DE202009014655U1 - Wasserrad zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Energie mittels Wasserkraft - Google Patents

Wasserrad zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Energie mittels Wasserkraft Download PDF

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Abstract

Wasserrad (1) zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Energie mittels Wasserkraft, mit auf dem Umfang in einem Radkranz (3) angeordneten Wasserzellen (2), wobei der Radkranz (3) über radiale Speichenstreben mit einer mittigen Drehachse (4) für einen Antrieb insbesondere eines Generators drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkranz (3) an seinen beiden voneinander beabstandeten axialen Seiten (A, B)) jeweils mindestens vorzugsweise vier baugleiche kreisbogenförmige Seitenelemente (5a bzw. 5b) aus Holz aufweist, welche an ihren Schnitt- oder Verbindungsstellen (6) mit jeweils mindestens vorzugsweise vier Speichenstreben (7a bzw. 7b) aus Holz miteinander und die Speichenstreben (7a bzw. 7b) mit der Drehachse (4) kraftschlüssig verbunden sind, wobei die beiden axial voneinander beabstandeten Seitenelemente (5a, 5b) des Radkranzes (3) als Aufnahme von mindestens vorzugsweise sechzehn baugleichen Wasserzellen (2) aus Metall ausgebildet und mit den Wasserzellen (2) zu einem stabilen Radkorpus fest verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wasserrad zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Energie mittels Wasserkraft, mit auf dem Umfang in einem Radkranz angeordneten Wasserzellen, wobei der Radkranz über radiale Speichenstreben mit einer mittigen Drehachse für einen Antrieb insbesondere eines Generators drehfest verbunden ist.
  • Derartige Wasserräder sind aus dem praktischen Betrieb bekannt.
  • In der Regel handelt es sich um einzeln angepasste Ausführungen, welche für den Einsatz an einem bestimmten Ort gemäß der Durchflussmenge des Wassers, der Fallhöhe und der Zufluss- und Abflussart individuell ohne hohen Vorfertigungsgrad gebaut werden.
  • Dazu werden üblicherweise einzelne möglichst große Metallbleche oder Holzplatten mit entsprechenden metallenen oder hölzernen Seitenelementen verschweißt oder verschraubt, je nachdem, ob es sich um ein Wasserradsystem aus Metall oder um ein Wasserradsystem aus Holz handelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Wasserrad der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit einem hohen Vorfertigungsgrad flexible Individuallösungen von stabilen, effektiv betreibbaren, zuverlässig arbeitenden Wasserrädern bei einfachem, kostengünstigen Aufbau nebst einfacher und kostengünstiger Fertigung und Montage sowie hohem Nutzungsgrad ermöglicht.
  • Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Wasserrad der in Anspruch 1 angegebenen Art, vorteilhaft weitergebildet durch die Merkmale nach den Ansprüchen 2 bis 21.
  • Wesen der Erfindung ist, dass der Radkranz an seinen beiden voneinander beabstandeten axialen Seiten jeweils mindestens vorzugsweise vier baugleiche kreisbogenförmige Seitenelemente aus Holz aufweist, welche an ihren Schnitt- oder Verbindungsstellen mit jeweils mindestens vorzugsweise vier Speichenstreben aus Holz miteinander und die Speicherstreben mit der Drehachse kraftschlüssig verbunden sind, wobei die beiden axial voneinander beabstandeten Seitenelemente des Radkranzes als Aufnahme von mindestens vorzugsweise sechzehn baugleichen Wasserzellen aus Metall ausgebildet und mit den Wasserzellen zu einem stabilen Radkorpus fest verbunden sind.
  • Insbesondere sind die Schnitt- oder Verbindungsstellen der kreisbogenförmigen Seitenelemente auf der einen axialen Seite des Radkranzes bezüglich der Schnitt- oder Verbindungsstellen der kreisbogenförmigen Seitenelemente auf der anderen axialen Seite des Radkranzes umfangsmäßig zueinander ausgerichtet, und es ist an zwei umfangsmäßig zueinander ausgerichteten Schnitt- oder Verbindungsstellen eine Wasserzelle montierbar, die den Bereich der beiden Schnitt- oder Verbindungsstellen überbrückt, den Zusammenbau von Radkranz-Segmenten erleichtert und nach einem Zusammenbau für eine große Stabilität des Radkorpus sorgt.
