DE202009011950U1 - Wasserkraftanlage mit Wasserrädern, Schwimmkörpern, automatischer Höhenregulierung, Kleinwindkraftanlagen und Photovoltaik - Google Patents

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Abstract

Die Wasserkraftanlage mit Wasserrädern, Schwimmkörpern, automatischer Höhenregulierung, Kleinwindkraftanlagen und Photovoltaik – im Folgenden als „Wasserkraftanlage” bezeichnet – besteht wie folgt aus notwendigen und fakultativen Komponenten, wobei die fakultativen Komponenten als solche ausgewiesen sind.
• einem oder mehreren Segmenten (6),
• diversen Verankerungskomponenten und Zubehör für die Verbindung zwischen den Segmenten (6) und den Segmentreihen (66),
• fakultativ: Abstandshalterung (24) zwischen Buhne und Segment (6),
• Verkabelung/Kabelführung (30),
• fakultativ: Photovoltaikanlage (33),
• fakultativ: Kleinwindkraftanlage (32),
• fakultativ: Treibgut-Schutzeinrichtung (36),
• fakultativ: Treibgutabsperrrung mit Hebe-Senkvorrichtung (45),
• fakultativ: Antikolksystem (35),
• fakultativ: Stauraumbegrenzer (39),
• fakultativ: zentrales Steuerungsnetz (51),
• fakultativ: Überwachungssystem (52),
• fakultativ: Trinkwasser-Zuführungsanschluss (56za),
• fakultativ: Abwasseranschluss (57za).

Ein Segment (6) setzt sich aus folgenden Hauptkomponenten zusammen:
• zwei Schwimmkörper (1),
• ein Wasserrad (2),
• zwei Leitflächen...

Description

  • 2.1 Segmente (6) – 1, 2
  • In 1 sind zwei Segmente (6) einer Wasserkraftanlage dargestellt, die nebeneinander positioniert und miteinander zu einer Segmentreihe (66) verbunden sind.
  • Jedes Segment (6) dieser Wasserkraftanlage besteht aus folgenden Hauptbestandteilen:
    • • zwei Schwimmkörper (1),
    • • ein Wasserrad (2),
    • • zwei Leitflächen (3) mit
    • – mindestens drei oberen Befestigungseinheiten (41) je Leitfläche (3),
    • – mindestens drei unteren Befestigungseinheiten (42) je Leitfläche (3),
    • – einer Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) je Leitfläche (3).
    • • zwei Brücken (9) zwischen den beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6),
    • • zwei Hebevorrichtungen (5) neben dem Wasserrad (2),
    • • vier Hebevorrichtungen (55) in Bug- und Hecknähe der Schwimmkörper (1),
    • • zwei Distanzsteuerungen (4) neben dem Wasserrad (2),
    • • vier Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe der Schwimmkörper (1),
    • • eine Bodenprofilleiste (10),
    • • zwei Ballastregulierungen (1br),
    • • ein Generator mit Getriebe (11) oder ein Generator und Getriebe (11),
    • • Batterie(n),
    • • ein oder zwei Stabilisierungseinheiten (15) zur Segmentkopplung (nur, wenn eine Wasserkraftanlage aus mehreren Segmenten (6) besteht, die nebeneinander installiert werden),
    • • ein Segment (6) der Wasserkraftanlage, das mit einem Stromabnehmer verkabelt ist (auch als Hauptsegment bezeichnet (6H)) enthält fakultativ Wechselrichter (11W) mit Zubehör und fakultativ Stromzähler (11sz),
    • • vier Halterungen (25) an jeder Brücke (9) eines Segments (6),
    • • bis zu vier Kontaktstellen (30k) (für Strom- und Datenkabelanschlüsse),
    • • bis zu vier Kabelspanneinrichtungen (30l),
    • • diverse Sensoren und Servomotoren für die Höhenregulierung der Distanzsteuerungen (4) und (44), der Hebevorrichtungen (5) und (55), der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtungen (43) sowie Ballastregulierung (1br),
    • • zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) in einem der beiden Schwimmkörper (1),
    • • Adaptersystem (53), falls ein Computer für die zentrale Steuereinheit (50) verwendet wird,
    • • fakultativ: vier Antikolk-Hebevorrichtungen (35h),
    • • fakultativ: diverse Sensoren und Servomotoren zur Steuerung der Antikolk-Hebevorrichtungen (35h,)
    • • fakultativ: Kabelführungsblöcke (18),
    • • Strom- und Datenverkabelung (30b) innerhalb eines Schwimmkörpers (1),
    • • fakultativ: zwei Halterungen für Buhnenabstandshalter ((24c) – 10, Ansicht A) am Segment (6),
    • • mindestens eine Signalpositionsleuchte (31) mit Stromversorgung,
    • • fakultativ: eine Photovoltaikanlage (33),
    • • fakultativ: ein oder mehrere Kleinwindkraftanlagen (32),
    • • fakultativ: Sensoren und Elektronik zur Optimierung der Ausbremsung des Wasserrades (2),
    • • fakultativ: Sensoren und Elektronik für die Ferndiagnose und Fernwartung,
    • • fakultativ: Trinkwasser-Installationssystem (56) mit oder ohne
    • – Trinkwasser-Zuführungsanschluss (56za),
    • • fakultativ: Abwasser-Installationssystem (57) mit oder ohne
    • – Abwasseranschluss (57a,)
    • • fakultativ: Brauchwasser-Installationssystem (58),
    • • fakultativ: Deck-Installationssystem (54),
    • • fakultativ: automatisches Bewässerungssystem (59) und
    • • fakultativ: ausfahrbares Kielkufengleitsystem (60).
  • Die Segmente (6) können im Flussbett ((19) – 15), am Ufer ((20) – 14) und auf einer Buhne ((23) – 16) verankert oder an einer Gierseilfährenverankerung ((22) – 13) über Dalben oder Anker (21 – 14) befestigt werden.
  • Eine Wasserkraftanlage kann aus einem einzelnen Segment (6) oder mehreren Segmenten ((6) – 1) bestehen.
  • Mehrere Segmente (6) können nebeneinander zu einer Segmentreihe (66) zusammengesetzt werden (1, 13, 14, 15, 16).
  • Mehrere Segmentreihen ((66) – 13, 14, 15, 16) können mit Zugseilen (27) und Umlenkseilen (26) mit Seilumlenkeinrichtungen ((12) – 12, Ansicht A und Absicht B) hintereinander verbunden werden.
  • Bei Buhnenverankerungen (16) kann ein einzelnes Segment (6) oder das ufernahe Segment (6) einer Segmentreihe ((66) – 16)) mit einem Abstandshalter ((24a) – 16) auf Distanz zum Buhnenkopf gehalten werden (Kollisionsvermeidung).
  • 2.2 Schwimmkörper (1) – 1
  • Die Schwimmkörper ((1) – 1) sind so geformt, dass die Fläche der Außenseite (1b) völlig plan ist. Deshalb können zwei Schwimmkörper (1) mit ihrer Außenseite (1b) passgerecht zu einer funktionalen Einheit verbunden werden. Das anströmende Wasser wird auf diese Weise in die Strömungskanäle (8) gelenkt, in denen sich die Wasserräder (2) befinden.
  • Die Innenseiten (1c) der Schwimmkörper ((1) – 1) sind nur leicht gekrümmt, um Verwirbelungen zu vermeiden. Auch wird die Kraft, die in Strömungsrichtung auf die Schwimmkörper (1) wirkt, deutlich reduziert.
  • Der Tiefgang an der geraden Außenseite (1b) eines Schwimmkörpers ((1) – 16) ist geringer als an der Innenseite (1c). Damit wird erreicht, dass diese Wasserkraftanlage dichter zum Ufer hin aufgestellt werden kann.
  • Die Breite zwischen dem Ufer bzw. einer Buhne und der freizuhaltenden Fahrrinne kann deshalb besser ausgenutzt werden.
  • Die Innenseiten (1c) der beiden Schwimmkörper (1) eines Segments (6) sind in 1 symmetrisch zur Achse (2a) des Wasserrades (2) gezeichnet. Diese Formgebung ist nur eine von mehreren Möglichkeiten. Sie ist als Beispiel zu verstehen, wie im Zusammenspiel mit den Leitflächen ((3) – 1), die normalerweise bis zum Flussbett reichen, ein Strömungskanal (8) mit einer Konzentratorzone ((8a) – 1), einer schmalen und stark beschleunigten Zone vor dem Wasserrad (2) sowie einer Diffusorzone hinter dem Wasserrad ((8b) – 1) entstehen kann.
  • Die Diffusorzone ((8b) – 1) kann durchaus breiter sein als die Konzentratorzone (8a), und die Achse (2a) des Wasserrades (2) muss nicht mittig in Längsrichtung eines Segments (6) angeordnet sein.
  • Diese Erfindung zielt darauf ab,
    • • bei allen Wasserständen eine möglichst große Anströmfläche zu nutzen,
    • • die Fließgeschwindigkeit am Wasserrad deutlich zu erhöhen und
    • • einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
  • Ein Segment (6) mit seinen Schwimmkörpern ((1) – 1)) und den Leitflächen (3) bildet einen Strömungskanal (8) über die gesamte verfügbare Wasserhöhe, wobei die Unterseite dieses Kanals durch das darunter liegende Flussbett gebildet wird. Es wird somit keine Grundplatte benötigt.
  • Die Wassermassen werden in voller Breite eines Segments ((6) – 1) und vom Flussbett bis zur Wasseroberfläche durch den Strömungskanal (8) gelenkt.
  • Die Wasserräder ((2) – 1) erfassen die gesamten Wassermassen, die durch die Strömungskanäle (8) geleitet werden.
  • Durch die Kopplung mehrerer Segmente (Segmentreihe (66) – 1) nebeneinander wird erreicht, dass der gesamte Wasserquerschnitt zwischen der Fahrrinne bis dicht zum Ufer hin als Erntefläche genutzt werden kann.
  • Die Formgebung der Schwimmkörper ((1) – 1) und der Leitflächen (3) sowie die Positionierung des Wasserrades (2) an der schmalsten Stelle innerhalb des Strömungskanals (8) erhöht den Wirkungsgrad der Wasserkraftanlage.
  • 2.3 Komponenten
  • In einem Schwimmkörper ((1) – 1) sind folgende Hauptkomponenten integriert:
    • • eine Hebeeinrichtung (5) je Schwimmkörper (1) neben dem Wasserrad (2), die u. a. für die Wartung erforderlich ist,
    • • zwei Hebeeinrichtungen (55) je Schwimmkörper (1) in der Nähe der Anströmseite (Bug) und der Ablaufseite (Heck), die ebenfalls für die Wartung und andere Zwecke notwendig sind,
    • • eine wasserstandsgeregelte Vorrichtung (4) zur Höhenregulierung des Wasserrades (2) – Diese Höhenregulierung wird im Folgenden als Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) bezeichnet.,
    • • zwei weitere wasserstandsgeregelte Vorrichtungen (44) in Bug- und Hecknähe, die ebenfalls zur Höhenregulierung des Wasserrades (2) dienen (Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe),
    • • ein Generator mit Getriebe (11) oder Generator und Getriebe (11) in einem der beiden Schwimmkörper (1) eines Segments (6),
    • • eine Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) je Schwimmkörper (1) eines Segments (6),
    • • zwei Antikolk-Hebevorrichtungen (35h) je Schwimmkörper (1) eines Segments (6),
    • • zwei Synchronisationssteuerungen (7) der Doppellager eines Wasserrades (2)
    • • eine Ballastregulierung (1br)
    • • fakultativ: Trinkwasservorratsspeicher ((56v)
    • • fakultativ: Brauchwasservorratsbehälter (58v)
    • • fakultativ: Abwasserspeicher (57as)
    • • fakultativ: ausfahrbares Kielkufengleitsystem (60),
  • Das Wasserrad (2) wird von zwei Schwimmkörpern ((1) – 1) getragen, wobei der Wasserstand eine automatische Höhenregulierung des Wasserrades (2) relativ zu den Schwimmkörpern (1) bewirkt.
  • 2.4 Hebevorrichtungen im Überblick (5), (55) – 7, 8
  • Mit den Hebevorrichtungen ((5) – 7 Ansicht E) und ((55) – 8, Ansicht E) sowie ((5), (55) in 1) können alle Komponenten wie beispielsweise das Wasserrad (2) in Bezug auf die Schwimmkörper (1) nach oben bewegt werden, so dass diese Bauteile höher liegen, als die Unterseite der Schwimmkörper (1). In extremen Situationen wie bei starker Vereisung können einzelne oder alle Segmente (6) einer Wasserkraftanlage an Land gezogen oder in einen strömungsfreien Hafen bugsiert werden.
  • Die Höhenverstellung kann mittels Motor oder per Hand erfolgen. Die technische Realisierung der Höhenverstellung ist für diese Erfindung unerheblich. Bevorzugt dafür wird die ”doppelseitige Zahnstangen-Hebevorrichtung” ((38) – 20 und 21 sowie 24 und 25).
  • Eine detailliertere Beschreibung der Hebevorrichtungen (5) und (55) ist ab [0103] (7 und 8) und ab [0274] (20 und 21) zu finden.
  • 2.5 Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) – 2
  • 2 illustriert die Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) ohne Zusammenwirken mit der vorgenannten Hebevorrichtung (5) neben dem Wasserrad (2). Zum einfacheren Verständnis wird bei der folgenden Beschreibung der Distanzsteuerung (4) und auch in 2 auf die Darstellung der Hebevorrichtung (5) verzichtet.
  • Auch bei den nachfolgenden Figuren bis 5 wurde die Hebevorrichtung (5) nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit und Verständlichkeit dieser Figuren zu erhöhen.
  • Erst in 7 und 8 sowie in 20, 21 und insbesondere in 24 und 25 wird wieder näher darauf eingegangen, wie sich die Hebevorrichtungen ((5), (55)) in das Gesamtkonzept integrieren.
  • 2 illustriert in vier verschiedenen Ansichten (A, B, C und D) die Funktionsweise der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2). Sie hält das Wasserrad (2) auf Distanz zum Untergrund bzw. Flussbett und verhindert auch bei Niedrigwasser, dass die Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) das Flussbett berühren.
  • Hinweis: Die 2 zeigt in der Seitenansicht nur eine Distanzsteuerung (4) an einem Schwimmkörper (1). Die zweite Distanzsteuerung (4) am gegenüberliegenden Schwimmkörper (1) bleibt in dieser Ansicht verdeckt. Das Wasserrad (2) zwischen beiden Distanzsteuerungen (4) ist in 2 durch zwei Schaufeln (2c) angedeutet.
  • Die Distanzsteuerung ((4) – 2) neben dem Wasserrad (2) umfasst folgende Komponenten:
    • • Distanzsteuerungsblock ((4a) – 2) mit einer Führungszone (4fz),
    • • Hauptlager mit
    • – Achslager (2b) des Wasserrades (2) und
    • – Achslagerungsblock (2d) des Hauptlagers,
    • • Nebenlager (in 2 verdeckt) mit
    • – Achslager (2b – 9) und
    • – Achslagerungsblock ((2dd ) – 9),
    • • längenverstellbarer Teleskop-Distanzhalter ((4b) – Kurzbezeichnung: Distanzhalter),
    • • Begrenzer (4d),
    • • Bodenprofilleiste ((10) – 10) sowie
    • • Generator mit Getriebe oder Generator und Getriebe ((11) in 1) (nur in einem Distanzsteuerungsblock (4a) eines Segments (6) – in 1 nur stark vereinfacht dargestellt.
  • Hinweis: Im Folgenden wird der längenverstellbare Teleskop-Distanzhalter (4b) verkürzt als „Distanzhalter” (4b) bezeichnet,
  • Die Distanzsteuerung ((4) – 2) neben dem Wasserrad (2) verhindert bei sinkendem Wasserstand, dass die Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) mit dem Flussbett in Berührung kommen und beschädigt werden. Die Achse (2a) des Wasserrades (2) wird deshalb auf Distanz zum Flussbett gehalten.
  • Ein Distanzhalter ((4b) – 2) in Verbindung mit einer Bodenprofilleiste (10) sorgt auch bei Niedrigwasser dafür, dass ein Mindestabstand der Achse (2a) des Wasserrades (2) zum Flussbett eingehalten wird und eine Berührung der Schaufeln (2c) mit dem Flussbett nicht möglich ist. Der Radius des Wasserrades (2) ist geringfügig kleiner als der Abstand der Achse (28) zur Bodenprofilleiste (10). Dazwischen verbleibt nur ein sehr kleiner und technisch bedingter Spalt.
  • Oberhalb des Distanzhalters ((4b) – 2) befinden sich der Achslagerungsblock (2d) und das Lager (2b) mit der Achse (2a) des Wasserrades (2).
  • Der Distanzsteuerungsblock (4a) mit der Führungszone (4fz) stellt sicher, dass sich das Hauptlager ((2b)–(2d)) mit der Achse (2a) immer oberhalb des Distanzhalters (4b) befindet. Auf diese Weise ist bei allen Wasserständen sichergestellt, dass die Schaufeln (2c) keinen Kontakt mit dem Flussbett bekommen.
  • – Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) bei Niedrigwasser – 2
  • Die Ansicht A in 2 zeigt einen Schwimmkörper (1) ohne Auftrieb bei Niedrigwasser. Da die Achse (2a) des Wasserrades (2) auf beiden Seiten so gehalten wird wie in Ansicht A (2), kann auch das vergleichsweise wenige Laufwasser zur Stromerzeugung genutzt werden.
  • Hinweis: Wie in 1 skizziert, wird ein Kippeln der Schwimmkörper (1) bei Niedrigwasser in Längsrichtung mit den Distanzhalterungen ((44) – 8, Ansicht A) in Bug- und Hecknähe der Schwimmkörper (1) verhindert.
  • – Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) bei normalen Wasserstand – 2
  • Die Ansicht B (2) illustriert die Situation bei normalem Wasserstand. Der Auftrieb ist noch nicht ausreichend, um die Schwimmkörper (1) anzuheben. Die Bodenprofilleiste (10) befindet sich noch auf dem Grund, und kein Wasser kann unterhalb der Bodenprofilleiste (10) ungenutzt durchströmen.
  • Auch bei normalem Wasserstand kann eine maximale Erntefläche Eintauchtiefe einer senkrecht positionierten Schaufel (2c) mal Breite eines Segments (6) als Leistungspotenzial (Input) genutzt werden.
  • Das Achslager (2b) des Hauptlagers der Achse (2a) – bestehend aus dem Achslagerungsblock (2d) und dem Achslager (2b) – befindet sich bei normalem Wasserstand noch am oberen Ende der Führungszone ((4fz) – 2, Ansicht B).
  • – Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) bei erhöhtem Wasserstand – 2
  • Die Ansicht C (2) skizziert die Situation bei einem erhöhten Wasserstand. Mit steigendem Wasserspiegel werden die Schwimmkörper (1) angehoben.
  • Das Eigengewicht des Wasserrades (2) bewirkt in Verbindung mit der Führungszone (4fz) im Distanzsteuerungsblock (4a), dass sich das Wasserrad (2) gegenüber dem Schwimmkörper (1) nach unten bewegt.
  • Durch diese Absenkung des Wasserrades (2) kann über einen längeren Zeitraum eine größere Erntefläche zur Stromerzeugung genutzt werden.
  • – Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) bei Hochwasser – 2
  • Die Ansicht D (2) zeigt, wie sich das gesamte Segment (6) bei extremem Hochwasser sukzessive anhebt.
  • Ein Begrenzer (4d) sorgt dafür, dass der Distanzhalter (4b) nicht durch das Gewicht des Wasserrades (2) und seinem Eigengewicht aus dem Distanzhalterungsblock (4a) nach unten heraus gedrückt wird.
  • Die Bodenprofilleiste ((10) – 2), die am unteren Ende der beiden Distanzhalter (4b) befestigt ist, hebt sich mit den beiden Distanzhaltern (4b) vom Flussbett ab. Auf diese Weise entsteht ein Abstand zwischen der Bodenprofilleiste (10) und dem Flussbett, der nicht mehr zur Energieumwandlung zur Verfügung steht.
  • Da große Flüsse im Mittel- und Unterlauf witterungs- und saisonbedingt Hochwasser führen (mehrere Meter über normal) und andererseits die Durchmesser solcher Wasserräder (2) nicht beliebig groß sein können, ist ein Abheben der Bodenprofilleiste (10) vom Flussbett bei Hochwasser aus technischen Gründen unvermeidbar.
  • Die Ansichten A, B, C, und D in 2 verdeutlichen, dass die Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) dennoch eine optimale Ausnutzung vorhandener Wassertiefen bei unterschiedlichen Wasserständen bewirkt.
  • Die Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 2) mit
    • • einem Servomotor (34sm),
    • • einer Seilwinde (34sw) und
    • • einem Drehmomentsensor (34dms) bewirkt eine Gegenkraft zum Gewicht des Wasserrades (2), das einen Druck auf den Achslagerungsblock (2d) des Hauptlagers ((2b)–(2d)) und den Distanzhalter (4b) ausübt. Diese Gegenkraft verringert den Druck der Bodenprofilleiste (10) auf das Flussbett.
  • 2.6 Konstruktive Merkmale der Wasserkraftanlage
  • Durch die konstruktiven Merkmale dieser Erfindung wird sicherstellt, dass möglichst der gesamte Wasserquerschnitt zwischen Ufer und Fahrrinne sowie dem Flussbett bis zur Wasseroberfläche als Erntefläche zur Energieumwandlung genutzt wird.
  • Dies wird durch folgende Komponenten erreicht:
    • • o. g. Distanzsteuerung ((4) – 2) neben dem Wasserrad (2) zur optimalen Ausnutzung der Wassertiefe,
    • • Nutzung der Flussbreite durch Kopplung mehrerer Segmente ((6) – 1) zu Segmentreihen (66) – in Verbindung mit der Formgebung der Schwimmkörper (1) und
    • • höhenverstellbare Leitflächen ((3) – 3) mit der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) und in Verbindung mit der o. g. Distanzsteuerung ((4) – 2 und 24).
  • 2.7 Leitflächen (3) – 3
  • Wie 1 illustriert, werden die Wassermassen, die auf die Leitflächen (3) auftreffen, auf die Wasserräder (2) gelenkt.
  • Die Formgebung der Schwimmkörper ((1) – 1) bewirkt nach Gesetzen der Strömungslehre die Ausbildung eines Strömungskanals (8) mit Konzentrator (8a), Diffuser (8b) und einer relativ schmalen strömungsbeschleunigten Zone, in der das Wasserrad (2) positioniert ist.
  • Die Formgebung der Schwimmkörper ((1) – 1) ermöglicht auch eine lückenlose Kopplung mehrerer Segmente (6), um möglichst die gesamte Breite zwischen Fahrrinne und Ufer zu erfassen.
  • Schließlich muss noch eine Lücke unterhalb der Schwimmkörper (1) geschlossen werden, um den gesamten Querschnitt zwischen Fahrrinne und Ufer als Erntefläche nutzen zu können.
  • Die Schwimmkörper (1) haben insbesondere bei höheren Wasserständen keine Grundberührung. Zwischen der Unterseite eines Schwimmkörpers (1) und dem Flussbett gibt es einen Bereich, wo das Wasser nicht auf die Wasserräder (2) gelenkt werden würde, wenn es keine Leitflächen (3) gäbe oder diese nicht bis zum Flussbett reichen würden.
  • Deshalb sind die Schwimmkörper (1) mit Leitflächen (3) versehen, die bis zum Flussbett reichen und in ihrer Form den Schwimmkörpern (1) angepasst sind.
  • Die Leitflächen ((3) – 3) sind an den Distanzhaltern (4b) neben dem Wasserrad (2) und den Distanzhaltern (4b) in Bug- und Hecknähe so angebracht, dass sie relativ zum Schwimmkörper (1) nach oben und unten bewegt werden können. Sie reagieren wie das Wasserrad (2) automatisch auf die Wasserstände. Sie sind so konstruiert, dass die Unterkante der Leitflächen ((3) – 3) bis zum Flussbett reicht (außer bei Hochwasser). Eine gleitende Befestigung der Leitflächen (3) erfolgt mittels „oberer Befestigungseinheiten” ((41) – 27) am Schwimmkörper (1) und an den „unteren Befestigungseinheiten” ((42) – 28) an den Distanzhaftern (4b) der Distanzhalterungen ((4) – 24) und ((44) – 25) sowie den Antikolkständern ((35as) – 26).
  • Das Bodenprofil zwischen Bug (Anströmseite) und Heck (Abströmseite) eines Schwimmkörpers (1) weist u. U. unterschiedliche Tiefen auf. Um dennoch einen guten Bodenkontakt der Leitflächen ((3) – 3) über die Gesamtdistanz zwischen Bug und Heck zu erzielen, besteht die Leitfläche (3) aus einem oberen festen Teil (3a) und einem variablen Unterteil, der u. a. aus Senkplatten ((3b) – 3) gebildet wird.
  • Die Senkplatten ((3b) – 3) sind mit einem Schlitz (3f) versehen und werden mit zwei Bolzen (3c) oder Nieten am oberen Teil (3a) so befestigt, dass sie durch das Eigengewicht bis zum Flussbett durchsacken.
  • Die Unterkante der Senkplatten ((3b) – 3) ist verstärkt und kann so dimensioniert werden, dass die Senkplatten (3b) nicht zu tief ins Flussbett eindringen. Auf diese Weise kann ein nahezu nahtloser Bodenkontakt der Leitflächen (3) erreicht werden.
  • Eine Besonderheit dieser Erfindung ist, dass durch die konstruktiven Merkmale der Leitflächen (3) ein – die gesamte Anströmfläche erfassender – Strömungskanal entsteht, obwohl für die untere Begrenzung des Strömungskanals (8) keine Grundplatte erforderlich ist. Das Flussbett fungiert als untere Begrenzung des Strömungskanals (8).
  • Der obere Teil der Leitfläche ((3a) – 3) ist durch mindestens zwei Profilleisten (3d) verstärkt.
  • 2.8 Bodenprofilleiste (10) – 4
  • Das Profil des Flussbetts vom Ufer in Richtung Flussmitte im Bereich zwischen den Distanzhaltern ((4b) – 4, Ansicht A) ist nicht so gerade wie die darüber liegende Bodenprofilleiste ((10) 4 – Ansicht A)), die die Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) vor Grundberührung schützt. Es kann also eine Lücke zwischen Bodenprofilleiste ((10) – 4, Ansicht A) und Flussbett entstehen, durch die ein Teil des Wassers ungenutzt vorbeiströmen würde, wenn nicht eine entsprechende konstruktive Vorkehrung getroffen wird.
  • Andererseits kann eine Erhöhung des Bodenprofils zwischen den Distanzhaltern ((4b) – 4, Ansicht A) zu einer ungewollten Durchbiegung der Bodenprofilleiste (10) und/oder einer instabilen Positionierung des betreffenden Segments (6) führen.
  • Um die o. g. Nachteile konvexer/konkaver Bodenprofile zu umgehen, muss die Bodenprofilleiste ((10) – 4) konstruktive Merkmale und Bauteile aufweisen wie in 4 skizziert.
  • Wie 4 ferner illustriert, besteht eine Bodenprofilleiste (10) aus einem Hauptkörper ((10a) – Ansicht D), der an beiden Enden mit einem Distanzhalter ((4b) – verbunden ist ((10h) – 4, Ansicht D).
  • Diese Verbindung ((10h) – 4, Ansicht A) stellt u. a. sicher, dass die beiden Distanzhalter (4b) mit den zugehörigen Leitflächen (3) immer den gleichen Abstand voneinander haben (vgl. 4, Ansicht A). Das dazwischen befindliche Wasserrad (2) kann deshalb nicht eingeklemmt werden.
  • Hinweis: Über dem Wasserspiegel sorgen die Brücken ((9) – 1, 10) für die Einhaltung des richtigen Abstandes der beiden Schwimmkörper (1).
  • Der Hauptkörper ((10a) – 4, Ansicht A) der Bodenprofilleiste (10) in Längsrichtung ist an der Oberseite gerade und an der Unterseite konkav ausgebildet.
  • Da die Oberseite der Bodenprofilleiste (10a) und die Unterseite der Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) in Längsrichtung gerade sind, kann der technisch notwendige Abstand zwischen den Schaufel (2c) des Wasserrades (2) und der Bodenprofilleiste (10) minimiert werden.
  • Die konkave Unterseite der Bodenprofilleiste ((10a) – Hauptteil, 4, Ansicht A) stellt sicher, dass die beiden Enden (10a) Grundberührung haben und keine instabile Lage bei konvexem Untergrund entsteht.
  • Da die Bodenprofilleiste ((10) – 4, Ansicht A) auf Grund der o. g. Konstruktionsmerkmale eine merkliche Querschnittseinschränkung in Fließrichtung des Wassers bildet, entsteht ein erheblicher Strömungswiderstand, den es zu minimieren gilt.
  • Ferner entsteht ein Spalt zwischen der Unterseite der Bodenprofilleiste (10a) – 4, Ansicht A) und dem Flussbett (besonders bei konkavem Bodenprofil).
  • Um die beiden o. g. genannten Nachteile zu vermeiden, sind am Hauptkörper ((10a) – 4) der Bodenprofilleiste (10) bewegliche Strömungssegmente (10b) angebracht, die sich dem Bodenprofil auf Grund ihres Eigengewichtes anpassen können (4 – Ansicht B).
  • Die Strömungssegmente (10b) minimieren einerseits Strömungsverluste und verhindern andererseits, dass Wasser unterhalb des Hauptteils (10a) nutzlos vorbeiströmt.
  • Die Strömungssegmente ((10b) – 4, Ansicht B) sollten eine gewisse Mindeststärke aufweisen, damit bei sehr unebenem Bodenprofil keine Lücken zwischen den einzelnen Strömungssegmenten (10b) entstehen.
  • Es muss zudem verhindert werden, dass die Strömungssegmente (10b) infolge starker Turbulenzen oder Treibgutes zwischen die Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) gelangen.
  • Deshalb besitzen sie eine physische Sperre ((10d) – 4 – Ansicht B und D), die absichert, dass ein Strömungssegment (10b) maximal eine waagerechte Position einnehmen kann. Sie besitzen – wie 4 zeigt – eine Nase (10f), die in Verbindung mit dem Begrenzer (10d) ein zu starkes Hochklappen ausschließt.
  • Wenn sich bei Hochwasser die Bodenprofilleiste ((10) – 4, Ansicht D, Ansicht C) vom Flussbett entfernt, sollen die Strömungssegmente (10b) nicht völlig nach unten klappen sondern einen optimalen Anstellwinkel zum anströmenden Wasser beibehalten. Dies wird durch den oberen Begrenzer (10e) im Zusammenwirken mit der „Nase” (10f) erreicht.
  • Die Segmente (6), die entfernt vom Ufer und in der Nähe der Fahrrinne aufgestellt sind, können mit größeren Bodenprofilleisten (10) versehen werden, die höher sind und längere Strömungssegmente (10b) besitzen. Den Vorteil dieser Vorgehensweise illustriert 5.
  • In Ansicht A der 5 ist eine deutlich größere Bodenprofilleiste (10) eingezeichnet als in Ansicht B. Deshalb kann in Ansicht A ein Wasserrad (2) verwendet werden, dass einen deutlich kleineren Durchmesser besitzt. Jede der vielen Schaufeln (2c) kann deutlich kleiner sein.
  • Durch den Einsatz größerer Bodenprofilleisten ((10) – 5) kann am Wasserrad (2) erheblich an kostenintensiven Materialien eingespart werden. Allerdings benötigt man auch mehr Material für die größeren Bodenprofilleisten (10). Für den Hauptkörper (10a) der Bodenprofilleiste (10) ist das relativ unerheblich. Aber die Strömungssegmente (10b) müssen wegen des erforderlichen Anstellwinkels zur Waagerechten deutlich verlängert sein.
  • Große Bodenprofilleisten (10) an sehr flachen Stellen sind nicht zu empfehlen, da sie u. U. bei Niedrigwasser eine komplette Sperre bilden und die geringen anströmenden Wassermengen nicht mehr genutzt werden können.
  • Da die Tiefe des Wassers von Ufer zur Fahrrinne hin i. d. R. deutlich zunimmt und andererseits die Segmente (6) einer Wasserkraftanlage möglichst durchgängig waagerecht positioniert sein sollen, kann ein verstellbarer Höhenausgleichständer ((10g) – 4, Ansicht A) an einer Seite der Bodenprofilleiste (10) montiert werden, damit diese ebenfalls waagerecht positioniert ist.
