DE202009003291U1 - Wasserkraftanlage zur Erzeugung mechanischer Energie - Google Patents

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Abstract

Wasserkraftanlage für ein fließendes Gewässer zur Erzeugung mechanischer Energie umfassend
– zwei voneinander beabstandete Wellen (2) mit parallelen Rotationsachsen (3) und mit wenigstens je einem Führungsrad (4),
– eine Transmissionskette (6), an die die beiden Führungsräder (4) der Wellen (2) umspannt,
– eine Mehrzahl von Übertragungselementen (7), die an der Transmissionskette (6) derart angeordnet sind, dass das fließende Wasser des Gewässers auf wenigstens zwei der Übertragungselemente (7) einwirkt, wodurch die Wellen (2) eine Drehbewegung ausführen.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Wasserkraftanlage vorzuschlagen, die die Nachteile im Stand der Technik überwindet.
  • Gelöst wird die vorliegende Aufgabe durch eine Wasserkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die abhängigen Unteransprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 ein Prinzipbild einer Wasserkraftanlage mit den wesentlichen Komponenten;
  • 2 eine Detailansicht einer besonderen Ausführungsform einer Welle;
  • 3 ein Übertragungselement einer Wasserkraftanlage;
  • 4 eine alternative Ausführungsform eines Übertragungselements;
  • 5 eine Teilansicht eines Kettengliedes einer Transmissionskette;
  • 6 eine Detailansicht einer Welle einer Wasserkraftanlage.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Wasserkraftanlage für ein fließendes Gewässer zur Erzeugung mechanischer Energie umfassend – zwei voneinander beabstandete Wellen (2) mit parallelen Rotationsachsen (3) und mit wenigstens je einem Führungsrad (4), – eine Transmissionskette (6), an die die beiden Führungsräder (4) der Wellen (2) umspannt, – eine Mehrzahl von Übertragungselementen (7), die an der Transmissionskette (6) derart angeordnet sind, dass das fließende Wasser des Gewässers auf wenigstens zwei der Übertragungselemente (7) einwirkt, wodurch die Wellen (2) eine Drehbewegung ausführen.
  2. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Wellen (2) zwei Führungsräder (4) aufweist.
  3. Wasserkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionskette (6) auf beide Führungsräder (4) einer Welle (2) wirkt.
  4. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionskette (6) rahmenartige Glieder (14) aufweist, wobei zwei benachbarte Gliedern (14) eine sie verbindende Querstrebe (12) gemeinsam ist.
  5. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) schaufelartig ausgebildet ist.
  6. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) um eine parallel zu der Rotationsachse (3) der Wellen (2) angeordnete Schwenkachse (18) verschwenkbar ist, wobei bevorzugt der Schwenkwinkel begrenzt ist.
  7. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) derart angeordnet ist, dass es stets vertikal nach unten weist.
  8. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) um eine vertikale Querachse derart drehbar ist, dass die Flächennormale des Übertragungselements (7) zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit einen von 90° verschiedenen Neigungswinkel einschließen kann.
  9. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) in seiner Position und Lage arretierbar in Bezug auf ein Glied (19) der Transmissionskette (6) ist.
  10. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden Wellen (2) wenigstens den fünffachen Wellendurchmesser oder wenigstens der fünffachen Längsausdehnung eines Übertragungselementes (7), bevorzugt wenigstens der zehnfachen Längsausdehnung eines Übertragungselementes (7) ist.
  11. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zweier benachbarten Übertragungselemente (7) wenigstens der 1,5-fachen Länge des Übertragungselementes (7), bevorzugt wenigstens der zweifachen Länge des Übertragungselementes (7), besonders bevorzugt wenigstens der fünffachen Länge des Übertragungselementes (7) ist.
  12. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der an den Wellen (2) angeordneten Führungsräder (4) wenigstens der 2,5-fachen Länge der Übertragungselemente (7), bevorzugt wenigstens der 3,5-fachen Länge der Übertra gungselemente (7), besonders bevorzugt wenigstens der fünffachen Länge der Übertragungselemente (7) entspricht.
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