  • Die Wasserzellen können mit Vorzug unabhängig von der Ausführung der Seitenelemente als Einzelzelle oder als Mehrfachzelle ausgestaltet sein.
  • Die Wasserzellen sind in sich geschlossen, d. h. becherartig bzw. trogartig mit Seitenplatten in Angrenzung an die Seitenelemente im montierten Zustand aufgebaut und vorzugsweise im Axialschnitt des Wasserrades teilweise der Form einer Klothoide angenähert, d. h. einer Kurve, deren Produkt von beliebiger Bogenlänge mit dem jeweils zugehörigen Radius konstant ist. Dann ändert sich die Krümmung linear mit der Bogenlänge, was optimale konstante Ein-(und Ausström-)-Geschwindigkeit des Wassers in die (und aus der) Zelle bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit, d. h. konstanter Drehzahl des Wasserrades bedeutet. Bei einem derartigen Strömungsverlauf wird das Wasserrad stetig bei geringer Geräuschentwicklung und geringer mechanischer Beanspruchung betrieben.
  • Mit Vorzug können die Wasserzellen einzeln ausgetauscht werden, etwa bei Verschleiß, oder dann, wenn sich die Strömungsverhältnisse ändern.
  • Der Wasserraddurchmesser wird vom Radius der Kreisbogenform der Seitenelemente bestimmt, die vorzugsweise gebogene Holzpaneele sind.
  • Das Wasserrad kann im Bedarfsfall in seiner Leistung mit einfachen Mitteln gesteigert werden durch Anordnung mindestens eines weiteren baugleichen Radkranzes auf derselben Drehachse, wodurch die Wasserrad-Breite mindestens verdoppelt wird.
  • Für eine hinreichend stabile Befestigung können die Wasserzellen durch mindestens eine Lochdurchführung je Seitenplatte mit dem Seitenelement aus Holz mittels Schraubbolzen, Nieten oder Stiften kraftschlüssig, reibschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein.
  • Hierbei erstrecken sich mit Vorzug die Schraubbolzen durch die gesamte Breite des Radkranzes.
  • Wenn auch bevorzugt die Wasserzellen selbst durch die vorgenannten Schraubbolzen oder dergleichen bei einem Zusammenbau des Radkranzes mit den zugehörigen kreisbogenförmigen Seitenelementen verspannt werden, so kann in alternativer Ausführungsvariante vorgesehen sein, die Schraubbolzen in Distanzbuchsen aufzunehmen, die bei Verspannung der Schraubbolzen keine Druckbeanspruchung auf die zwischengeordneten Wasserzellen ermöglichen, wobei die Wasserzellen formschlüssig an den Distanzbuchsen eingehängt oder festgeklemmt sind. Selbstverständlich sind die Einhäng- oder Festklemmstellen der einzelnen Wasserzellen so gewählt, dass eine hinreichend sichere Befestigung der Wasserzellen am Radkranz bei guter Kraftüberübertragung des einfließendes Wassers auf das Wasserrad möglich ist.
  • Für eine sichere Befestigung kann analog jedes Seitenelement aus Holz an seinen beiden Enden mit einer Speichenstrebe durch mindestens eine Lochdurchführung mittels (kurzer) Schraubbolzen, Nieten oder Stiften kraftschlüssig verbunden sein.
  • Insbesondere ist die Wasserzelle aus nicht-rostendem Metall ausgebildet oder aus Metall mit einer Schutzschicht gegen Rost ausgeführt.
  • Das Wasserrad kann in besonderer Ausgestaltung zum Schutz vor thermischen und äußeren Einflüssen wie Kälte, Hitze, Verschmutzung, Lärmemission, etc. mit einer Einhausung versehen sein. Die Einhausung kann ein geschlossenes Gehäuse oder nur ein Dach mit Dachstützen und Querverstrebungen oder dergleichen sein.
  • Bevorzugt ist durch ein Steigersystem die Wasserzuführung zum Wasserrad über eine Druckrohrleitung ermöglicht.
  • Das Steigersystem kann in der Einhausung zumindest teilweise angeordnet oder integriert sein.
