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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage zur Erzeugung
mechanischer Energie mit zwei voneinander beabstandeten Wellen,
die über
eine Transmissionskette miteinander verbunden sind. An der Transmissionskette
ist eine Mehrzahl von Übertragungselementen
angeordnet, die mit dem strömenden
Wasser zusammenwirken.
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Wasserkraftanlagen
zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie sind im
Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Eine
der einfachsten Ausführungen
ist das Wasserrad, das beispielsweise zum Antrieb eines Mühlrades
benutzt wird. Dabei wird ein Teilstrom eines Baches derart umgeleitet,
dass das Wasser von oben auf ein Wasserrad mit mehreren Wasserschaufeln
fällt und
das Rad in Bewegung setzt.
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Neben
diesen relativ kleinen Wasserantrieben sind auch Wasserkraftanlagen
bekannt, wie sie von Energieversorgungsunternehmen eingesetzt werden.
Beispielsweise werden turbinenartige Räder in einem Fluss derart positioniert,
dass das strömende
Wasser die Turbinen antreibt und dreht. An Stauseen oder Gebirgen
werden häufig
Turbinen unterhalb eines Fallrohres angeordnet, so dass Wasser aus
großer
Höhe durch
die Röhre
auf eine Turbine trifft und diese in Bewegung versetzt.
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Den
bekannten Anlagen ist gemein, dass das Wasser stets nur auf ein
Schaufelrad oder Turbinenrad auftritt. Zur Vergrößerung der Wirkfläche werden
dann mehrere Turbinenräder
oder Wasserräder nebeneinander
angeordnet. Dies hat aber gerade bei Laufwasserkraftwerken den Nachteil,
dass ein Großteil
der Flussbreite für
ein effizientes Kraftwerk verwendet werden muss.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Wasserkraftanlage
vorzuschlagen, die die Nachteile im Stand der Technik überwindet.
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Gelöst wird
die vorliegende Aufgabe durch eine Wasserkraftanlage mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Die abhängigen
Unteransprüche
definieren bevorzugte Ausführungsformen.
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Die
erfindungsgemäße Wasserkraftanlage umfasst
zwei voneinander beabstandete Wellen mit parallelen Rotationsachsen.
Bevorzugt sind die Wellen derart angeordnet, dass die Rotationsachsen quer
zur Flussrichtung des Gewässers
angeordnet sind. Sie können
in einem ebenfalls bevorzugten Sonderfall auch senkrecht zur Flussrichtung
des Wassers angeordnet sein. Jede der Wellen hat wenigstens ein
Führungsrad,
um das eine Transmissionskette derart gespannt ist, dass sie beide
Führungsräder der
Wellen umspannt und somit die Wellen mechanisch koppelt. Eine Mehrzahl
von Übertragungselementen
ist an der Transmissionskette angeordnet. Die Anordnung ist dergestalt,
dass das strömende
Wasser auf wenigstens zwei der Übertragungselemente
einwirkt. Hierdurch wird die Transmissionskette in Strömungsrichtung
bewegt. Die Wellen der Wasserkraftanlage führen eine Drehbewegung aus.
Die Wasserkraftanlage ist derart positioniert, dass der untere Abschnitt
der Transmissionskette so nah am Wasser angeordnet ist, dass die
an dem unteren Abschnitt angeordneten Übertragungselemente in das
Wasser hineinragen. Selbstverständlich
können
die beiden Wellen auch teilweise in das Was ser hineinragen. Der
untere Abschnitt der Transmissionskette ist dann im Wasser geführt. Das strömende Wasser
wirkt auf die gesamte Fläche
der Übertragungselemente,
die sich am unteren Abschnitt der Kette befinden.
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Die Übertragungselemente
sind in der Regel Platten, die so angeordnet sind, dass die im unteren Bereich
(Abschnitt) der Transmissionskette positionierten Platten nach unten
weisen. Bevorzugt sind die Übertragungsplatten
schaufelartig angeordnet. Sie können
dabei leicht gebogen oder gewölbt
sein, so dass das strömende
Wasser möglichst
gut auf sie wirken kann.
