DE19932337A1 - Zahnwalzenwasserrad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zahnwalzenwasserrad. Dieses weist eine drehbare Walze auf, die auf einer durch sie hindurchgeführten starren Achse gelagert ist. Zur Aufnahme der Achse sind an deren Außenseiten Führungsvorrichtungen vorgesehen. Im Inneren der Walze ist ein Stromgenerator vorgesehen. Der von diesem erzeugte Strom wird in den Außenbereichen der Walze geführt und steht dort für eine Weiterverwendung zur Verfügung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnwalzenwasserrad.

Aus der DE-A1-27 22 171 ist bereits ein Wasserrad mit von rechts und links trichter­ artig ausgeformter Trommel bekannt. Mittels einer derartigen Ausgestaltung soll er­ reicht werden, daß seitlich eindringendes Wasser sofort wieder entweichen kann, so daß kein Gegengewicht entsteht. In das bekannte Wasserrad ist eine Hohlwelle ein­ gebaut, in die eine weitere Welle eingesetzt ist. Mittels letzterer soll ein Antrieb rea­ lisiert werden, der zur Hebung des gesamten Gestelles samt Abdeckung vorgesehen ist, in welches das Wasserrad eingebaut ist.

Aus der DE-A1-196 21 678 ist ein Wasserrad bekannt, welches eine mechanische Vorrichtung aufweist, die aus zwei Zahnrädern und einer diese verbindenden Kette besteht.

Ein Wasserrad für die Nutzung des Oberflächenwassers eines fließenden Gewäs­ sers ist aus der DE-A1-196 32 793 bekannt. Dieses bekannte Wasserrad ist an sei­ nem Umfang in Richtung stromaufwärts mit offenen, einen Hohlraum bildenden Wassereinfangflächen versehen. Weiterhin ist dieses Wasserrad in seiner Höhe verstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Wasserrad zur verbesserten Stromerzeugung zu schaffen, welches einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Wasserrad mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß sämtliche Komponen­ ten des Wasserrades, die zur Stromerzeugung vorgesehen sind, sich im inneren der drehbaren Walze befinden. Dadurch ist das Wasserrad insgesamt in vergleichs­ weise kleiner Form realisierbar. Weiterhin kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß die elektrischen Komponenten des Wasserrades vor Nässe geschützt sind. Wären sie als externe Baugruppen realisiert, dann wären zusätzliche Maß­ nahmen bezüglich des Nässeschutzes notwendig.

Das Betreiben des Stromgenerators mit einer konstanten Drehzahl - wie es im An­ spruch 3 angegeben ist - erhöht dessen Lebensdauer enorm. Häufige hohe Bela­ stungen des Stromgenerators würden möglicherweise zu Überhitzungen und zu ei­ nem schnelleren Verschleiß führen.

Mittels der im Anspruch 4 angegebenen Zahnräder wird eine besonders effiziente Kraftübertragung sichergestellt.

Im Anspruch 5 ist aufgezeigt, wie die im Wasserrad erzeugte Energie in einfacher Weise nach außen weitergeleitet werden kann.

Mittels der im Anspruch 6 angegebenen Merkmale wird eine besonders stabile Hal­ terung des Wasserrades erreicht.

Die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale erlauben in einfacher Weise eine auto­ matische Anpassung des Wasserrades an den Wasserstand des Gewässers.

Mittels des im Anspruch 8 angegebenen Deckels wird erreicht, daß keine Ver­ schmutzung der Führungsrohre durch von oben in die Führungsrohre geschwemmte Schmutzpartikel erfolgen kann.

Die in den Ansprüchen 9, 10 und 11 angegebenen Abstandsgleitrollen stellen si­ cher, daß im Betrieb auftretende relative Bewegungen zwischen den Führungsroh­ ren und den Gleitrohren keine unerwünschten Scheuervorgänge hervorrufen. Wei­ terhin wird durch die Abstandsgleitrollen sichergestellt, daß es bei Veränderungen des Wasserstandes nicht zu Verklemmungen zwischen den Führungsrohren und den Gleitrohren kommen kann.

In den Ansprüchen 12 und 13 ist aufgezeigt, auf welche Weise der generierte Strom in Wasserstoff umgewandelt werden kann, der platzsparend in Tanks gelagert wer­ den kann. Diese Tanks können dann beispielsweise mittels eines LKW's abgeholt und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Diese Verarbeitungsmöglichkeit eignet sich insbesondere für enge Flußtäler, in denen zwar Gewässer mit zur Strom­ erzeugung besonders geeignetem Gefälle vorliegen, aber keinerlei Möglichkeit be­ steht, den erzeugten Strom unmittelbar Verbrauchern zuzuführen.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigt:

Fig. 1 eine Grobskizze zur Erläuterung eines Wasserrades gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Wasserrades gemäß Fig. 1 längs der Linie A-B,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer Führungsrohr-/Gleitrohreinheit und

Fig. 4 eine Skizze mit vier in einem Flußbett angeordneten Wasserrädern.