  • Die größere Höhendifferenz erfordert aber, dass die Strömungssegmente ((10b) – 4) im jeweils tiefen Bereich länger sein müssen, um eine optimale Anströmung zu erreichen.
  • Der Hauptkörper (10a) der Bodenprofilleiste ((10) – 4 – Ansicht B) kann aus mehreren Teilen (10a1, 10a2, 10a3, 10a4.) bestehen (alternative Variante). Diese Teile sind so miteinander verbunden, dass die obere Seite dieser Teile eine konkave Ausformung besitzt. Das hat zur Folge, dass eine Schaufel (2c), die den Bereich dieser Teile (10a1, 10a2, 10a3 und 10a4 – Ansicht B der 4) passiert, einen sehr kleinen und nahezu gleichbleibenden Abstand hat.
  • Ferner ist die Gesamtbreite der Teile (10a1), (10a2), (10a3) und (10a4) so gewählt, dass sich zu jedem Zeitpunkt der Rotation eine Schaufel (2c) in diesem Bereich befindet.
  • Aus diesen Konstruktionsmerkmalen ergibt sich, das keine Wassermassen zwischen zwei Schaufeln und der Bodenprofilleiste (10) ungehindert hindurchströmen können. Je nach Ausbremsung bzw. Widerstand des Wasserrades (2) entsteht auf diese Weise ein erheblicher Stau im Bereich des Konzentrators ((8a) – 1).
  • Die konkave Ausformung (Ansicht B der 4) bildet sich nur dann aus, wenn die Bodenprofilleiste (10) Grundberührung hat.
  • Besteht ein Abstand zwischen der Bodenprofilleiste (10) und dem Flussbett, entsteht die Formgebung nach Ansicht C der 4.
  • Die sich überlappenden Teile (10a1), (10a2), (10a3) und (10a4) sind so miteinander verbunden, dass sie im unteren Bereich verschiebbar sind.
  • Der Distanzhalter ((4b) – 4, Ansicht B, Ansicht C) und die mittleren Teile (10a2) und (10a3) sind an einem Bolzen (10h) beweglich verbunden. Wird nun bei steigendem Wasserstand der Distanzhalter (4b) nach oben gezogen, klappen die Teile (10a2) und (10a3) nach innen zusammen. Die Distanzlaschen (10l) begrenzen im Zusammenwirken mit dem beweglichen Verbindungen (10j) das Zusammenklappen.
  • Die beweglichen Verbindungen (10i) bewirken ein Zusammenklappen der äußeren Teile (10a1) und (10a4). Die Distanzlaschen (10k) begrenzen den Vorgang des Zusammenklappens.
  • Je nach Ausprägung der Distanzlaschen ((10k), (10l) wird bestimmt, wie stark sich die Formgebung der Teile (10a1), (10a2), (10a3) und (10a4) maximal verändern kann.
  • Die maximale konkave Formgebung nach Ansicht B (4) wird durch den Radius des Wasserrades bestimmt. Beim Aufsetzen der Bodenprofilleiste (10) auf den Grund drückt der Distanzhalter (4b) über die Verbindung (10h) die Teile (10a1), (10a2), (10a3) und (10a4) so nach oben, dass die jeweils erforderliche konkave Formgebung entsteht.
  • Beim Anheben vom Grund senken sich die Teile (10a1), (10a2), (10a3), (10a4) und können oben eine gerade oder konvexe Form erhalten (4 – Ansicht C). Die Begrenzungen (bzw. Endstellungen zu beiden Seiten) der Schlitze (10l) und (10k) bestimmen die maximale Formveränderung.
  • Die o. g. Erläuterungen zur 4 (Ansicht B und C) stellen eine im Wirkungsgrad optimale, aber technisch aufwendige Lösung dar.
  • Die Stabilisierungseinheit ((10m) – 4, Ansicht B und C) verhindert ein Kippeln der Bodenprofilleiste (10), wenn keine Grundberührung besteht (Ansicht C).
  • Alternativ dazu können die Teile (10a1), (10a2), (10a3) und (10a4) durch ein Teil (10a) ersetzt werden, das die Form nach Ansicht D der 4 besitzt. Solange Kontakt mit dem Flussbett besteht, ist die Variante ((10a) – 4, Ansicht D) strömungstechnisch gleichwertig.
  • Löst sich aber die Bodenprofilleiste (10) vom Grund, entsteht an der Oberseite nicht eine durchgängig konvexe Formgebung sondern ein Wechsel zwischen konkaver und konvexer Linienführung.
  • Eine weitere alternative Möglichkeit zeigt die Ansicht A in der 6. Es wird auf einen Höhenausgleichsständer ((10g) – 4, Ansicht A) an der tieferen Seite verzichtet und ein Wasserrad (2) verwendet, das an beiden Seiten über einen unterschiedlichen Durchmesser verfügt (vgl. 6, Ansicht A).
  • 2.9 Hebevorrichtungen (5) und (55) – 7, 8, 20, 21
  • Für den Fall von Packeisbildung muss es möglich sein, die Segmente (6) an Land zu ziehen oder in strömungsfreie Häfen einfrieren zu lassen.
  • Diese entsprechenden Transportmaßnahmen verlangen, dass alle Bauteile, die sich unterhalb der Unterseite der Schwimmkörper (1) befinden, mittels Hebevorrichtungen ((5), (55)), 7 und 8, jeweils Ansicht E soweit angehoben werden können, dass diese höher gelagert sind als die tiefste Stelle der Schwimmkörper (1).
  • In einem ersten Arbeitsgang sind die Distanzhalter ((4b) – 7, Ansicht E und 8, Ansicht E) mit der Höhenregulierung mittels Seilwinde (34) bis zum oberen Anschlag der Führungszone (4fz) anzuheben.
  • Die Ansichten E in 7 und 8 veranschaulichen in sehr vereinfachter Weise, welche Bauteile nach oben befördert werden müssen. Diese Darstellung lässt verschiedene technische Realisierungen zu, z. B. eine manuelle Anhebung durch Betätigung einer Kurbel und eine motorgetriebene Anhebung. Der Handbetrieb ist für Insellösungen ohne Anschluss an ein öffentliches Stromnetz u. U. notwendig. Standardmäßig erfolgt die Anhebung in einem ersten Arbeitsgang durch die der Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 22 und 24) für die Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) und mit der Höhenregulierung mittels Gewindespindel ((40) – 23 und 25) bei den Distanzsteuerrungen (44) in Bug- und Hecknähe.
  • Danach sind die Hebeblöcke ((5a) – 7, Ansicht E) der Hebevorrichtungen (5) neben dem Wasserrad (2) bei beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) gleichmäßig anzuheben. In einem letzten Arbeitsgang erfolgt dann die Anhebung der Hebeblöcke (5a) der Hebevorrichtungen (55) in Bug- und Hecknähe (vgl. 8, Ansicht E). Dabei sollte das Segment (6) möglichst in waagerechter und stabiler Position verbleiben. Standardmäßig übernimmt eine zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) im Zusammenwirken mit diversen Sensoren und Servomotoren die Ablaufsteuerung der o. g. Arbeitsschritte.
  • Der in den 7 und 8 symbolisierte Hebemechanismus (5b) ist technisch durch die „doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) realisierbar. Eine detaillierte Beschreibung ist ab [0274] zu finden.
  • Bei der Anhebung der Hebeblöcke (5a) sind zwei Varianten „manuell” und „mit Motorkraft” möglich. Damit ist jedoch nicht die Art und Weise der Höhenverstellung festgelegt (z. B. Druckkraft von unten, Zugkraft von oben, Zahnrad seitlich, u. a. m.). Die Standardtechnologie ist die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21 sowie 24 und 25).
  • 2.10 Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe – 8 und 25
  • Die Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe unterscheiden sich von der Distanzsteuerungen (4) neben dem Wasserrad (2) in folgenden Punkten:
    • • Die Distanzsteuerungen ((44) – 8) enthalten keine
    • – Achse ((2a),
    • – kein Achslager (2b),
    • – kein Achslagerungsblock (2d) und
    • – keine Synchronisationssteuerung ((7) – 9)
    • • Anstelle des Achslagerungsblocks (2d) enthalten die Distanzsteuerungen ((44) – 8, Ansicht C) einen Distanzkopf (44dk).
    • • Anstelle der Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 7) bei der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) wird bei der Distanzsteuerung ((44) – 8) in Bug- und Hecknähe die Höhenregulierung mittels Gewindespindel (40) eingesetzt.
  • Ebenfalls nicht im den Distanzsteuerungen (44) enthalten sind die Nebenlager mit dem Achslagerungsblock (2dd) und den darin befindlichen Achslagern (2b) und Achsen (2a) sowie weitere Komponenten der Synchronisationssteuerung der Doppellager ((7) – 9).
  • Die Teleskop-Distanzhalter (4b) werden bei der Installation und Wartung so eingestellt, dass sie bei Niedrigwasser am oberen Ende der Führungszone (4fz) anschlagen und kein Kippeln der Schwimmkörper (1) in Längs- und in Querrichtung auftritt.
  • Bei erhöhtem Wasserstand sacken die Distanzhalter (4b der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) u. a. wegen ihres Eigengewichts entsprechend durch und bewirken, dass die Bodenprofilleiste (10) möglichst am Boden verbleibt und die Strömung maximal genutzt wird.
  • 2.11 Hebevorrichtungen (55) in Bug- und Hecknähe – 8, 25
  • Die Hebevorrichtungen (55) in Bug- und Hecknähe enthalten anstelle der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) die Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe.
  • Die technische Realisierung der Hebevorrichtung (55) in Bug- und Hecknähe kann standardmäßig mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20, 21 und 25) erfolgen. Diese Wasserkraftanlage kann auch mit einer anderen Hebevorrichtung (55) ausgerüstet werden, die technisch anders gestaltet ist (u. a. auch Handbetrieb).
  • Eine detaillierte Beschreibung des Zusammenwirkens der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) mit der Höhenregulierung mittels Gewindespindel ((38) – 25) ist ab [0347] zu finden.
  • 2.12 Parallelverschiebung der Schwimmkörper (1) – 9, 10
  • Bei Schräglage eines Segments (6), die u. a. bei Niedrigwasser in Verbindung mit Veränderungen des Bodenprofils entstehen kann, treten erhebliche Kräfte auf, die eine vertikale Parallelverschiebung der Schwimmkörper (1) bewirken könnten. Die Folge wäre eine Verringerung des Abstands zwischen den beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6).
  • Um ein Einklemmen des Wasserrades (2) unter diesen Umständen zu verhindern, werden alle Möglichkeiten genutzt, um solche Parallelverschiebungen zu verhindern, durch
    • • Doppellagerung des Wasserrades (2) an beiden Seiten in Verbindung mit der Synchronisationssteuerung ((7) – 9) und
    • • Diagonalverstrebungen der Brücken ((9d) – 10) sowie massive Befestigung (9e) der Brücken (9) an den Schwimmkörpern (1).
  • 2.13 Brücken (9) eines Segments (6) – 10, 19
  • Die Brücken ((9) – 10), haben eine Schutzfunktion und sollen u. a. verhindern, dass z. B. Sportboote mit den Wasserrädern (2) kollidieren. Sie dienen auch der Begehung zu Wartungszwecken. Zudem bilden sie die konstruktive Grundlage zu einer zusätzlichen Installation von Photovoltaik- (33) und Kleinwindkraftanlagen (32). Aus diesen Gründen müssen sich die Brücken (9) über dem Wasserspiegel befinden und dürfen sich nicht mit den höhenverstellbaren Leitflächen (3) oder anderen höhenverstellbaren Teilen auf- und abwärts bewegen.
  • Eine Befestigung der Brücken ((9) – 10) muss also an den Schwimmkörpern (1) erfolgen.
  • Um Kollisionen mit den höhenverstellbaren Hebeeinrichtungen (55) in Bug- und Hecknähe sowie den Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe zu vermeiden, müssen die Brücken (9) einen Mindestabstand zum Deck ((1a) – 10) der Schwimmkörper (1) einhalten.
  • Um unter den o. g. Umständen – sowohl horizontale als auch vertikale – Diagonalverschiebungen zwischen den beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) zu verhindern, müssen an den Brücken (9) möglichst mehrere Diagonalverstrebungen ((9d) – 10, Ansicht B) in verschiedenen Richtungen angebracht sein.
  • Ferner müssen die Befestigungsstreben ((9e) – 10, Ansicht B) zwischen Brückenboden (9a) und Schwimmkörper (1) fest an den Befestigungspunkten (9h) verankert und unterhalb des Decks (1a) – 10) befestigt werden. Einer der Befestigungspunkte (9h), der dem Bug bzw. Heck am nächsten liegt, fungiert zugleich als Halterung (25) – 10, Ansicht A) für die Kopplung von Segmentreihen (66) und zur Verankerung einer Wasserkraftanlage.
  • 2.14 Synchronisationssteuerung (7) der Doppellagerung – 9
  • Um eine vertikale Parallelverschiebung der Schwimmkörper (1) zu verhindern, ist eine einfache Doppellagerung der Wasserradachse (2a) auf Grund der wasserstandsgesteuerten Höhenverstellung (bzw. Distanzsteuerung (4)) nicht ausreichend (9). Das Nebenlager ((2dd)–(2b)) – 9, Ansicht A) muss die Höhenverstellung des Hauptlagers ((2d)–(2b)) zwangsweise und synchron nachvollziehen ((7) – 9 – Synchronisationssteuerung der Doppellagerung).
  • Für die o. g. Synchronisationssteuerung ((7) – 9) der Doppellagerung sind folgende Voraussetzungen gewährleistet.
  • Der Distanzsteuerungsblock (4a) ist mit dem Hebeblock (5a) fest verbunden (7 – Ansicht E). Der Hebeblock (5a) ist zwar höhenverstellbar, aber im Schwimmkörper (1) eingepasst.
  • Die beiden o. g. Blöcke (4a) und (5a) – 7, Ansicht E und 9) sind rechtwinklig im Schwimmkörper (1) eingelassen.
  • In vertikaler Richtung bilden die Innenseite (1c) des Schwimmkörpers (1) (Wasserradseite) und auch die Leitfläche (3) einen rechten Winkel zu den o. g. Blöcken ((4a), (5a)), die waagerecht im Schwimmkörper eingepasst sind.
  • Unter diesen Voraussetzungen stellt die Synchronisationssteuerung ((7) – (9) zu jedem Zeitpunkt sicher, dass sich die beiden Lager ((2d)–(2b) – Hauptlager) und ((2dd)–(2b) – Nebenlager) in gleicher Höhe innerhalb des Distanzsteuerungsblocks (4a) befinden.
  • 9 illustriert, wie dies über Seilzüge und Umlenkrollen realisiert werden kann.
  • Am Achslagerungsblock ((2d) – Hauptlager) sind zwei Seilzüge (7i) und (7k) befestigt.
  • Bewegt sich nun bei steigendem Wasserstand das Hauptlager ((2d)–(2b)) durch das Eigengewicht des Wasserrades (2) nach unten, wird diese Bewegung über den Seilzug (7i) und die Umlenkrollen ((7h1), (7h2), (7h3)) auf den Achslagerungsblock (2dd) des Nebenlagers so übertragen, dass sich (2dd) in gleicher Weise synchron nach unten bewegt.
  • In ähnlicher Weise wird die synchrone Aufwärtsbewegung über die Seilzüge ((7j), (7k)) und die Umlenkrollen ((7h5), (7h4)) sowie die Ausgleichsrolle (7g) realisiert.
  • Da sich am Hauptlager ((2d)–(2b) – 9, Ansicht A) unterhalb des Achslagerungsblocks (2d) des Hauptlagers der Distanzhalter (4b) befindet, kann ein Seilzug nicht zentriert angebracht werden. Um Seitenkräfte und Verkantungen zu vermeiden, ist eine Doppelbefestigung des Seilzugs (7k) an der Lagerblockaufhängung (2e) notwendig, die über eine Doppelrolle (7f) umgelenkt und zur Ausgleichsrolle (7g) geführt wird.
  • Die Spannvorrichtungen (7m), die wie Wantenspanner funktionieren, dienen bei der Installation einer Wasserkraftanlage dazu, die Achse so zu justieren, dass sie parallel zum Distanzhalterungsblock (4a) verläuft und somit einen rechten Winkel zur Leitfläche (3) bildet.
  • Bei Wartungsarbeiten kann mit diesen Spannvorrichtungen (7m) eine Nachjustierung vorgenommen werden.
  • 2.15 Segmentkopplung zu Segmentreihen (14), (15), (16), (17) – 11
  • Wenn zwei Segmente (6) nebeneinander installiert werden, sind die geraden Außenseiten (1b) zweier Schwimmkörper ((1) – 1) zu einer Einheit miteinander zu verbinden. Eine solche Verbindung darf aber nicht starr wie bei einer festen Verschraubung sein.
  • Das hat triftige Gründe. Bei Niedrigwasser (Trockendockposition) befinden sich die unteren Enden der Distanzhalter (4b) – 2) mit der Bodenprofilleiste (10) auf dem Grund.
  • Da sich das Profil des Flussbetts im Laufe der Zeit ändern kann, können zwei verschiedene Situationen eintreten:
    • • Die Distanzhalter (4b) der beiden mittleren Schwimmkörper ((1) – 1) einer Segmentreihe (66) haben keinen Bodenkontakt mehr, so dass die beiden äußeren Schwimmkörper (1) das Gewicht der inneren Schwimmkörper (1) und der beiden Wasserräder (2) mittragen müssen, oder
    • • ein Distanzhalter (4b) eines äußeren Schwimmkörpers (1) hat keinen Bodenkontakt.
  • In beiden o. g. Fällen treten enorme Kräfte auf, die auf die mittleren Schwimmkörper (1) einwirken.
  • Auch bei Hochwasser kann es durch starke Wellenbewegungen zu Niveauunterschieden an der Wasseroberfläche kommen, die zur Absenkung oder Anhebung einzelner Schwimmkörper (1) führen können.
  • Die 11 verdeutlicht, wie verhindert werden kann, dass die Schwimmkörper (1) solchen Kräften ausgesetzt werden.
  • Die Ansicht A (11) zeigt im Querschnitt den Normalzustand an, bei dem sich alle Schwimmkörper (1) auf gleichem Höhenniveau befinden.
  • Ein entsprechend starker Bolzen ((14a) – 11 – Ansicht C) mit Begrenzern (14c) – Ansicht B) an jedem Ende verläuft durch Bohrungen der betreffenden Schwimmkörper (1), die sich oberhalb des Wasserspiegels befinden und mit Dichtungsringen abgesichert sind. Auf jeder Seite des Bolzens (14a) befindet sich eine starke Druckfeder ((14b) – 11, Ansicht B) zwischen Begrenzer ((14c) Ansicht B) und Schwimmkörper (1). Diese Feder übt eine Druckkraft aus, die beide Flächen der betreffenden Schwimmkörper (1) aneinander presst.
  • Die Ansicht B in 11 illustriert eine Situation, bei der sich ein oder beide benachbarte Schwimmkörper (1) absenken und starke Zugkräfte auf die inneren Schwimmkörper (1) verursachen. Die Federn ((14b) werden zusammengepresst, und die beiden Schwimmkörper (1) klappen oben auf. Die auftretenden Zugkräfte auf die Schwimmkörper (1) werden auf diese Weise erheblich verringert.
  • Es muss aber sichergestellt werden, dass sich der Bolzen (14a) nicht verkantet und möglichst in waagerechter Position verbleibt. Auch muss der Bolzen (14a) einen rechten Winkel zur Außenwand und in horizontaler Richtung bilden und diese Position beibehalten.
  • Für den letztgenannten Fall sorgen die Führungsschienen (15e) dafür, dass ein Bolzen (14a – 11)) nicht in Längsrichtung der Schwimmkörper (1) ausweichen kann. Ferner verhindern die Führungsschienen (15e), dass eine Längsverschiebung zwischen den Segmenten (6) erfolgt.
  • Da der Kippwinkel α (11 – Ansicht B) zwischen beiden Schwimmkörpern (1) variieren kann und andererseits der Bolzen (14a) nicht verbogen werden darf, wenn sich die beiden Schwimmkörper (1) aufspreizen, ist eine waagerechte Positionierung des Bolzens (14a) mittels Führungsschiene kaum realisierbar.
  • Zur waagerechten Positionierung des Bolzens (14a) – 11) dient eine Konstruktion, die aus einem Seilzug (15c), zwei Umlenkrollen (15b1 und 15b2) und einer Seilzugverbindung (15d) besteht, wobei sich (15d) am Begrenzer (14c) des Bolzens (14a) befindet.
  • Die beiden Umlenkrollen (15b1) und (15b2) haben unabhängig vom Kippwinkel α 11, Ansicht B) immer den gleichen Abstand und die gleiche relative Position zum Stabilisierungsblock (15a).
  • Wenn die beiden Schwimmkörper ((1) – 11, Ansicht B) auseinanderdriften, verkürzt sich der Abstand zwischen Umlenkrolle (15b1) und dem Verknüpfungspunkt (15d) am Begrenzer (14c). Dies bewirkt eine Verlängerung der Strecke zwischen Umlenkrolle (15b2) und dem Verknüpfungspunkt (15d). Diese Verlängerung bewirkt, dass der Bolzen (14a) in der waagerechten Position bleibt, während sich der Kippwinkel α vergrößert oder verkleinert.
  • Da am gegenüberliegenden Schwimmkörper (1) die gleiche Konstruktion spiegelsymmetrisch angebracht ist, verbleibt der Bolzen (14a) in waagerechter Position.
  • Die Anordnung der Umlenkrollen ((15b1) und (15b2) – 11) sowie des Verknüpfungspunktes (15d) ist so gewählt, dass eine waagerechte Führung an beiden Enden des Bolzens (14a) sichergestellt ist. Durch Veränderung des Kippwinkels α verändert sich die Spannung des Seilzugs (5c) nicht, so dass keine Verbiegung des Bolzens erzwungen wird, und auch keine Lockerung des Seils (15c) erfolgt.
  • Alternativ zur Stabilisierungseinheit ((15) – 11) kann eine weitere waagerechte Führungsschiene angebracht werden, die den Bolzen (14a) in waagerechter Position hält. Diese waagerechte Führungsschiene muss mit Gummiblöcken o. ä. gefedert sein, um eine Verbiegung des Bolzens (14a) zu verhindern.
  • Um die Schwimmkörper ((1) – 11) zweier benachbarter Segmente (6) auch unten zusammen zu halten, könnte die Konstruktion (15) mit den Bolzen (14a) und den Federn (14b) unterhalb der Wasserlinie angebracht werden. Eine Abdichtung müsste dafür sorgen, dass kein Wasser in den Schwimmkörper (1) gelangt. Das ist technisch möglich, aber nicht so sicher wie die Spreizvorrichtung (17), die am oberen Teil zwischen zwei Geländern (9b) angebracht ist.
  • Die Geländer ((9b) – 11) sind so geformt, dass sie nicht miteinander kollidieren, wenn die beiden mittleren Schwimmkörper (1) zweier Segmente (6) gegenüber den äußeren Schwimmkörpern (1) nach unten aufspreizen (11, Ansicht C). Auch sorgt die Formgebung des Geländers (9b) dafür, dass noch genügend Platz bleibt für die Spreizvorrichtung (17).
  • Die Spreizvorrichtung ((17) – 11) ist mit einer Druckfeder (17a) versehen, die die benachbarten Geländer (9b) auseinander drückt und auf diese Weise die beiden benachbarten Schwimmkörper (1) am unteren Ende zusammendrückt.
  • Die Druckfeder ((17a) – 11) ist schwächer ausgelegt als die beiden Druckfedern (14b), so dass die benachbarten Schwimmkörper (1) an der Oberseite nicht auseinandergedrückt werden können.
  • 2.16 Kopplung von Segmentreihen (66) und Verankerungen – 13 bis 16
  • Die natürlichen Rahmenbedingungen an den Installationsorten können extrem unterschiedlich sein. Dementsprechend müssen die konstruktiven Anforderungen an diese Erfindung unterschiedliche Varianten der Verankerung zulassen.
  • Die Konstruktionsmerkmale dieser Erfindung sind so konzipiert, dass folgende Arten der Verankerung und Positionierung der Segmente (6) einer Wasserkraftanlage genutzt werden können:
    • • Einbindung einer Wasserkraftanlage zwischen einer Gierseilfähre ((22a) – 13) und ihrer Verankerung (22),
    • • Verankerung am Ufer ((20) – 14) mit oder ohne Anker (19a) im Flussbett stromabwärts,
    • • Verankerung im Flussbett ((19) – 15) ohne oder mit Anker (19a), im Flussbett stromabwärts
    • • Verankerung auf einer Buhne ((23) – 16) mit Buhnenabstandshalter ((24a) – 16) zu den benachbarten Buhnen stromabwärts (ohne oder mit abschließender Verankerung ((23a) – 16) auf einer Buhne stromabwärts oder im Flussbett (19a).
    • • Uferverankerung (20) zu beiden Uferseiten für Flüsse ohne Schiffsverkehr mit oder ohne Verankerung stromabwärts im Flussbett (19a),
    • • Verankerung an einer Dalbe ((21) – 14) ohne oder mit abschließender Verankerung im Flussbett (19a) und
    • • zusätzliche Verankerung ((28) – 14) quer zur Strömung zwischen einem Uferanker (28b) und einer Segmentreihe (66).
  • Die Anzahl der Segmente (6) einer Wasserkraftanlage und ihre Anordnung (nebeneinander und in Anständen hintereinander) ist einerseits von den natürlichen Gegebenheiten wie Breite des Flusses und von den Absichten eines potenziellen Betreibers abhängig.
  • Diese Erfindung berücksichtigt diese Umstände und erlaubt,
    • • ein einzelnes Segment (6),
    • • zwei oder mehrere Segmente (6) nebeneinander (Segmentreihe (66) – 13, 14, 15, 16) sowie
    • • mehrere Einzelsegmente (6) oder mehrere Segmentreihen (66) hintereinander als eine Gesamtanlage zu installieren.
  • Dies gilt unabhängig davon, ob eine Verankerung des zentralen Zugseils (27) am Ufer (20), auf einer Buhne (23), im Flussbett (19), an einer Dalbe (21) oder die Anbindung an einer Gierseilfähre (22a) erfolgt.
  • Aus den o. g. Verankerungsvarianten und der Kombination mit einer variablen Anzahl von Segmenten (6) und Segmentreihen (66) ergibt sich eine Vielfalt von Installationsmöglichkeiten, für die sich bestimmte Konstruktionsmerkmale als notwendig erweisen.
  • Folgende konstruktive Details sind in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung:
    • • An einem Segment ((6) – 13, 14, 15, 16) befinden sich insgesamt vier Halterungen (25) an den Brücken (9).
    • • Zwei dieser Halterungen ((25) – 10) befinden sich an der Brücke (9) flussabwärts und zwei an der Brücke (9) flussaufwärts.
    • • Zwischen den beiden Halterungen (25) einer Brücke ist ein Umlenkseil ((26) – 13, 14, 15, 16) mit oder ohne Seilumlenkeinrichtung ((12) – 12) befestigt.
    • • Ein Zugseil ((27) – 13, 14, 15, 16) verbindet die beiden Seilumlenkeinrichtungen (12) der betreffenden Segmente (6), die hintereinander positioniert werden. Ein Zugseil (27) kann auch zwei Segmente (6), die hintereinander positioniert sind, ohne Seilumlenkeinrichtungen (12) verbinden.
    • • Eine Halterung ((25) – 10) für die Verankerung befindet sich an einem Befestigungspunkt (9h) der Brücke (9) am Deck (1a). Es handelt sich dabei um den speziellen Befestigungspunkt (9h), der sich in Bug- bzw. Hecknähe befindet (10).
    • • Alle Befestigungspunkte (9h) einer Brücke (9) an einem Schwimmkörper (1) sind miteinander verstrebt. Deshalb werden die auftretenden Zugkräfte an der Halterung (25), die sich an einem dieser Befestigungspunkte (9h) befindet, auf alle Befestigungspunkte (9h) einer Brücke (9) verteilt.
    • • Die beiden Brücken (9) an der Bug- und Heckseite eines Segments (6) sind untereinander so verbunden ((9f) – 10, Ansicht A), dass die Zugkräfte zwischen beiden Halterungen (25) durch die Verstärkung (9f – 10) aufgenommen werden und nicht die Schwimmkörper (1) belasten.
  • 2.17 Seilumlenkeinrichtungen (12), und Seilstopper (13) – 12
  • Die Seilumlenkeinrichtung ((12) – 12, Ansicht A und Ansicht B) kann in Kombination mit dem Seilstopper ((13) – 12, Ansicht A, Ansicht C und Ansicht C) installiert werden, um eine seitliche Auslenkung eines Segments (6) oder Segmentreihe ((66) – 13 bis 16) in eine oder in beiden Richtungen (Ufer oder Fahrrinne) zu begrenzen oder zu verhindern.
  • Sinn und Zweck beider o. g. Komponenten ((12), (13) – 12) ist es,
    • • einerseits die Kräfte auszugleichen, die quer und längs zu den Segmenten wirken und
    • • andererseits den o. g. Kräfteausgleich mit dem Seilstopper (13) zu begrenzen.
  • Eine Begrenzung durch die Seilstopper ((13) – 12, Ansicht a) hat u. a. folgenden Grund:
    Seitenwinde aus wechselnden Richtungen und Schiffsverkehr verursachen Kräfte quer zur Flussrichtung und bewirken eine seitliche Verschiebung von Segmentreihen ((66) – 13, 14, 15, 16) in Richtung Ufer oder in Richtung Fahrrinne, wenn bei Hochwasser keine Bodenberührung existiert. Um Kollisionen im Uferbereich oder in der Nähe der Fahrrinne zu vermeiden, können solche Seitenbewegungen durch die Seilstopper ((13) – 12, Ansicht A) begrenzt werden.
  • Werden die Seilumlenkeinrichtungen (12) mit den Seilstoppern (13) in geeigneter Weise kombiniert (u. a. 14), können gegebenenfalls auftretende Schäden bei Kollisionen auf einzelne Segmente (6) beschränkt werden.
  • Die Seilumlenkeinrichtung ((12) – 12 Ansicht A und Ansicht B) ist so gestaltet, dass die Umlenkung eines Umlenkseils (26) mit einem unterschiedlichen Winkel α (Ansicht A in 12) erfolgen kann.
  • Die Umlenkrolle (12b) und das Umlenkseil (26) sind von zwei Leitflächen (12a) umgeben, die durch eine Halterung (12c) miteinander verbunden sind.
  • An der Öffnung (12d) ist ein Zugseil (27) befestigt.
  • Die Leitflächen (12a) der Umlenkeinrichtung (12) sind so geformt, dass das Umlenkseil (26) am Austrittspunkt der Leitflächen (12a) einen rechten Winkel zur Tangente am Austrittspunkt bildet.
  • Unter dieser Voraussetzung kann der Seilstopper ((13) – 12 Ansicht A) ohne Verkantung an die Seilumlenkeinrichtung ((12) – 12, Ansicht A) angedockt werden, auch dann, wenn sich der Winkel α ändert.
  • Der Seilstopper (13) begrenzt die Ausgleichswirkung der Seilumlenkeinrichtung (12). Im Extremfall kann diese komplett blockiert werden, indem zwei Seilstopper (13) auf beiden Seiten unmittelbar an den Leitflächen (12a) der Seilumlenkeinrichtung angebracht werden.
  • Der Seilstopper ((13) – 12 – Ansicht C und Ansicht D) besteht aus zwei Hälften (13a), die in der Mitte eine Führung besitzen, in der das Umlenkseilseil (26) eingeklemmt wird. Vier oder mehr Spannbolzen (13b) bewirken, dass ein Umlenkseil (26) stark genug festgeklemmt wird.
  • Bei der Installation einer Wasserkraftanlage können die Seilstopper (13) in Abhängigkeit von der natürlichen Umgebung am Installationsort positioniert und bei der Wartung nachjustiert werden.
  • Die Segmente (6) und Segmentreihen (66) einer Wasserkraftanlage sind auch dann funktionstüchtig, wenn auf die Verwendung die hier beschriebenen Seilumlenkeinrichtungen ((12) – 12) und Seilstopper (13) verzichtet wird. Auch kann die Verankerung und Verknüpfung der Segmente (6) und Segmentreihen (66) anders erfolgen als in 13, 14, 15 und 16 gezeigt.
  • Dennoch bieten die Seilumlenkeinrichtungen (12) in Verbindung mit den Seilstoppern (13) wesentliche Vorteile bei der Installation, der Wartung und während des Betriebs. Deshalb sind diese Verankerungs- und Verbindungshilfen (12) und (13) Bestandteil dieser Erfindung.