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Die
Wasserkraftanlage ist so ausgebildet, dass der Abstand zwischen
den beiden Wellen so gewählt
ist, dass an den Abschnitten der Übertragungskette, die sich
zwischen den beiden Wellen erstrecken, wenigstens zwei Übertragungselemente
angeordnet sind, auf die das strömende
Wasser einwirkt. Bevorzugt ist der Abstand zwischen den beiden Wellen
jedoch größer, so
dass wenigstens fünf,
besonders bevorzugt wenigstens zehn, weiter bevorzugt wenigstens
zwanzig Übertragungselemente
in den Abschnitten der Transmissionskette zwischen den Wellen angeordnet
werden können.
Durch diese Anordnung erhöht
sich die Wirkfläche
der Wasserkraftanlage, auf die das strömende Wasser einwirkt. Hierdurch
wird das übertragene
Drehmoment vergrößert. Es
können
also größere Generatoren
an eine oder beide der Wellen der Wasserkraftanlage angeschlossen
werden, um die mechanisch erzeugte Energie in elektrische Energie
umzuwandeln. Damit eignet sich die Wasserkraftanlage auch zur Erzeugung
größerer Mengen
elektrischer Energie bei einer gleichzeitig sehr kompakten Ausbildung.
Da die Übertragungselemente,
auf die das strömende
Wasser einwirkt, in Flussrichtung hintereinander geschaltet sind,
ist die Anlage zwar recht lang in Strömungsrichtung betrachtet, jedoch
sehr schmal. Wird eine derartige Anlage in einem Fluss installiert,
wird der Schiffsverkehr durch die schmale Ausbildung der Anlage
nicht oder nur sehr wenig beeinflusst.
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Das
Führungsrad
einer Welle hat bevorzugt einen deutlich größeren Radius als die Welle
selbst. Es ist selbstverständlich
auch möglich,
dass die Trans missionskette direkt um eine auf der Welle angeordnete
Verzahnung eingreift. In diesem Fall wird das Führungsrad durch die Verzahnung
ersetzt. In einem Sonderfall kann auf das Führungsrad auch vollständig verzichtet
werden. Die Welle übernimmt
dann die Funktion des Führungsrades.
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Der
Begriff Transmissionskette ist allgemein zu verstehen. Es ist nicht
notwendig, dass die Kette mehrere Kettenglieder hat. Beispielsweise
könnte
die Kette auch aus einem durchgehenden Seil oder einer Mehrzahl
von Seilen bestehen. Ebenso ist es möglich, dass anstelle einer
Kette ein Gurt verwendet wird. Ein Fachmann wird bei der Auswahl
der ”Transmissionskette” auf die üblichen
und ihnen bekannten Materialien zurückgreifen, vorzugsweise wird
Metall, wie beispielsweise Stahl eingesetzt. Da die Führungskette
teilweise ständig
im Wasser angeordnet sein kann, können besondere Legierungen
bevorzugt sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Wasserkraftanlage weist jede Welle zwei Führungsräder auf, die bevorzugt voneinander
beabstandet sind. Die Transmissionskette wirkt dann bevorzugt auf
beide Räder
einer Welle ein. Dabei kann die Transmissionskette mit Kettengliedern
mit einer möglichen
Verzahnung der beiden Räder
derart in Eingriff kommen, dass ein Kettenglied oder parallel geschaltete
Kettenglieder der Transmissionskette auf beide Führungsräder einer Welle einwirken.
Alternativ werden zwei Transmissionsketten parallel geführt, die beispielsweise
durch senkrechte Verstrebungen miteinander Verbunden sein können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Transmissionskette rahmenartige Glieder auf. Besonders
bevorzugt sind dabei zwei in Strömungsrichtung
benachbarte Glieder der Transmissionskette durch eine gemeinsame
Querstrebe verbunden. Zwei Glieder teilen sich folglich eine Querstrebe.
Bevorzugt ist diese Querstrebe drehbar gelagert, wobei ihre Rotationsachse
parallel zur Rotationsachse der Wellen ausgerichtet ist. In einer
bevorzugten Ausführungsform
ist das (schaufelartige) Übertragungselement
um eine Schwenkachse verschwenkbar. Die Schwenkachse ist paral lel
zu der Rotationsachse der Wellen angeordnet. Auf diese Weise ist
es möglich, dass
das Übertragungselement
seinen Winkel und seine Ausrichtung verändert. Insbesondere kann die Ausrichtung
des Übertragungselements
relativ zu der Position an der Transmissionskette verändert werden.