Die Fig. 1 zeigt eine Grobskizze zur Erläuterung eines Wasserrades gemäß der Erfindung. Bei dem in der Figur dargestellten Wasserrad handelt es sich um ein Zahnwalzenwasserrad 4, welches eine geschlossene, drehbare Walze 4a aufweist, die auf einer durch sie hindurchgeführten starren Achse 9 gelagert ist. An der Au­ ßenseite der Walze sind senkrecht oder unter einem anderen Winkel nach außen abstehende Zähne bzw. Flügel vorgesehen. Das genannte Wasserrad besteht vor­ zugsweise aus einem leichten Material wie Aluminium, Kunststoff, Edelstahl oder Glasfiber. Die Zähne können nach außen gebogen ausgeführt sein, d. h. sie können in ihrem mittleren Bereich höher sein als im Bereich ihrer Außenseiten.

Die Achse 9 ist in ihren beiden Endbereichen starr auf Führungsvorrichtungen gela­ gert, bei denen es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um Gleitrohre 7 handelt, die in Führungsrohre 6 eingebracht sind. Die Führungsrohre 6 ihrerseits sind fest in den Flußboden 2 des Flußbettes eingebracht. An der Oberseite der Führungsrohre 6 sind Deckel vorgesehen, die zwar für das Flußwasser durchlässig sind, für im Flußwasser befindliche feste Gegenstände wie Kieselsteine, etc., aber als Filter wirken, so daß diese Gegenstände nicht in das Innere der Führungsrohre gelangen können.

Je nach dem Wasserstand des Flußwassers bzw. dem Pegel der Wasseroberfläche 3 hebt oder senkt sich das auf der Wasseroberfläche aufliegende Wasserrad, wobei die Gleitrohre 7 innerhalb der Führungsrohre 6 automatisch in Abhängigkeit vom Wasserstand nach oben oder unten bewegt werden.

Damit bei dieser Bewegung kein unerwünschtes Abscheuern der Führungsrohre und der Gleitrohre erfolgt, sind die Deckel an ihren Unterseiten mit Abstandsgleitrollen versehen, die sich bei den genannten relativen Bewegungen zwischen dem jeweili­ gen Führungsrohr und dem Gleitrohr befinden, so daß verhindert wird, daß das Füh­ rungsrohr mit dem Gleitrohr in Berührung kommt.

Um sicherzustellen, daß auch an der Unterseite des Gleitrohres keine Berührung zwischen dem Gleitrohr und dem Führungsrohr erfolgen kann, sind auch die Unter­ seiten der Gleitrohre 7 mit Abstandsgleitrollen 8 versehen.

Die Wirkung dieser Abstandsgleitrollen ist in der Fig. 3 veranschaulicht, die eine Querschnittsdarstellung einer Führungsrohr-/Gleitrohreinheit zeigt. Die Abstands­ gleitrollen 8 sind derart zwischen dem Führungsrohr 6 und dem Laufrohr vorgese­ hen, daß sich diese trotz des durch die Strömung des Wassers verursachten Druckes nicht berühren bzw. gegenseitig abscheuern können.

Im Innern des Wasserrades 4 ist auf der starren Achse 9 ein Stromgenerator 5 gela­ gert. Der von diesem erzeugte Strom wird über ein Kabel, welches beispielsweise mittels eines wasserdichten Steckers an eine Stirnseite der Achse 9 angeschlossen ist, nach außen abgeleitet. Dort wird er an eine am Flußufer befindliche Elek­ trolyseeinheit weitergeleitet. In dieser erfolgt mittels eines Elektrolysevorganges eine Gewinnung von Wasserstoff aus dem angelieferten Strom. Dieser Wasserstoff wird in einem Verdichter verdichtet und dann in einem Wasserstofftank gespeichert. Ist der Wasserstofftank voll, dann kann er mittels eines LKW's abgeholt und einer geeigneten Nutzung zugeführt werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Wasserrades gemäß Fig. 1 entlang der Linie A-B. Von der Außenseite der drehbaren Walze 4a des Wasserrades ste­ hen die Flügel nach außen ab. Auf der durch die Walze hindurchgeführten Achse 9, die sich bei einem Drehen der Walze nicht mitdreht, ist eine Platte befestigt. Auf dieser ist ein Stromgenerator 5 gelagert, dem ein Getriebe mit einer geeigneten Übersetzung zugeordnet ist. Das Getriebe selbst steht über einen Zahnriemen mit einem Abnehmer in Verbindung, der ein Zahnrad aufweist.