  • Ein besonders lange und effektive Benutzungsdauer des Wasserrades übers Jahr ergibt sich, wenn die Wasserzellen aus Metall beheizbar sind.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist die Hybridbauweise eines Wasserrades, dessen Wasserzellen und Drehachse einerseits aus Metall und dessen Radkranz einschließlich der radialen Speichenstreben auf beiden axialen Seiten der Wasserzellen andererseits aus Holz gefertigt sind.
  • Die Wasserzellen aus Metall sorgen für einen guten Wirkungsgrad durch optimale Anpassung der Form der becherartigen Wasserzellen an das Strömungsverhalten des Wassers während eines Einflusses in den „Becher” und während eines Ausflusses aus dem „Becher” für eine Minimierung der Lufteinschlüsse sowie durch optimale Anpassung der Anzahl der einzelnen Wasserzellen an das Individualsystem. Außerdem ergibt sich ein gutes, d. h. geräuscharmes und insbesondere ruckfreies Laufverhalten bei großer Verschleißfestigkeit der Wasserzellen. Von Vorteil der Metallausbildung ist ferner die Modularität durch flexible Gestaltung der Bauform der Wasserzellen.
  • Die Vorteile der Holzausbildung des Radkranzes, insbesondere der diversen kreisbogenförmigen Seitenelemente in Plattenform einschließlich der radialen Speichenstreben in Plattenform auf beiden axialen Seiten der Wasserzellen sorgen für eine kostengünstige Anschaffung und Fertigung und insbesondere für einen hohen Grad an Landschaftsbildtauglichkeit. Aufgrund der Ausbildung der radialen Speichenstreben auf beiden axialen Seiten der Wasserzellen ist es entbehrlich, den ringförmigen radial innen liegenden Boden der metallenen Wasserzellen zusätzlich mit Holztafeln zu verkleiden, da der Boden der Wasserzellen ohnehin durch die Speichenstreben praktisch nicht für einen Betrachter oder Naturfreund einsehbar oder wahrnehmbar ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die modulare Bauweise der Einzelteile, die eine einfache Realisierung eines individuellen Wasserrads ermöglicht. Auch können sowohl die erfindungsgemäß baugleichen Wasserzellen aus Metall einzeln oder gegebenenfalls in Großserie als auch die erfindungsgemäß baugleichen Seitenelemente aus Holz gegebenenfalls ebenfalls in Großserie für unterschiedliche Wasserrad-Durchmesser vorgefertigt werden. Gleiches gilt für die Speichenstreben, die ebenfalls für unterschiedliche Wasserrad-Durchmesser vorgefertigt werden können. Darüber hinaus können beispielsweise einzelne Segmente oder Quadranten des Wasserrades großenteils vormontiert und erst vor Ort zu einem ganzen Wasserrad endmontiert werden. Die Segmentbauweise ermöglicht einen einfachen Transport.
  • Zusammenfassend ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
    • – Landschaftsbildtaugliches System
    • – Hoher Wirkungsgrad durch metallische Ausbildung der Wasserzellen durch Geometrieoptimierung der Zelle für eine Minimierung der Lufteinschlüsse
    • – Modulare Bauweise durch Anpassung an die Fallhöhe durch Anpassung an die Durchflussmenge des Wassers durch wahlweise Erweiterung um Steigervarianten, Zulaufkanal und Wehrsystem
    • – Segmentbauweise für einfachen Transport
    • – Integration der Getriebetechnik, Generatortechnik und Elektrik in ein modulares Gesamtsystem
    • – Kostengünstiger Systemaufbau
    • – Hohe Jahresarbeit und Wirtschaftlichkeit durch Ausschalten der Kältebrücken durch Holzisolation durch Nutzung der Kondenswärme des Wassers
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben; es zeigen:
  • 1 und 2 Seitenansicht und Perspektivansicht eines Wasserrades mit Einhausung und Steigersystem gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,
  • 3 das Wasserrad nach 2,
  • 4 und 5 die Einzelheiten C und D der 3,
  • 6 das Wasserrad ähnlich 3 in alternativer Ausgestaltung,
  • 7 und 8 Modifikationen von Wasserrädern unterschiedlichen Durchmessers,
  • 9 und 10 das Wasserrad nach den 1 bis 5 während eines Zusammenbaus,
  • 11 ein Wasserrad in alternativer Ausgestaltung in perspektivischer Ansicht ähnlich 3,
  • 12 die Einzelheit E der 11 in vergrößerter Darstellung,
  • 13 eine Einzelheit der 12, und
  • 14 eine weitere Variante des Aufbaus von Seitenelementen.