  • Die Seilumlenkeinrichtungen ((12) – 12 – Ansicht A und Ansicht B) besitzen eine Kabelführung (12e) für ein Stromkabel (30S) und fakultativ ein Datenkabel (30D).
  • Wie 13, 14, 15 und 16 verdeutlichen, bewirken die Kabelführungen (12e) an den Seilumlenkeinrichtungen (12), dass die Daten- und Stromkabel ((30D), (30S)) zwischen den verschiedenen Segmentreihen ((66) – 13, 14, 15, 16) nur geringfügig durchhängen.
  • 2.18 Kabelführungsblöcke (18) – 17, 18
  • Zusätzlich können je nach Bedarf Kabelführungsblöcke ((18) – 17 und 18) an den Zugseilen (27) und begrenzt auch an den Umlenkseilen (26) angebracht werden, um ein Durchhängen von Kabeln deutlich zu verringern. Das ist besonders vorteilhaft bei langen Seilen.
  • Ein Kabelführungsblock (18) besteht aus einem zweiteiligen Seilklemmblock (18a) mit Spannbolzen (18c) zur Befestigung an einer beliebigen Stelle eines Seils und einem Kabelführungsring (18b) für die Daten- und Stromkabel ((30D), (30S)).
  • 2.19 Redundanz und Sicherheit
  • Kollisionen mit Sportbooten und Schiffen sowie Vandalismus und andere Ursachen wie Materialermüdungen und Treibgut können dazu führen, dass Umlenk- und Zugseile ((26), (27)) reißen oder sich von den Halterungen (25) lösen.
  • Um den Schaden in diesen Fällen zu minimieren, sind folgende Vorkehrungen zu treffen:
    • • Ausgewählte Umlenkseile (26) und Zugseile (27) werden an einem oder beiden Enden mit einem elastischen und zugfesten Bauteil versehen, das ähnlich funktioniert wie eine Anlegefeder, die bei Sportbooten verwendet wird.
    • • Ausgewählte Seilverbindungen ((26), (27)) werden durch redundante Seile mit elastischen Bauteilen so angebracht, dass sie erst dann die vollen Zugkräfte aufnehmen, wenn das korrespondierende Seil reißt oder sich von einer Halterung (25) löst.
  • Unabhängig von der Verankerungsvariante (Ufer, Buhne, Dalbe usw.) sollten redundante Seile zwischen folgenden Punkten installiert werden:
    • • zwischen der Verankerung ((19), (20), (21) (22) oder (23)) und den beiden Schwimmkörpern (1) an den Enden einer Segmentreihe (66), die sich am nächsten zum Verankerungspunkt stromaufwärts befinden und
    • • zwischen zwei äußeren Schwimmkörpern (1) benachbarter Segmentreihen (66).
  • Die Verbindung ((9f – 10) zwischen den beiden Brücken (9) eines Schwimmkörpers (1) ist zusätzlich mit einer redundanten Verbindung zu versehen.
  • Auf jedem Segment (6) befindet sich mindestens eine Signalpositionsleuchte (31) mit Stromversorgung gemäß Wasserstraßenverordnung. Bei Wasserkraftanlagen mit vielen Segmenten (6) und Segmentreihen (66) sind eventuell Signalpositionsleuchten (31) an Zug- und Umlenkseilen ((27), (26)) zu befestigen.
  • 2.20 Das Wasserrad (2) – 10
  • Besonders geeignet für diese Erfindung sind Wasserräder ((2) – 10), die
    • • trotz ihrer Größe gut ausgewuchtet werden können,
    • • eine starke Achse (2a) mit geringer Durchbiegung besitzen,
    • • aus relativ vielen Schaufeln (2c) (mindestens 8) bestehen,
    • • aus möglichst leichtem Material gefertigt sind,
    • • einen relativ großen Durchmesser besitzen, wobei
    • – die Schaufelflächen möglichst bis zur Achse (2a) reichen.
  • Die Formgebung der Schaufeln muss nicht unbedingt mit der Darstellung in 10, Ansicht C identisch sein. Diese Erfindung kann mit den verschiedensten Schaufelformen, Anstellwinkeln, Abmessungen und sonstigen Details eines Wasserrades erfolgreich betrieben werden, wenn die o. g. Mindestanforderungen annähernd erfüllt sind. Auch können Wasserräder verwendet werden, die einen unterschiedlichen Durchmesser an beiden Seiten besitzen (6 – Ansicht A).
  • Diese Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, das die Wassermassen durch einen Strömungskanal (8) fließen, der durch die Leitflächen ((3) – 1 und 3) und durch das Flussbett begrenzt wird und das Wasserrad (2) die gesamte Querfläche in voller Breite und Tiefe dieses Kanals erfasst. Auf diese Weise entsteht je nach Ausbremsung ein Stau in der Konzentratorzone ((8a) – 1).
  • Nur durch die sehr kleinen und technisch bedingten Spalten zwischen den Schaufeln (2c) und den Leitflächen (3) kann Wasser ungenutzt in die Diffusorzone ((8b) – 1) gelangen.
  • Auch am unteren Ende der Schaufeln (2c) besteht nur ein sehr kleiner und technisch bedingter Spalt zur Bodenprofilleiste ((10) – 4, Ansicht A). Solange es kein extremes Hochwasser gibt und die Bodenprofilleiste (10) Bodenhaftung hat, bildet das Flussbett zwischen den Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) die Unterseite eines großen Strömungskanals ((8) – 10), der sich über die Gesamtlänge der Leitflächen (3) erstreckt (vom Bug bis zum Heck der Schwimmkörper (1)).
  • In Zeiten extremen Hochwassers öffnet sich der o. g. große Strömungskanal partiell, der durch die Leitflächen ((3) – 1, 10) und das Flussbett gebildet wird.
  • Anstelle dieses „großen Strömungskanals” (8) bleibt ein „kleinerer Strömungskanal” übrig, der durch die Leitflächen (3) und die Bodenprofileiste ((10) – 4) mit den Strömungssegmenten ((10b) gebildet wird.
  • Wenn sich die Bodenprofilleiste (10) vom Flussbett löst, senken sich die Strömungssegmente (10b – 4) ab. Auf diese Weise vergrößert sich die Erntefläche. Tiefer gelegene Wasserschichten werden zusätzlich nach oben in den „kleinen Strömungskanal” gelenkt und durchströmen das Wasserrad (2).
  • Auf diese Weise kann auch bei extremem Hochwasser eine große Erntefläche effektiv zur Energieumwandlung genutzt werden.
  • Eine Optimierung des Wirkungsgrades kann weitgehend durch eine optimale Ausbremsung des Wasserrades (2) in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit erreicht werden.
  • Grundsätzlich kann die Optimierung der Ausbremsung mittels Getriebe (möglichst stufenlos) und/oder mehrstufigen Generatoren (11) erfolgen. Diese Erfindung ist nicht auf eine spezielle Art einer solchen Optimierung beschränkt.
  • Auch lässt diese Erfindung offen, auf welche Weise die Kraft von der Achse (2a) des Wasserrades (2) auf das Getriebe und/oder den Generator (11) übertragen wird.
  • 2.21 Fernwartung/-diagnose und Verbindung zum Stromabnehmer
  • Beim Einsatz dieser Erfindung in größerer Zahl ist es sinnvoll und kostensparend, konstruktive Vorkehrungen zum Einbau von Sensoren und anderem elektronischen Equipment innerhalb der Schwimmkörper (1) vorzusehen, die der Fernwartung und -steuerung sowie der Ferndiagnose dienen.
  • Da nicht alle Segmente (6) einer Wasserkraftanlage alle technischen Einrichtungen in gleichem Umfang benötigen (z. B. Gleichrichter oder ISDN, TDSL u. a. m.), ist ein Segment (6) einer Wasserkraftanlage – im folgenden Hauptsegment (6H) genannt – technisch bevorzugt und mit Equipment sowie entsprechenden Halterungen und Einschüben ausgerüstet.
  • Das elektronische und sonstige Equipment ist innerhalb der Schwimmkörper (1) eines Segments (6) untergebracht.
  • Die Verbindung zwischen einer Wartungszentrale bzw. einer Empfangs- und Sendestation kann mittels Datenkabel (30D) und/oder per Funk realisiert werden.
  • Die Verkabelung/Kabelführung (30) für das Datenkabel (30D) und die obligatorischen Stromkabel (30S) hängt stark von der Verankerungsvariante ab (vgl. 13 bis 16).
  • Wenn Datenkabel (30D) zum Einsatz kommen, werden diese in physischer Nachbarschaft mit den Stromkabeln (30S) verlegt (einheitliche Kabelführung).
  • Hinweis: In 13, 14, 15 und 16 sind die Kabelführungen/Verkabelung (30) durch eine fein gestrichelte Linie dargestellt.
  • Bei einer Buhnenverankerung ((23) – 16) erfolgt die Kabelführung (30) normalerweise über einen Abstandshalter (24a) zum Hauptsegment (6H).
  • Bei einer Gierseilfährenverankerung ((22) – 13) führen diese Kabel vom Hauptsegment (6H) über die Verankerung der Gierseilfähre (22) und im Flussbett zum Ufer. Eine Weiterführung dieser Kabel vom Hauptsegment (6H) bis zur Gierseilfähre (22a) – 13) ist möglich und sinnvoll.
  • Bei einer Verankerung am Ufer ((20) – 14) führen die Kabel von der Uferverankerung (20) zum Hauptsegment ((6H) – 14).
  • Bei einer Flussbettverankerung ((19) – 15) führen die Kabel vom Ufer durch das Flussbett bis zur Verankerung (19) und dann zum Hauptsegment (6H).
  • Unabhängig von der Verankerungsart gibt es Verkabelungen vom Hauptsegment (6H) zu allen anderen Segmenten (6) einer Wasserkraftanlage. Die einzelnen Kabelabschnitte ((30a) bis (30d) – 13, 14, 15, 16) zwischen den Segmenten (6) und (H6) werden über Kontaktstellen ((30k) – 10 sowie 13, 14, 15, 16) miteinander verbunden, die sich in unmittelbarer Nähe der Haltepunkte (25 – 10, Ansicht A) befinden.
  • Die Kabelverbindungen ((30b) – 10, Ansicht A) innerhalb eines Schwimmkörpers (1) sind fest verlegt.
  • Die Kabelverbindungen ((30a) – 13, 14, 15, 16) zwischen benachbarten Schwimmkörpern (1) sind an beiden Enden mit einer Schlaufe versehen, da sich zwei benachbarte Schwimmkörper (1) geringfügig voneinander entfernen können.
  • Die Kabelverbindungen zwischen zwei Segmenten (6) benachbarter Segmentreihen (66) setzen sich aus folgenden Streckenabschnitten zusammen:
    • • ((30c) – 13, 14, 15, 16): Abschnitt zwischen Kontaktstelle (30k) und einer Seilumlenkeinrichtung (12),
    • • (30d) Abschnitt zwischen zwei Seilumlenkeinrichtungen (12) und
    • • (30c) Abschnitt zwischen Seilumlenkeinrichtung (12) und Kontaktstelle (30k).
  • Bei dieser Verkabelungsstrecke treten zwei Besonderheiten auf.
    • • Die Gesamtlänge über die drei genannten Abschnitte ((30c), (30k), (30c)) kann variieren.
    • • Die Kabel müssen an den Endpunkten bzw. an den Kontaktstellen (30k) unter Spannung gehalten werden, damit diese nicht zu stark durchhängen und ins Wasser eintauchen.
  • Deshalb sind die Kontaktstellen ((30k) – 10, Ansicht A), die sich in der Nähe der Halterungen (25) befinden, mit einer Kabelspannvorrichtung (30l) versehen.
  • Die Seilumlenkeinrichtungen ((12) – 13, 14, 15 und 16) zwischen den beiden Kontaktstellen (30k) besitzen eine Kabelführung ((12e) – 12, Ansicht A und Ansicht B), damit ein Durchhängen der Kabel und die Zugkraft auf die Kabel deutlich reduziert werden können.
  • Für längere Zugseile (27) und begrenzt auch für Umlenkseile (26) können die Kabelführungsblöcke ((18) – 17, 18)) zusätzlich verwendet werden, um ein Durchhängen der Kabel weitgehend zu vermeiden.
  • 2.22 Kleinwindkraftanlage (K-WKA) (32) und Photovoltaikanlage (33) – 19
  • Die meisten Installationsorte dieser Wasserkraftanlage zeichnen sich durch eine relativ geringe Rauhigkeit der Landschaft bzw. geringe Windverwirbelung aus. Auch kann in vielen Fällen mit günstigen Windgeschwindigkeiten gerechnet werden (Ausnahme: dicht an einem Deich). Deshalb bietet sich an, auf diesen Wasserkraftanlagen Kleinwindkraftanlagen ((32) – 19) zu installieren.
  • Die meisten Installationsorte dieser Wasserkraftanlage zeichnen sich auch dadurch aus, dass keine oder kaum Verschattungen durch Bäume und hohe Bauwerke auftreten. Zudem begünstigt die Fließrichtung vieler Flüsse die Südorientierung von Photovoltaikanlagen auf den Segmenten (6).
  • Diese Wasserkraftanlage zeichnet sich dadurch aus, dass sie konstruktive Merkmale besitzt, die es gestatten, auf jedem Segment (6) eine oder mehrere Kleinwindkraftanlagen (32) und/oder eine Photovoltaikanlage (33) zu installieren (19).
  • Zu einer Kleinwindkraftanlage ((32) – 19, 10) gehören u. a. folgende Komponenten:
    • • Mast ((32a) – 19) einer Kleinwindkraftanlage (K-WKA) (32)),
    • • Befestigungspunkte ((32b) des Mastes (32a) am Schwimmkörper (1) und am Außengeländer (9c) der Brücken (9),
    • • Verkabelung (32c) innerhalb des Mastes (32a) und innerhalb des Schwimmkörpers (1),
    • • Stromzähler (32d) für alle K-WKA einer Wasserkraftanlage im Hauptsegment (6H),
    • • (32e) Wechselrichter (fakultativ) für alle K-WKA einer Wasserkraftanlage im Hauptsegment (6H).
  • Zu einer Photovoltaikanlage ((33) – 19), 10) gehören u. a. folgende Komponenten:
    • • Dachfläche (33a) mit Solarzellen oder Photovoltaik-Folie (33af),
    • • Befestigungspunkte (33b) an der Dachfläche (33a), am Innengeländer (9b) und am Schwimmkörper (1),
    • • Dachstütze (33c1), befestigt am Innengeländer (9b) (höhenverstellbar),
    • • Dachstütze (33c2), befestigt am Außengeländer (9c) (höhenverstellbar),
    • • Dachverstrebungen (33d),
    • • ein Stromzähler (33e) für die Photovoltaikanlage (33) im Hauptsegment (6H) einer Wasserkraftanlage,
    • • Wechselrichter (33f) fakultativ für die Photovoltaikanlage im Hauptsegment (6H) einer Wasserkraftanlage.
  • Wenn auf einem Segment (6) eine Photovoltaikanlage (33) und Kleinwindkraftanlagen (32) installiert werden, wird der Mast ((32a) – 19) anstelle der Dachstütze (33c2) zur Stabilisierung der Dachfläche (33a) genutzt.
  • Hinweis: 19 illustriert eine Photovoltaikanlage (33) mit Photovoltaik-Folie, die auf der Dachfläche (33a) aufgeklebt ist. Es können auf dem Dach (33a) auch Solarzellen oder andere moderne Solarelemente montiert werden.
  • Der Schwerpunkt entscheidender Komponenten eines Segments (6) wie z. B. bei der
    • • der Bodenprofilleiste (10) mit den Strömungssegmenten (10b),
    • • den sechs Teleskop-Distanzhaltern (4b),
    • • den zwei Leitflächen (3) und
    • • den vier Antikolkständern ((35h) befindet sich i. d. R. sich unterhalb der Wasseroberfläche, und das Wasserrad (2) besitzt einen sehr niedrigen Schwerpunkt knapp oberhalb des Wasserspiegels.
  • Das großflächige Wasserrad (2) und die anderen o. g. Komponenten eines Segments (6) erfordern relativ breite und lange Schwimmkörper (2) mit möglichst geringem Tiefgang.
  • Auf Grund der o. g. konstruktiven Merkmale [0227] und [0228] ist es in statischer Hinsicht ohne weiteres möglich, auf den Segmenten (6) eine Photovoltaikanlage (33) und bis zu vier Kleinwindkraftanlagen (32) zu installieren.
  • Die Brücken (9) eines Segments (6), die starkverstrebt sein müssen, um Parallelverschiebungen der Schwimmkörper (1) und Verklemmungen des Wasserrades (2) zu vermeiden, sind geeignet, um daran die Dachkonstruktion mit den Dachstützen ((33c1), (33c2) – 19) für die Photovoltaikanlage (33) und die Masten (32a) für die Kleinwindkraftanlagen (32) zu befestigen.
  • Zusätzliche Befestigungspunkte ((32b), (33b)) an den Schwimmkörpern (1) und den Brücken (9) eines Segments (6) ermöglichen eine zusätzliche Installation von maximal vier Kleinwindkraftanlagen (32) und einer Photovoltaikanlage (33). Auf diese Weise kann zusätzlich Strom ohne CO2-Emission und ohne anderweitige Umweltbelastungen erzeugt werden, obwohl keine zusätzlichen Installationsflächen überbaut werden (Mehrfachnutzung übereinander liegender Ebenen zur Energiegewinnung – Sonne, Wind und Wasser –).
  • Für den Fall, dass auf einem oder mehreren Segmenten (6) eine Photovoltaikanlage (33) und/oder Kleinwindkraftanlagen (32) installiert sind, müssen zusätzliche Kabelverbindungen zum Hauptsegment (6H) führen, das dann zusätzliche Stromzähler für die Photovoltaikanlagen (33) und die Kleinwindkraftanlagen (32) enthalten sollte. Unter diesen Umständen ist es zweckmäßig, solche Stromkabel (30S) für die Streckenabschnitte zwischen Hauptsegment (6H) und den anderen Segmenten (6) einer Wasserkraftanlage zu verwenden, die mindestens siebenadrig sind und eine getrennte Stromführung für die Kleinwindkraftanlagen (32), für die Photovoltaikanlage (33) und den Generatoren (11) ermöglichen. An den Verkabelungen (30), die in den 13 bis 16 illustriert sind, ändert sich nichts, wenn mehradrige Stromkabel in o. g. Weise verwendet werden.
  • 2.23 Anwendungsbeispiel
  • Im Mittelabschnitt der Elbe (z. B. bei Havelberg) beträgt die Fließgeschwindigkeit ca. 1 m/s. Die Flussbreite beträgt dort ca. 300 m im Mittel.
  • Abzüglich der gegenüberliegenden Buhnen (ca. 2·50 m) und Fahrrinne (50 m) verbleiben noch ca. 150 m zur Aufstellung der hier beschriebenen Wasserkraftanlage.
  • Das folgende Beispiel geht davon aus, dass am o. g. Installationsort nur eine Uferseite in einer Breite von 70 m genutzt wird. An einem Buhnenkopf wird dort eine Segmentreihe (66) mit 7 Segmenten a 10 m Breite installiert.
  • Die Fließgeschwindigkeit (V) in Höhe des Buhnenkopfes dürfte über dem Durchschnitt liegen. Angenommen wird eine geringfügige Erhöhung der Fließgeschwindigkeit um 0,3 m/s auf 1,3 m/s.
  • Die mittlere Wassertiefe zwischen Buhnenkopf und Fahrrinne wird mit 2,5 m angenommen.
  • Unter den o. g. Umständen ergibt sich eine Erntefläche von 70 m × 2,5 m = 175 m2 bei einer Fließgeschwindigkeit 1,3 m/s.
  • Damit beträgt die verfügbare kinetische Leistung (Input: Pkin) nach folgender Formel:
    Pkin = 0,5·Dichte (1000 kg(m3)·Erntefläche (175 m2)·V3 (1,33 = 2,197) = 192237,5 Watt oder rund 192 kW. Bei einem Wirkungsgrad von 0,4 ergibt das rund 77 kW (Output).
  • Bei einer jährlichen Betriebsdauer von 8.000 Std. (max. 8760 Std. minus 760 Std. Wartungs- und Ausfallzeiten) ergibt sich ein jährlicher Ertrag von 8.000 Std.·77 KW = 0,616 Mili. KWh im Jahr.
  • Beträgt der mittlere Verbrauch eines Einwohners in der Bundesrepublik Deutschland 1.000 kWh im Jahr, könnten unter den o. g. Voraussetzungen (eine Segmentreihe a 7 Segmente) 616 Einwohner komplett mit Strom versorgt werden.
  • Geht man von einem zukünftigen Strompreis aus, der im Mittel bei 0,25 Euro liegt, können in 10 Jahren 1,54 Mill. Euro (netto) Einnahmen verbucht werden. Der Preis eines Segments (6) (einschließlich Installation, Wartung u. a.) sollte unter diesen Umständen 220.000 Euro nicht überschreiten, wenn eine Rückflussdauer von 10 Jahren erreicht werden soll.
  • Für die zusätzliche Installation von Photovoltaikanlagen (33) auf allen sieben Segmenten (6) steht nach o. g. Voraussetzungen eine Fläche von rund 70 m (quer über alle Segmente (6)) mal Länge der Segmente (Bug-Heck) zur Verfügung.
  • Bei einer angenommenen Gesamtbreite eines Segments (6) von 10 m sollte die Länge der Schwimmkörper (1) mindestens 15 m betragen. Wie die 19 veranschaulicht, kann die Dachfläche (30a) in Bug- und Heckrichtung einen Überstand haben, während die Segmentbreite von 10 m nicht vollständig genutzt werden kann. Unter Beachtung dieser Umstände ergibt sich eine Dachfläche (30a) von rund 1050 m2, die nach 19 mit Photovoltaikelementen ausgestattet werden kann.
  • Setzt man voraus, dass 15 m2 1 kWpik ergeben und 1 kWpik 900 kWh (standortabhängig) im Jahr liefert, dann ergibt sich aus diesen Annahmen ein Jahresertrag von 63.000 kWh.
  • Zusätzlich können auf den sieben Segmenten (6) 16 Kleinwindkraftanlagen (32) mit einer Nennleistung von maximal je 5 kW installiert werden.
  • Bei den folgenden Berechnungen wird eine Nennleistung von 3 kW bei 10 m/s und einer mittleren Windgeschwindigkeit von 3,5 m/s ausgegangen. Der Arbeitsbereich soll zwischen 3 m/s (Anlaufpunkt) und 15 m/s (Abschaltung) betragen. Ferner wird eine Windverteilung nach Weibull mit dem Formfaktor k = 2 (typisch für Deutschland) und der mittleren Windgeschwindigkeit von 3,5 m/s (bzw. Faktor A = 4,023) angenommen.
  • Unter den o. g. Voraussetzungen liefert eine Kleinwindkraftanlage (32) ca. 3.000 kWh (plus/minus 500 kWh). Die 16 installierten Kleinwindkraftanlagen (32) liefern näherungsweise 48.000 kWh im Jahr.
  • Auf einer Wasserfläche von rund 1050 m2 (ca. 1/10 ha) können 616.000 kWh im Jahr durch Wasserkraft und 727.000 kWh im Jahr insgesamt erzeugt werden.
  • Ferner können durch diese umweltfreundliche Art der Stromerzeugung entsprechende CO2-Emmissionen vermieden werden.
  • 3 Stand der Technik im Vergleich
  • Wasserräder, die von zwei Schwimmkörpern getragen wurden, gab es bereits vor mehr als 500 Jahren. Sie wurden Schiffsmühlen genannt und zeichneten sich durch folgende konstruktive Merkmale aus:
    • • Die Höhenregulierung des Wasserrades erfolgte nur durch den Wasserstand. Es gab keine Höhenverstellung des Wasserrades relativ zu den Schwimmkörpern.
    • • Durch die Formgebung der Schwimmkörper (i. d. R. Bootsform an der Anströmseite) bildete sich ein partieller Strömungskanal aus, der nach unten hin offen war.
    • • Schiffsmühlen bestanden zunächst aus einem Wasserrad, zwei Schwimmkörpern und einem Mühlenhaus auf einem Schwimmkörper. Sie wurden sowohl einzeln als auch in Gruppen aufgestellt und verankert.
  • Entsprechend der o. g. Merkmale der historischen Schiffsmühlen sind Wasserräder auf Schwimmkörpern nach den vorgenannten Wirkprinzipien keine patentierbare Neuheit.
  • Im Gegensatz zu den o. g. Schiffsmühlen besitzt diese Erfindung eine automatische Höhenverstellung des Wasserrades (2) relativ zu den Schwimmkörpern (1), bewirkt durch die Distanzsteuerungen ((4) – 2, 24) und ((44) – 25).
  • Der geschlossene Strömungskanal ((8) – 1 und 10) dieser Erfindung ist gegenüber den Schiffsmühlen an den Seiten durch die Leitflächen (3) und nach unten durch das Flussbett oder bei extremem Hochwasser durch die Bodenprofilleiste (10 – 4)) mit den Strömungssegmenten (10b) begrenzt.
  • Diese Erfindung ermöglicht durch spezielle konstruktive Merkmale, dass im Gegensatz zu den Schiffsmühlen mehrere Segmente ((6) – bzw. mehrere Wasserräder (2) mit ihren Schwimmkörpern) zu Segmentreihen (66) und mehrere Segmentreihen (66) wiederum zu einer Gesamtanlage verbunden werden können.
  • Die neueren Entwicklungen schwimmender Wasserkraftanlagen betreffen kleinere Einzelwasserkraftwerke mit Turbinen nach einem anderen Wirkprinzip als das dieser Erfindung.
  • Viele Patente wie z. B. DE 101 34 522 B4 20005,07.07 beziehen sich auf die Optimierung des Wirkungsgrades von ober-, mittel- und unterschlächtigen Wasserrädern.
  • Von Bedeutung für diese Erfindung sind nur Patente und Gebrauchsmuster zu kleinen und mittleren Wasserkraftanlagen mit unterschlächtigen Wasserrädern, die von Schwimmkörpern getragen werden (z. B. Offenlegungsschrift DE 10 2006 014 205 A1 2007.05.10). Die meisten dieser Patente beziehen sich auf die Optimierung eines bestimmten Wasserrades und nicht so sehr auf die konstruktiven Merkmale der Schwimmkörper und Verankerungskomponenten.
  • Im Gegensatz dazu ist diese Erfindung nicht an ein bestimmtes Wasserrad gebunden. Für die hier beschriebene Wasserkraftanlage (WAKA) ab [0001] können die verschiedensten Typen von Wasserrädern (2) verwendet werden, auch solche, die noch nicht patentiert sind oder erfunden wurden.
  • Weder bei den historischen Schiffsmühlen noch bei den modernen und zugleich patentierten Wasserkraftanlagen mit Wasserrad ist vorgesehen, eine Wasserkraftanlage mit mehreren separaten Segmenten (6) zu Segmentreihen (66) zu verbinden. Es gibt zwar in der Offenlegungsschrift DE 10 206 053 733 A1 (2008.01.10) eine Beschreibung eines Wasserrades mit mehreren Schaufelrädern auf einer Achse. Es handelt sich dabei um ein einzelnes Wasserrad mit unterbrochenen Schaufelflächen auf einer Achse und nicht um mehrere separate Wasserräder. Eine weitere Offenlegungsschrift 24 46 980 (Aktenzeichen P 2446 980.5 Offenlegungstag 15.04.1974) beschreibt eine Erfindung mit mehreren Wasserrädern, die starr miteinander verbunden sind.
  • Im Gegensatz zur letztgenannten Schrift ( 24 46 980 ) bestehen wesentliche Unterschiede zu dieser Erfindung:
    • • Die Segmente (6) sind nicht starr sondern flexibel miteinander verbunden (Komponenten ((14), (15), (16) (17)), um Beschädigungen an den Schwimmkörpern (1) bei auftretenden Niveauunterschieden des Wasserspiegels und anderen Umständen zu vermeiden. Die technische Umsetzung ist völlig anders.
    • • Eine Kopplung mehrere Segmentreihen (66) zu einer Wasserkraftanlage ist in der Offenlegungsschrift 24 46 980 nicht beschrieben.
    • • Die konstruktiven Merkmale der Zellen und ihre Kopplung nach Schrift 24 46 980 unterscheiden sich von den Segmenten (6) und Segmentreihen (66) dieser Erfindung wesentlich.
    • • Entscheidende Komponenten wie die Distanzsteuerungen ((4)–(44)) in Verbindung mit der Bodenprofilleiste (10)) fehlen.
    • • Eine automatische Höhenregulierung der Wasserräder relativ zu den Schwimmkörpern ist laut Schrift 24 46 980 nicht vorhanden.
  • Darüber hinaus zeichnet sich diese Erfindung durch konstruktive Merkmale aus ((12), (13), (24), 25) usw.), die es ermöglichen, mehrere Segmentreihen (66) miteinander so zu verbinden und zu verankern, dass die Positionierung der Segmentreihen (66) den konkreten Standortbedingungen optimal angepasst werden kann. In anderen Patentschriften sind die konstruktiven Merkmale dieser Erfindung zur Verbindung von Wasserkraftanlagen in o. g. Weise nicht zu finden.
  • Wie bereits unter [0251] hingewiesen, wurde das Prinzip des Strömungskanals bei den historischen Schiffsmühlen bereits ausgenutzt, wobei dieser Kanal jedoch nach unten hin offen war und eine seitliche Begrenzung durch die Bootskörper nur partiell ausgeprägt war.
  • Im Gegensatz dazu existiert ein Patent EP 1 731 757 A1 , das eine Wasserkraftanlage mit einem Strömungskanal beschreibt, der durch seitliche Leitflächen und nach unten hin durch eine Bodenplatte begrenzt wird.
  • Im Gegensatz dazu nutzt diese Erfindung einen Strömungskanal, der keine Bodenplatte benötigt. Erlangt wird dieser Vorteil durch eine Reihe konstruktiver Merkmale und Komponenten wie Distanzsteuerungen ((4)–(44)), absenkbare Leitflächen (3) bis zum Flussbett in Verbindung mit Senkplatten (10b) und der Bodenprofilleiste (10) in Verbindung mit den Strömungssegmenten (10b).
  • Nach dem derzeitigen Wissensstand und Rechercheergebnis beschreibt das o. g. Patent EP 1 731 757 A1 den modernsten Stand der Technik bei Wasserrädern auf Schwimmkörpern. Diese Erfindung hat gegenüber dem o. g. Patent folgende Neuerungen und Verbesserungen:
    • • Bei dieser Erfindung entfällt die schwere Bodenplatte für den Strömungskanal (8). Deshalb können die Schwimmkörper (1) und andere Bauteile wesentlich kleiner dimensioniert werden.
    • • Diese Erfindung besitzt im Gegensatz zum o. g. Patent ( EP 1 731 757 A1 ) automatische Höhenregulierungen ((4) – 2 und (44)) des Wasserrades (2) und des Strömungskanals (8) relativ zu den Schwimmkörpern (1).
    • • Die Hebevorrichtungen (5) und (55) für Havariesituationen und andere Zwecke sind im o. g. Patent nicht vorgesehen.
    • • Die Wasserkraftanlage nach o. g. Patent ( EP 1 731 757 A1 ) besteht nur aus zwei Schwimmkörpern mit einem Wasserrad. Eine Kopplung mehrerer Anlagen nebeneinander und hintereinander ist nicht vorgesehen. Konstruktive Merkmale dazu fehlen.
    • • Die Wasserkraftanlage nach o. g. Patent ( EP 1 731 757 A1 ) wird an beiden Uferseiten verankert und in Flussmitte positioniert. Eine Installation in Flüssen mit Schiffsverkehr ist somit ausgeschlossen..
  • Diese Erfindung besitzt auf Grund der Neuerungen gegenüber dem o. g. Patent folgende wesentliche Vorteile:
    • • Sie ist für die Jahreserträge optimiert und nutzt als Erntefläche die verfügbare Flussbreite zwischen Fahrrinne und Ufer (bzw. Buhne) sowie die verfügbaren Wassertiefen bei allen Wasserständen aus (mit Einschränkungen bei extremem Hochwasser).
    • • Die anströmenden Wassermassen in den Strömungskanälen werden von den Wasserrädern (2) fast vollständig erfasst und zur Energieumwandlung genutzt.
    • • Entsprechend den natürlichen Gegebenheiten am Installationsort können die einzelnen Segmente (6) optimal zu Segmentreihen (66) konfiguriert und auf verschiedenste Art verankert werden.