Vorteilhaft ist der Schwenkwinkel dabei begrenzbar. Die verschwenkbare
Anordnung des Übertragungselements
an einer Schwenkachse führt
dazu, dass das Übertragungselement
derart angeordnet werden kann, dass es stets (vertikal) nach unten weist.
Auf diese Weise kann die Bauform der Wasserkraftanlage in der Höhe reduziert
werden. Da die Übertragungselemente
auf dem Rückweg,
wenn sie in dem oberen Abschnitt der Transmissionskette positioniert
und bewegt werden, nicht nach oben weisen sondern auch dann nach
unten gerichtet sind.
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Der
Schwenkwinkel des Übertragungselements
ist dabei begrenzt, damit die strömende Flüssigkeit nicht das Übertragungselement
selbsttätig verschwenkt
und so die wirksame Fläche
des Übertragungselements
reduziert. Deshalb ist ein Verschwenken ”nach vorne” in Strömungsrichtung nicht möglich. Bevorzugt
ist nicht der Schwenkwinkel begrenzt sondern die Schwenkrichtung
des Übertragungselements
festgelegt. Das Übertragungselement
kann zwar um 360° um
seine Schwenkachse verschwenkt werden, jedoch nur in eine Richtung.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
ist das Übertragungselement
optional oder zusätzlich
um eine vertikale Querachse drehbar. Die Drehung des Übertragungselements
kann dergestalt vorgenommen werden, dass die Flächennormale des Übertragungselements
zur Strömungsrichtung
des Wassers einen von 90° verschiedenen
Drehwinkel einschließt.
Bevorzugt ist das Übertragungselement in
dieser Drehposition fixiert. Durch Drehung des Übertragungselements relativ
zur Strömungsrichtung wird
die Wirkfläche
verstellt. Bei einer Drehung des Übertragungselements derart,
dass seine Flächennormal
senkrecht zur Strömungsrichtung
ausgerichtet ist, ist die Wirkfläche
minimal oder gleich Null, was zu einem Stillstand der Wasserkraftanlage
führt. Durch
Einstellung des Drehwinkels des Übertragungselements
kann z. B. im Falle von Hochwasser oder bei einem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit
des Flusses die Drehgeschwindigkeit der Wasserkraftanlage auf einfache
Weise gesteuert werden. Bevorzugt sind die Übertragungselemente automatisiert
verstellbar. Vorteilhafterweise werden alle Übertragungselemente um den
gleichen Drehwinkel gedreht. Dies kann durch eine Regelung erfolgen,
die beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit
des Flusses misst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Anlage stationär
ausgebildet. Dabei werden die Wellen auf Halterungen gelagert, die
am Boden des Flusses befestigt sind. Vorzugsweise ist die Anlage
dann so ausgerichtet, dass die Wellen der Anlage senkrecht zur Strömungsrichtung
des Flusses sind. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
die Anlage so zu positionieren, dass die Wellenachse in einem von 90° verschiedenen
Winkel angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind vorzugsweise
die einzelnen Übertragungselemente
dann ebenfalls wieder gedreht, so dass die Flächennormale der Wirkfläche in Strömungsrichtung
des Flusses weist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Wasserkraftanlage schwimmend ausgebildet. Die Wellen sind
dabei auf Halterungen gelagert, die als Pontons oder ähnliches
ausgebildet sein können. Wichtig
ist dabei jedoch, dass das fließende
Wasser auf die sich im Wasser befindlichen Übertragungselemente wirken
kann, um die Transmissionskette anzutreiben. Beispielsweise könnten zwei
Halterungen auf einer Kufe ähnlich
eines Katamarans positioniert sein. Auch andere einzelne Pontons
sind möglich. Der
Vorteil einer schwimmenden Anlage besteht darin, dass sie unabhängig vom
Wasserstand des Flusses arbeiten kann. Allerdings müssen die
Pontons so miteinander gekoppelt sein, dass die beiden Wellen in
einem definierten Abstand zueinander verharren. Eine Bewegung der
beiden Wellen relativ zueinander muss ausgeschlossen sein. Der definierte
Abstand der Wellen zueinander könnte
auch dadurch erzielt werden, dass die beiden Wellen oder die Halterungen
der Wellen miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine
starre Achse, eine Verbindungsstrebe oder in ähnlicher fachmännischer
Weise.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten
bevorzugten Ausführungsformen
näher erläutert. Die
darin gezeigten Besonderheiten können
einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung zu schaffen. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen keine
Einschränkung
der Allgemeinheit des in den Ansprüchen definierten Gegenstands
dar. Es zeigen:
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1 ein
Prinzipbild einer Wasserkraftanlage mit den wesentlichen Komponenten;
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2 eine
Detailansicht einer besonderen Ausführungsform einer Welle;
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3 ein Übertragungselement
einer Wasserkraftanlage;
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4 eine
alternative Ausführungsform
eines Übertragungselements;
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5 eine
Teilansicht eines Kettengliedes einer Transmissionskette;
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6 eine
Detailansicht einer Welle einer Wasserkraftanlage.