  • Gemäß Zeichnungen umfasst ein Wasserrad 1 zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Wasserkraft Wasserzellen 2, welche auf dem Umfang in einem Radkranz 3 vorgesehen sind. Der Radkranz 3 ist über radiale Speichenstreben mit einer mittigen Drehachse 4 für einen Antrieb eines (nicht veranschaulichten) Generators drehfest verbunden. Anstelle des Generators kann die Drehachse mechanisch an ein Drehwerk angekoppelt sein, beispielsweise einer Getreidemühle, eines Sägewerks, eines Schmiedehammers oder dergleichen.
  • Der Radkranz 3 weist an seinen beiden voneinander beabstandeten axialen Seiten A, B jeweils sechs baugleiche kreisbogenförmige Seitenelemente 5a bzw. 5b aus Holz auf, welche an ih ren Schnitt- oder Verbindungsstellen 6 mit den radial äußeren Enden von jeweils sechs Speichenstreben 7a bzw. 7b aus Holz miteinander kraftschlüssig verbunden sind, und die anderen radial inneren Enden der Speicherstreben 7a bzw. 7b mit der Drehachse 4 kraftschlüssig verbunden sind. Hierbei sind die Speichenstreben direkt mit Seitenelementen verbunden.
  • Eine indirekte Verbindung der Speichenstreben mit den Seitenelementen wird später noch mit Bezug auf die 11 bis 13 beschrieben.
  • Die jeweils sechs baugleichen kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a bzw. 5b liegen jeweils in einer Ebene A bzw. B, die jeweils senkrecht zur Drehachse 4 verläuft, und bilden im montierten Zustand einen auf dem Umfang geschlossenen Holzring gleicher Ringbreite und gleicher Axialdicke.
  • Zwischen den beiden vorgenannten voneinander beabstandeten Holzringen befinden sich umfangsmäßig gleich beabstandet voneinander baugleiche Wasserzellen.
  • Insbesondere sind die beiden axial voneinander beabstandeten Seitenelemente 5a, 5b des Radkranzes 3 als Aufnahme von vierundzwanzig baugleichen Wasserzellen 2 aus Metall ausgebildet und sind im montierten Zustand mit den Wasserzellen 2 zu einem stabilen Radkorpus fest verbunden.
  • Gemäß Zeichnungen sind die Schnitt- oder Verbindungsstellen 6 der beiden voneinander beabstandeten Holzringe axial zueinander ausgerichtet.
  • Insbesondere sind, wie dies am besten in 10 zu erkennen ist, an den ausgerichteten Schnitt- oder Verbindungsstellen 6 Wasserzellen 2 montiert, die den Bereich der Schnitt- oder Verbindungsstellen 6 überbrücken und nach einem Zusammenbau für eine große Stabilität des Radkorpus sorgen.
  • In alternativer Ausgestaltung können jedoch die Schnitt- oder Verbindungsstellen 6 der kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a auf der einen axialen Seite A des Radkranzes 3 bezüglich der Schnitt- oder Verbindungsstellen 6 der kreisbogenförmigen Seitenelement 5b auf der anderen axialen Seite B des Radkranzes 3 umfangsmäßig versetzt sein, wobei auch an den umfangsmäßig versetzten Verbindungsstellen 6 radial äußere Enden zugehöriger kreisbogenförmiger Seitenelemente befestigt sind.
  • Die Wasserzellen 2 gemäß Zeichnungen sind unabhängig von der Ausführung der Seitenelemente als Mehrfachzelle, insbesondere Doppelzelle, ausgeführt. Gegebenenfalls können die Wasserzellen 2 auch als Einzelzelle ausgestaltet sein.