    • • Insbesondere an Buhnen bilden sich natürliche Strömungskanäle durch das Flussbett aus, in die die Strömungskanäle (8) dieser Wasserkraftanlage optimal eingebettet werden. Das Flussbett begrenzt auch die Unterseiten der Strömungskanäle (8) bei dieser Erfindung.
    • • Im Gegensatz zum Patent ( EP 1 731 757 A1 ) kann diese Wasserkraftanlage vor allem in Flüssen mit Schiffsverkehr eingesetzt werden.
    • • Auf Grund der größeren Erntefläche ist diese Wasserkraftanlage bei niedrigeren Fließgeschwindigkeiten rentabel.
  • Wichtige Konstruktionsprinzipien und Zusatzkomponenten – 20 bis 41
  • Beschreibung von Komponenten der automatischen Höhenregulierung – 20 bis 26, und 29, 33, 37, 38, 41
  • In verschiedenen komplexen Baugruppen sind unterschiedliche Komponenten zur Höhenregulierung integriert, die nachfolgend mit ihren allgemeinen Konstruktionsmerkmalen beschrieben werden. Es handelt sich dabei um die
    • – doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21),
    • – Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 22),
    • – Höhenregulierung mittels Gewindespindel ((40) – 23) sowie die
    • – Ballastregulierung ((39b) – 33) der Stauraumbegrenzer (39) und die
    • – Ballastregulierung ((1br) – 38) der Schwimmkörper (1).
  • Die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) wird vorzugsweise bei der speziellen Antikolk-Hebevorrichtung ((35h) – 26.), ferner der Hebevorrichtung ((5) – 24) neben dem Wasserrad (2) sowie der Hebevorrichtung in Bug- und Hecknähe ((55) – 25) eines Schwimmkörpers (1) verwendet.
  • Für die Distanzsteuerung ((4) – 24) neben dem Wasserrad (2) wird u. a. die Höhenregelung mittels Seilwinde ((34) – 22) eingesetzt. Die Distanzsteuerung (4) ist in der Hebevorrichtung (5) neben dem Wasserrad (2) integriert. Die Distanzsteuerung (4) und die Hebevorrichtung (5) bilden zusammen eine zweistufige Höhenregulierung mittels Seilwinde (34) und doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 24).
  • Für die Distanzsteuerung in Bug- und Hecknähe ((44) – 25) der Schwimmkörper (1) wird die Höhenregulierung mittels Gewindespindel ((40) – 23 und 25) eingesetzt. Die Distanzsteuerung (44) ist in der Hebevorrichtung (55) in Bug- und Hecknähe des Schwimmkörpers (1) integriert. Die Distanzsteuerung (44) und die Hebevorrichtung (55) bilden zusammen eine zweistufige Höhenregulierung mittels Gewindespindel (40) und doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 25).
  • Die Stauraumbegrenzer ((39) – 30 und 31) werden u. a. mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20, 21 und 32) höhenreguliert. Ergänzt wird diese Regulierung durch eine Ballastregulierung ((39b) – 33), die das Stauraumbegrenzer-Unterteil ((39u) – 33) ent- bzw. belastet.
  • Die o. g. Komponenten zur Höhenregulierung ((38), (34), (40) und die Ballastregulierungen ((39b) und (1br)) weisen in Abhängigkeit von den übergeordneten Baugruppen, in denen sie integriert sind, Besonderheiten auf, die im Zusammenhang mit der betreffenden Baugruppe erläutert werden. So entspricht beispielsweise der Teleskop-Distanzhalter (4b) der Baugruppe ((4) – 2) dem Distanzhalter ((34d) – 22) der Höhenregelung mittels Seilwinde (34).
  • 4.2 Beschreibung der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21)
  • Ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung ist die Höhenverstellung des Wasserrades (2) und anderer Bauteile relativ zu den Schwimmkörpern (1) und die Höhenverstellung bei den Stauraumbegrenzern ((39) – 30, 31 und 32). Dafür werden drei grundsätzliche Techniken bevorzugt. Eine dieser Techniken ist die doppelseitige Höhenregulierung mittels Zahnstangen ((38zs) – 20 und 21) und Stirnrädern ((38sb) und (38ss) – 20 und 21). Diese doppelseitige Höhenverstellung wird auch als „doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” (38) bezeichnet.
  • Die 20 und 21 illustrieren die allgemeinen Konstruktionsmerkmale dieser doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Absenkvorrichtung (38). Sie besteht aus
    • • einem Hebe-/Senkgestänge ((38hg) – 20), das relativ zu einem Basiskörper ((38bk) – 20) nach oben oder unten bewegt werden kann,
    • • zwei Zahnstangen ((38zs) – 20, Ansicht B), die auf der gegenüberliegenden Seite eines Hebe-/Senkgestänges (38hg) befestigt sind,
    • • zwei breiten Stirnrädern ((38sb) – 20, Ansicht A), die die beiden Zahnstangen (38zs) mit dem Hebe-/Senkgestänge (38hg) durch synchrone Drehbewegung nach oben und unten befördern können,
    • • vier schmalen Stirnrädern ((38ss) – 20, Ansicht A und Ansicht B), die untereinander und mit den beiden breiten Stirnrädern (38sb) so gekoppelt sind, dass sich die breiten Stirnräder (38sb) synchron und gleichgerichtet zu den Zahnstangen (38zs) drehen.
    • • diversen Lagern (38l) und Lagerhalterungen (38lh) für die o. g. Stirnräder (38ss) und (38sb) – (vgl. 20, Ansicht A und Ansicht B) sowie
    • • einer sensorgesteuerten Antriebsvorrichtung mit einem
    • – Servomotor (38sm) mit selbsthemmenden Getriebe oder
    • – Servomotor mit Getriebe (38sm) und Schneckenrad ((38sr) – 20, Ansicht B),
    • • einer oberen Begrenzung (38ob – 21, Ansichten A und C) des Senk-/Hebegestänges (38hg), die verhindert, dass das Senk-/Hebegestänge (38hg) zu weit nach oben und unten bewegt wird und u. U. den Kontakt zu den Zahnstangen (38zs) verliert.
  • Ein Gehäuse (38g) 21, Ansichten A, B und C) besitzt
    • • nach unten hin eine Öffnung für die Zahnstangen (38zs) mit dem Hebe-/Senkgestänge ((38hg),
    • • nach oben hin genügend Freiraum für die Aufwärtsbewegung des Hebe-/Senkgestänges (38hg) mit den Zahnstangen (38zs),
    • • im Innenraum eine untere Abfangvorrichtung ((38au) 21, Ansicht A) mit Kontaktsensor (38aus) zur Abschaltung des Servomotors ((38sm) – Sicherheitsvorkehrung),
    • • eine obere Abfangvorrichtung ((38ao) – 21, Ansicht A) mit Kontaktsensor (38aos) zur Abschaltung des Servomotors ((38sm) – Sicherheitsvorkehrung)
    • • seitlich verschließbare Öffnungen zur Wartung und Montage.
  • Die Abfangvorrichtungen unten ((38au) – 21) und oben (38ao) bewirken einerseits eine mechanische Begrenzung der Auf- und Abwärtsbewegung des Hebe-/Senk-Gestänges (38hg) und enthalten andererseits die Kontaktsensoren ((38aos) und (38aus) – 21, Ansicht A und Ansicht C), die eine Stromunterbrechung des Servomotors ((38sm) – 21, Ansicht A) bewirken (Sicherheitsabschaltung).
  • Die Abfangvorrichtungen unten ((38au) – 21, Ansicht A) und oben (38ao) sind mit Druckfedern (38df) versehen, um eine Abbremsung kurz vor Erreichen der oberen bzw. unteren Endstellung zu erreichen.
  • Das Gehäuse ((38g) – 21, Ansichten A, B und C) ist fest verbunden mit einem Basiskörper ((38bk) – 21, Ansicht A und Ansicht B), der der Befestigung und Führung dient. I. d. R. übernimmt der Schwimmkörper (1) die Rolle des Basiskörpers (38bk).
  • Zur Stabilisierung und Positionierung der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 21) muss das Hebe-/Senkgestänge ((38hg) – 21, Ansichten A, und C) an verschiedenen Stellen durch Führungsrollen (38fr) und Führungszahnräder (38fz) abgestützt werden. An den beiden Seiten mit den Zahnstangen (38zs) übernehmen Führungszahnräder (38fz) und an den beiden anderen Seiten Führungsrollen (38fr) diese Aufgabe.
  • Eine Stabilisierung/Positionierung des Hebe-/Senkgestänges (38hg) erfolgt weiter unten mit Führungsrollen (38fr) und Führungszahnrädern (38fz), die am Basiskörper ((38bk) – 21, Ansicht A und Ansicht C) befestigt sind.
  • Zu Steuerungszwecken ist im Gehäuse (38g) der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 21, Ansichten A, und C) ein Distanzsensor ((38ds) – 21. Ansicht A und Ansicht C) an der Oberseite eingebaut.
  • 4.3 Beschreibung der Höhenregelung mittels Seilwinde ((34) – 22)
  • Das allgemeine Grundprinzip der Höhenregelung mittels Seilwinde (34) wird in 22 unter Verwendung der 34iger Bezugszeichen illustriert.
  • Die 38iger Bezugszeichen in 22 ((38fz) – Führungszahnräder und (38zs) – Zahnstangen) deuten an, dass die Höhenregulierung mittels Seilwinde (34) innerhalb der „doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 20 und 21) integriert ist.
  • Die „doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 20 und 21) mit integrierter Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 22) sind Bestandteil der Distanzsteuerung ((4) – u. a. 7- Ansicht E und 24) neben dem Wasserrad (2) und der Hebevorrichtung (5) neben dem Wasserrad (2). In 7 sind die Komponenten zu (4) und (5) sehr stark vereinfacht und z. T. symbolisch dargestellt worden, um zu verdeutlichen, wie das Wasserrad (1) und die Bodenprofilleiste (10) so hoch gehoben werden können, dass die Unterseite des Schwimmkörpers (1) zur tiefsten Stelle wird. Im Gegensatz dazu illustriert die 24 detaillierter, wie die „doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 20 und 21) mit der integrierten Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 22) zusammenwirkt.
  • Die 34iger und 38iger Bezugsnummern dienen i. d. R. der allgemeinen Beschreibung der Konstruktionsprinzipien der „doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) und der „allgemeine Höhenregelung mittels Seilwinde” ((34) – 22). In Verbindung mit anderen Baugruppen wie z. B. die Distanzsteuerung (4) werden ausgewählte Elemente der o. g. Höhenregulierungen (34) und (38) mit andern Bezugszeichen versehen. So entspricht beispielsweise der Distanzhalter (34d) in 22 dem Teleskop-Distanzhalter ((4b) – z. B. in 7) der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2).
  • Die beiden o. g. Hebe-/Senkvorrichtungen ((38) und (34) – 24) bilden einen zweistufigen Hebe-/Senkmechanismus, der speziell für die Höhenverstellung des Wasserrades (2) Anwendung findet.
  • Die in den Schwimmkörpern (1) integrierte „doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 20 und 21) ermöglicht die begrenzte Höhenverstellung der „Höhenregelung mittels Seilwinde” ((34) – 22) zu erweitern. So ermöglicht beispielsweise der Steuerungsmechanismus (38) in Verbindung mit (34), dass das Wasserrad (2) und weitere technische Komponenten wie z. B. die Bodenprofilleiste (10) komplett aus dem Wasser gehoben werden können (z. B. für Wartungszwecke).
  • Eine besondere Eigenschaft der Höhenverstellung mittels Seilwinde ((34) – 22) ist ihr spezieller Steuerungsmechanismus, der auf zwei verschiedenen Wirkprinzipien beruht.
  • Auf Grund des Eigengewichtes der Wasserrades ((2) – 24), dass auf die Achse ((2a) – 2) bzw. ((34a) – 22) einwirkt und des Eigengewichts des Distanzhalters ((34d) – 22), bewegen sich das Wasserrad (2) und der Distanzhalter ((34d) – 22, 24) nach unten. Diese Abwärtsbewegung wird entweder an der Unterseite der Führungszone ((34fz) – 22) oder vor Erreichen dieser Position gestoppt, wenn der Distanzhalter ((34d) – 22, 24) Berührung mit dem Flussbett hat. Ist der Radius des Wasserrades (2) größer als die Wassertiefe, setzt der Distanzhalter ((34d) – 22) auf dem Flussbett auf und verhindert so, dass das Wasserrad (2) mit dem Flussbett kollidiert und eventuell beschädigt wird.
  • Ist die Wassertiefe größer als der Radius des Wasserrades (2), sinkt der Achslagerungsblock ((34a1b) – 22) bis zur Unterseite der Führungszone ((34fz) – 22). Die Druckfedern (34df) bremsen diese Sinkbewegung, und ein oder mehrere Kontaktsensoren (34ksu) leiten diesen Zustand an die zentrale Steuereinheit (50) des betreffenden Segments (6) weiter (kein Bodenkontakt des betreffenden Distanzhalters). Auf diese Weise taucht das Wasserrad (2) unabhängig von der aktuellen Wassertiefe möglichst tief ein.
  • Unterschreitet die Wassertiefe den Radius des Wasserrades (2), bewegen sich der Distanzhalter ((34d) – 22) und das Wasserrad ((2) – 24) relativ zum Schwimmkörper (2) nach oben. Bei sehr niedrigem Wasserstand kann der Achslagerungsblock ((34a1b) – 22) bis zur Oberseite der Führungszone ((34fz) – 22) gelangen. Dort wird er durch Druckfedern (34df) ausgebremst, und ein oder mehrere Kontaktsensoren (34kso) übermitteln diesen Zustand an die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) (Unterbrechung des Stromkreises für den Servomotor (34sm).
  • Je höher sich der Achslagerungsblock bewegt, je größer wird normalerweise der Druck, den der Distanzhalter ((34d) – 22) bzw. des Distanzhalters (4b) und der Bodenprofilleiste (10) – 24, Ansicht B) auf das Flussbett ausübt. Hält dieser Zustand für längere Zeit an, kommt es zum partiellen Einsinken des Distanzhalters (4b) und der Bodenprofilleiste (10) – 24) in das Flussbett. Dieser Vorgang wird im Folgenden als „Kolken” bezeichnet. Um diesen „Kolkprozess” zu verlangsamen, wird der Druck durch eine Einrichtung ((34) – 24 – Höhenregulierung mittels Seilwinde – minimiert, die aus
    • • einem Drehmomentsensor ((34dms) – 22),
    • • einer Seilwinde (34sw) und
    • • einem Servomotor mit selbsthemmenden Getriebe (34sm) oder Servomotor mit Getriebe und Schneckenrad ((38sr) – 22)
    besteht. Um Schäden zu vermeiden, sind aus Sicherheitsgründen ein oder mehrere Kontaktsensoren (34kso) – 22) am oberen Ende der Führungszone (34fz) angebracht, die beim Erreichen der obersten Position eine Stromunterbrechung des Servomotors (34sm) bewirken (Sicherheitsabschaltung).
  • Mit Hilfe des Distanzsensors ((34ds) – 22) in Verbindung mit den unteren Kontaktsensoren (einer oder mehrere) kann auch reguliert werden, dass bei bestimmten Wasserständen ein Mindestabstand der Distanzhalter ((34d) – 22) zum Flussbett eingehalten wird. Damit können Profiländerungen des Flussbetts verhindert oder weitgehend vermieden werden. Der Servomotor (34sm) – 22) bewegt den Achslagerungsblock (34a1b) mit dem Distanzhalter (34d) um den gewünschten Betrag nach oben. Dabei erhöht sich der Auftrieb an den Schwimmkörpern (1).
  • 4.4 Beschreibung der Höhenregelung mittels Gewindespindel ((40) – 23)
  • Die allgemeine Höhenregelung mittels Gewindespindel (40) illustriert die 23. Sie wird vorzugsweise für die Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe eines Schwimmkörpers (1) verwendet.
  • Die 38iger Bezugszeichen (38fz) und (38zs) in 23 deuten an, dass die o. g. Distanzsteuerung (44) innerhalb der Hebevorrichtung (55) integriert ist, die sich in Bug- und Hecknähe des Schwimmkörpers (1) befindet. Die technische Realisierung der Hebevorrichtung (55) erfolgt mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21). Die Hebevorrichtung (55) in Bug- und Hecknähe eines Schwimmkörpers (1), in der die Distanzsteuerung (44) integriert ist, besteht aus der doppelseitigen Zahnstangen-Hebevorrichtung ((38) – 20, 21) und der Höhenregelung mittels Gewindespindel ((40) – 23).
  • Die Höhenregelung mittels Gewindespindel ((40) – 23) besteht aus
    • • einem Hebe-/Senkgestänge (40hg), das
    • – eine Führungszone (40fz),
    • – eine Deckplatte (40dp) und
    • – einen Führungsblock (40fb)
    • – enthält und ferner
    • • einem Distanzhalter (40d),
    • • einem Gehäuse (40g),
    • • einer selbsthemmenden Spindel (40s)
    • – mit Spindelhalterung (40sh) an der Oberseite des Führungsblocks (40fb)
    • • einem Servomotor mit Getriebe (40sm) (möglicherweise mit Schneckenrad),
    • • einem Distanzhalter (40d)),
    • • einem oder mehrere Kontaktsensoren unten (40ksu),
    • • einem oder mehrere Kontaktsensoren oben (40kso),
    • • diversen Druckfedern (40df) und
    • • einem Distanzsensor (40ds) an der Oberseite der Führungszone (40fz).
  • Die in Bug- und Hecknähe eines Schwimmkörpers (1) angebrachten Distanzsteuerungen (44), in denen die Höhenregulierungen mittels Gewindespindel ((40) – 23) integriert sind, müssen sicherstellen, dass ein Schwimmkörper (1) waagerecht in Bug-/Heckrichtung gehalten wird. Auch ein Kippeln eines Schwimmkörpers (1) in Bug-/Heckrichtung muss vermieden werden, wenn die Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) Grundberührung bekommt.
  • Solange die Distanzsteuerung (4) in der Nähe des Wasserrades (2) keine Grundberührung hat, kann der Schwimmkörper (1) nicht kippeln. Bei hohen Fließgeschwindigkeiten kann es aber zu einem erheblichen Stau an der Anströmseite kommen. In diesem Fall wird der Schwimmkörper (1) auf der Anströmseite angehoben (u. U. erhebliche Abweichung von der waagerechten Position). Neigungssensoren, die diesen Zustand signalisieren, bewirken, dass die Distanzsteuerung (44) an der Heckseite entsprechend abgesenkt wird und so eine Anhebung an der Heckseite erfolgt. Bei extremem Hochwasser sind diesbezüglich Grenzen gesetzt, so dass dann die vorderen Flutkammern ((1fkv) – 38, Ansicht B und Ansicht C) der Schwimmkörper (1) entsprechend geflutet werden.
  • Bei niedrigen Wasserständen kann die Situation eintreten, dass die Distanzsteuerung (4) in der Nähe des Wasserrades (2) Grundberührung bekommt. In diesem Fall werden die Distanzhalter ((4b) – 2) bzw. ((40d) – 23) der Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe so nach unten gedrückt, dass kein Kippeln in Bug-/Heckrichtung möglich ist und eine waagerechte Position erreicht wird. Im Extremfall kann dieser stabile Betriebszustand nicht erreicht werden (z. B. bei extremem Bodenprofil des Flussbetts). In diesem Fall erreicht mindestens ein Führungsblock ((40fb) – 23) die untere Begrenzung der Führungszone (40fz). Wird dieser Zustand durch einen unteren Kontaktsensor (40ksu) signalisiert, wird die betreffende doppelseitige Zahnstangen-Hebevorrichtung (38) – 25) aktiv und senkt das Höhen-/Senkgestänge ((40hg) – 23, (4a) – 25) relativ zum Schwimmkörper (1) entsprechend ab, bis eine stabile und waagerechte Position des Schwimmkörpers (1) erreicht wird.
  • Alle Komponenten zur Höhenregulierung (4), (44) usw. enthalten Distanzsensoren, die laufend den Abstand zwischen der oberen Begrenzung einer Höhenverstellung messen und an die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) weiterleiten. Da diese zentrale Steuereinheit (50) die maximale Hublänge dieser Komponenten kennt, ist auch die Entfernung zu den unteren Begrenzungen bekannt. Diese Informationen werden für unterschiedliche Steuerungszwecke genutzt (z. B. für Wartungszwecke). In extremen Situationen und bei technischen Defekten, kann trotz der zentralen Steuerung mittels Distanzsensoren der Fall eintreten, dass eine obere oder untere Endbegrenzung erreicht wird. Deshalb gibt es bei jeder Höhenregulierung (34), (38) und (40) mindestens einen oberen und unteren Kontaktsensor (z. B. (40kso) und (40ksu)), der den Stromkreis des betreffenden Servomotors unterbricht.
  • 4.5 Ballastregulierung (1br) in den Schwimmkörpern (1) – 38
  • In Bug- und Hecknähe der Schwimmkörper ((1) – 38, Ansicht B und Ansicht C) befinden sich die Flutkammern ((1fkv) – vorn) und ((1fkh) – hinten) mit den Ballastwasserpumpen (1bp) sowie Ballastwasser-Einfüllstutzen (1be) und Ballastwasser-Auslassstutzen (1ba)).
  • Diese Ballastregulierung (1br) dient dazu, die Schwimmkörper (1) in Längsrichtung waagerecht zu halten. Bei Hochwasser kann dies mit den Distanzsteuerungen (44) und Hebevorrichtungen (55) nicht erreicht werden. Auf Grund unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten ist die Staubildung auf der Anströmseite (Bug) unterschiedlich stark. Dementsprechend werden die Schwimmkörper (1) auf der Bugseite unterschiedlich stark angehoben.
  • Neigungssensoren, die die Abweichung von der Waagerechten in Längsrichtung messen, signalisieren dies der zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6), die dann veranlasst, dass die Wassermengen in den Flutkammern ((1fkv) und (1fkh) – 38, Ansicht B und Ansicht C) entsprechend verändert werden.
  • Normalerweise sollte die waagerechte Position der Schwimmkörper (1) in Längsrichtung mit einem Minimum an Wasser in den Flutkammern ((1fkv) und (1fkh) erreicht werden. Die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6), die mittels Sensoren den aktuellen Wasserstand in den Flutkammern ((1fkv) und (1fkh)) kennt, reguliert die Wasserstände entsprechend dem gewünschten Minimum.
  • Die Mehrfachnutzung eines Segments (6) oder einer ganzen Segmentreihe (66) – z. B. als Bootshaus, gastronomische Einrichtung, Gewächshaus usw.- kann erfordern, dass ein gewisser Mindestvorrat an Wasser in den beiden Flutkammern ((1fkv) und (1fkh) gehalten wird. Aus dem o. g. Grunde kann der zentralen Steuereinheit (50) eines Segmentes (6) eine Mindestmenge für ein Segment (6) vorgegeben werden. Diese Vorgabe kann jederzeit im normalen Arbeitsmodus erfolgen.
  • Die Schwimmkörper (1) können wahlweise mit zusätzlichen Wasserspeichern ((57as) – Abwasserspeicher), ((56v) – Trinkwasservorratsspeicher) und ((58v) – Gebrauchswasservorratsbehälter) bestückt werden. Dafür sind in den Schwimmkörpern (1) entsprechende Halterungen und Zusatzeinrichtungen vorgesehen.
  • 4.6 Beschreibung der „oberen Befestigungseinheit (41) einer Leitfläche (3)” – 27
  • Das Oberteil ((3a) – 27) einer Leitfläche (3), das relativ zu den Schwimmkörpern (1) höhenverstellbar ist, muss sowohl an seiner Oberseite als auch im unteren Bereich mehrfach so befestigt werden, dass sich die Leitfläche (3)
    • • möglichst dicht und parallel neben dem Schwimmkörper (1) befindet und
    • • in ihrer Höhe relativ zum Schwimmkörper (1) verstellen lässt.
  • Im Folgenden wird die obere Befestigungseinheit ((41) – 27) einer Leitfläche (3) an der Oberseite der Leitfläche (3) beschrieben, die höhenverstellbar ist.
  • Die höhenverstellbare obere Befestigungseinheit ((41) – 27) verbindet den Schwimmkörper (1) im seinem oberen Bereich mit dem Oberteil (3a) einer Leitfläche (3) so, dass sich die Leitfläche (3) relativ zum Schwimmkörper (1) nach oben und unten verschieben kann.
  • Die o. g. Befestigungseinheit ((41) – 27) muss mindestens an drei verschiedenen Stellen eingebaut sein, und zwar in Bug- und Hecknähe sowie in der Nähe des Wasserrades. Optimaler ist eine Befestigung (41) an mindestens fünf verschiedenen Stellen.
  • Wie die Ansicht C (Draufsicht) der 27 zeigt, befindet sich an der Befestigungsstelle des Schwimmkörpers (1) eine Ausformung, in der ein Führungsrahmen (41r) eingepasst und am Schwimmkörper (1) befestigt ist. Zwei Begrenzungsleisten ((41b) – 27, Ansicht C) sichern zusätzlich, dass der Führungsrahmen (41r) in der Ausformung des Schwimmkörpers (1) verbleibt.
  • Der Führungsrahmen ((41r) – 27, Ansichten A und B) kann über das Deck (1a) des Schwimmkörpers (1) hinausragen. Auf diese Weise können die Leitflächen (3) weiter nach oben bewegt werden.
  • Innerhalb des Führungsrahmens (41r) – 27, Ansicht B) befindet sich ein Gleitkörper ((41gk) – 27, Ansicht A und Ansicht B), der sich nach oben und unten bewegen kann. An diesem Gleitkörper (41gk) befinden sich die Gleitrollen seitlich ((41gs) – 27, Ansicht A und Ansicht C), vorn bzw. an der Außenseite des Schwimmkörpers (41gv) und hinten bzw. zur Mitte des Schwimmkörpers (1) hin (41gh).
  • Die o. g. Gleitrollen ((41gs), (41gv) und (41gh) – 27) bewirken, dass der am Schwimmkörper (1) befestigte Führungsrahmen (41r) mit dem Gleitkörper (41gk) nur über die o. g. Gleitrollen ((41gs), (41gv) und (41gh)) in Berührung kommt..
  • Die seitlich angeordneten Gleitrollen ((41gs) – 27) nehmen die in Bug- und Heckrichtung auftretenden Kräfte auf (z. B. durch die Anströmung von der Bugseite her).
  • Zwischen den beiden Gleitrollen ((41gv) – 27, Ansicht C) und der Leitfläche (3) befindet sich eine Halterung (41h), die mit dem Oberteil (3a) der Leitfläche (3) fest verbunden ist. Bewegt sich die Leitfläche (3) bzw. das Oberteil (3a) nach oben oder unten, folgt der Gleitkörper (41gk) dieser Bewegung, wobei die beiden Gleitrollen (41gv) verhindern, dass sich die Leitfläche (3) vom Schwimmkörper (1) entfernt.
  • Der Schlitz im Führungsrahmen ((41r) – 27, Ansicht C) und der Abstand zwischen den beiden Begrenzungsleisten (41b) ermöglichen, dass sich die Halterung (41h), die mit der Leitfläche (3) und den beiden Gleitrollen (41gv) verbunden ist, frei nach oben und unten bewegen kann. Der Gleitkörper (41gk) folgt somit den Auf- und Abwärtsbewegungen der Leitfläche (3).
  • Die Gleitrollen hinten ((41gh) – 27, Ansicht C) sichern ab, dass es nicht zur Berührung zwischen der Leitfläche (3) und dem Schwimmkörper (1) kommt.
  • Die beiden Befestigungsleisten ((41b) – 27) sind so im Schwimmkörper (1) eingepasst (plan), dass der Abstand zwischen dem Schwimmkörper (1) und der Leitfläche (3) minimal ist.
  • Druckfedern ((41d) – 27, Ansichten A und B) am oberen und unteren Ende des Führungsrahmens (41r) verhindern einen starken Aufprall beim Erreichen einer Endstellung des Gleitkörpers (41gk).
  • Ein Kontaktsensor ((41ks) – 27, Ansichten A und B) verursacht aus Sicherheitsgründen eine Stromunterbrechung für den betreffenden Servomotor, der im Störfall eine weitere Anhebung der betreffenden Leitfläche (3) bewirken würde (vgl. 29).
  • 4.7 Beschreibung der „unteren Befestigungseinheit (42) einer Leitfläche (3)” – 28
  • Die untere Befestigungseinheit ((42) – 28) der Leitflächen (3) ist mehrfach in verschiedenen technischen Komponenten integriert und weist dort einige Besonderheiten auf, die im Zusammenhang mit den betreffenden Komponenten erläutert werden.
  • Im Folgenden wird die untere Befestigungseinheit ((42) – 28) beschrieben, die die Verbindung zwischen der Leitfläche (3) bzw. Oberteil (3a) und diversen Hebe-Senkgestängen (z. B. (42hg) – 28, Ansicht C) in allgemeiner Form beschreibt.
  • Der obere Teil einer Leitfläche ((3a) – 3) ist einerseits an mehreren Stellen in der Nähe des oberen Randes (3a) und am Schwimmkörper (1) über die obere Befestigungseinheit ((41) – 27) verbunden, und andererseits ist eine Leitfläche ((3) – 28) am unteren Rand des Oberteils (3a) mit der unteren Befestigungseinheit ((42) – 28) verbunden, die das Hebe-/Senkgestänge (42hg) umschließt.
  • Die hier allgemein beschriebene untere Befestigungseinheit ((42) – 28) unter Verwendung der 42iger Bezugsnummern wird in Verbindung mit folgenden Komponenten verwendet:
    • – beim Distanzhalter ((4b) – 24) der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2),
    • – den beiden Distanzhaltern ((4b) – 25) der Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe sowie
    • – bei den Antikolk-Ständern ((35as) – 26) der Antikolk-Hebevorrichtungen (35h).
  • Bei den o. g. Distanzsteuerungen (4) und (44) fungieren die Distanzhalter (4b) anstelle des allgemein beschriebenen Hebe-/Senkgestänges (42hg) und bei den Antikolk-Hebevorrichtungen (35h) die Antikolkständer (35as) anstelle des allgemein beschriebenen Hebe-/Senkgestänges (42hg).
  • In der Nähe des unteren Randes des Oberteils (3a) einer Leitfläche (3) sind diverse Befestigungen ((42bu), (42o) und (42s) – 28) für den Führungsblock ((42fb) – 28, Ansicht A und Ansicht C) angebracht. In diesem Führungsblock (42fb) sind vier Führungsrollen ((42fr) – 28, Ansicht C) oder alternativ zwei Führungsrollen (42fr) und zwei Führungszahnrädern ((42fz) – 28, Ansicht C) mit Lagern und Lagerhalterungen angebracht. Die Variante mit den vier Führungsrollen (42fr) wird bei den Distanzsteuerungen (4) und (44) und bei der anderen o. g. Variante beim Antikolkständer (35as) verwendet.
  • Innerhalb der vier Führungsrollen ((42f) – 28, Ansicht C (Draufsicht)) bzw. der Variante mit den Führungsrädern (42fr) und Führungszahnrädern (42fz) befindet sich das Hebe-/Senkgestänge (42hg), das nach oben oder unten verschoben werden kann.
  • Das Hebe-/Senkgestänge (42hg) besitzt am unteren Ende einen Anschlag ((42as) – 28, Ansicht B). Dieser verhindert einerseits, dass das Hebe-/Senkgestänge (42hg) den Führungsblock (42fb) bei einer Aufwärtsbewegung verlassen kann und bewirkt andererseits, dass die Leitfläche (3) bei einer Aufwärtsbewegung des Hebe-/Senkgestänges (42hg) nach oben bewegt wird.
  • Eine Leitfläche (3) wird an der Unterkante des oberen Teils (3a) an fünf verschiedenen Stellen mittels unterer Befestigungseinheit ((42) – 28) in Position gehalten, und zwar
    • – an den beiden Distanzhaltern ((4b) – 25) der Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe,
    • – am Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerung ((4) – 24) neben dem Wasserrad (2) und
    • – an den beiden Anti-Kolkständern ((35as) – 26), die sich jeweils zwischen den der Distanzsteuerung (4) und (44) befinden.
  • Aus den verschiedensten Gründen befinden sich die fünf o. g. Hebe-/Senkgestänge (42hg) nicht immer auf gleicher Höhe (z. B. unebenes Profil des Flussbetts). Andererseits muss sich die Unterkante des Oberteils (3a) der Leitfläche ((3) mit den daran befestigten Führungsblöcken ((42fb) – 28, Ansicht A) in gleiche Höhe befinden (waagerechte Position der Leitfläche (3)). Beide Bedingungen können nur erfüllt werden, indem sich das Hebe-/Senkgestänge (42hg) relativ zur Leitfläche (3) bzw. zum Führungsblock (42fb) bewegen kann.