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1 zeigt
schematisch eine Wasserkraftanlage 1 in einem Fluss mit
zwei voneinander beabstandeten Wellen 2, deren Rotationsachsen 3 parallel
zueinander ausgerichtet sind. Jede Welle 2 trägt ein Führungsrad 4,
dessen Durchmesser größer als der
Wellendurchmesser ist. Die beiden Wellen 2 sind auf Halterungen 5 gelagert,
die am Boden des Flussbettes montiert sind. Selbstverständlich kann
die Anlage auch schwimmend ausgebildet sein. Die Halterungen 5 sind
dann auf einem Schwimmkörper
gelagert. Eine Transmissionskette 6 ist um die Führungsräder 4 der
beiden Wellen 2 derart gespannt, dass ein Bewegen der Transmissionskette 6 eine
Drehung der beiden Wellen 2 zur Folge hat. An der Transmissionskette 6 ist
eine Mehrzahl von Übertragungselementen 7 angeordnet.
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Die
skizzierten schaufelartigen Übertragungselemente 7 sind
als Wasserschaufeln 8 ausgebildet, die derart gewölbt sind,
dass das in Pfeilrichtung F fließende Wasser an den Wasserschaufeln 8 angehäuft und
die Transmissionskette 6 bewegt wird.
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Der
Abstand benachbarter Übertragungselemente 7 entspricht
bevorzugt wenigstens der 1,5-fachen Länge eines Übertragungselements 7.
Als Länge
des Übertragungselements 7 wird
dabei die Ausdehnung des Übertragungselements 7 nach
unten verstanden, wenn das Übertragungselement 7 an dem
unteren Abschnitt 9 der Transmissionskette 6 angeordnet
ist, der sich zwischen den beiden Wellen 2 erstreckt. Der
Abstand zwischen zwei benachbarten Übertragungselementen 7 ist
derart zu wählen, dass
das strömende
Wasser auf jedes der Übertragungselemente 7 optimal
wirkt und der Wirkungsgrad der Wasserkraftanlage 1 größtmöglich wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass der Abstand bevorzugt
wenigstens der zweifachen Länge des Übertragungselements 7,
besonders bevorzugt wenigstens der fünffachen Länge des Übertragungselements 7 entspricht.
Selbstverständlich
mag es Einsatzzwecke und Ausführungen
geben, bei denen der Abstand zwischen zwei benachbarten Übertragungselementen 7 geringer
ist.
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In
der Ausführungsform
nach 1 ist die Wasserkraftanlage 1 derart
aufgebaut, dass am unteren Abschnitt 9 der Transmissionskette 6 sechs
Wasserschaufeln 8 im Wasser geführt werden. Das fließende Gewässer wirkt
folglich auf sechs Wasserschaufeln 8 statt auf nur eine
oder zwei wie bei herkömmlichen
Wasserkraftanlagen. Dadurch wird die Wirkfläche, die zur Übertragung
der Strömungsenergie
des Wassers auf die Wasserkraftanlage 1 zur Verfügung steht,
deutlich vergrößert. Um
eine derartige Anlage 1 zu realisieren ist vorzugsweise
der Abstand zwischen den beiden Wellen 2 in Relation zu der
Länge des Übertragungselements 7 fünfmal so groß wie die
Längsausdehnung
eines Übertragungselements 7.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand
der beiden Wellen 2 wenigstens zehnmal so groß wie die
Längsausdehnung eines Übertragungselements 7.