  • Wie bereits einleitend ausgeführt, sind auch in den Ausführungsbeispielen der Zeichnungen die Wasserzellen 2 becher- oder trogartig aufgebaut und weisen Seitenplatten 12 auf, die im montierten Zustand der Anordnung satt an zugehörigen Seitenelementen 5a bzw. 5b anliegen. Eine Wasserzelle 2 ist in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse 4 vorzugsweise teilweise der Form einer Klothoide angenähert.
  • Wie insbesondere der 6 zu entnehmen ist, wird in einer Variante eines leistungsstarken Wasserrades durch Anordnung eines weiteren baugleichen Radkranzes 3 nebst Wasserzellen 2 auf derselben Drehachse 4 die Wasserrad-Breite verdoppelt.
  • Die Wasserzellen 2 sind durch vier Lochdurchführungen 13 je Seitenplatte 12 mit dem zugehörigen Seitenelement 5a, 5b aus Holz mittels Schraubbolzen 8, Nieten oder Stiften kraftschlüssig verbunden, wie dies insbesondere aus 10 hervorgeht. Hierbei erstrecken sich die Schraubbolzen 8 durch die gesamte Breite des Radkranzes, wie dies am besten der 9 zu entnehmen ist.
  • Alternativ können die Schraubbolzen 8 in Distanzbuchsen aufgenommen sein, die eine Verspannung der Schraubbolzen 8 auch ohne Druckbeanspruchung der zwischengeordneten Wasserzellen 2 erlauben. Dann können die nicht druckbeanspruchten Wasserzellen 2 formschlüssig an den Distanzbuchsen eingehängt oder festgeklemmt sein und auch leicht ohne Demontage des Radkranzes 3 ausgetauscht werden.
  • Jedes Seitenelement 5a, 5b aus Holz ist an seinen beiden Enden mit einer Speichenstrebe 7a, 7b durch drei Lochdurchführungen 14 mittels kurzer Schraubbolzen 9, Nieten oder Stiften kraftschlüssig verbunden.
  • Die Wasserzellen 2 sind aus nicht-rostendem Metall ausgebildet oder aus Metall mit einer Schutzschicht gegen Rost ausgeführt.
  • Wie vorstehend bereits erwähnt, sind die Speichenstreben 7a, 7b in den bislang beschriebenen Ausführungsvarianten direkt mit den kreisbogenförmigen Seitenelementen 5a, 5b verbunden, wobei die radial äußeren Enden der Speichenstreben geringfügig ausgespart sind, wie dies insbesondere der 4 zu entnehmen ist. Die Speichenstreben liegen nach einer Montage nicht in der Ebene der Seitenelemente 5a, 5b.
  • In alternativer Ausgestaltung können die Speichenstreben auch indirekt mit den kreisbogenförmigen Seitenelementen 5a, 5b verbunden sein, wie dies insbesondere in den 11 bis 13 dargestellt ist.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass das radial äußere Ende jeder Speichenstrebe 7a, 7b über ein Verbindungsstück 16 aus Metall mit den zugehörigen Enden der kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a, 5b kraftschlüssig verbunden ist, wobei die Enden der kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a, 5b, welche die Schnitt- oder Verbindungsstelle 6 bilden, ausgespart oder abgesetzt sind und ein radial äußerer Plattenabschnitt 17 des Verbindungsstücks 16 zwischen den ausgesparten oder abgesetzten Enden der kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a, 5b liegt. Die kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a, 5b und die Speichenstreben 7a, 7b liegen hierbei in der gleichen Ebene und besitzen die gleiche Dicke. Die Schnitt- oder Verbindungsstelle 6 ist mithin nicht ein gerader Schnitt durch die Seitenelemente, wie durch eine gerade Linie in 4 gezeigt, sondern ein winkliger Schnitt, wie am besten aus 11 zu erkennen ist. Die ausgesparten oder mit einem Absatz versehenen Enden der Seitenelemente 5a, 5b überlappen sich nach einer Montage und nehmen im Überlappungsbereich den zwischengeordneten Plattenabschnitt 17 des Verbindungsstücks 16 auf. Der Plattenabschnitt 17 ist durch Schraubbolzen mit den Seitenelementen fest verbunden. Die Basis 18 des Verbindungsstücks 16 gemäß 13 unten ist U-förmig ausgebildet, bildet eine formschlüssige Aufnahme für das radial äußere Ende der Speichenstrebe und ist fest mit diesem Speichenstreben-Ende über Schraubbolzen verbunden.