  • Die Leitfläche (3) bzw. ihr Oberteil (3a) muss an mindestens zwei Stellen seitlich vom Wasserrad (2) in einer bestimmten Höhe und ferner in einer waagerechten Position gehalten werden. Im Normalbetrieb unterstützen die Antikolk-Hebevorrichtungen (35h) diese Aufgabe im Zusammenspiel mit der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29). Ausführliche Hinweise zur Funktionsweise der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) sind ab [0433] zu finden.
  • Im Modus „Normalbetrieb” wird durch die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) sichergestellt, dass die beiden Antikolkständer (35as) eines Schwimmkörpers (1) solange nach oben bewegt werden, bis sich die beiden Anschläge (42as) – 28, Ansicht B) mit den Führungsblöcken ((42fb) – 28, Ansicht B) berühren und sich beide Führungsblöcke (42fb) in gleicher Höhe befinden. Der Kontaktsensor ((42ks) – 28, Ansicht B) und ein Neigungssensor (3ns) der Leitfläche (3) signalisieren das Erreichen der o. g. Bedingungen.
  • Wird das Antikolksystem (35) aktiviert (Antikolk-Modus) und somit der „Normalbetrieb” deaktiviert, werden die Antikolkständer (35as) gleichmäßig nach unten gefahren. Um zu verhindern, dass die Leitflächen (3) ebenfalls sinken, sorgt die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) ohne Mitwirkung des Antikolksystems (35), dass die Leitflächen (3) während des Antikolk-Modus in Position gehalten werden.
  • Das Antikolksystem (35) unterstützt im Normalbetrieb die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) – (Lastverteilung).
  • 4.8 Hebevorrichtung (5) und Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (1) – 24
  • Die doppelstufige Vorrichtung neben dem Wasserrad ((2) – 24) besteht aus der Hebevorrichtung (5), in der die Distanzsteuerung (4) integriert ist.
  • Die Hebevorrichtung ((5) – 24) ist technisch als doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21), realisiert. Der Basiskörper ((38bk) – 21) ist in diesem Fall ein Schwimmkörper ((1) – 1) eines Segmentes (6). Das Gehäuse ((38g) – 21) der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 21) ist auf dem Deck (1a) eines Schwimmkörpers ((1) – Ansicht 24, Ansicht B) montiert.
  • Das o. g. Gehäuse ((38g) – 24) weist bei der Baugruppe (5) (Hebevorrichtung neben dem Wasserrad (1)) eine Besonderheit auf. Es ist nach oben hin offen, damit das Hebe-/Senkgestänge ((4a) – 24, Ansicht B) der integrierten Distanzsteuerung ((4) – 24) ausreichend nach oben befördert werden kann. Aus verschiedensten Gründen (u. a. Wetterschutz) ist das Gehäuse (38g) mit einem weiteren stabilen Gehäuse ((4g) – 24) überdacht.
  • Die Ausformung des Schwimmkörpers (1) unterhalb des Gehäuses (38g) ist so gewählt, dass sich die beweglichen Teile der Distanzsteuerung (4) frei nach oben und unten bewegen können.
  • Neben der Ausformung am Schwimmkörpers (1), durch die das Hebe-/Senkgestänge ((4a) – 24, Ansicht B) der Hebevorrichtung (5) neben dem Wasserrad (2) bewegt wird, befinden sich mindestens zwei oder vier Begrenzungsleisten ((5bl) – 24, Ansicht B), die verhindern, dass sich höhenverstellbare Teile der Hebevorrichtung (5) und der Segmentsteuerung (4) außerhalb der Ausformung des Schwimmkörpers (1) befinden können. Diese äußere Begrenzung der Ausformung darf durch die Begrenzungsleisten (5bl) nicht komplett geschlossen sein. Andernfalls würde die Auf- und Abwärtsbewegung des Wasserrades (2) mit seiner Achse (2a) durch eine geschlossene Begrenzung der Ausformung am Schwimmkörper (1) teilweise behindert. Auch das Gehäuse (38g) sollte einen entsprechenden Schlitz an der betreffenden Seite haben, um eine größere Beweglichkeit des Wasserrades (2) mit der Achse (2a) nach oben hin zu gewährleisten.
  • Die Führung des Senk-/Hebegestänges ((4a) – 24, Ansichten A und B) und der beiden Zahnstangen (5zs) erfolgt einerseits durch die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) im Gehäuse (38g) und weiter unten etwa in der Höhe der unteren Begrenzungsleisten ((5bl) – 24, Ansicht B) durch die Führungsrollen ((5fr) – 24, Ansicht A) und Führungszahnräder ((5fz) – 24, Ansicht B).
  • Die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38) – in der Hebeeinrichtung ((5) – 24) integriert – besitzt Kontaktsensoren ((38ksu, 38kso)), einen Distanzsensor (38ds) und andere Einzelteile wie in 22 illustriert. Aus Übersichtsgründen wurden solche Details in 24 weggelassen.
  • Aus Übersichtsgründen wurden in 24 auch andere Details, die u. a. in 9 abgebildet sind, weggelassen. So wurde beispielsweise in 24 (Ansicht A) die Synchronisationssteuerung der Doppellager ((7) – 9) nur durch zwei Achslager ((2b) – 24, Ansicht A) angedeutet.
  • Die untere Befestigungseinheit ((42) – 28) einer Leitfläche (3) wird in 24 (Ansichten A und B) nur rein schematisch angedeutet.
  • Die Seilwinde ((4sw) – 24) im Zusammenspiel mit einem Servomotor (selbsthemmend) (4sm) und einem Drehmomentsensor (4ds) bewirkt, dass bei niedrigen Wasserständen der Druck auf das Flussbett minimiert wird.
  • 4.9 Hebevorrichtung (55) und Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe – 25
  • In Bug- und Hecknähe der beiden Schwimmkörper (1) eines Segments (6) befinden sich zweistufige Hebe-/Senkvorrichtungen, die aus den Distanzsteuerungen (44) und den Hebevorrichtungen (55) bestehen (25).
  • Wie bei der Kombination der Hebevorrichtung (5) mit der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (24) bilden die beiden o. g. Baugruppen (44) und (55) ebenfalls eine übergeordnete technische Einheit, die speziell für die automatische Höhenregulierung in Bug- und Hecknähe der Schwimmkörper ((1) – 1) angebracht sind.
  • Zwischen den Komponenten ((44)–(55)) und den Komponenten ((4)–(5)) bestehen eine Reihe von Gemeinsamkeiten, aber auch wesentliche konstruktive Abweichungen. So enthält beispielsweise die Distanzsteuerung (4) im Gegensatz zu (44) eine Doppellagerung für die Achse ((2a) 24) des Wasserrades (2).
  • Die Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe ist im Gegensatz zu (4) nicht mit einer Höhenregulierung mittels Seilwinde ((34) – 22) sondern mit Hilfe einer Höhenregulierung mittels Gewindespindel ((40) – 23) versehen. Um ein Kippeln in Bug-/Heckrichtung zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass auch der erforderliche Abstand zur Oberseite der Führungszone ((40fz) – 23) eingehalten wird. Das ist mit der Seilwinde ((34) – 22) nicht erreichbar.
  • Bei der Hebevorrichtung in Bug- und Hecknähe (55) wird analog zur Hebevorrichtung (5) die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) genutzt.
  • Anstelle des Achslagerblocks ((34alb) – 22) innerhalb der Distanzsteuerung (4) wird ein Führungsblock ((40fb) – 23) für die Distanzsteuerung (44) verwendet. An diesem Führungsblock (40fb) sind die Spindelhalterung ((40sh) – 23) und der Distanzhalter ((40d) – 23) befestigt.
  • Der integrierte Distanzhalter ((40d) – 23) ist anstelle der Bodenprofilleiste ((10) – 24) mit einem Antikolkfuß ((44akf) – 25) versehen. Beim Aufsetzen auf dem Flussbett kommt es zur Spreizung des Antikolkfußes ((44akf) – 25), und die Grundfläche von (44akf) vergrößert sich. Das Aufsetzen auf dem Grund wird mittels Kontaktsensor (44ks) registriert und an die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) weitergeleitet.
  • Unmittelbar über dem Antikolkfuß ((44akf) – 25, Ansicht B) befindet sich die untere Befestigungseinheit ((42) – 25; vgl. auch 28) für die Leitfläche (3). Diese dient u. a. der Positionierung und Stabilisierung einer Leitfläche (3). Eine Leitfläche (3) eines Schwimmkörpers (1) wird an der Unterseite insgesamt durch fünf solche Befestigungseinheiten (42) stabilisiert und positioniert, und zwar
    • – am Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2)
    • – an den beiden Distanzhaltern (4b) der Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe sowie
    • – an den beiden Antikolkständern (35as).
  • Eine untere Begrenzung (Anschlag) ((42as) – 28, Ansicht B) am Hebe-Senkgestänge (42hg) begrenzt die Aufwärtsbewegung. Das Hebe-Senkgestänge (42hg) kann deshalb die untere Befestigungseinheit (42) nicht verlassen. Ein Kontaktsensor ((44ks) – 25, Ansicht B) signalisiert das Erreichen dieser Endstellung an die zentrale Steuereinheit eines Segments (6).
  • Der Servomotor ((40sm) – 25) mit Getriebe und Schneckenrad dient als Antrieb für die Spindel (40s).
  • Zur besseren Übersicht wurden eine Reihe von Details der allgemeinen Höhenregelung mittels Gewindespindel ((40) – 23) in 25 weggelassen (z. B. Sensoren und Druckfedern).
  • 4.10 Stauraumbegrenzer (39) – 30
  • Das Wasserrad ((2) – 30) eines Segments (6) muss ausgebremst werden, damit die kinetische Energie des fließenden Wassers in Rotationsenergie umgewandelt wird. Dadurch entsteht auf der Anströmseite eines Segments (6) ein Stau, bei dem eine Erhöhung des Wasserspiegels eintritt. Folglich wird ein Teil der kinetischen Energie des anströmenden Wassers in potenzielle Energie umgewandelt. Um diese zusätzlich nutzen zu können, muss verhindert werden, dass das angestaute Wasser seitlich umgelenkt wird und an den Seiten eines Segmentes (6) oder einer Segmentreihe (66) vorbeifließt.
  • Ein Umfließen des angestauten Wassers kann teilweise vermieden werden, indem mehrere Segmente (6) nebeneinander zu einer Segmentreihe (66) vereinigt werden. Diese Maßnahme ist nicht an allen Installationsorten möglich, und andererseits kann ein Umfließen des angestauten Wassers nur teilweise verhindert werden. Insbesondere bei den äußeren Segmenten (6) einer Segmentreihe (66) kann die potenzielle Energie des Stauwassers nicht so effektiv genutzt werden.
  • Um ein Umfließen des Wassers an den Seiten eines Segmentes (6) oder einer Segmentreihe (66) weitgehend zu verhindern, können wahlweise sogenannte Stauraumbegrenzer ((39) – 30) an einem Segment (6) oder an den äußeren Schwimmkörpern (1) einer Segmentreihe (66) angebracht werden.
  • Wie 30 in der Ansicht A (Draufsicht) illustriert, können die Stauraumbegrenzer (39) so angebracht werden, dass die Anströmfläche eines Segments (6) oder einer Segmentreihe (66) wesentlich vergrößert wird. Die Stauraumbegrenzer (39) bewirken einerseits, dass größere Wassermengen auf die Wasserräder (2) gelenkt werden und andererseits, dass größere Anteile des angestauten Wassers durch die Wasserräder (2) gezwungen werden und nicht seitlich an einem Segment (6) oder einer Segmentreihe (66) vorbeifließen können.
  • Um die zusätzlichen Wassermengen, die durch die Stauraumbegrenzer (39) in den Wirkungsbereich eines Segments (6) bzw. Segmentreihe (66) gelenkt werden, optimal für die Energieumwandlung zu nutzen, muss sichergestellt werden, dass die Stauraumbegrenzer ((39) – 30) nicht an der Oberseite überflutet und an der Unterseite unterströmt werden. Aus diesem Grunde müssen die Stauraumbegrenzer (39) synchron zu den Segmenten (6) höhenreguliert werden, und ferner müssen sie möglichst bis zum Flussbett reichen.
  • Um die o. g. Anforderungen zu erfüllen, besteht ein Stauraumbegrenzer (39) u. a. aus zwei Hauptbestandteilen, und zwar aus
    • – dem Stauraumbegrenzer-Oberteil ((39o) – 31, Ansicht B) und
    • – dem Stauraumbegrenzer-Unterteil ((39u) – Stauraum-Schwimmkörper).
  • Das Unterteil bzw. der Stauraum-Schwimmkörper ((39u) – 31, Ansicht A und Ansicht B) wird vom Oberteil (39o) umhüllt, wobei beide Teile ineinander verschiebbar sind. Der Stauraum-Schwimmkörper bzw. das Stauraumbegrenzer-Unterteil ((39u) – 31, Ansicht B) kann mehr oder weniger tief in das Oberteil (39o) versenkt werden.
  • Um einerseits das Stauraumbegrenzer-Oberteil ((39o) – 31, Ansicht B) mit seiner Oberkante über dem Wasserspiegel zu halten und andererseits die Unterkante des Stauraumbegrenzer-Unterteils (39u) dicht über dem Flussbett zu positionieren, sind zwei technische Komponenten im Stauraumbegrenzer (39) integriert, und zwar
    • – die Stauraum-Distanzregulierung ((39d) – 31) zwischen dem Oberteil (39o) und Unterteil (39u) sowie
    • – die Ballastregulierung ((39b) – 31), die beide von der zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (50) in ihrem Zusammenspiel gesteuert werden.
  • Die beiden o. g. Komponenten (39d) und (39b) müssen sicherstellen, dass die relativ langgestreckten Stauraumbegrenzer ((39) – 31), die an einem Schwimmkörper (1) eines Segments (6) angebracht sind, den Schwimmkörper (1) bzw. das betreffende Segment (6) durch das Eigengewicht des Stauraumbegrenzers (39) nicht nach unten ziehen. Aus diesem Grund besitzt das Stauraumbegrenzer-Unterteil (39u) Auftrieb (Stauraum-Schwimmkörper). Andererseits soll das o. g. Unterteil (39u) möglichst bis zum Flussbett sinken. Um die letztgenannte Forderung zu erfüllen, muss der Auftrieb des o. g. Unterteils (39u) variabel sein. Ein mittig angeordneter Ballastwassertank ((39bt) – 33) im Zusammenspiel mit einer Ballastwasserpumpe (39bp) ermöglicht ein Absinken, wenn die Wassertiefe steigt und ein Aufsteigen, wenn der Wasserspiegel sinkt. Auf diese Weise wird auch erreicht, dass der Druck auf das Flussbett minimiert wird.
  • Unabhängig von der Wassertiefe muss das Stauraumbegrenzer-Oberteil ((39o) – 31) mit der Oberkante aus dem Wasser ragen, damit es nicht überspült wird. Folglich muss mit steigenden Wasser das Oberteil ((39o) – 32, Ansicht C) relativ zum Unterteil (39u) nach oben befördert werden. Dagegen muss bei fallendem Wasser das Oberteil (39o) abgesenkt werden. Diese notwendigen Auf- und Abwärtsbewegungen des Stauraumbegrenzer-Oberteils (39o) relativ zum Stauraumbegrenzer-Unterteil (39u), das sich normalerweise in relativer Nähe zum Flussbett befindet, werden mit der Stauraum-Distanzregulierung ((39d) – 32) realisiert.
  • Bei der Stauraum-Distanzregulierung ((39d) – 32) wird das Konstruktionsprinzip der doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21), benutzt. Gegenüber der allgemeinen Beschreibung der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) weist die Stauraum-Distanzregulierung (39d) einige Besonderheiten und Abweichungen auf.
  • Als Basiskörper ((38bk) – 20 und 21) dient in diesem Fall das Stauraumbegrenzer-Oberteil ((39o) – 32, Ansicht C). Das Gehäuse (38g) der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) ist auf der Oberseite des Stauraumbegrenzer-Oberteils ((39o) – 32, Ansicht B und Ansicht C) montiert.
  • Das Gehäuse ((38g) – 32, Ansichten B und C) besitzt nach oben hin genügend Platz, um das Stauraumbegrenzer-Unterteil (39u) soweit anzuheben, bis sich die Unterkanten dieser beiden Teile ((39o) und (39u)) annähernd auf gleicher Höhe befinden.
  • Als Hebe-/Senkgestänge ((38hg) – 20 und 21) dient in diesem Fall das Stauraumbegrenzer-Unterteil ((39u) – 32, Ansicht A). An den beiden Außenseiten des Unterteils ((39u) – 32, Ansichten B und C) sind die Zahnstangen ((38zs) – 32 , Ansicht B) der doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) angebracht (vgl. 32, Absicht B).
  • In Nähe der Unterkante des Oberteils ((39o) – 32, Ansicht B) befinden sich die Führungszahnräder (39fz), die das Unterteil (39u) relativ zum Oberteil (39o) positionieren. Mittels Führungsrollen ((39fr) – 32, Ansicht C) wird erreicht, dass sich das Oberteil (39o) nicht gegenüber dem Stauraumbegrenzer-Unterteil (39u) in Längsrichtung des Stauraumbegrenzers (39) verschiebt.
  • Die in der Stauraum-Distanzregulierung ((39d) – 32) integrierte doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) wird mittels verschiedener Sensoren wie z. B. einem Neigungssensor (39ns) gesteuert, der mit der zentralen Steuereinheit (50) eines Segmentes (6) zusammenarbeitet.
  • Die in der Stauraum-Distanzregulierung (39d) integrierte doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21) verringert oder erhöht die Distanz zwischen dem Stauraumbegrenzer-Oberteil (39o) und dem Unterteil (39u), bis das Oberteil (39o) des Stauraumbegrenzers ((39) – 33) eine waagerechte Position einnimmt. Dabei verändert sich der Druck, der auf das Unterteil (39u) ausgeübt wird. Damit unter diesen Umständen der Druck des Unterteils (39u) auf das Flussbett nicht wesentlich ansteigt oder sich der Abstand zum Flussbett nicht vergrößert, erfolgt automatisch eine Nachregulierung durch die Ballastregulierung ((39b) – 33, Ansichten B und C). In Abhängigkeit von der konkreten Situation wird Ballastwasser aus dem Ballastwassertank (39bt) entfernt oder zugeführt. Die Reaktion der Ballastregulierung (39b) kann zu einer nachträglichen Aktion bzw. Nachregulierung der Stauraum-Distanzregulierung (39d) führen.
  • Bei der Regulierung der Stauraumbegrenzer ((39) – 33) mittels Stauraum-Distanzregulierung (39d) und Ballastregulierung (39b) ist zu beachten, dass auch der benachbarte Schwimmkörper ((1) – 31) über eine automatische Höhenregulierung mittels Distanzsteuerungen (4) und (44) verfügt und sich auch in seiner Höhe und Position verändern kann. Bei den Regulierungsvorgängen beider Komponenten ((1) und (39) kann es zwischenzeitlich zu kleinen Abweichungen von der waagerechten Lage und in der Höhe kommen. Aus diesem Grund darf die Verbindung zwischen einem Stauraumbegrenzer ((39) – 31, Ansichten A, B und C) und einem Schwimmkörper (1) nicht starr sein.
  • Die Verbindung zwischen dem Schwimmkörper (1) – 31, Ansichten A, B und C) – auch Kopplungseinheit (39k) genannt – besteht aus
    • • einem oberen Kopplungselement (39ko),
    • • einem unteren Kopplungselement (39ku,)
    • • einer Kopplungsachse (39ka) und
    • • einer elastischen Überlappung (39eu) – 31, Ansicht A) zwischen Schwimmkörper (1) und Stauraumbegrenzer-Oberteil (39o).
  • Um den technisch bedingten Spalt zwischen Schwimmkörper ((1) – 30, Ansicht A) und dem Stauraumbegrenzer (39) zu überbrücken, dient die elastische Überlappung (39eu) zwischen dem Schwimmkörper (1) und dem Stauraumbegrenzer-Oberteil (39o).
  • Die Kopplungselemente ((39ko) und (39ku) – 31) oben und unten bestehen jeweils aus zwei Laschen ((39lo) und (39lu) – 31, Ansicht C). Durch die Kopplungsachse (39ka) sind beide o. g. Laschen ((39lo) und (39lu)) miteinander verbunden.
  • Die Aussparung (Schlitz) in der Lasche (39lu) bewirkt eine gewisse Flexibilität bei der Positionierung der beiden Komponenten ((1) – Schwimmkörper) und ((39) – Stauraumbegrenzer). Eine partielle Anhebung/Absenkung bzw. Neigung des Stauraumbegrenzers (39) gegenüber dem Schwimmkörper (1) kann durch die Formgebung der Laschen (39lu) ausgeglichen werden, so dass extreme Kräfte an den Kopplungselementen ((39ku) und (39ko)) vermieden werden.
  • Ungeachtet der konstruktiven Merkmale der o. g. Kopplungseinheiten ((39ku) und (39ko)) kann in extremen Situationen der Fall eintreten, dass der – durch die Lasche ((39lu) – 31, Ansicht C) – gewährte Spielraum nicht ausreicht. In dieser Situation ist eine der beiden Endstellungen der Kopplungsachse ((39ka – 31, Ansicht C) erreicht. Dieses Ereignis muss vorzeitig erkannt und möglichst zeitnah zur Gegensteuerung führen, um Havarien zu vermeiden.
  • Um die o. g. Ereignisse rechtzeitig zu erkennen, ist an der Kopplungsachse (39ka) eine spezielle Befestigung ((39kb) – 31, Ansicht B) angebracht, die mit zwei Sensoren verbunden ist, und zwar mit einem Sensor, der auf Druck reagiert (39ds) und einem Sensor, der auf Zug reagiert (39zs). Der Drucksensor (39ds), der auf dem Schwimmkörper (1) montiert ist, registriert, dass sich der Stauraumbegrenzer (39) zu hoch befindet und abgesenkt werden muss. Der Zugsensor (39zs) – auf dem Stauraumbegrenzer-Oberteil (39o) angebracht – registriert, dass der Stauraumbegrenzer (39) zu sehr abgesenkt wurde und angehoben werden muss.
  • Die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) registriert die o. g. Ereignisse und veranlasst die Stauraum-Distanzregulierung (39d) und gegebenenfalls die Ballastregulierung (39b) zu einer Nachregulierung.
  • Die Stauraumbegrenzer ((39) – 31, Ansicht B) müssen an der Unterkante und Oberkante des Oberteils (39o) mit einer Dalbenkonstruktion (37) mittels Stahlseilen (39so) – Stahlseil oben) und ((39su) – Stahlseil unten) verbunden werden.
  • Um Treibgut von einer Wasserkraftanlage fern zu halten, sollte die in 35 skizzierte Treibgut-Schutzeinrichtung (36) installiert werden. Die 35 illustriert wie die Treibgut-Schutzeinrichtung (36) ohne Stauraumbegrenzer (39) direkt an den Schwimmkörpern (1) befestigt werden kann. Wenn aber ein Segment (6) oder eine Segmentreihe (66) mit Stauraumbegrenzern (39) ausgestattet wird, müssen die Stahltrossen ((36ust) und (36ost) – 35, Ansichten A und B) des Treibgutschutzes (36) an der Anströmseite der Stauraumbegrenzer ((39) – 30, Ansicht B) befestigt werden.
  • In Abhängigkeit von der Wassertiefe am Installationsort können die Segmente (1) und auch die Stauraumbegrenzer (39) unterschiedlich tief eintauchen. Die Treibgutabweiser (Treibgut-Schwimmkörper) (36a) – 35) der Treibgut-Schutzeinrichtung (36) müssen aber eine definierte Eintauchtiefe besitzen, um wirksam zu sein. Die Höhe dieser Treibgutabweiser (36a) relativ zum Stauraumbegrenzer (39) muss also veränderbar sein. Aus diesem Grunde ist eine Stahlseilhalterung für den Treibgutschutz ((39ht) – 31, Ansicht B) erforderlich, die vertikal verschiebbar ist. Der Auftrieb der Treibgutabweiser (Schwimmkörper) ((36a) – 35), die sich in Nachbarschaft zu einem Stauraumbegrenzer ((39) – 31) befinden, bewegt den Gleitblock (39htg) der Stahlseilhalterung für den Treibgutschutz (39ht) in vertikaler Richtung, so dass die Treibgutabweiser (Treibgut-Schwimmkörper) ((36a) – 35) in Nachbarschaft eines Stauraumbegrenzers (39) nicht überfluten oder aus dem Wasser ragen.
  • 4.11 Treibgut-Schutzeinrichtung (36) – 35 – 36)
  • Um Treibgut wie Äste und auch Baustämme von einer Wasserkraftanlage fernzuhalten, kann diese Wasserkraftanlage mit einer Treibgut-Schutzeinrichtung ((36) – 35, 36) ausgerüstet werden. Diese kann im einfachsten Fall aus einem Schutzgitter (36g) bestehen, das an der Anströmseite bzw. vor dem Einströmkanal (Konzentrator (8a) – 1) aufgespannt wird. Treibgut, das sich in diesem Schutzgitter (36g) verfängt, muss aber im Rahmen von Wartungsarbeiten beseitigt werden. Um diese Wartungsarbeiten zu vermeiden oder gering zu halten, können alternativ oder auch im Zusammenspiel mit dem Schutzgitter (36g) technische Komponenten der Treibgut-Schutzverrichtung (36) installiert werden, die das Treibgut abweisen, so dass es an dieser Wasserkraftanlage vorbei schwimmt. Der Wartungsaufwand kann auf diese Weise deutlich reduziert werden.
  • Diese Schutzvorrichtung (36) – 35 und 36) besteht aus
    • – mehreren Treibgutabweisern bzw. kleinen Schwimmkörpern ((36a) – 35, Ansichten A und B, 36, Ansichten A und B), die ähnlich wie die Perlen einer Kette aneinander gereiht sind,
    • – einer oberen Stahltrosse ((36ost) – 35, Ansicht A) und einer unteren Stahltrosse ((36ust) – 35, Ansicht B), die die Treibgutabweiser ((36a) – 35) miteinander verbinden und in einer vertikalen Position halten,
    • – zwei Karabinerhaken ((36kh) – 36, Ansicht B und Ansicht C) unterhalb eines Treibgutabweiser (36a) zur Befestigung der unteren Stahltrosse (36ust),
    • – einer Stoßdämpfer-Einrichtung ((36s) – 35, Ansicht A und Ansicht B), um starke Stöße (z. B. von Baumstämmen) abzufedern,
    • – einer höhenverstellbaren Befestigungseinheit (36bs) am Schwimmkörper ((1) – 35, Ansicht B) oder an der Stahlseilhalterung für den Treibgutschutz (39ht) an einem Stauraumbegrenzer ((39) – 31, Ansicht B),
    • – einem Befestigungselement ((37be) – 37) für die Treibgut-Schutzeinrichtung (36) an einem Dalbengleiter (37dg) mit automatischer Höhenregulierung (37).
  • – Treibgutabweiser (spezieller Schwimmkörper) – (36a) – 36)
  • Zwischen einer Dalbenkonstruktion ((37) – 37) bzw. (37dg) – Dalbengleiter) und den beiden äußeren Schwimmkörpern (1) einer Segmentreihe (66) oder den Stauraumbegrenzern ((39) – 30) sind die o. g. Treibgutabweiser ((36a) – 35) mittels Stahlseilen so aneinander gereiht, dass sie eine geschlossene Front bilden und so das anströmendes Treibgut um die Segmentreihe (66) herum lenken. Eine Stoßdämpfer-Einrichtung ((36s) – 35) fängt die auftretenden Stöße (z. B. beim Auftreffen von Baumstämmen) ab und mindert die Gefahr von Havarien.
  • Bedingt durch die Formgebung der Treibgutabweiser ((36a) – 36) und ihre Befestigung an den beiden Stahlseilen ((36ost) und (36ust)) wird weitgehend verhindert, dass das Treibgut über oder unter diese Treibgutabweiser (36a) gelangen kann.
  • Die Auftreffseite eines Treibgutabweisers ((36a) – 36, Ansicht B und Ansicht C) ist plan und wird durch die Stahltrossen ((36ost) und (36ust)) genau senkrecht positioniert. Damit werden vertikal auftretende Kräfte nahezu verhindert.
  • Damit die senkrechte Lage der Auftreffseite durch schweres Treibgut (z. B. Baumstämme) nicht oder kaum beeinträchtigt wird, ist die obere Stahltrosse ((36ost) – 36) so angebracht, dass sie sich in Höhe des Massenschwerpunktes eines dicken Baumstamms befindet. Die untere Stahltrosse (36ust) unterstützt zusätzlich die Beibehaltung der senkrechten Lage der Auftreffseite.
  • Der Auftrieb der Treibgutabweiser ((36a) – 36, Ansicht B und Ansicht C) ist so bemessen, dass diese deutlich aus dem Wasser ragen und somit verhindern, das sperriges Treibgut nicht oder kaum über die Treibgutabweiser ((36a) – 36) gelangen kann.
  • Der Tiefgang der Treibgutabweiser ((36a) – 36) ist relativ gering, um zu verhindern, dass die Anströmung der Segmente (6) nicht zu sehr behindert wird.
  • Bei der Installation kann die obere Stahltrosse ((36ost) – 36) in den Einlassschlitz (36e) des Treibgutabweisers ((36a) – 36) befördert werden. Anschließend wird der Positionierungsstab (36ps) eingeführt und danach der Karabinerhaken (36kh). Der Positionierungsstab (36ps) verhindert auch, dass die obere Stahltrosse (36ost) den Einlassschlitz (36e) verlassen kann. Der am Positionierungsstab (36ps) eingeführte Karabinerhaken (36kh) verhindert auch, dass der Positionierungsstab (36ps) aus dem Treibgutabweiser (36a) gelangen kann. Der Karabinerhaken (36kh) ermöglicht in einem weiteren Arbeitsschritt, dass die an der oberen Stahltrosse (36ost) eingefügten Treibgutabweiser (36a) an der unteren Stahltrosse (36ust) eingeklinkt werden können.
  • Die o. g. Vorgehensweise der Installation von Treibgutabweisern ((36a) – 36) ermöglicht auch den nachträglichen Ein- und Ausbau schadhafter Treibgutabweiser (36a) ohne Demontage benachbarter Treibgutabweiser (36a).
  • 4.12 Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung (45) – 41
  • Die Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) ist eine spezielle technische Komponente, die weitgehend verhindert, dass Treibgut in ein Wasserrad (2) gelangt.
  • Die Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) wird in Bugnähe an beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) angebracht.
  • Sie besteht aus einer Hebe-/Senkvorrichtung ((45hs) – 41), die weitgehend die konstruktiven Merkmale der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) – 29) besitzt.
  • Die Hebe-/Senkvorrichtung ((45hs) – 41) positioniert eine Treibgutabsperrschiene (45ta) so, dass sich ihre Unterkante immer in unmittelbarer Nähe der Wasseroberfläche befindet.
  • An der Treibgutabsperrschiene ((45ta) – 41) befinden sich Treibgutabsperrstäbe (45ts) (oder auch Gitter), die so angebracht sind, dass sie ins Wasser eintauchen und weitgehend verhindern, dass Treibgut in den Konzentrator (8a) des Strömungskanals (8) gelangen kann.
  • Die Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) kann alternativ zum Schutzgitter (36g) der Treibgutschutzeinrichtung ((36) – 35, 36) verwendet werden.
  • Die Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) ist im Vergleich mit dem Treibgutschutzgitter (36g) nicht ganz so sicher, hat aber den großen Vorteil, dass das anströmende Wasser deutlich weniger verwirbelt und ausgebremst wird. Die Verluste bei der Umwandlung in Rotationsenergie sind dementsprechend geringer.
  • Die Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) kann in Kombination mit der Treibgut-Schutzeinrichtung ((36) – 35) ohne Schutzgitter (36g) installiert werden. Auch kann die Treibgut-Schutzeinrichtung (36) ohne Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) und ohne Schutzgitter (36g) installiert werden.
  • Die Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung ((45) – 41) arbeitet technisch unabhängig von der Treibgut-Schutzeinrichtung (36).