Je nach Bauform und Aufstellungsort der Wasserkraftanlage 1 können sowohl
die Abstände
der zwei Wellen 2 als auch der Durchmesser der Wellen 2 bzw.
der Führungsräder 4 an
die örtlichen
Gegebenheiten angepasst sein. Die Anlagen sind stets so zu dimensionieren,
dass die mit dem fließenden
Wasser in Eingriff kommende Wirkfläche möglichst groß wird.
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In
dem gezeigten Beispiel ist die Anlage derart konfiguriert, dass
der untere Abschnitt 9 der Transmissionskette 6 in
Wasser geführt
wird. In Abhängigkeit
der Wasserstände
des Gewässers
kann der untere Abschnitt 9 der Transmissionskette 6 auch oberhalb
der Wasseroberfläche
geführt
sein. In diesem Fall reduziert sich jedoch die Gesamtwirkfläche der
mit dem Wasser in Eingriff kommenden Wasserschaufeln 8.
Die Anlage ist dabei so zu konzipieren, dass der Wasserstand nicht über die
Rotationsachse 3 der Wellen 2 steigt. Anderenfalls
ist die Anlage 1 außer
Betrieb zu setzen. In einer bevorzugten Ausführungsform können deshalb
die Wellen 2 in ihrer vertikalen Position variierbar sein.
Die Höhenverstellung
der Wellen 2 kann beispielsweise in Abhängigkeit des Wasserstands automatisch
geregelt werden, um stets einen optimalen Bedeckungsgrad der Wasserschaufeln 8 zu
erreichen.
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An
eine der Wellen 2 der Wasserkraftanlage 1 kann
ein Generator (hier nicht dargestellt) angekoppelt sein, um die
mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umzuwandeln.
Der Generator ist dann mit einem Transformator verbunden, um die elektrische
Energie beispielsweise in das öffentliche Netz
oder in ein privates Netz einzuspeisen. Alternativ können auch
an beide Wellen 2 der Wasserkraftanlage 1 je ein
Generator angekoppelt sein. Die Kopplung der Welle 2 mit
einem Generator kann direkt oder über ein Getriebe erfolgen.
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2 zeigt
eine besondere Ausführungsform
einer Welle 2, an deren beiden Enden je ein Führungsrad 4 angeordnet
ist. Die zwei Führungsräder 4 sind
als Speichenräder 10 ausgebildet.
Sie umfassen beispielsweise je fünf
Speichen 11. Die Anzahl der Speichen 11 kann variiert
werden.
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Die
beiden Speichenräder 10 sind
durch Querstreben 12a an mehreren Stellen verbunden, um
die Stabilität
der Welle 2 zu erhöhen.
Wie in 2 angedeutet ist, muss das Führungsrad 4 nicht
vollständig
rund sein. Es kann auch durch mehrere im Winkel aneinander angesetzte
gerade Abschnitte 13 gebildet werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist die Länge
der Welle derart, dass sie wenigstens zwei Mal so lang ist wie der
Durchmesser des Führungsrads 4.
Bevorzugt ist die Länge
der Welle größer als
der fünffache
Durchmesser, besonders bevorzugt größer als der zehnfache Durchmesser des
Führungsrads 4.
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Beim
Einsatz dieser besonderen Welle 2 werden bevorzugt zwei
parallel zueinander angeordneten Transmissionsketten 6 verwendet.
Die Kettenglieder 14 der Transmissionskette 6 entsprechen
(etwa) den geraden Abschnitten 13 der Speichenräder 10.
Allerdings ist es auch möglich,
eine derart breite Transmissionskette 6 einzusetzen, deren
Kettenglieder sich über
die gesamte Breite der Welle 2 erstrecken und auf beide
Führungsräder 4 gleichzeitig
wirken.
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3 zeigt
eine besondere Ausführungsform
eines Übertragungselements 7.
Das Übertragungselement 7 ist
zwischen zwei parallelen Transmissionsketten 6 eingespannt.
Das Übertragungselement 7 kann
an einer Querstrebe 12 angeformt sein. Die Querstrebe 12 ist
mit einem Kettenglied 14 der Transmissionskette 6 verbunden.
