingesetzt werden kann, ohne dessen Festigkeit zu beeinträchtigen.

In vorteilhaften Weiterbildungen weist die Überleitschürze eine Wechsel klappe und eine Umlenkklappe auf. Dabei leitet die Wechselklappe das über das Wehr tretende Wasser entweder zur Ausnutzung der Wasserkraft in das Ballastelement oder ungenutzt am Ballastelement vorbei und unter der Wasserkraftmaschine hindurch, während die Umlenkklappe das über das Wehr tretende Wasser entweder in das Ballastelement hinein oder an dem Ballastelement vorbei in das Ballastelemenet einer benachbart angeordneten Vorrichtung lenkt.

Um eine bauliche Veränderung oder Beschädigung des Wehrs zu vermeiden, wird die Überleitschürze auf der Wasserseite des Wehrs durch ein am Boden aufliegendes Gegengewicht in Position gehalten, welches über Seile, Ketten oder Stangen mit der Überleitschürze verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, die Länge der Seile, Ketten oder Stangen so zu wählen, dass das Gegengewicht auf dem Wehr und nicht auf dem Grund des Gewässers zum Liegen kommt.

Um Beschädigungen der Vorrichtung, insbesondere der Wasserkraft maschine, durch mitgerissenes Treibgut zu vermeiden, wird oberhalb des Ballastelementes und der Wasserkraftmaschine ein Rechen angeordnet, der dieses Treibgut über die Vorrichtung hinweg leitet, das Wasser zur Ausnutzung der Energie jedoch hindurchläßt.

Beim Abfließen des Wassers aus der Wasserkraftmaschine entstehen häufig Wirbel oder andere Turbulenzen, die zu partiellen Ausspülungen des Untergrundes führen können. Diese Ausspülungen können im Extremfall die Standfestigkeit der gesamten Vorrichtung gefährden. Um dies zu verhindern wird abflußseitig eine Abweisschürze angebracht.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungs formen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer hinter einem Wehr aufgebauten Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Wehr mit drei dahinter aufgebauten Vorrichtungen gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der in einem fliessenden Gewässer aufgebauten Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer hinter einem Wehr aufgebauten zweiten Auführungsform der Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Wehr mit der dahinter aufgebauten Vorrichtungen gemäß Fig. 4.

In den Fig. 1 und 3 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft dargestellt, wobei diese Vorrichtung in Fig. 1 hinter einem Wehr aufgestellt ist und oberschlächtig betrieben wird, während diese Vorrichtung gemäß Fig. 3 in einem fließenden Gewässer aufgestellt ist und unterschlächtig betrieben wird. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, können mehrer dieser Vorrichtungen gemäß der Breite des Wehres 10 nebeneinander angeordnet werden, um die gesamte Flußbreite auszunutzen. Analoges gilt für fließende Gewässer.

Die Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft umfasst ein Basiselement 12, auf dem ein Ballastelement 14 und eine als Wasserrad 16 ausgebildete Wasserkraftmaschine angeordnet sind. Das Wasserrad 16 ist über eine höhenverstellbare Halterung 18 am Basiselement 12 abgestützt und über einen schwenkbar gelagerten, am Ballastelement 14 befestigten Haltebügel 20 rotierbar gehalten.

Das Ballastelement 14 ist derart auf dem Ballastelement 12 angebracht, bzw. das Basiselement 12 ist derart ausgebildet, daß unter dem Ballastelement 14 Wasser hindurchfließen kann. Beim unterschlächtigen Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird das Wasserrad 16 in diesem Falle soweit gesenkt, daß die Schaufeln 22 des Wasserrades 16 in das unter dem Ballastelement 14 her fließende Wasser eingreifen, um die kinetische Energie des Wassers zu nutzen.