  • 4.13 Dalbenkonstruktion (37) und Dalbengleiter (37dg) – 37
  • Diese Wasserkraftanlage, die aus einem einzelnes Segment (6), einer Segmentreihe (66) oder mehreren Segmentreihen ((66) – 13, 14, 15, 16) bestehen kann, muss irgendwo befestigt werden, sei es am Ufer, auf einer Buhne, im Flussbett oder an einem anderen Ort.
  • Bei der Wahl des Standortes, der für eine Verankerung eine solchen Wasserkraftanlage benutzt wird, sind sowohl die natürlichen Bedingungen am Installationsort als auch bestimmte technische Anforderungen zu berücksichtigen.
  • Am einfachsten können die technischen Anforderungen bei einer Befestigung einer Wasserkraftanlage an einem Dalben im Flussbett erfüllt werden. Eine wichtige Anforderung an eine Verankerung ist eine automatische Höhenregulierung synchron mit der Veränderung des Wasserspiegels mittels Dalbengleiter ((37dg) – 37).
  • Die o. g. Anforderung muss zumindest dann erfüllt sein, wenn die Wasserkraftanlage mit der Treibgut-Schutzeinrichtung (36) mit Treibgutabweisern (Treibgut-Schwimmkörper) ((36a) – 35) installiert wird. Ohne die automatische Höhenverstellung an einem Dalben würden die Treibgutabweiser (Schwimmkörper) (36a) bei Hochwasser in der Nähe der Dalben überspült werden. Bei Niedrigwasser kann der Fall eintreten, dass sich die Treibgutabweiser (Schwimmkörper) (36a) in der Nähe der Dalben in der Luft befinden. In beiden Fällen kann das Treibgut – zumindest teilweise – an die Wasserräder (2) gelangen und Havarien verursachen.
  • Die automatische Höhenverstellung synchron mit der Veränderung des Wasserspiegels ((37dg) – 37 – Dalbengleiter) sollte möglichst ohne Motor und ohne Sensortechnik erfolgen. Die hier vorgestellte technische Lösung beruht darauf, dass der o. g. Dalbengleiter ((37dg) – 37) durch einen Dalbenauftriebskörper ((37da) – 37, Ansicht B) mit dem Anstieg des Wassers nach oben gehoben wird. Bei sinkendem Wasserspiegel sorgt das Eigengewicht des Dalbengleiters ((37dg) – 37) für seine Absenkung.
  • Voraussetzung für das Funktionieren des Dalbengleiters ((37dg) – 37) ist, dass die gesamte Dalbenkonstruktion ((37) – 37) senkrecht steht und die vertikalen Bewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten verbunden sind.
  • Damit die Dalbenkonstruktion ((37) – 37) auch nach längerer Beanspruchung in einer senkrechten Position bleibt (in Zugrichtung und quer dazu), sollte sie aus mindestens drei oder vier Stahlträgern ((37st) – 37 – (U-, H-, T-Profil o. ä.)) bestehen, die miteinander diagonal verstrebt ((37v) und mit Winkeln (37wv)) verbunden sind sowie im Flussbett oder u. U. im Erdboden (Ufer, Buhne) versenkt oder einbetoniert sind. Die 37 zeigt eine Dalbenkonstruktion (37), die aus vier Stahlträgern ((37st) mit U-Profil besteht.
  • Um die Reibungskräfte gering zu halten, sind innerhalb des Dalbengleiters ((37dg) – 37, Ansichten A und B) Laufrollen mit Lagern und Lagerhalterungen ((37lr) – 37) angebracht.
  • Im Dalbengleiter ((37dg) – 37) sind verschiedene Befestigungselemente für Zugseile bzw. Stahltrossen (37be) angebracht, und zwar nebeneinander (37, Ansichten A (Draufsicht)), auf- und untereinander (37, Ansicht B (Seitenansicht)).
  • Die mit dem Dalbengleiter ((37dg) – 37) verbundenen Zugseile bzw. Stahltrossen führen zu folgenden technischen Komponenten der Wasserkraftanlage:
    • • Das Zugseil ((27) – 35, Ansicht A) führt zu den Schwimmkörpern (1) der ersten Segmentreihe (66),
    • • Die obere und untere Stahltrosse für den Treibgutschutz ((36ost) (36ust) – 35) führt entweder zu den Stauraumbegrenzern (39) der ersten Segmentreihe (66) oder zu den beiden äußeren Schwimmkörpern (1) der ersten Segmentreihe (66).
    • • Das obere und untere Stahlseil (39so) und (39su) führt zu den Stauraumbegrenzern (39) der ersten Segmentreihe (66).
  • Insbesondere bei den Stauraumbegrenzern ((39) – 30, 31) und für die Treibgut-Schutzeinrichtung ((36) – 35) müssen die Stahlseile/-trossen (z. B. (36ust) und (36ost)) in unterschiedlichen Höhen befestigt werden. Deshalb müssen auch die in 37 (Ansicht A) sichtbaren Laufrollen (37lr) mindestens in zwei verschiedenen Höhen (vgl. 37- Ansicht B) angebracht werden.
  • 4.14 Antikolksystem (35) – 26)
  • – Allgemeine Hinweise – 26
  • Das Antikolksystem (35) – 26) verhindert bei Niedrigwasser, dass die unteren Bauteile dieser Wasserkraftanlage bei Grundberührung sehr tief im Flussbett versinken. Das betrifft insbesondere die Distanzhalter ((4b) – 2) und die Bodenprofilleiste ((10) – 2).
  • Wird eine zugelassene Mindesttiefe des Einsinkens im Flussbett bei einem Distanzhalter ((4c) – 2) der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) oder Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe überschritten, werden das betreffende Segment (6) und auch die benachbarten Segmente (6) einer Segmentreihe (66) vom normalen „Arbeitsmodus” in den sogenannten „Antikolkmodus” umgeschaltet. Die Aktivierung des „Antikolkmodus” von einer zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6) bewirkt, dass mit Hilfe des Antikolksystems ((35) – 26) alle Segmente (6) einer Segmentreihe (66) zeitweilig angehoben werden.
  • Die gleichzeitige und gleichmäßige Anhebung aller Segmente (6) einer Segmentreihe (66) für eine gewisse Zeit bewirkt, dass durch die Strömung die entstandenen Vertiefungen zugespült werden, zumindest teilweise. Danach wird die betreffende Segmentreihe (66) in den normalen „Arbeitsmodus” zurückgesetzt.
  • Das Umschalten in den normalen „Arbeitsmodus” bewirkt einerseits, dass die gesamte Segmentreihe (66) wieder abgesenkt wird.
  • Wenn der Antikolkmodus aktiviert ist, arbeitet die betreffende Segmentreihe (66) mit verminderter Leistung, da die Wasserräder (2) weniger tief ins Wasser eintauchen.
  • Die Anhebung eines Segments (6) im Antikolkmodus erfolgt mittels Antikolk-Hebevorrichtung ((35h) – 26). Jeder Schwimmkörper (1) eines Segments (6) verfügt über zwei solcher Antikolk-Hebevorrichtungen ((35h) – 1). Insgesamt besitzt ein Segment (6) vier solcher Hebevorrichtungen (35h) mit Antikolkständern (35as) – 26), die einen relativ großen Fuß ((35f) – 26; Ansicht B und Ansicht C) besitzen.
  • – Antikolk-Hebevorrichtung (35h) – 26, 34)
  • Die Antikolk-Hebevorrichtung ((35h) – 26) besteht aus der „doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 20 und 21), die aber einige Besonderheiten aufweist.
  • Zwischen der kombinierten Distanzsteuerung/Hebevorrichtung ((44)–(55)) in Bug-/Hecknähe und der kombinierten Distanzsteuerung/Hebevorrichtung ((4)–(5)) neben dem Wasserrad (2) befindet sich eine Ausformung am Schwimmkörper ((1) – 26, Ansicht A), in der die Antikolk-Hebevorrichtung (35h) eingepasst ist. Das Gehäuse (38g) – 26, Ansicht C) mit dem Servomotor (38sm) und diversen Zahnrädern ist auf dem Deck des Schwimmkörpers (1) über der o. g. Ausformung montiert.
  • Die Antikolk-Hebevorrichtung ((35h) – 26) ist im Gegensatz zu den o. g. kombinierten Distanzsteuerung/Hebevorrichtungen ((44)–(55) – 25) sowie ((4)– (5)) – 24) nur einstufig. Als Hebe-Senkgestänge ((38hg) – 20 und 21) der „doppelseitigen Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung” ((38) – 20 und 21) fungiert in diesem Fall der Antikolkständer ((35as) – 26, Ansicht A und Ansicht C), der am unteren Ende mit einem relativ großen Fuß ((35f) – 26, Ansicht B und Ansicht C) versehen ist.
  • Die Unterseite der Schwimmkörper ((1) – 34, Ansicht B) ist so ausgeformt, dass die untere Befestigungseinheit ((42) 34, Ansicht B) und der Fuß ((35f) – 34) so versenkt werden kann, dass die tiefste Stelle durch die Unterseite des Schwimmkörpers (1) gebildet wird. Dieses Konstruktionsmerkmal ist u. a. beim Aufslippen wegen Packeisbildung von Bedeutung.
  • Die Begrenzungsleisten (35bl) – 26, Ansicht C) fixieren den Antikolkständer (35as). Sie sind so im Schwimmkörper versenkt, dass sich eine geschlossene Fläche (plan) ergibt.
  • Antikolksteuerung
  • Die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) arbeitet in verschiedenen Modi. Neben dem normalen „Arbeitsmodus” (Standard) gibt es den „Antikolkmodus”, der aktiviert wird, wenn einer der Distanzalter (4b) der Distanzsteuerungen (4) oder (44) tiefer im Flussbett eingedrungen ist als vorgegeben.
  • Im „normalen Arbeitsmodus” befindet sich die untere Befestigungseinheit ((42) 28, Ansicht B) unmittelbar am Fuß ((35f) – 26, Ansicht B und Ansicht C). In dieser Position wird eine Leitfläche (3) auch von den beiden Antikolkständern (35as) eines Schwimmkörpers (1) getragen.
  • Hinweis: Die oberen Befestigungseinheiten ((41) – 27) befinden sich nicht genau über den unteren Befestigungseinheiten ((42) – 28) sondern seitlich versetzt. Sie existieren also getrennt von der Antikolk-Hebevorrichtung (35) und sind deshalb in 26 und 34 nicht eingezeichnet.
  • Nach dem Umschalten in den „Antikolkmodus” werden die beiden Antikolkständer ((35as) – 26) beider Schwimmkörper (1) eines Segments (6) nach unten bewegt, so dass sich das betreffende Segment (6) anhebt. Dieser Hebevorgang wird solange fortgesetzt, bis alle Distanzhalter (4) der Distanzsteuerungen (4) und (44) das Flussbett nicht mehr berühren.
  • Nach einer gewissen Zeitspanne, die in Abhängigkeit von den Bedingungen am Installationsort festgelegt werden kann, wird in den normalen Arbeitsmodus umgeschaltet. Die Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerungen (4) und (44) werden dann entsprechend dem Bodenprofil neu positioniert und die Antikolkständer (35as) soweit nach oben bewegt, bis der Fuß ((35f) – 26) an der unteren Befestigungseinheit ((42) – 28, Ansicht B) anschlägt. In dieser Position unterstützen die Antikolkständer (35as) die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) und tragen dazu bei, dass das Gewicht einer Leitfläche (3) an mehreren Stellen gleichmäßig getragen wird.
  • Ist ein Segment (6) mit benachbarten Segmenten verbunden (Segmentreihe (66)), müssen auch die benachbarten Segmente (6) der betreffenden Segmentreihe (66) angehoben werden. Die zentrale Steuereinheit (50) eines Segmentes (6), die in den Antikolkmodus umschaltet, veranlasst die zentralen Steuereinheiten (50) der benachbarten Segmente (6), ebenfalls in den Antikolkmodus zu wechseln. Damit werden alle Segmente (6) nahezu zeitgleich angehoben. Eine Synchronisation des gesamten Hebevorgangs einer Segmentreihe (66) erfolgt u. a. mittels Neigungssensoren und der zentralen Steuereinheiten (50) der Segmente (6) einer Segmentreihe (66).
  • 4.15 Leitflächen-Hebe/Senkvorrichtung ((43) – 29)
  • Eine Leitfläche ((3) – 29) ist relativ zum Schwimmkörper (1) höhenverstellbar und durch mehrere obere und untere Befestigungseinheiten ((41) – 27) und ((42) – 28) so befestigt, dass die Leitfläche (3) relativ zum Schwimmkörper (1) aufwärts und abwärts gleiten kann.
  • Die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) bewirkt durch Vorgabe der zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6) die Höhenverstellung relativ zum Schwimmkörper (1) und trägt im Zusammenwirken mit zwei ausgewählten oberen Befestigungseinheiten ((41) – 27) das Gewicht einer Leitfläche ((3) – 29).
  • Die oberen Befestigungseinheiten ((41) – 27) verbinden eine Leitfläche (3) am oberen Rand des Oberteils (3a) mit dem benachbarten Schwimmkörper (1) so, dass sich die Leitflächen (3) auf- und abwärts bewegen können. Auch die unteren Befestigungen (42) – 28), die den unteren Rand einer Leitfläche (vom Oberteil (3a)) mit verschiedenen Distanzhaltern (4b) verbinden, sind so konstruiert, dass sich die Leitflächen (3) in vertikaler Richtung frei bewegen können.
  • Um die Abwärtsbewegung einer Leitfläche ((3) – 29) – bedingt durch das Eigengewicht – nach unten hin zu begrenzen, und andererseits die genaue Höhe zu bestimmen, die eine Leitfläche (3) gegenüber dem Schwimmkörper (1) haben soll, wird ein Mechanismus benötigt, der einerseits eine entsprechende Gegenkraft ausübt und andererseits in der Lage ist, eine vorgegebene Höhe zu erzwingen.
  • Da die Leitflächen (3) relativ groß und schwer sind, muss die o. g. Gewichtaufnahme und Höhenregulierung an zwei Angriffspunkten erfolgen, die sich möglichst im gleichen Abstand zum Masseschwerpunkt einer Leitfläche (3) befinden. Der Abstand beider Punkte sollte nicht zu groß sein (z. B. nicht in Bug – und Hecknähe eines Schwimmkörpers (1)) und nicht zu klein, um Verformungen der Leitflächen (3) und eine ungleiche Lastverteilung auf dem Schwimmkörper (1) zu vermeiden. Ein Angriffspunkt sollte möglichst in der Mitte zwischen Bug und Achse (2a) des Wasserrades (2) liegen und der zweite Angriffspunkt in der Mitte zwischen Heck und Achse (2a) des Wasserrades (2). Genau an diesen zwei Angriffspunkten gibt es jeweils eine obere Befestigungseinheit ((41) – 27), die eine Doppelfunktion hat. Einerseits sorgt sie dafür, dass die Oberkante der Leitfläche ((3) – genauer (3a) – Oberteil) einen definierten Abstand zum Schwimmkörper (1) halt. Andererseits ist am Gleitkörper ((41gk) – 27) der beiden oberen Befestigungseinheiten (41) ein starkes Stahlseil ((43ss) – 29) befestigt, das mit der hier beschriebenen Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) verbunden ist.
  • Diese Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) enthält eine Gewindespindel (43s), die von einem Servomotor mit Getriebe (43sm) angetrieben wird und eine Verschiebung der Spindelhalterung (43sh) bewirkt. Verschiebt sich die Spindelhalterung (43sh) in 29 nach links, werden die zwei Gleitkörper (41gk) der benachbarten oberen Befestigungseinheiten (41) und somit die betreffende Leitfläche (3) sehr gleichmäßig nach oben bewegt. Die Konstruktion der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) garantiert eine Anhebung der beiden Gleitkörper (41gk) mit gleicher Geschwindigkeit und absolut synchron.
  • Wird die Spindelhalterung (43sh) laut 29 nach rechts bewegt, senkt sich die betreffende Leitfläche (3) auf Grund ihres Eigengewichtes.
  • In Havariesituationen stellen zwei Kontaktsensoren (43ks) sicher, dass der Servomotor (43sm) abgeschaltet wird, wenn die Spindelhalterung (43sh) eine der beiden Endstellungen erreicht hat.
  • Der Distanzsensor ((43ds) – 29) übermittelt die Position der Spindelhalterung (43sh) an die zentrale Steuereinheit (50) eines Segmentes (6), die auf diese Weise indirekt erfährt, wie tief eine Leitfläche (3) gerade abgesenkt ist.
  • Im Normalbetrieb bzw. im Arbeitsmodus unterstützt das Antikolksystem ((35) – 26) die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29), indem die beiden Antikolkständer (35as) eines Schwimmkörpers (1) so weit aufwärts bewegt werden, bis sie ein Teil des Gewichtes einer Leitfläche (3) mittragen.
  • Die Montage der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung ((43) – 29) an den benachbarten oberen Befestigungseinheiten (41) – wie im 29 skizziert – kann auch auf andere Weise erfolgen und ist so nicht zwingend (z. B. auf dem Deck des Schwimmkörpers (1)). Möglicherweise muss dann die Seilführung für die Seile (43ss) geändert werden.
  • 4.16 Zentrale Steuereinheit (50) und zentrales Steuernetz (51)
  • Da die hier vorgestellte Wasserkraftanlage aus einem einzelnen Segment (6) bestehen kann und deshalb autark betrieben werden muss, ist eine zentrale Steuereinheit (50) erforderlich, die ein einzelnes Segment (6) steuern kann.
  • Da ein einzelnes Segment (6) wahlweise mit Stauraumbegrenzern ((39) – 30) verbunden sein kann und diese ebenfalls höhenreguliert werden müssen, erstrecken sich die Funktionen der zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6) nicht nur auf die Steuerung und Regelung eines Segments (6) sondern auch auf die Stauraumbegrenzer ((39) – 30), die fakultativ mit einem Segment (6) verbunden sein können.
  • Bei einer Höhenverstellung eines Segmentes (6) einer Segmentreihe (66) muss sichergestellt werden, dass die gesamte Segmentreihe (66) in waagerechter Position bleibt. Folglich müssen die anderen Segmente (6) dieser Segmentreihe (66) ebenfalls angehoben oder abgesenkt werden. Im einfachsten Fall könnte ein solcher Höhenausgleich mittels Neigungssensoren realisiert werden. Diese stellen eine Schräglage quer zu einem Segment (6) fest und signalisieren der zentralen Steuereinheit (50), dass entsprechend nachgeregelt werden muss. Eine Art Kettenreaktion von Segment (6) zu Segment (6) einer Segmentreihe (66) bewirkt die Ausrichtung aller Segmente (6). Bei der o. g. Nachregulierung der benachbarten Segmente (6) reagieren die jeweiligen zentralen Steuereinheiten (50) unabhängig voneinander.
  • Leider führt die unter [0446] beschriebene Lösung nicht in allen Situationen zum Erfolg. Unterschiedlichste Bodenprofile und Wassertiefen unter den einzelnen Segmenten (6) einer Segmentreihe (66) sowie das Kolken einzelner Segmente (6) besonders in Ufernähe erfordern kompliziertere Regulierungsvorgänge, die nur durch ein Zusammenspiel der zentralen Steuereinheiten (50) der einzelnen Segmente (6) einer Segmentreihe (66) realisierbar sind.
  • Die zentralen Steuereinheiten (50) der Segmente (6) einer Segmentreihe (66) sind aus den o. g. Gründen zu einem zentralen Steuerungsnetz (51) über Datenkabel oder kabellos verbunden. Eine der zentralen Steuereinheiten (50) übernimmt die Serverfunktion (50s) des zentralen Steuerungsnetzes (51).
  • Eine zentrale Steuereinheit (50) eines Segmentes (6) ist mit allen Sensoren verbunden, die sich auf dem betreffenden Segment (6) befinden, Ist ein solches Segment (6) mit einem Stauraumbegrenzer ((39) – 30) verbunden, sind auch die Sensoren dieses Stauraumbegrenzers (39) mit der betreffenden zentralen Steuereinheit (50) verbunden.
  • Die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) besteht grundsätzlich aus Hard- und Software. In Abhängigkeit von dem Environment (benachbarte Segmente, Bodenprofil, u. a.) kann die zentrale Steuereinheit (50) bei der Installation und Wartung parametriert werden.
  • Als Hardware für eine zentrale Steuereinheit (50) können preiswerte Computer mit geringer Leistung in Verbindung mit einem stabil laufenden Betriebssystem verwendet werden. Alternativ dazu könnte eine spezielle Hardware für diese Zwecke entwickelt werden, die auf die eingesetzten Sensoren abgestimmt ist. Für den Fall, dass handelsübliche Computer zum Einsatz kommen, ist ein Adaptersystem (53) erforderlich, dass die Signale der Sensoren, die an einen Computer weitergeleitet werden, entsprechend umgewandelt werden. Auch die Steuerungssignale des Computers an die diversen Servomotoren sind vom Adaptersystem (53) entsprechend anzupassen.
  • Die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) besitzt verschiedene Modi wie z. B. den Arbeitsmodus, Wartungsmodus und Antikolkmodus.
  • Im Normalbetrieb bzw. im Arbeitsmodus wandelt ein Segment (6) die kinetische Energie des Wassers in elektrischen Strom um. Dabei werden das Wasserrad (2) und die Leitflächen (3) möglichst tief zum Flussbett geführt, um die Stromausbeute zu optimieren. Als Parameter kann die minimale Entfernung zum Flussbett vorgegeben werden (größer oder gleich null). Dieser Wert ist bei Niedrigwasser und ungenügendem Auftrieb unwirksam. Das betreffende Segment (6) hat dann Grundberührung. Wenn die Wassertiefe aber größer ist als der Radius des Wasserrades (2), hebt sich das Segment (6) vom Flussbett ab. In diesem Fall hat das Wasserrad (2) seine maximale Eintauchtiefe. Benachbarte Segmente (6) einer Segmentreihe (66) können sich mit Einschränkungen in einem anderen Modus befinden (z. B. Wartungsmodus)
  • Zu Wartungszwecken kann ein einzelnes Segment (6) oder die gesamte Segmentreihe (66) in den Wartungsmodus versetzt werden. Dabei sind zwei Untermodi zu unterscheiden:
    • – Leerlaufmodus – Die Wasserräder (2) und Leitflächen (3) bleiben im Wasser (keine oder geringe Höhenverstellung) und
    • – Trockenmodus – Die Wasserräder (2) werden so angehoben, dass sie nicht ins Wasser tauchen.
  • Im Havariefall (z. B. Treibgut im Wasserrad) wird ein Segment (6) oder eine Segmentreihe (66) situationsabhängig abgeschaltet (Havariemodus). Es erfolgt eine Meldung an die zentrale Wartungsstelle (falls vorhanden).
  • Befindet sich ein Distanzhalter ((4b) – 25) einer Distanzsteuerung (44) oder die Bodenprofilleiste ((10) – 24) zu tief im Flussbett, wird automatisch in den „Antikolkmodus” umgeschaltet. In diesem Fall werden die vier Antikolkständer ((35as) – 26) so nach unten bewegt, dass sich das betreffende Segment (6) soweit anhebt, bis alle Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerungen ((4) und (44)) des betreffenden Segments (6) keine Grundberührung haben. Der zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) kann die maximale Eintauchtiefe als Parameter vorgegeben werden. Auch kann die Zeitspanne vorgegeben werden, die ein Segment (6) im Antikolkmodus verweilt. Der Antikolkmodus eines Segments (6) kann sich auch auf andere Segmente (6) einer Segmentreihe (66) auswirken. Die Folgereaktionen auf die benachbarten Segmente (6) können durchaus unterschiedlich sein.
  • 4.17 Überwachungssystem (52)
  • Der aktueller Zustand eines Segmentes (6) wie z. B. Neigungswinkel in horizontaler und vertikaler Richtung sowie die Abstände aller Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerungen (4) und (44) eines Segmentes (6) zum Flussbett wird mittels Sensoren an die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) übermittelt und dort gespeichert.
  • Für den Fall, dass ein Segment (6) einer Segmentreihe (66) angehört, wird der aktuelle Zustand eines Segmentes (6) an eine zentrale Steuereinheit ((50s) – Server) weitergeleitet, die den „Serverstatus” für die betreffende Segmentreihe (66) besitzt.
  • Die zentrale Steuereinheit (50s) mit Serverstatus wertet alle Daten der benachbarten zentralen Steuereinheiten (50) einer Segmentreihe (66) aus und erteilt im Bedarfsfall Kommandos an andere zentrale Steuereinheiten (50) der betreffenden Segmentreihe (66).
  • Alle verfügbaren Daten über eine Segmentreihe (66) werden vom Server (50s) bzw. von der zentralen Steuereinheit (50s) im Serverstatus empfangen und gespeichert. Arbeitet dieser Server (50s) mit einem zentralen Wartungsdienst zusammen (zusätzlich einstellbarer Arbeitsmodus: „zentraler Wartungsdienst”), werden die empfangenen Daten von einer Segmentreihe (66) an den zentralen Wartungsdienst per Datenkabel und/oder drahtlos (per Funk) weitergeleitet. Auch die Kommandos an die anderen zentralen Steuereinheiten (50) einer Segmentreihe (66) werden an den zentralen Wartungsdienst übermittelt.
  • Die Kommunikation zwischen einem Server (50s) einer Segmentreihe (66) und dem zentralen Wartungsdienst dient einerseits der technischen Überwachung einer Wasserkraftanlage ((52wu) – Wartungsüberwachungssystem) und andererseits der Sicherheitsüberwachung gegen unbefugtes Betreten, Vandalismus, Diebstahl usw.
  • Die Sicherheitsüberwachung bezieht sich einerseits auf die Abweichung technischer Parameter, die auf ein unbefugtes Betreten der Wasserkraftanlage schließen lässt, und kann andererseits eine Videoüberwachung (52vu) und andere Sicherheitskomponenten mit einschließen.
  • Die Steuerung der Sicherheitskomponenten wie Videoüberwachung (52vu) sowie Speicherung und Weiterleitung an den zentralen Wartungsdienst wird vom Server (50s) übernommen.
  • 4.18 Adaptersystem (53)
  • Als Hardware für die zentrale Steuereinheiten ((50, (50s)) können preiswerte Computer mit geringer Leistung in Verbindung mit einem stabil laufenden Betriebssystem verwendet werden. Alternativ dazu könnte eine spezielle Hardware für diese Zwecke entwickelt werden, die mit den eingesetzten Sensoren abgestimmt ist. Für den Fall, dass handelsübliche Computer zum Einsatz kommen, ist ein Adaptersystem (53) erforderlich, dass die Signale der Sensoren, die an einen Computer weitergeleitet werden, entsprechend umgewandelt. Auch die Steuerungssignale des Computers an die diversen Servomotoren sind vom Adaptersystem (53) entsprechend anzupassen.
  • Das Adaptersystem (53) agiert in zwei Übertragungsrichtungen:
    • – Sensoren übermitteln an das Adaptersystem (53) Schaltzustände (z. B. ein/aus bei Kontaktsensoren) und Werte wie z. B. die gemessenen Abstände eines Distanzsensors. Diese werden dann entsprechend codiert und an den Computer weitergeleitet.
    • – Verschlüsselte Kommandos, die von einen Computerprogramm über eine Datenschnittstelle ausgegeben werden, müssen vom Adaptersystem (53) decodiert und an die entsprechenden Servomotoren weitergeleitet werden.
  • Auftretende Fehler bei der Codierung/Decodierung im Adaptersystem (53) sowie Hard- und Softwarefehler und partielle Stromunterbrechungen können zu beträchtlichen Schäden an der Wasserkraftanlage führen. Aus diesem Grunde sind eine Vielzahl von Kontaktsensoren vorgesehen, die bei Erreichen einer kritischen Position eine Stromunterbrechung verursachen. So kann beispielsweise der Fall eintreten, das ein Distanzhalter ((4b) – z. B. 23) seine Endstellung erreicht und kein Kommando zum Ausschalten des betreffenden Servomotors erfolgt. In diesem Fall sorgt ein Kontaktsensor, der an der betreffenden Endstellung angebracht ist, für eine Stromunterbrechung und Abschaltung des betreffenden Servomotors ohne Zutun einer zentralen Steuereinheit (50) und ohne Mitwirkung des betreffenden Adaptersystems (53). Die zentrale Steuerung und Regelung eines Segments (6) einer Segmentreihe (66) mittels zentraler Steuereinheit (50) und zugehörigem Adaptersystem (53) erfolgt im Havarie- bzw. Notfall über eine redundante Schaltkreislogik, die einen Notbetrieb ermöglicht und Schäden vermeidet.
  • 4.19 Deck-Installationssystem (54)
  • Die Segmente (6) einer Wasserkraftanlage können in unterschiedlichen Größen und Ausführungen gebaut werden:
    • • kleine Segmente ohne Photovoltaik (33) und ohne Windkraftanlagen (32),
    • • kleine Segmente mit Photovoltaik (33),
    • • Standardtyp (mittlere Größe mit oder ohne Photovoltaik (33) und mit oder ohne Windkraftanlagen (32)),
    • • Großanlagen (mit/ohne Photovoltaik (33) und mit oder ohne Windkraftanlagen (32)).
  • Mit Ausnahme der kleinen Segmente (6) können alle anderen Typen zusätzlich mit speziellen Deckaufbauten installiert werden ((54) – Deck-Installationssystem), die für unterschiedliche Nutzungsarten geeignet sind (z. B. als Hausboot, Elektrizitätstankstelle, Sportboot u. a.). In Abhängigkeit von der gewünschten Nutzungsart sind unterschiedliche Deckaufbauten auf einem Segment (6) erforderlich.
  • Um solche Aufbauten für unterschiedliche Zwecke zu ermöglichen, können mittlere und große Anlagentypen mit einem Deck-Installationssystem (54) ausgerüstet werden, dass aus folgenden Baugruppen besteht:
    • – Dachkonstruktion (33dk) mit einer Dachfläche ((33a), Dachverstrebungen (33d) und anderen Komponenten (vgl. 19),
    • – Abdeckgehäuse ((2ag) – Schutzvorrichtung) des Wasserrades (2)
    • – Vorderdeck (54vd)) vor dem Wasserrad (2),
    • – Hinterdeck (54hd) hinter dem Wasserrad (2),
    • – zwei Seitendecks (54sd) neben dem Wasserrad (2),
    • – Haltevorrichtungen (54hd) für die Montage der o. g. Decks auf den Schwimmkörpern (1),
    • – Haltevorrichtungen (54hsw) für die Montage von Seitenwänden
    • – Reling (1r) und
    • – Ruderanlage mit Steuerrad (54rs).
  • Die Dachkonstruktion (33dk) kann zusätzlich für die Installation einer Photovoltaikanlage (33) genutzt werden. Die Dachstützen ((33c1) und (33c2) – 19) können als Teleskopausführung installiert werden, so dass die Dachfläche in eine bestimmte Richtung geneigt werden kann (z. B. nach Süden). Die Möglichkeit verbessert einerseits den Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage (33), und andererseits kann das Regenwasser in eine bestimmte Richtung abfließen. Eine Dachrinne (33dr) mit Fallrohr (33fr) kann das Regenwasser alternativ in den Fluss oder in ein Wassersammelsystem (61) leiten. Ein Überlaufmechanismus (61ul) sorgt dafür, dass überschüssiges Regenwasser in den Fluss geleitet wird.
  • Das Abdeckgehäuse ((2ag) – Schutzvorrichtung) des Wasserrades (2) ist so konstruiert, dass die Höhenregulierung mittels Distanzsteuerung (4) und Hebevorrichtung (5) nicht behindert wird. Dieses Abdeckgehäuse (2ag) dient dem Schutz vor Unfällen und umgibt das Wasserrad (2) oberhalb der Decks ((54hd), (54vd), 54sd) (nach allen vier Seiten und auch oberhalb des Wasserrades (2). Für Wartungszwecke befinden sich an allen vier Seiten verschließbare Öffnungen. Bei der Nutzung eines Segments (6) für Wohnzwecke kann das Abdeckgehäuse ((2ag) mit einer Schallisolierung versehen werden.
  • Die Decks ((54hd), (54vd), 54sd) sind an entsprechenden Halterungen (54hv) auf dem Deck (1a) eines Schwimmkörpers (1) montiert. Zwischen den Haltevorrichtungen (54hv) und den Decks ((54hd), (54vd), 54sd) können zusätzlich höhenverstellbare Elemente angebracht werden. Auf diese Weise können die Decks ((54hd), (54vd) und (54sd)) mit den Brückenböden ((9a) – 10) auf gleicher Höhe positioniert werden.