Hierdurch kann das Übertragungselement 7 verschwenkt
werden. Zur Begrenzung des Schwenkwinkels des Übertragungselements 7 sind
an den beiden Transmissionsketten 6 zwei Schwenkbegrenzer 15 angeordnet.
Die Schwenkbegrenzer 15 sind an Kettengliedern 14 befestigt,
die in Strömungsrichtung
und damit in Bewegungsrichtung der Transmissionskette 6 vor
dem Übertragungselement 7 angeordnet
sind. Die Schwenkbegrenzer 15 sind so ausgebildet, dass
sie eine Bewegung (Drehung) des Übertragungselements 7 in
eine Drehrichtung erlauben. Beispielsweise können sie Rastelemente sein
oder derart beweglich (verschiebbar), dass sie in den Schwenkweg
der Übertragungselemente 7 hinein
bzw. heraus bewegt werden können.
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4 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Übertragungselements 7.
Das Übertragungselement 7 umfasst
eine Halteplatte 16 und eine daran angeformte Wasserschaufel 8.
Halteplatte 16 und Wasserschaufel 8 sind derart
angeordnet, dass sie im Schnitt T-förmig ausgebildet sind, wobei
die Halteplatte 16 den oberen Quer-T-Schenkel 17a bildet, während die
Wasserschaufel 8 den vertikalen T-Schenkel 17b formt.
Das als T-förmigen Übertrager 17 ausgebildete Übertragungselement 7 hat
im Schnittpunkt der beiden T-Schenkel 17a, 17b an
den äußeren Seiten
je zwei Schwenkachsen 18 angeformt. Die Schwenkachsen 18 sind
schwenkbar mit je einem Kettenglied 14 verbunden, so dass
der Übertrager 17 zwischen
den beiden parallel verlaufenden Transmissionsketten 6 eingespannt
wird. Dabei ist der Übertrager 17 relativ
zu den Kettengliedern 14 der Transmissionskette 6 verschwenkbar.
Zur Begrenzung des Schwenkwinkels weist die Transmissionskette 6 wiederum
Schwenkbegrenzer 15 auf.
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Wenn
nicht der Schwenkwinkel des Übertragers 17 begrenzt
werden soll sondern nur die Schwenkrichtung, können die Schwenkbegrenzer 15 als
Rastelemente 19 ausgebildet sein. Das Rastelement 19 kann
vollständig
in eine Richtung weggeklappt werden, so dass die Halteplatte 16 das
Rastelement 19 nach unten wegbewegen kann. Sie kann das
Rastelement 19 jedoch nicht von unten nach oben bewegen.
Diese Richtung ist gesperrt. Der Übertrager 17 ist dann
nur in eine Richtung um die Schwenkachsen 18 drehbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind auch bei Verwendung T-förmiger Übertrager 17 Schwenkbegrenzer 15,
die als Rastelemente 19 ausgebildet sind, in Bewegungsrichtung
der Transmissionskette 6 vor den Schwenkachsen 18 angeordnet. Die
Rastelemente 19 wirken auf die Halteplatte 16 und
beschränken
deren Verschwenken auf eine vorbestimmte Richtung. An dem in Bewegungsrichtung hinteren
Ecken 20 der Halteplatte 16 sind Ausnehmungen 21 vorgesehen,
die mit den Schwenkbegrenzern 15 bzw. den Rastelementen 19 derart
korrespondieren, dass bei einer Bewegung (Drehung) des T-förmigen Übertragers 17 die
Ausnehmungen 21 nicht mit den Rastelementen 19 in
Eingriff kommen. Alternativ kann der T-förmige Übertrager 17 asymmetrisch
ausgebildet sein, so dass die Schwenkachsen 18 und die
Wasserschaufel 8 außermittig
angeordnet sind.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Transmissionskette 6, deren Kettenglieder 14 aus
Rahmen 22 gebildet werden. Zwei benachbarte Rahmen 22 sind
drehbar miteinander verbunden, wobei eine als Rahmenschwenkachse 23 ausgebildete
Querstrebe 12 zu je zwei Rahmen 22a, 22b gehört. Die
Länge der
Rahmenschwenkachse 23 entspricht dem Abstand der beiden
Führungsräder 14 einer
Welle 2 oder dem Abstand der beiden Speichenräder 10 einer
Welle 2. Die Länge
der sich zwischen den beiden Rahmenschwenkachsen 23 erstreckenden
Rahmenstreben 24 korrespondieren mit den Dimensionen der
geraden Abschnitte 13 des Speichenrads 10 aus 2.