Die Zähne dieses Zahnrades greifen in am Innenumfang der drehbaren Walze vor­ gesehene Zähne ein, so daß bei sich drehender Walze auch das Zahnrad in Dre­ hung versetzt wird. Dadurch erfolgt eine Übertragung der mittels der Walze gene­ rierten Kraft über das Zahnrad auf das Getriebe des Stromgenerators 5. Bei dem genannten Getriebe handelt es sich um ein Getriebe, welches eine konstante Ge­ schwindigkeit für den Stromgenerator 5 sicherstellt. Der mittels des Stromgenerators 5 erzeugte Strom wird in ein Kabel eingespeist, welches durch die Platte in den Innenraum der Achse 9 und in diesem Innenraum bis an einen der stirnseitigen Anschlüsse der Achse 9 geführt ist. Dort kann der gewonnene Strom - wie bereits oben ausgeführt wurde - beispielsweise unter Verwendung eines wasserdicht ab­ geschlossenen Steckers an das an die Stirnseite der Achse angeschlossene Kabel weitergegeben und über dieses nach außen abgeleitet werden.

Alternativ zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Führungs­ vorrichtungen, die zur Aufnahme der Achse 9 an deren Außenseiten dienen, auch als lange Führungsschienen ausgebildet sein, die im Flußboden 2 befestigt sind und sich bis über die Wasseroberfläche 3 hinaus erstrecken. Die Führungsschienen weisen an ihren Innenseiten bezüglich ihrer Höhe veränderbare Verschiebeele­ mente auf. Diese werden durch die Kraft der Achse 9, deren Höhenposition sich automatisch mit der Höhenposition der Walze dem momentanen Wasserstand an­ paßt, nach oben oder unten verschoben.

Die Anzahl der Zähne an der Außenseite der Walze 4a, die Höhe dieser Zähne, de­ ren Winkel zur Walze und deren Form ist frei wählbar und kann zur Anpassung an jeweilige örtliche Gegebenheiten variiert werden, beispielsweise zur Anpassung an die vorhandene Strömung.

Zu einer Erhöhung der gewonnenen Energiemenge können - wie es aus der Fifur 4 ersichtlich ist - mehrere Wasserräder in einem vorgegebenen Abstand voneinander in ein Flußbett eingebracht und der mittels dieser Wasserräder gewonnene Strom einer gemeinsamen Elektrolyseeinheit zugeführt werden.

Claims (13)

1. Zahnwalzenwasserrad, mit einer drehbaren Walze (4a), die auf einer durch sie hindurchgeführten starren Achse (9) gelagert ist, Führungsvorrichtungen (6, 7), die zur Aufnahme der starren Achse (9) an deren Außenseiten dienen, und einem im Innenbereich der Walze vorgesehenen Stromgenerator (5).

2. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (5) im Innern der Walze (4a) auf einer auf der starren Achse (9) befestigten Platte vorgesehen ist, daß dem Stromgenerator (5) ein Getriebe zu­ gehörig ist und daß mit dem Getriebe ein Abnehmer verbunden ist, mittels dessen die von der sich drehenden Walze (4a) erzeugte Kraft auf das Getriebe übertrag­ bar ist.

3. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (5) mittels einer konstanten Drehzahl betreibbar ist.

4. Zahnwalzenwasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ daß der Abnehmer ein Zahnrad aufweist, dessen Zähne bei sich drehender Walze (4a) in Zähne eingreifen, die am Innenumfang der Walze befestigt sind.

5. Zahnwalzenwasserrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stromgenerator (5) mit einem Kabel verbunden ist, wel­ ches durch die starre Achse (9) in den Außenbereich der Walze geführt ist.

6. Zahnwalzenwasserrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsvorrichtungen Führungsschienen sind, die im Gewässergrund befestigt sind und sich bis über die Oberfläche des Gewässers hinaus erstrecken.

7. Zahnwalzenwasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungsvorrichtungen in Führungsrohren (6) verlaufende Gleitrohre (7) aufweisen, wobei die Gleitrohre innerhalb der Führungsrohre automatisch in Abhängigkeit vom Wasserstand nach oben oder unten bewegbar sind.

8. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führ­ ungsrohre (6) auf ihren Oberseiten jeweils mit einem wasserdurchlässigen Deckel versehen sind.

9. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Führungsrohren reibungsmindernde Abstandsgleitrollen (8) vorgesehen sind.

10. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ab­ standsgeitrolle auf der Unterseite des Deckels befestigt ist.

11. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstandsgleitrolle auf der Unterseite des Gleitrohrs (7) vorgesehen ist.

12. Zahnwalzenwasserrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5-11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kabel mit einer Elektrolysevorrichtung verbunden ist, die zur Umwandlung des mittels des Kabels angelieferten Stroms in Wasser­ stoff dient.

13. Zahnwalzenwasserrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Elektrolyseeinheit gewonnene Wasserstoff über einen Verdichter einem Wasserstofftank zugeführt ist.