  • Die Montage von Seitenwänden kann grundsätzlich an den o. g. Halterungen (54hsw) erfolgen, wobei in diesem Fall keine Reling (1r) notwendig ist. Alternativ dazu können die Seitenwände weiter nach innen angebracht werden, so dass ein Gang zwischen Reling (1r) und den Außenwänden entsteht. Eine Kombination beider o. g. Installationsvarianten für die Seitenwände ist möglich.
  • Bei der Installation mehrerer Segmente (6) zu einer Segmentreihe (66) ist zu beachten, dass durch die elastische Segmentkopplung mittels Stabilisierungseinheit ((15) – 11) und Spreizvorrichtung (17) die Situation eintreten kann, dass sich die benachbarten Schwimmkörper (1) auf der Unterseite geringfügig spreizen. Deshalb können Kollisionen mit den Seitenwänden auftreten, wenn sich diese zu dicht an der geraden Außenseite der Schwimmkörper (1) befinden. Deshalb müssen die Außenwände an der Außenseite (1b) eines Schwimmkörpers (1) einen Mindestabstand zur Außenkante besitzen.
  • Die Reling (1r) kann unterschiedlich hoch und wahlweise mit einem Windschutz ausgestattet sein.
  • 4.20 Nutzung eines Segments (6) als Wasserfahrzeug
  • Ein Segment (6) kann mit einem Antrieb (z. B. Heckmotor) ausgerüstet und als Wasserfahrzeug benutzt werden.
  • Bei größeren Segmenttypen, die mit einem Deck-Installationssystem (54) ausgerüstet werden können, kann ein Antrieb (z. B. Heckmotor) an einer Vorrichtung für den Antrieb (54va) befestigt werden, die am hinteren Deck (54hd) angebracht ist.
  • Bei größeren Segmenttypen, die mit einem Deck-Installationssystem (54) ausgerüstet werden können, kann auch eine Ruderanlage mit Steuerrad (54rs) auf dem Hinterdeck (54hd) installiert werden.
  • Bei kleineren Segmenttypen (6) kann nur ein Heckmotor als Antrieb verwendet werden. Die Befestigung eines Heckmotors erfolgt an einer Haltevorrichtung (9hh) – 10, Ansicht A) der hinteren Brücke (9) eines Segments (6).
  • Die mit einem Antrieb ausgerüsteten Segmente (6) können mit eigener Kraft auf dem Wasserweg zum Installationsort transportiert werden, sofern die Wasserstraße zwischen der Produktionsstätte und dem Installationsort eine solche Fahrt zulässt.
  • Bei der Nutzung eines Segmentes (6) als Wasserfahrzeug kann das Wasserrad (2) während der Fahrt ganz oder teilweise aus dem Wasser gehoben werden. Der Generator/Getriebe (11) kann vom Wasserrad während der Fahrt ausgekoppelt werden, um den Strömungswiderstand zu reduzieren, wenn das Wasserrad teilweise im Wasser verbleibt.
  • 4.21 Trinkwasser-Installationssystem (56)
  • Das Trinkwasser-Installationssystem (56) umfasst mindestens 2 Wasserentnahmeanschlüsse ((56ea) – z. B. für den Sanitärbereich und Küche). Wahlweise können weitere Anschlüsse zu Wasserentnahme (56ea) installiert werden.
  • Ferner verfügt dieses Trinkwasser-Installationssystem (56) über einen Trinkwasser-Zuführungsanschluss (56za) auf dem Deck (1a) eines oder beider Schwimmkörpers (1) eines Segments (6). Dieser Trinkwasser-Zuführungsanschluss (56za) kann direkt mit einer Wasserleitung (Wasserversorgung) in Ufernähe verbunden sein und/oder mit einer Fülleinrichtung versehen sein.
  • Standardmäßig wird das Trinkwasser-Installationssystem (56) mit einem Trinkwasservorratsspeicher (56v) ausgerüstet.
  • Es können aber auch zwei Trinkwasservorratsspeicher (56v) je Segment (6) installiert werden. Ein entsprechendes Ausgleichsrohr (56ar) sorgt dann für eine entsprechende Wasserverteilung beider Trinkwasservorratsspeicher (56v).
  • Bei einer zentralen Wasserversorgung einer Segmentreihe (66) von Land aus müssen die Trinkwasser-Zuführungsanschlüsse (56za) der einzelnen Segmente (6) miteinander verbunden werden. Dafür sind zwei Leitungsabschnitte erforderlich:
    • – Weiterleitung (56w) von einem Schwimmkörper (1) eines Segments (6) zum anderen Schwimmkörper (1) des betreffenden Segments (6) über eine der Brücken (9) und
    • – elastische Überbrückungsleitung (56ul) zwischen zwei benachbarten Schwimmkörpern (1) benachbarter Segmente (6).
  • Die Wasserzuführung vom Land zum ufernahen Segment (6) einer Segmentreihe (66) kann über die Abstandhalterung (24) zwischen Buhne und Segment (6) oder Uferverankerung (28) von Segmentreihen (66) quer zur Fließrichtung mittels elastischer Wasserleitungen erfolgen.
  • 4.22 Abwasser-Installationssystem (57)
  • Je Segment (6) können ein oder zwei Abwasserspeicher (57as) installiert werden (ein Speicher (57as) je Schwimmkörper (1)).
  • Die Positionierung eines Abwasserspeichers (57as) erfolgt möglichst in der Mitte eines Schwimmkörpers (1).
  • Ein Abwasserspeicher (57as) besitzt mindestens einen Anschluss für die Zuführung und einen weiteren Anschluss zur Entleerung. Zwei Anschlüsse für die Zuführung sind erforderlich, wenn ein Segment (6) nur einen Abwasserspeicher (57as) in einem Schwimmkörper (1) enthält.
  • Das Abwasser-Installationssystem (57) wird nur in Verbindung mit einem Deck-Installationssystem (54) und sanitären Komponenten wie Toilette, Waschbecken usw. installiert.
  • Das Toilettenabwasser kann getrennt von anderen Abwässern einem Abwasserspeicher (57as) zugeführt werden, während Waschwasser u. ä. in einem zweiten Abwasserspeicher (57as) gespeichert und separat aufbereitet werden kann.
  • 4.23 Brauchwasser-Installationssystem (58)
  • Das Brauchwasser-Installationssystem (58) wird nur in Verbindung mit einem Deck-Installationssystem (54) und sanitären Komponenten wie Waschbecken usw. installiert.
  • Das Brauchwasser (Flusswasser) wird normalerweise direkt aus dem Fluss entnommen. Es kann aber auch durch eine Filteranlage (58f) geleitet und in einem Brauchwasservorratsbehälter (58v) gespeichert werden.
  • Die Entnahme des Flusswassers mittels Brauchwasserpumpe (58pe) erfolgt über ein Entnahmerohr (58er), das an einem Schwimmkörper (1) in Hecknähe höhenverstellbar angebracht ist, so dass auch bei einem niedrigen Wasserstand eine Wasserentnahme möglich ist.
  • Die Höhenverstellung des Entnahmerohr (58er) kann automatisch in Abhängigkeit vom Wasserstand oder manuell erfolgen.
  • Wird ein Brauchwasservorratsbehälter (58v) zur Zwischenspeicherung installiert, wird eine weitere Wasserpumpe (Gebrauchtwasserpumpe (58p)) benötigt, die das Brauchwasser aus dem Brauchwasservorratsbehälter (58v) zu den Abnahmestellen befördert.
  • 4.24 Automatisches Bewässerungssystem (59)
  • In Verbindung mit dem Deck-Installationssystem (54) kann ein einzelnes Segment (6) oder mehrere Segmente (6) einer Segmentreihe (66) zusätzlich als Treibhaus genutzt werden.
  • Zur Bewässerung der Pflanzen kann das Flusswasser verwendet werden. Die Entnahme des Flusswassers mittels Brauchwasserpumpe (58pe) erfolgt über ein Entnahmerohr (58er), dass an einem Schwimmkörper (1) in Hecknähe höhenverstellbar angebracht ist, so dass auch bei einem niedrigen Wasserstand eine Wasserentnahme möglich ist.
  • Die Dosierung und Verteilung des Wassers kann mit dem automatischen Bewässerungssystem (59) oder auch manuell erfolgen.
  • Das automatische Bewässerungssystem (59) kann zusätzlich in Verbindung mit dem Deck-Installationssystem (54) die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, und Frischluftzufuhr regulieren oder zumindest beeinflussen. Dies ist möglich, wenn auf dem Deckinstallationssystem (54) entsprechende Komponenten eines Treibhauses installiert werden.
  • 4.25 Ausfahrbares Kielkufengleitsystem (60) – 39, 40
  • Für den Einsatz dieser Wasserkraftanlagen in Flüssen, die bei extremer Witterung Packeis bilden, wird eine Vorrichtung benötigt, die es ermöglicht, die Segmente (6) in strömungsfreie Bereiche oder ans Ufer bzw. ans Land zu befördern. Diesem Zweck dient das ausfahrbare Kielkufengleitsystem (60), das zusätzlich eingebaut werden kann.
  • Jeder Schwimmkörper (1) eines Segments (6) kann wahlweise mit einem höhenverstellbaren Kielkufengleiter (60kg) – 39) ausgestattet werden, der an der Unterseite eines Schwimmkörpers (1) angebracht wird (teilweise im und unterhalb des Schwimmkörpers (1)). An mindestens drei Kufenstützen (60ks) ist eine Kielkufe (60kk) angebracht, die der Form des Schwimmkörpers (1) angepasst ist.
  • Das Ausfahren eines Kielkufengleiters ((60kg) – 40) erfolgt mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung ((38) – 20 und 21), die in 39 zur besseren Übersicht weggelassen wurde. Am unteren Ende des Hebe-/Senkgestänges ((38hg) – 40) ist eine Kufenstütze (60ks) angebracht, die von einer Druckfeder (60df) umgeben ist.
  • Durch diese Federung (40) wird weitgehend vermieden, dass beim Transport ein Verdrehen der beiden Schwimmkörper (1) eines Segments (6) zueinander auftritt. Je nach Bodenprofil kann der Fall eintreten, dass die Kielkufe (60kk) nicht parallel zur Unterseite des Schwimmkörpers (1) verläuft (im Gegensatz zur Darstellung in 39, Ansicht A).
  • Wegen der Federung mittels Druckfeder (60df) – 40) sind die Kufenstützen ((60ks) – 39) mit der Kufenverstrebung (60kv) über Neigungsachsen (60na) beweglich verbunden.
  • Um eine starke seitliche Neigung des Segments (6) bei einem starken Gefälle im Gelände zu vermeiden, kann die Höhenregulierung mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebevorrichtung ((38) – 20 und 21) für jeden Schwimmkörper (1) eines Segments (6) separat gesteuert werden. Auf der tiefer gelegenen Seite kann der Kielkufengleiter (69kg) weiter ausgefahren werden.
  • Die Kufenverstrebung ((60kv) – 39) dient der Stabilisierung der Kielkufe (60kk) und verbindet diese mit der Kielbegrenzungsschiene (60bs).
  • Die Kielbegrenzungsschiene (60bs) befindet sich auch im ausgefahrenen Zustand innerhalb des Schwimmkörpers (1) und begrenzt die Anhebung des Schwimmkörpers (1).
  • Achslager (60al) – 39) an der Kufenverstrebung (60kv) ermöglichen im ausgefahrenen Zustand die Montage von zwei oder mehreren fahrbaren Untersätzen (60fu) je Schwimmkörper (1), die mindestens aus zwei Rädern bestehen, einen eigenen Antrieb besitzen können und lenkbar sowie hydraulisch höhenverstellbar sein können.
    • 1
    Schwimmkörper
    1a
    Deck
    1b
    gerade Außenseite
    1c
    Innenseite zum Wasserrad hin
    1d
    Boden
    1br
    Ballastregulierung
    1fkv
    Flutkammer vorn
    1fkh
    Flutkammer hinten
    1be
    Ballastwasser-Einfüllstutzen
    1ba
    Ballastwasser-Auslassstutzen
    1bp
    Ballastwasserpumpe
    1tw
    Trinkwassersystem wahlweise mit
    1twb
    Trinkwasserbehältern
    1aw
    Abwassersystem wahlweise mit
    1awb
    Abwasserbehältern
    1r
    Reling
    2
    Wasserrad
    2a
    Achse
    2b
    Achslager
    2c
    Schaufeln
    2d
    Achslagerungsblock des Hauptlagers
    2dd
    Achslagerungsblock des Nebenlagers
    2ag
    Abdeckgehäuse
    3
    Leitflächen
    3a
    oberer Teil der Leitfläche (feste)
    3b
    Senkplatten
    3c
    Verbindung zwischen (3a) und (3b)
    3d
    Profilleisten
    3e
    Verbindungen zwischen (3a) und (3d)
    3g
    elastische Begrenzung einer Leitfläche
    3ns
    Neigungssensor einer Leitfläche
    4
    Distanzsteuerung neben dem Wasserrad
    4a
    Distanzsteuerungsblock
    4b
    Teleskop-Distanzhalter (Kurzbezeichnung: Distanzhalter)
    4fz
    Führungszone
    4d
    Begrenzer
    4g
    Gehäuse
    4dp
    Deckplatte
    4fr
    Führungsrollen
    4sm
    Servomotor
    4ds
    Drehmomentsensor
    4sw
    Seilwinde
    5
    Hebevorrichtung neben dem Wasserrad
    5a
    Hebeblock
    5zs
    Zahnstange
    5b1
    Begrenzungsleiste
    5fzr
    Führungszahnrad
    5b
    Hebemechanismus (symbolisiert)
    6
    Segment
    6H
    Hauptsegment
    7
    Synchronisationssteuerung der Doppellager
    7f
    Doppelrolle
    7g
    Ausgleichsrolle
    7h1
    Umlenkrolle
    7h2
    Umlenkrolle
    7h3
    Umlenkrolle
    7h4
    Umlenkrolle
    7h5
    Umlenkrolle
    7i
    Spannseil
    7j
    Spannseil
    7k
    Ausgleichsseil (7l)
    7m
    Seilspannvorrichtung
    8
    Strömungskanal
    8a
    Konzentrator (Bereich im Strömungskanal vor dem Wasserrad in Fließrichtung
    8b
    Diffuser (Bereich im Strömungskanal hinter dem Wasserrad (flussabwärts)
    9
    Brücke zwischen zwei Schwimmkörpern eines Segments (gleichzeitig Steg zur Begehung und Halterung für Ankerseile
    9a
    Brückenboden
    9b
    Geländer auf der Innenseite
    9c
    Geländer auf der Außenseite
    9d
    Diagonalverstrebungen
    9e
    Befestigungsstreben zum Schwimmkörper
    9f
    Verbindung zwischen zwei Brücken (9)
    9h
    Befestigungspunkte für (9e)
    9hh
    Haltevorrichtung für eine Heckmotor
    10
    Bodenprofilleiste
    10a
    Hauptkörper der Bodenprofilleiste oder als technologische Variante – Zusammensetzung von (10a) aus Einzelteilen: (10a1) (10a2) (10a3) (10a4) usw.
    10b
    Strömungssegment
    10c
    Halterung eines Strömungssegments 10b
    10d
    unterer Begrenzer für die Strömungssegmente
    10e
    oberer Begrenzer für die Strömungssegmente
    10f
    Nase (Anschlag) eines Strömungssegments
    10g
    Höhenausgleichsständer
    10h
    Befestigung der des Hauptkörpers (10a) Bodenprofilleiste (10) am Distanzhalter (4b)
    10i
    bewegliche Verbindungen zwischen (10a1, (10a2), (10a3) usw.
    10j
    bewegliche Verbindungen zwischen (10a1, (10a2), (10a3) usw.
    10l
    Distanzlaschen innen
    10k
    Distanzlaschen außen
    10m
    Stabilisierungseinheit
    11
    Generator mit oder ohne Getriebe
    11W
    Wechselrichter mit Zubehör – nur bei Hauptsegmenten (6H), wenn Gleichstromgeneratoren verwendet werden.
    11sz
    Stromzähler
    11b
    Batterie
    12
    Seilumlenkeinrichtung
    12a
    Leitfläche (der Seilumlenkeinrichtung)
    12b
    Umlenkrolle
    12c
    Halterung für (12b)
    12d
    Befestigung des Zugseils
    12e
    Kabelführung (für Strom- und Datenkabel
    13
    Seilstopper
    13a
    Korpus des Seilstoppers (2 Hälften)
    13b
    Spannbolzen
    13c
    Laufrolle
    13d
    Führungsschiene
    14
    Segmentkopplung
    14a
    Verbindungsbolzen
    14b
    Druckfeder
    14c
    Begrenzer
    14d
    Bandscheibe/elastisch Material oder Druckfeder
    15
    Stabilisierungseinheit zur Segmentkopplung
    15a
    Stabilisierungsblock
    15b
    Umlenkrollen
    15b1
    Umlenkrolle
    15b2
    Umlenkrolle
    15c
    Seilzug
    15d
    Verknüpfungspunkt für (15c)
    15e
    Führungsschiene
    16
    elastisches Pufferelement
    17
    Spreizvorrichtung
    17a
    Druckfeder
    17b
    Bolzen
    17c
    Begrenzer
    18
    Kabelführungsblock
    18a
    Seilklemmblock
    18b
    Kabelführungsring
    18c
    Spannbolzen
    19
    Verankerung im Flussbett (stromaufwärts)
    19a
    Verankerung im Flussbett (stromabwärts)
    20
    Verankerung am Ufer (stromaufwärts)
    20a
    Verankerung am Ufer (stromabwärts)
    21
    Dalbenverankerung (stromaufwärts)
    22
    Gierseilfährenverankerung – spezieller Verankerungspunkt am Zugseil einer Gierseilfähre (stromaufwärts)
    22a
    spezieller Verankerungspunkt am Zugseil einer Gierseilfähre (stromabwärts)
    23
    Verankerung auf einer Buhne (flussaufwärts)
    23a
    Verankerung auf einer Buhne (flussabwärts)
    24
    Abstandshalterung zwischen Buhne und Segment (6)
    24a
    Buhnenabstandshalter
    24b
    Verankerung für den Buhnenabstandhalter (24a)
    24c
    Halterung für den Buhnenabstandshalter am Segment (6)
    25
    Halterung an der Brücke (9) für die Kopplung und Verankerung von Segmenten (6) und Segmentreihen (66)
    26
    Umlenkseil
    27
    Zugseil
    28
    Uferverankerung von Segmentreihen (66) quer zur Fließrichtung
    28a
    Zugseil
    28b
    Uferverankerung
    24c
    Verbindung des Zugseils am Segment
    30
    Verkabelung/Kabelführung – Verlauf der Strom- und Datenkabel
    30a
    Abschnitt zwischen zwei benachbarten Segmenten (6) einer Segmentreihe (66)
    30b
    Abschnitt innerhalb eines Schwimmkörpers (1) in Längsrichtung
    30c
    Abschnitt zwischen Kontaktstelle (30k) und einer Seilumlenkeinrichtung (12)
    30d
    Abschnitt zwischen zwei Seilumlenkeinrichtungen (12)
    30e
    Abschnitt unterhalb der Abstandshalterung (24) zwischen (24b) und (24c)
    30k
    Kontaktstelle
    30l
    Kabelspanneinrichtung an der Kontaktstelle (30k)
    30D
    Datenkabel
    30S
    Stromkabel
    31
    Signalpositionsleuchte mit Stromversorgung
    32
    Kleinwindkraftanlage mit Mast, Verkabelung und separaten Stromzähler (Kurzbezeichnung K-WKA)
    32a
    Mast einer K-WKA
    32b
    Befestigungen des Mastes am Schwimmkörper (1) und am Außengeländer (9c) der Brücke (9)
    32c
    Verkabelung innerhalb des Mastes (32a) und innerhalb des Schwimmkörpers
    32d
    ein Stromzähler für alle K-WKA im Hauptsegment (6H) einer Wasserkraftanlage
    32e
    Wechselrichter (wahlweise) für alle K-WKA im Hauptsegment (6H) einer Wasserkraftanlage
    33
    Photovoltaikanlage mit Solarzellen oder Photovoltaik-Folie sowie Verkabelung und mit einem separaten Stromzähler
    33dk
    Dachkonstruktion
    33a
    Dachfläche
    33d
    Dachverstrebungen
    33b
    Befestigungen an der Dachfläche (33a), am Innengeländer (9b) und am Schwimmkörper (1)
    33c1
    Dachstütze, befestigt am Innengeländer (9b)
    33c2
    Dachstütze, befestigt am Außengeländer (9c)
    33dr
    Dachrinne
    33fr
    Fallrohr
    33af
    Photovoltaikfolie
    33e
    ein Stromzähler für die Photovoltaikanlage im Hauptsegment (6H) einer Wasserkraftanlage.
    33f
    Wechselrichter für die Photovoltaikanlage im Hauptsegment (6H) einer Wasserkraftanlage.
    34
    Höhenregelung mittels Seilwinde
    34g
    Gehäuse
    34sm
    Sensormotor mit selbsthemmenden Getriebe oder Sensormotor mit Getriebe und Schneckenrad
    34sw
    Seilwinde
    34dms
    Drehmomentsensor
    34hg
    Hebe-Senkgestänge mit
    34dp
    Deckplatte
    34fz
    Führungszone
    34a
    Achse
    34al
    Achslager
    34alb
    Achslagerblock
    34d
    Distanzhalter
    34ksu
    Kontaktsensor unten
    34kso
    Kontaktsensor oben
    34df
    Druckfeder
    34ds
    Distanzsensor
    35
    Antikolksystem
    35h
    Antikolk-Hebevorrichtung
    35as
    Antikolkständer
    35f
    Fuß unter dem Antikolkständer
    35d
    Distanzhalter
    35bl
    Begrenzungsleisten
    35fr
    Führungsrollen mit Halterung
    36
    Treibgut-Schutzeinrichtung
    36a
    Treibgutabweiser (Schwimmkörper)
    36kh
    Karabinerhaken zur Fixierung der unteren Stahltrosse
    36ost
    obere Stahltrosse für den Treibgutschutz
    36ust
    untere Stahltrosse für den Treibgutschutz
    36e
    Einlassschlitz für die obere Stahltrosse
    36ps
    Positionierungsstab
    36s
    Stoßdämpfer-Einrichtung
    36bs
    Befestigungseinheit für den Treibgutschutz am Schwimmkörper (1)
    36be
    höhenverstellbare Befestigungseinheit für den Treibgutschutz an einer Verankerungseinheit
    36g
    Schutzgitter
    37
    Dalbenkonstruktion
    37st
    Stahlträger; im Flussbett oder Erdboden (Ufer, Buhne) versenkt oder einbetoniert (U-, H-, T-Profil o. ä.)
    37dg
    Dalbengleiter
    37da
    Dalbenauftriebskörper (Schwimmring)
    37lr
    Laufrolle mit Lager und Lagerhalterung
    37v
    Verstrebung diagonal
    37wv
    Winkelverstrebung
    37be
    Befestigungselement für Zugseile bzw. Stahltrossen
    37sn
    Schraub-, Nietverbindungen o. a.
    38
    doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung
    38g
    Gehäuse
    38au
    Abfangeinrichtung unten mit
    38aus
    Kontaktsensor
    38ao
    Abfangeinrichtung oben mit (38aos) Kontaktsensor
    38ds
    Distanzsensor
    38ob
    obere Begrenzungsplatte am
    38hg
    Hebe-/Senkgestänge
    38sm
    Sensorgesteuerter Servomotor mit selbsthemmenden Getriebe oder sensorgesteuerter Servomotor mit Getriebe und Schneckenrad
    38sg
    Schneckengetriebe
    38ss
    Stirnrad schmal
    38sb
    Stirnrad reit
    38sr
    Schneckenrad
    38kr
    Kronrad
    38l
    Lager
    38lh
    Lagerhalterung
    38zs
    Zahnstange
    38hg
    Hebe-Senk-Gestänge
    38bk
    Basiskörper
    38fz
    Führungszahnrad mit Halterung
    38fr
    Führungsrolle mit Halterung
    38df
    Druckfeder
    39
    Stauraumbegrenzer
    39o
    Stauraumbegrenzer-Oberteil
    39u
    Stauraumbegrenzer-Unterteil (Schwimmkörper)
    39ho
    Stahlseilhalterung für den Stauraumbegrenzer oben
    39hu
    Stahlseilhalterung für den Stauraumbegrenzer unten
    39htg
    Stahlseilhalterun für den Treibgutschutz mit
    39htg
    Gleitblock
    39so
    Stahlseil oben
    39su
    Stahlseil unten
    39k
    Kopplungseinheit
    39ko
    Kopplungselement oben – zwischen Stauraumbegrenzer (39) und Schwimmkörper (1)
    39lo
    obere Lasche und
    39lu
    untere Lasche
    39ku
    Kopplungselement unten – zwischen Stauraumbegrenzer (39) und Schwimmkörper (1)
    39lo
    obere Lasche und
    39lu
    untere Lasche
    39ka
    Kopplungsachse
    39ku
    Verschraubung der Kopplungsachse
    39kb
    Befestigung
    39ds
    Druckkraftsensor
    39zs
    Zugkraftsensor
    39ds
    Distanzsensor
    39ns
    Neigungssensor
    39lo
    Kopplungs-Einheit-Lasche oben
    39lu
    Kopplungs-Einheit-Lasche unten
    39d
    Stauraum-Distanzregulierung
    39b
    Ballastregulierung
    39bt
    Ballastwassertank
    39be
    Ballastwasser-Einfüllstutzen
    39ba
    Ballastwasser-Auslassstutzen
    39bp
    Ballastwasserpumpe
    39v
    Verstrebung
    39fz
    Führungszahnrad
    39fr
    Führungsrolle
    39eu
    elastische Überlappung zwischen Schwimmkörper (1) und Stauraumbegrenzer (Oberteil (39o)
    39sg
    Spreizgestänge
    39ss
    Spannseil
    40
    Höhenregelung mittels Gewindespindel
    40g
    Gehäuse
    40hg
    Höhen-/Senkgestänge
    40d
    Distanzhalter
    40dp
    Deckplatte
    40s
    selbsthemmende Spindel mit
    40sm
    Servomotor
    40sh
    Spindelhalterung
    40fb
    Führungsblock
    40fz
    Führungszone
    40ds
    Distanzsensor
    40kso
    Kontaktsensor oben
    40ksu
    Kontaktsensor unten
    40df
    Druckfeder
    41
    obere Befestigungseinheit
    41r
    Führungsrahmen
    41b
    Begrenzungsleisten
    41gs
    Gleitrollen seitlich
    41gv
    Gleitrollen vorn
    41gh
    Gleitrollen hinten
    41h
    Halterung mit Befestigung an einer Leitfläche
    41gk
    Gleitkörper
    41ks
    Kontaktsensor
    41df
    Druckfeder
    42
    untere Befestigungseinheit
    42hg
    Hebe-/Senkgestänge
    42fr
    Führungsrolle mit Halterung
    42fz
    Führungszahnrad mit Halterung
    42fb
    Führungsblock
    42as
    Anschlag (untere Begrenzung)
    42ks
    Kontaktsensor
    42bu
    Befestigung des Führungsblocks unten
    42bo
    Befestigung des Führungsblocks oben
    42bs
    Befestigung des Führungsblocks seitlich
    43
    Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung
    43sm
    Servomotor mit Getriebe
    43s
    Gewindespindel selbsthemmend
    43ur
    Umlenkrollen
    43ks
    Kontaktsensor
    43ds
    Distanzsensor
    43sh
    Spindeihalterung
    43ss
    Stahlseil
    44
    Distanzsteuerung in Bugnähe (Anströmseite) und Hecknähe (Ablaufseite)
    44akf
    Antikolkfuß
    44ks
    Kontaktsensor
    44dk
    Distanzkopf
    44g
    Gehäuse
    44sm
    Servomotor
    45
    Treibgutabsperrung mit Hebe-/Senkvorrichtung
    45h
    Hebe-/Senkvorrichtung
    45sm
    Servomotor mit Getriebe
    45s
    Gewindespindel selbsthemmend
    45ur
    Umlenkrollen
    45ks
    Kontaktsensor
    45ds
    Distanzsensor
    45sh
    Spindelhalterung
    45ss
    Stahlseil
    45ta
    Treibgutabsperrschiene
    45ts
    Treibgutabsperrstab
    45fr
    Führungsrolle
    45gr
    Gleitrahmen
    50
    zentrale Steuereinheit eines Segments (6)
    50s
    zentrale Steuereinheit eines Segments (6) als Server.