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An
den Rahmen 22 können
wiederum Schwenkbegrenzer 15 angeordnet sein, die als Rastelemente 19 ausgebildet
sind. Hierdurch wird die Schwenkrichtung des T-förmigen Übertragers 17 relativ
zu den Rahmen 22 begrenzt.
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Der
Ausführungsform
des Übertragers 17 gemäß 5 ist
zu entnehmen, dass die Wasserschaufel 8 derart an der Halteplatte 16 gelagert
ist, dass sie um eine Drehwelle 26 verdreht werden kann,
die sich vertikal zur Welle 2 erstreckt. Die Wasserschaufel 8 ist
in ihrer Drehposition fixierbar. Durch Drehung der Wasserschaufel 8 kann
die strömungswirksame
Wirkfläche
der Wasserschaufel 8 verändert werden. Bevorzugt ist
die Halteplatte 16 quadratisch ausgebildet, damit ein Verdrehen
der Wasserschaufel 8 störungsfrei
möglich
ist.
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6 zeigt
eine Detailansicht einer Welle 2 der Wasserkraftanlage 1.
Das Führungsrad 4 ist
als Speichenrad 10 mit sechs Speichen 11 ausgebildet. Das
Speichenrad 10 weist sechs gerade Abschnitte 13 auf,
die mit einem Speichenradwinkel miteinander verbunden sind. Die
Länge der
geraden Abschnitte 13 entspricht der Länge der Rahmenstreben 24 der Rahmen 22 der
Transmissionskette 6.
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Die Übertragungselemente 7 sind
als T-förmige Übertrager 17 ausgebildet.
Sie sind um Schwenkachsen 18 derart verschwenkbar, dass
die Wasserschaufeln 8 der Übertrager 17 stets
nach unten weisen. Auf diese Weise ist die Wasserkraftanlage 1 in
ihrer Höhe
recht kompakt.
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Die
Wasserkraftanlage 1 weist eine untere und obere Führungsschiene 25 auf,
auf denen die Transmissionskette 6 zwischen den beiden
Wellen 2 geführt
wird. Hierdurch wird ein Durchhängen
der Transmissionskette 6 verhindert. Die Führungsschienen 25 sind
bevorzugt aus Metall oder Kunststoffen, wobei die Gleitreibung zwischen
den Führungsschienen 25 und
der Transmissionskette 6 möglichst gering sein soll. Der
Abstand der beiden unteren Führungsschienen 25 zueinander
entspricht dem Abstand der beiden Speichenräder 10 einer Welle 2 zueinander.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann
die Transmissionskette 6 an oder zwischen ihren einzelnen
Kettengliedern 14 Kugeln, Räder oder Kugellager umfassen,
um die Reibung der Kette 6 an den Führungsschienen 25 zu
reduzieren und die Führung
der Kette 6 zu verbessern. Die Führungsräder 4 können dann
zum Beispiel mit den Kugeln korrespondierende Aufnahmen aufweisen,
die z. B. schalen- oder halbschalenförmig ausgebildet sein können. Der
Abstand der Aufnahme zueinander entspricht dem Abstand zweier benachbarter
Kugeln oder Räder.
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Wie
in 6 deutlich zu erkennen ist, ist der Durchmesser
des Speicherrads 10 größer als
die 2,5-fache Länge
der Wasserschaufel 8. Hierbei wird vorausgesetzt, dass
die in Fließrichtung
ausgebildete Länge
der Halteplatte 16 geringer ist als die sich vertikal zur
Halteplatte 16 erstreckende Länge der Wasserschaufel 8.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Radius der Führungsräder 4 größer als
die 3,5-fache Länge
der Übertragungselemente 7.
Besonders bevorzugt ist der Radius der Führungsräder 4 wenigstens fünf Mal so
groß wie
die Länge
der Übertragungselemente 7 bzw.
die Länge
der Wasserschaufeln 8.