Beim oberschlächtigen Betrieb der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 wird das Wasserrad 16 unmittelbar hinter dem Wehr 10 aufgestellt. In diesem Falle wird auf das Wehr eine Überleitschürze 24 aufgelegt, die bis zum Ballastelement 14 reicht und auf diesem ebenfalls aufliegt. Zur Vermeidung von Beschädigungen und baulichen Veränderungen des Wehrs 10 wird die Überleitschürze 24 auf der anderen Seite des Wehres 10 mit einem Gegengewicht 26 in Position gehalten, welches auf der Schräge des Wehres 10 aufliegt und über Seile mit der Überleitschürze verbunden ist. Unmittellbar am Kamm des Wehres 10 weist die Überleitschürze 24 eine Umlenkklappe 28 und eine Wechselklappe 30 auf. Diese Umlenkklappe 28 bewirkt im aufgestellten Zustand, daß das über das Wehr 10 fließende Wasser in eine benachbarte Vorrichtung umgelenkt wird. Die Wechselklappe 30 bewirkt im aufgeklappten Zustand, daß das über das Wehr 10 fließende Wasser nicht in das trogartige Ballastelement 14 fließt, sondern an der Vorrichtung vorbeigelenkt wird ohne die Wasserkraft energetisch zu nutzen.

Wasserabflussseitig ist am Ballastelement 14 ein Leitblech 34 angeordnet, welches das austretende Wasser gezielt und präzise auf das Wasserrad 16 lenkt, um eine hohe Energieausbeute zu erzielen.

Unterhalb der Wasserkraftmaschine 16 ist eine Abweisschürze 46 angebracht, die das abtropfende Wasser kontrolliert in das Flussbett zurückleitet.

Über der gesamten Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft ist ein über dem Ballastelement 14 und der Wasserkraftmaschine 16, 40 ein Rechen 36 angeordnet, durch den das im Wasser befindliche Treibgut an der Vorrichtung vorbei gelenkt werden soll.

Zur zusätzlichen Stabilisierung der Vorrichtung sind im Ballastelement 14 Steine 32 eingefüllt. Die gesamte Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft kann ohne zusätzliche Verankerung im Boden oder am Wehr betrieben werden. Dies hat den Vorteil, daß die Vorrichtung jeder Zeit wieder entfernt werden kann, ohne Spuren zu hinterlassen.

Es versteht sich, daß an das Wasserrad 16 in an sich bekannter Weise Generatoren zur Umwandlung der Wasserkraft in elektrischen Strom angeschlossen werden können.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft ist ähnlich wie die erste, in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform, aufgebaut, außer daß die Wasserkraftmaschine hier als Wasserturbine 40 ausgebildet ist. Auch in diesem Falle wird das aus dem Ballastelement 42 kommende Wasser durch ein Leitblech 44 von oben auf die Wasserturbine 40 gelenkt, um die potentielle Energie des Wassers auszunutzen.

Bezugszeichenliste

10

Wehr

12

Basiselement

14

Ballastelement

16

Wasserrad

18

Halterung

20

Haltebügel

22

Schaufel

24

Überleitschürze

26

Gegengewicht

28

Umlenkklappe

30

Wechselklappe

32

Stein

34

Leitschürze

36

Rechen

40

Wasserturbine

42

Ballastelement

44

Leitblech

46

Abweisschürze

Claims

1. Transportable Vorrichtung zur Nutzung der Wasserkraft mit einem Basiselement (12), mit einer auf dem Basiselement (12) angebrachten Wasserkraftmaschine (16, 40), und mit einem auf dem Basiselement (12) angebrachten Ballastelement (14),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ballastelement (14) oberhalb einer Wasserlinie angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ballastelement (14) in Strömungsrichtung vor und/ oder hinter der Wasserkraftmaschine (16, 40) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ballastelement (14) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass unter dem Ballastelement (14) Wasser hindurchfliessen kann.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkraftmaschine (16, 40) höhenverstellbar am Basiselement (12) und/oder am Ballastelement (14) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ballastelement (14) über die gesamte Breite der Wasserkraftmaschine (16, 40) erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ballastelement (14) als Wassertrog ausgebildet ist, wobei das aus dem Ballastelement (14) ausfliessende Wasser von oben auf die Wasserkraftmaschine (16, 40) fließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine einerseits auf einem Wehr (10) und andererseits auf dem Ballastelement (14) aufliegende Überleitschürze (24).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überleitschürze (24) eine Wechselklappe (30) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überleitschürze (24) eine Umlenkklappe (28) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass die Überleitschürze (24) durch ein Gegengewicht (26) in Position gehalten wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch einen oberhalb des Ballastelementes (14) und der Wasserkraftmaschine (16, 40) angeordneten Rechen (36).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine unterhalb der Wasserkraftmaschine (16, 40) angeordnete Abweisschürze (46).