    51
    zentrales Steuerungsnetz einer Segmentreihe (66)
    52
    Überwachungssystem
    52vu
    Videoüberwachungssystem
    52wu
    Wartungsüberwachungssystem
    53
    Adaptersystem
    54
    Deck-Installationssystem
    54vd
    Vorderdeck
    54hd
    Hinterdeck
    54sd
    Seitendeck
    54hv
    Halterungsvorrichtungen für Decks
    54hsw
    Halterungsvorrichtungen für die Seitenwände
    54rs
    Ruderanlage mit Steuerrad
    54va
    Vorrichtung zur Befestigung eines Antriebs
    55
    Hebevorrichtung in Bug und Hecknähe
    56
    Trinkwasser-Installationssystem
    56za
    Trinkwasser-Zuführungsanschluss
    56v
    Trinkwasservorratsspeicher
    56ar
    Ausgleichsrohr
    56ea
    Wasserentnahmeanschluss
    56ul
    elastische Überbrückungsleitung
    56w
    Weiterleitung
    57
    Abwasser-Installationssystem
    57a
    Abwasseranschluss
    57as
    Abwasserspeicher
    58
    Bauchwasser-Installationssystem
    58v
    Brauchwasservorratsbehälter
    58f
    Filteranlage
    58pe
    Brauchwasserpumpe zur Entnahme aus dem Fluss
    58p
    Brauchwasserpumpe zur Entnahme aus (58v)
    58er
    Entnahmerohr
    59
    automatisches Bewässerungssystem
    60
    Ausfahrbares Kielkufengleitsystem
    60kg
    Kielkufengleiter
    60ks
    Kufenstütze
    60kk
    Kielkufe
    60df
    Druckfeder
    60bs
    Kielbegrenzungsschiene
    60kv
    Kufenverstrebung
    60na
    Neigungsachse
    60al
    Achslager
    60fu
    fahrbarer Untersatz
    61
    Wassersammelsystem
    61ul
    Überlaufmechanismus
    66
    Segmentreihe – bestehend aus mehreren Segmenten (6), die nebeneinander verbunden sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10134522 B4 [0257]
    • - DE 102006014205 A1 [0258]
    • - DE 10206053733 A1 [0260]
    • - DE 2446980 A [0260, 0261, 0261, 0261, 0261]
    • - EP 1731757 A1 [0264, 0266, 0266, 0266, 0266, 0267]

Claims (100)

  1. Die Wasserkraftanlage mit Wasserrädern, Schwimmkörpern, automatischer Höhenregulierung, Kleinwindkraftanlagen und Photovoltaik – im Folgenden als „Wasserkraftanlage” bezeichnet – besteht wie folgt aus notwendigen und fakultativen Komponenten, wobei die fakultativen Komponenten als solche ausgewiesen sind. • einem oder mehreren Segmenten (6), • diversen Verankerungskomponenten und Zubehör für die Verbindung zwischen den Segmenten (6) und den Segmentreihen (66), • fakultativ: Abstandshalterung (24) zwischen Buhne und Segment (6), • Verkabelung/Kabelführung (30), • fakultativ: Photovoltaikanlage (33), • fakultativ: Kleinwindkraftanlage (32), • fakultativ: Treibgut-Schutzeinrichtung (36), • fakultativ: Treibgutabsperrrung mit Hebe-Senkvorrichtung (45), • fakultativ: Antikolksystem (35), • fakultativ: Stauraumbegrenzer (39), • fakultativ: zentrales Steuerungsnetz (51), • fakultativ: Überwachungssystem (52), • fakultativ: Trinkwasser-Zuführungsanschluss (56za), • fakultativ: Abwasseranschluss (57za). Ein Segment (6) setzt sich aus folgenden Hauptkomponenten zusammen: • zwei Schwimmkörper (1), • ein Wasserrad (2), • zwei Leitflächen (3) mit – mindestens drei oberen Befestigungseinheiten (41) je Leitfläche (3) und – mindestens drei unteren Befestigungseinheiten (42) je Leitfläche (3), – eine Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtungen (43) je Leitfläche (3). • zwei Brücken (9) zwischen den beiden Schwimmkörpern (1), • zwei Hebevorrichtungen (5) neben dem Wasserrad (2), • vier Hebevorrichtungen (55) in Bug- und Hecknähe, • zwei Distanzsteuerungen (4) neben dem Wasserrad (2), • vier Distanzsteuerungen (44) in Bug- und Hecknähe, • eine Bodenprofilleiste (10), • zwei Ballastregulierungen (1br), • ein Generator mit Getriebe (11) oder: ein Generator ohne Getriebe und fakultativ ein separates Getriebe (11), • fakultativ: eine oder zwei Stabilisierungseinheiten (15) zur Segmentkopplung (14) und fakultativ dazu Spreizvorrichtungen (17) – Ein Segment (6) wird mit diesen Komponenten nur dann ausgerüstet, wenn es einer Segmentreihe (66) mit mehreren Segmenten (6) angehört., • ein Segment (6) der Wasserkraftanlage, das mit einem Stromabnehmer (öffentliches Stromnetz) verkabelt ist (auch als Hauptsegment (6H)) bezeichnet, enthält fakultativ Wechselrichter (11W) mit Zubehör und fakultativ Stromzähler (11sz), • ein oder mehrere Batterien (11b), • vier Halterungen (25) an den Brücken (9), • bis zu vier Kontaktstellen (30k) (für Strom- und Datenkabelanschlüsse), • bis zu vier Kabelspanneinrichtungen (30l), • diverse Sensoren und Servomotoren für die Höhenregulierung der Distanzsteuerungen (4) und (44), der Hebevorrichtungen (5) und (55), der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtungen (43) sowie Ballastregulierung (1br), • zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6), oder zentrale Steuereinheit (50s) als Server, • Adaptersystem (53), wenn ein Computer als zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) oder als Server (50s) verwendet wird, • fakultativ: Antikolksystem (35) mit vier Antikolk-Hebevorrichtungen (35h), • fakultativ: diverse Sensoren und Servomotoren zur Steuerung der Antikolk-Hebevorrichtungen (35h), • Strom- und Datenverkabelung (30b) – Abschnitt innerhalb eines Segments (6), • fakultativ: eine oder zwei Halterungen (24c) am Segment (6) für einen Buhnenabstandshalter (24a), • Signalpositionsleuchte (31) mit Stromversorgung (mindestens auf einem Segment (6) einer Segmentreihe (66), • fakultativ: eine Photovoltaikanlage (33), • fakultativ: bis zu vier Kleinwindkraftanlagen (32), • fakultativ: Sensoren und Elektronik zur Optimierung der Ausbremsung des Wasserrades, • fakultativ: Sensoren und Elektronik für die Ferndiagnose und Fernwartung, • fakultativ: ausfahrbares Kielkufengleitsystem (60). • fakultativ: Trinkwasser-Installationssystem (56), • fakultativ: Abwasser-Installationssystem (57) mit oder ohne – Abwasseranschluss (57a), • fakultativ: Bauchwasser-Installationssystem (58), • fakultativ: Deck-Installationssystem (54), • fakultativ: automatisches Bewässerungssystem (59). Zu den Verankerungskomponenten und zum Zubehör für die Verbindung zwischen den Segmenten (6) verschiedener Segmentreihen (66) gehören • fakultativ: Seilumlenkeinrichtungen (12), • fakultativ: Seilstopper (13). • fakultativ: Umlenkseile (26) • Zugseile (27), • Dalbenkonstruktion (37) oder eine andere Komponente zur Verankerung einer Wasserkraftanlage • Verankerung stromaufwärts (flussabwärts) – auf einer Buhne (23) oder – am Ufer (20) oder – an einer Dalbe (21) (Dalbenverankerung) – im Flussbett (19) oder – an der Verankerung einer Gierseilfährenverankerung (22) oder – an einem Dalbengleiter (37dg) einer Dalbenkonstruktion (37). • fakultativ: Verankerung stromabwärts (flussabwärts) – auf einer Buhne (23a) oder – im Flussbett (19a) oder – am Ufer (20a) oder – an einem speziellen Verankerungspunkt am Zugseil einer Gierseilfähre (22a), wenn stromaufwärts eine Verankerung an ((22) – Gierseilfährenverankerung) erfolgt, • fakultativ: Uferverankerung (28) von Segmentreihen (66) quer zur Fließrichtung, • fakultativ: Abstandshalterung (24) zwischen einer Buhne und einem ufernahen Segment (6) einer Segmentreihe (66) oder zwischen dem Ufer und einem ufernahen Segment (6) einer Segmentreihe (66), Komponenten für die Verbindung zwischen den benachbarten Segmenten (6) einer (66) gehören • die Segmentkopplung (14), • die Stabilisierungseinheit zur Segmentkopplung (15) und • fakultativ: Spreizvorrichtung (17). Die Verkabelung/Kabelführung (30) erfolgt je nach Anzahl der Segmente (6) und Segmentreihen (66) über maximal vier Kabelstrecken: • zwischen einem Stromabnehmer (z. B. öffentliches Netz) und dem Hauptsegment (6H), • zwischen zwei Segmenten (6) benachbarter Segmentreihen (66), nur wenn die Wasserkraftanlage aus mehreren Segmentreihen (66) besteht, • zwischen zwei benachbarten Segmenten ((6) einer Segmentreihe (66), wenn diese aus mehreren Segmenten (6) besteht, • Verkabelung innerhalb eines Segments (6) und Hauptsegments (6H) mit maximal vier Kontaktstellen (30k) zur Verbindung zwischen den o. g. Kabelstrecken.
  2. Die Wasserkraft nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserräder (2) und die Leitflächen (3) mithilfe der Distanzsteuerungen (4) und (44) und der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) abhängig vom Wasserstand höhenverstellbar relativ zu den Schwimmkörpern (1) sind.
  3. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 2. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzsteuerungen (4) und (44) in Verbindung mit den Leitflächen (3) und den Senkplatten (3b) bei Niedrigwasser, bei normalem und erhöhten Wasserstand einen Strömungskanal (8) bilden, wobei die Besonderheit darin besteht, dass dieser Strömungskanal (8) an der Unterseite durch den Grund bzw. das Flussbett begrenzt wird.
  4. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. Und Anspruch 2. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzsteuerungen (4) und (44) im Zusammenwirken mit der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) und in Verbindung mit der Bodenprofilleiste (10) und den zugehörigen Strömungssegmenten (10b) bei Hochwasser einen Strömungskanal (8) bilden, der durch die Leitflächen (3) und der Bodenprofilleiste (10) mit den zugehörigen Strömungssegmenten (10b) begrenzt wird.
  5. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. bis Anspruch 4. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sich bei allen Wasserständen ein Strömungskanal (8) ausbildet. Bei Hochwasser wird dieser durch die Leitflächen (3) und die Bodenprofilleiste (10) mit den Strömungssegmenten (10b) begrenzt. Bei anderen Wasserständen wird der Strömungskanal (8) durch die beiden Leitflächen (3) und dem natürlichen Untergrund (Flussbett) gebildet.
  6. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. bis Anspruch 5. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserquerschnitt des Strömungskanals (8) bei allen Wasserständen durch die Distanzsteuerungen (4) und (44) und der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) erheblich vergrößert wird.
  7. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. bis Anspruch 6. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (2) den gesamten Wasserquerschnitt des Strömungskanals (8) bei allen Wasserständen an der schmalsten Stelle erfasst, wobei der Wasserquerschnitt durch die Leitflächen (3) und das Flussbett oder bei Hochwasser durch die Leitflächen (3) und die Bodenprofilleiste (10) mit den Strömungssegmenten (10b) begrenzt wird.
  8. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anzahl der Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) sowie der Breite und Formgebung der Bodenprofilleiste (10) kein Wasser zwischen zwei Schaufeln (2c) über die Bodenprofilleiste (10) ungehindert durchfließen kann, weil sich zu jedem Zeitpunkt mindestens eine Schaufel (2c) im Bereich der Bodenprofilleiste (10) befindet und sich bei jeder Position im diesem Bereich nur ein sehr kleiner und technisch bedingter Spalt zwischen Schaufel (2c) und Bodenprofilleiste (10) bildet.
  9. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. bis Anspruch 8. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Distanzsteuerungen (4) und (44) und der Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) in Verbindung mit den Leitflächen (3) und der Bodenprofilleiste (10) der Wasserquerschnitt im Strömungskanal (8) bei allen Wasserständen optimiert wird und dieser Querschnitt vollständig vom Wasserrad (2) erfasst und zur Energieumwandlung genutzt wird.
  10. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Distanzsteuerungen (4) und (44) in Verbindung mit der Bodenprofilleiste (10) eine Beschädigung der Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) durch Bodenkontakt verhinderbar ist.
  11. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 10. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie auch bei Niedrigwasser funktionsfähig ist.
  12. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 10. und Anspruch 11. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskop-Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerungen (4) und (44) ein Segment (6) auch ohne Auftrieb an den Schwimmkörpern (1) in einer waagerechten und stabilen Position halten.
  13. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Segmente (6) nebeneinander angeordnet und mit mehreren Segmentkopplungen (14) im Zusammenspiel mit einer Stabilisierungseinheit (15) elastisch zusammengehalten werden können. Eine fakultativ ausbildbare Spreizvorrichtung (17) an benachbarten Geländern (9b) dient der Unterstützung der Stabilisierungseinheit (15).
  14. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 13. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass zwei Segmente (6) auf Grund der geraden Außenseite (1b) der Schwimmkörper (1) zu einer Einheit elastisch miteinander verbindbar sind.
  15. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 13. und Anspruch 14. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbolzen (14a) durch die Stabilisierungseinheit (15) waagerecht und im rechten Winkel zur geraden Seitenwand eines Schwimmkörpers (1) gehalten werden (Vermeidung von Verkantungen).
  16. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 13. bis Anspruch 15. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Verbindungen zwischen zwei Segmenten (6) mittels Segmentkopplung (14) und der Stabilisierungseinheit (15) im Zusammenspiel mit der Spreizvorrichtung (17) verhindern, dass insbesondere die Schwimmkörper (1) durch starke Wellenbewegungen oder starke Bodenprofiländerungen beschädigt oder zerstört werden.
  17. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 13. bis Anspruch 15. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitflächen (3) der benachbarten Segmente (6) an der Anström- und Abströmseite (Bug und Heck) leicht berühren, und es nur zu Aufspreizungen an diesen Stellen kommt, wenn extreme Kräfte (z. B. starke Wellenbewegungen) auftreten.
  18. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 13. bis Anspruch 16. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass Segmente (6) zu einer Segmentreihe (66) verbindbar sind, die von der Fahrrinne bis Ufernähe oder bei Flüssen ohne Schiffs- und Bootsverkehr von Ufernähe zu Ufernähe reichen.
  19. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 18. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass bei Niedrigwasser und normalem Wasserstand die anströmenden Wassermassen in der Gesamtbreite der Segmentreihe (66) durch die Strömungskanäle (8) der Segmentreihe (66) geleitet werden.
  20. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Komponenten (9), (7) sowie (4) und (10) im Zusammenspiel verhindern, dass zwischen den beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) Parallelverschiebungen in horizontaler und vertikaler Richtung auftreten und Verklemmungen des Wasserrades (2) mit den Leitflächen (3) bewirken.
  21. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 20. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die höhenverstellbare Achse (2a) des Wasserrades (2) an beiden Enden doppelt gelagert ist.
  22. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 20. und Anspruch 21. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Doppellagerung der Achse (2a) des Wasserrades (2) eine Synchronisationssteuerung (7) innerhalb der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) bewirkt, dass die wasserstandgesteuerte Höhenverstellung am Hauptlagerblock ((2b)–(2d)) synchron auf den Nebenlagerblock (((2b))–2dd) übertragen wird und die Leitflächen (3) im rechten Winkel zur Achse (2a) des Wasserrades (2) gehalten werden, um Verklemmungen des Wasserrades (2) zu vermeiden.
  23. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 20. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass jede Brücke (9) zwischen den beiden Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) an mindestens vier verschiedenen Punkten je Schwimmkörper (1) so fest mit dem Schwimmkörper (1) verbunden und verstrebt ist, das eine Parallelverschiebung der Schwimmkörper (1) eines Segmentes (6) in horizontaler und vertikaler Richtung verhindert wird.
  24. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptteil (10a) der Bodenprofilleiste (10) an der Oberseite so geformt ist, dass dieser der Kreisbewegung der Schaufeln (2c) folgt und nur ein sehr kleiner und technisch bedingter Spalt zwischen dem Hauptteil (10a) der Bodenprofilleiste (10) und den Schaufeln (2c) im Bereich des Hauptteils (10a) der Bodenprofilleiste (10) entsteht.
  25. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 24. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Hauptteils (10a) der Bodenprofilleiste (10) mit der Anzahl der Schaufeln (2c) so abgestimmt ist, dass sich zu jedem Zeitpunkt mindestens eine Schaufel (2c) im Bereich des Hauptteils (10a) befindet, um zu vermeiden, dass Wasser zwischen zwei Schaufeln und dem Hauptteil (10a) der Bodenprofilleiste (10) ungehindert durchströmen kann.
  26. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 25. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass alternativ zu Anspruch 25. das Hauptteil (10a) aus mehreren Abschnitten (10a1), (10a2), 10a3) usw. zusammengesetzt ist, wobei sich die einzelnen Abschnitte (10a1), (10a2), 10a3) usw. bei extremem Hochwasser zusammen mit den Strömungssegmenten (10b) nach unten senken, um zusätzlich Wasser aus tieferen Schichten auf das Wasserrad (2) zu lenken.
  27. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 13. bis Anspruch 20. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserkraftanlage aus einer oder mehreren Segmentreihen (66) und jede Segmentreihe (66) aus einem oder mehreren Segmenten (6) zusammengesetzt ist.
  28. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 27. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentreihen (66) durch die Verwendung der Seilumlenkeinrichtungen (12) im Zusammenspiel mit den Seilstoppern (13) so miteinander verknüpfbar sind, dass auftretende Kräfte auf beide Schwimmkörper (1) eines Segments (6) und zwischen mehreren Segmenten (6) einer Segmentreihe (66) verteilbar sind.
  29. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 27. und Anspruch 28. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich flussabwärts auf einer Buhne (23a), und im Flussbett (19a) verankerbar ist.
  30. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 27., Anspruch 28. und Anspruch 29. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmentreihen (66) zusätzlich zum Ufer hin an Uferverankerungen (28) verankerbar sind.
  31. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 27. bis Anspruch 30. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass Abstandshalterungen (24) zwischen Buhne und Segment (6) mittels Buhnenabstandshalter (24a) in Verbindung mit einer Buhnenverankerung (24b) und Halterung (24c) am Segment (6) für solche Segmentreihen (66) installierbar sind, die sich in der Nähe eines Buhnenkopfes oder Ufers befinden.
  32. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Segment (6) eine Photovoltaikanlage (33) und maximal 4 Kleinwindkraftanlagen (32) installierbar sind.
  33. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Treibgutschutzeinrichtung (36) ohne Schutzgitter (36g) und/oder Treibgutabsperrung mit Hebe-Senkvorrichtung (45) installierbar ist.
  34. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 33. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Treibgutschutzeinrichtung (36) auch mit Schutzgitter (36g) installierbar ist, wenn keine Treibgutabsperrung mit Hebe-Senkvorrichtung (45) installiert wird.
  35. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 33. und Anspruch 34. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Treibgut durch die Verankerung der Treibgutschutzeinrichtung (36) am Dalbengleiter (37dg) der Dalbenkonstruktion (37) um die Wasserkraftanlage gelenkt wird.
  36. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 33. und Anspruch 35. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Dalbengleiter (37dg) der Dalbenkonstruktion (37) die Treibgutabweiser (36a) der Treibgutschutzeinrichtung (36) in der Nähe der Dalbenkonstruktion (37) so positioniert, dass die Treibgutabweiser (36a) nicht vom Wasser überspült oder aus dem Wasser gehoben werden und auf diese Weise der Schutz der Wasserkraftanlage vor Treibgut bei sich ändernden Wasserständen gewährleistet ist.
  37. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 33., Anspruch 35. und Anspruch 36. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Dalbengleiter (37dg) der Dalbenkonstruktion (37) durch den Auftrieb des Dalbenauftriebskörpers (37da) und seines Eigengewichtes der Höhenveränderung des Wasserspiegels folgt und so ein Überfluten oder Freischweben von Treibgutabweisern (36a) in der Nähe der Dalbenkonstruktion (37) verhindert und auf diese Weise der Treibgutschutz der Wasserkraftablage bei sich ändernden Wasserständen gesichert ist.
  38. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 33., Anspruch 35., Anspruch 36. und Anspruch 37. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktionsmerkmale der Dalbenkonstruktion (37) trotz einseitiger und langzeitiger Zugbelastung die Beibehaltung einer waagerechten Position bewirken und auf diese Weise sicherstellen, dass der Dalbengleiter (37dg) der Höhenveränderung des Wasserspiegels folgt und somit der Treibgutschutz bei sich ändernden Wasserständen gesichert ist.
  39. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 33., Anspruch 35., bis Anspruch 38. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrollen mit Lager und Lagerhaltung (37lr) die auftretenden Reibungswiderstände bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Dalbengleiters (37dg) so verringern, dass in Verbindung mit den anderen Konstruktionsmerkmalen der Dalbenkonstruktion (37) eine Höhenveränderung des Dalbengleiters (37dg) und somit der Schutz der Wasserkraftanlage vor Treibgut durch den Auftrieb des Dalbenauftriebskörpers (37da) und dem Eigengewicht des Dalbengleiters (37dg) ohne fremde Krafteinwirkung (z. B. Motorsteuerung) gesichert ist.
  40. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 33. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie auch dann an einen Dalbengleiter (37dg) der Dalbenkonstruktion (37) mittels Zugseil (27) koppelbar ist, wenn die Wasserkraftanlage ohne Treibgutschutzeinrichtung (36) installiert wird.
  41. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie mit oder ohne Stauraumbegrenzer (39) installierbar ist.
  42. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 41. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Stauraumbegrenzer (39) je Segmentreihe (66) installierbar sind, auch dann, wenn eine Segmentreihe (66) aus nur einem einzelnen Segment (6) besteht.
  43. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 41. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stauraumbegrenzer (39) die Anströmfläche und der energetische Ertrag eines Segments (6) oder einer Segmentreihe (66) wesentlich erhöht werden.
  44. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wasserräder (2) eine Ausbremsung des anströmenden Wassers erfolgt und sich das Wasser an der Anströmseite eines Segments (6) oder Segmentreihe (66) staut.
  45. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 41. bis Anspruch 44. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stauraumbegrenzer (39) weitgehend verhindert wird, dass das angestaute Wasser auf der Anströmseite einer Segmentreihe (66) oder eines Segments (6) ungenutzt an der Wasserkraftanlage vorbeiströmt.
  46. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 41. bis Anspruch 45. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stauraumbegrenzer (39) die potenzielle Energie des angestauten Wassers vor einem Segment (6) oder einer Segmentreihe (66) weitgehend zur Energieumwandlung in Rotationsenergie genutzt wird.
  47. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 41. Bis Anspruch 46. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Stauraumbegrenzer (39) mittels Stauraum-Distanzregulierung (39d) und der Ballastregulierung (39b) so einstellbar ist, dass er einerseits nicht vom Stauwasser überflutet wird und andererseits möglichst bis zum Flussbett reicht, um ein Unterströmen des Stauraumbegrenzers (39) weitgehend zu vermeiden.
  48. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 41. bis Anspruch 47. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastregulierung (1br) in den Schwimmkörpern (1) eines Segments (6) eine waagerechte Positionierung der Schwimmkörper (1) in Fließrichtung bewirkt und somit verhindert, dass eine Anhebung des Schwimmkörpers (1) an der Anströmseite erfolgt, die durch die Staubildung verursacht und durch die Stauraumbegrenzer (39) begünstigt wird.
  49. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) in Verbindung mit dem Deck-Installationssystem (54), dem Trinkwasser-Installationssystem (56), dem Abwasser-Installationssystem (57) und Brauchwasser-Installationssystem (58) zusätzlich als Wohnungen, gastronomische Einrichtungen und Hotellerie nutzbar sind.
  50. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) in Verbindung mit dem Deck-Installationssystem (54) und mit dem automatischen Bewässerungssystem (59) als Treibhäuser nutzbar sind.
  51. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 50. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) in Verbindung mit dem Deck- Installationssystem (54) und ohne das automatische Bewässerungssystem (59) als Treibhäuser nutzbar sind.
  52. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) zusätzlich als Elektrizitäts-Tankstellen nutzbar sind.
  53. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) mit einer Haltevorrichtung für ein Heckmotor (9hh) oder mit einer Ruderanlage mit Steuerrad (54rs) sowie Vorrichtung zur Befestigung eines Antriebs (54va) ausrüstbar und als Wasserfahrzeuge verwendbar sind.
  54. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 53 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass bei der Nutzung eines Segments (2) als Wasserfahrzeug das Wasserrad (2) so höhenverstellbar ist, dass die Schaufeln (2c) des Wasserrades (2) nicht ins Wasser eintauchen.
  55. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) mithilfe eines ausfahrbaren Kielkufengleitsystems (60) bei Schnee und Eis über Land transportierbar sind.
  56. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 55 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) mit fahrbaren und lenkbaren Untersätzen (60fu) am ausfahrbaren Kielkufengleitsystem (60) ohne Schnee und Eis über Land transportierbar sind.
  57. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Antikolksystem (35) ein tiefes Einsinken von Bauteilen im Flussbett verhindert.
  58. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 57. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Antikolksystem (35) eine Veränderung am Flussbett verhindert.
  59. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) der Druck auf das Flussbett, der von einer Leitfläche (3) und der Bodenprofilleiste (10) ausgeübt wird, wesentlich reduziert wird.
  60. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 59. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Distanzsteuerungen (4) neben dem Wasserrad (2) im Zusammenwirken mit der Höhenregelung mittels Seilwinde (34) der Druck der Distanzhalter (4b) und der Bodenprofilleiste (10) auf das Flussbett wesentlich reduziert wird.
  61. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 59. und Anspruch 60. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Distanzsteuerungen (4) neben dem Wasserrad (2) im Zusammenwirken mit der Höhenregelung mittels Seilwinde (34) ein einstellbarer Mindestabstand der Distanzhalter (4b) und der Bodenprofilleiste (10) zum Flussbett bei ausreichender Wassertiefe regulierbar ist.
  62. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 59. bis Anspruch 61. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtung (43) ein einstellbarer Mindestabstand einer Leitfläche (3) zum Flussbett regulierbar ist.
  63. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 59. und Anspruch 62 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die Leitflächen-Hebe- /Senkvorrichtung (43) im Zusammenwirken mit der oberen Befestigungseinheit (41) eine synchrone Auf- und Abwärtsbewegung einer Leitfläche (3) in waagerechter Lage erreicht wird und die Leitfläche (3) beim Erreichen einer vorgegebenen Höhe in Position gehalten wird.
  64. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 62 und Anspruch 63. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die obere Befestigungseinheit (41) eine Leitfläche (3) in der Nähe der Oberseite mit dem Schwimmkörper (1) so verbindet, dass die Leitfläche (3) relativ zum Schwimmkörper (1) auf- und abwärts verschiebbar ist.
  65. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 62. bis Anspruch 64. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die obere Befestigungseinheit (41) eine Leitfläche (3) in der Nähe ihrer Oberseite mit dem Schwimmkörper (1) so verbindet und positioniert, dass die Leitfläche (3) weder das benachbarte Wasserrad (2) noch den benachbarten Schwimmkörper (1) berührt und einen Mindestabstand zum Wasserrad (2) und zum Schwimmkörper (1) einhält.
  66. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 62, Anspruch 64. und Anspruch 65. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die untere Befestigungseinheit (42), die in der Nähe der Unterkante des oberen Teils (3a) einer Leitfläche (3) befestigt ist, eine Auf- und Abwärtsbewegung relativ zu den Distanzhaltern (4b) der Distanzsteuerungen (4) und (44) sowie der Antikolkständer (35as) ermöglicht.
  67. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 62, bis Anspruch 66. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass durch die oberen und unteren Befestigungseinheiten (41) und (42) eine Leitfläche (3) relativ zum Schwimmkörper (1) und auch relativ zum Wasserrad (2) höhenverstellbar ist.
  68. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 62, bis Anspruch 67. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitfläche (3) durch die oberen und unteren Befestigungseinheiten (41) und (42) einen Mindestanstand zum benachbarten Wasserrad (2) und benachbarten Schwimmkörper (1) einhält.
  69. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 2. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) technisch realisierbar ist durch die Höhenregulierung mittels Seilwinde (34).
  70. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 2. und Anspruch 69. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenregulierung mittels Seilwinde (34) im Zusammenwirken mit der zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6), einem Drehmomentsensor (4ds) und Servomotor (4sm) eine Gegenkraft zum Eigengewicht des betreffenden Distanzhalters (4) mit der darauf ruhenden Achse (2a) des Wasserrades (2) ausübt und auf diese Weise den Druck des Distanzalters (4b) und der Bodenprofilleiste (10) auf das Flussbett deutlich reduziert.
  71. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 2. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzsteuerung (44) in Bug- und Hecknähe technisch realisierbar ist durch die Höhenregulierung mittels Gewindespindel (40).
  72. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 2. und Anspruch 71. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenregulierung mittels Gewindespindel (40) ermöglicht, einen Schwimmkörper (1) in waagerechter Position zu halten, auch dann, wenn der Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerung (4) neben dem Wasserrad (2) Berührung mit dem Flussbett hat.
  73. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 2. Anspruch 71. und Anspruch 72. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastwasserregulierung (1br) mit der Flutkammer vorn (1fkv) und Flutkammer hinten (1fkh) ermöglicht, einen Schwimmkörper (1) in waagerechter Position zu halten, wenn bei Hochwasser die Distanzhalter (4b) der Distanzsteuerungen (4) und (44) eines Schwimmkörpers (1) keinen Kontakt mit dem Flussbett haben.
  74. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 73. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastwasserregulierung (1br) durch Fluten der Flutkammer vorn (1fkv) der Anhebung am Bug entgegenwirkt, die durch den Stau bei veränderlichen Strömungsgeschwindigkeiten auftritt.
  75. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 73. und Anspruch 74. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Ballastwasserregulierung (1br) mit der Flutkammer vorn (1fkv) und Flutkammer hinten (1fkh) ermöglicht, mittels Neigungssensoren und im Zusammenwirken mit der zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6) beide Schwimmkörper (1) eines Segments (6) auf gleicher Höhe zu halten.
  76. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) neben dem Wasserrad (2) eine Hebevorrichtung (5) je Schwimmkörper (1) besitzen.
  77. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 und Anspruch 76. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass in der Hebevorrichtung (5) neben dem Wasserrad (2) die Distanzsteuerung (4) integriert ist.
  78. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 76. und Anspruch 77. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung (5) technisch realisierbar ist mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38).
  79. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 76. bis Anspruch 78. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38), die auf einem Basiskörper (38bk) montiert ist, einen anderen Körper – auch Hebe-/Senkgestänge (39hg) genannt – relativ zum Basiskörper (38bk) mithilfe zweier Stirnräder und gegenüber liegenden Zahnstangen (38zs) nach oben oder unten bewegt.
  80. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 76. bis Anspruch 79. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnstangen (38zs) der Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38) an den gegenüberliegenden Seiten des Hebe-/Senkgestänges (38hg) angebracht sind und die beiden Stirnräder (38sb), die in die Zahnstangen greifen, über mehrere Stirnräder (38ss) synchronisiert werden.
  81. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 76. bis Anspruch 80. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Hebe-/Senkgestänge (38hg) zwischen den Zahnstangen (38zs) der Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38) Bestandteil der Distanzsteuerung (4) ist, die technisch realisierbar ist als Höhenregulierung mittels Seilwinde (34).
  82. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 76. bis Anspruch 81. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung (5) mit der integrierten Distanzsteuerung (4) einen zweistufigen Hebe-Senkmechanismus bildet, der im Zusammenwirken ermöglicht, tiefliegende Bauteile wie z. B. die Bodenprofilleiste (10) höher zu befördern, als die tiefste Stelle eines Schwimmkörpers (1).
  83. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 76. bis Anspruch 82. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung (5) mit der integrierten Distanzsteuerung (4) ermöglicht, bei Wartungsarbeiten und Havarien das Wasserrad (1) komplett aus dem Wasser zu heben.
  84. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) jeweils in Bug- und Hecknähe eine Hebevorrichtung (55) je Schwimmkörper (1) besitzen.
  85. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 84. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass in der Hebevorrichtung (55) in Bug- und Hecknähe die Distanzsteuerung (44) integriert ist.
  86. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 84. und Anspruch 85. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung (55) in Bug- und Hecknähe technisch realisierbar ist mittels doppelseitiger Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38).
  87. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 84. bis Anspruch 86. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die doppelseitige Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38) die technischen Merkmale aufweist, die in den Ansprüchen 79. und 80. genannt sind.
  88. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 84. bis Anspruch 87. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Hebe-/Senkgestänge (38hg) zwischen den Zahnstangen (38zs) der Zahnstangen-Hebe-/Senkvorrichtung (38) Bestandteil der Distanzsteuerung (44) ist, die technisch realisierbar ist als Höhenregulierung mittels Gewindespindel (40).
  89. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 84. bis Anspruch 88. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtungen (5) und (55) mit den integrierten Distanzsteuerungen (4) und (44) im Zusammenwirken mit den Leitflächen-Hebe-/Senkvorrichtungen (43) ermöglichen, bei Wartungsarbeiten, Havarien und anderen Anlässen tiefliegende Komponenten komplett aus dem Wasser zu heben.
  90. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Segmente (6) mit einer zentralen Steuereinheit (50) eines Segments (6) ausgerüstet sind.
  91. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1. und Anspruch 90. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) aus einen Computer und einem zuverlässigen Betriebssystem oder einer speziellen Hardware besteht, die für Steuerung und Regelung eines Segments (6) konzipiert ist.
  92. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. und Anspruch 91. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) die Schaltzustände und Messwerte aller Sensoren eines Segments (6) empfängt, auswertet und Steuerbefehle an alle Servomotoren eines Segments (6) erteilt.
  93. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 92. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) die Schaltzustände und Messwerte aller Sensoren eines Stauraumbegrenzers (39) empfängt, auswertet und Steuerbefehle an alle Servomotoren des betreffenden Stauraumbegrenzers (39) erteilt, wenn ein Segment (6) mit einem Stauraumbegrenzer (39) verbunden ist.
  94. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 93. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) einer Segmentreihe (66) als Server (50s) agiert und mit den Steuereinheiten (50) der benachbarten Segmente (6) vernetzt ist.
  95. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 94. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Server (50s) einer Segmentreihe (66) alle Schaltzustände und Messwerte von den zentralen Steuereinheiten (50) der benachbarten Segmente (6) und zugehörigen Stauraumbegrenzer (39) empfängt, auswertet und Befehle an die betreffenden zentralen Steuereinheiten (50) erteilt.
  96. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 95. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ein Server (50s) einer Segmentreihe (66) in der Lage ist, alle Schaltzustände und Messwerte aller Sensoren einer Segmentreihe (66) und der zugehörigen Stauraumbegrenzer (39) an eine Überwachungs- und Wartungszentrale per Funk und/oder mittels Datenkabel zu übermitteln.
  97. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 96. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (52) zusätzlich mit Bewegungssensoren zur Kontrolle unberechtigten Betretens ausgerüstet ist. Fakultativ ist auch ein Videoüberwachungssystem (52vu) installierbar.
  98. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 93. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung eines Computers mit Betriebssystem als zentrale Steuereinheit (50) eines Segments (6) und als Server (50s) ein Adaptersystem (53) erforderlich ist, das die Schaltzustände und Messwerte der Sensoren so umwandelt, dass sie über eine Schnittstelle vom Computer empfangen und interpretiert werden. Auch die Steuerbefehle vom Computer an die Servomotoren sind vom Adaptersystem (53) entsprechend codierbar.
  99. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 92 bis Anspruch 98. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ein Server (50s) einer Segmentreihe (66) Kommandos von einer Wartungszentrale empfängt und ausführt.
  100. Die Wasserkraftanlage nach Anspruch 1., Anspruch 90. bis Anspruch 99. ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend zum den zentralen Steuereinheiten (50) eines Segments (6) und Server (50s) Stromschaltkreise installierbar sind, die beim Ausfall einer Steuereinheit (50) eines Segments (6), eines Servers (50s) oder eines Adaptersystems (53) einen Notbetrieb ermöglichen und verhindern, dass Schäden an den Segmenten (6) und Stauraumbegrenzern (39) auftreten.
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