  • Gemäß Ausführungsvariante nach 14 sind die kreisbogenförmigen Seitenelemente 5a, 5b (gegebenenfalls auch die Speichenstreben 7a, 7b) zugeschnittene Formteile. Jedes Seitenelement 5a, 5b (gegebenenfalls auch jede Speichenstrebe) ist aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt. Die Seitenelemente 5a, 5b (gegebenenfalls auch die Speichenstreben) sind aus mehreren Lagen aufgebaut und miteinander verleimt. Der Radkranz 3 wird nach dieser Variante aus Holzpaneelen in mehreren Lagen gefertigt. Die Anordnung der einzelnen Paneele ermöglicht einen einfachen und somit günstigen Fertigungsprozess. Die Paneele werden im richtigen Winkel geschnitten, zueinander verleimt und in Lagen übereinander verleimt.
  • Das Wasserrad 1 ist zum Schutz vor thermischen und äußeren Einflüssen wie Kälte, Hitze, Verschmutzung, Lärmemission, etc. mit einer Einhausung 10 versehen. Die Einhausung 10 kann ein geschlossenes Holzgehäuse oder vorzugsweise ein abgewinkeltes Holzdach sein, welches Vertikalstützen 15 und Horizontalstreben 16 besitzt, wie dies insbesondere den 1 und 2 zu entnehmen ist.
  • Im Gesamtsystem eines Wasserrades 1 befindet sich nach den 1 und 2 ein Steigersystem 11 aus Holz, dessen Druckrohrleitung die Wasserzuführung zur oberen Kulmination des Radkranzes 3 für einen Wassereintritt in eine dortige Wasserzelle 2 ermöglicht. Die Druckrohrleitung wird durch ein fließendes Gewässer der Umgebung gespeist. Es versteht sich, dass ein nicht in den Zeichnungen gezeigter Wasserabfluss im Gesamtsystem des Wasserrades 1 vorgesehen ist, welcher das aus der Wasserzelle 2 im Bereich der unteren Kulmination des Radkranzes 3 austretende Wasser auffängt.
  • Durch das Steigersystem 11 aus Holz wird die Kondenswirkung des Wassers genützt, um einem Einfrieren der Wasserzellen 2 entgegenzuwirken. Das Steigersystem 11 ist in der Einhausung 10 zumindest teilweise angeordnet oder integriert.
  • Für einen längeren Betrieb eines Wasserrades 1 übers Jahr kann eine (nicht veranschaulichte) Beheizungsvorrichtung für die in später Jahreszeit möglicherweise zur Frostbildung neigenden metallenen Wasserzellen 2 vorgesehen sein, welche die Wasserzellen 2 aus Metall im Bedarfsfall beheizt. Die Beheizungsvorrichtung kann eine umweltfreundliche Solarheizung sein. Die Holzbauweise des Radkranzes 3 und der Speicherstreben 7a, 7b allein sorgen aber vielfach bereits für eine ausreichende Isolation.
  • Es wird also durch die materialhybride Ausführung mit Seitenelementen aus Holz und Wasserzellen aus Metall durch den Einsatz des Baustoffes Holz eine kostengünstige und kälteisolierende Rahmenkonstruktion geschaffen, welche mit flexibel auswechselbaren Wasserzellen aus Metall einen hohen Wirkungsgrad durch optimal ausgeformte Zellengeometrien erreicht. Zusätzlich wird durch den Baustoff Holz eine augenscheinlich vertraute landschaftsbildtaugliche Ausführungsform geschaffen, mit dem Vorteil einer hohen Jahresarbeit durch längeres Zurückhalten von Vereisungen durch den Baustoff Holz.
  • Vorteilhaft ist der günstige Aufbau des Wasserrades durch den Einsatz des Baustoffes Holz für die kreisbogenförmigen Seitenelemente und die Speichenstreben, wodurch eine kostengünstige und stabile Grundkonstruktion erreicht wird, bei hohem Wirkungsgrad und somit hoher Jahresarbeit durch optimal ausgeformte in sich stabile Wasserzellen aus Metall, welche hinsichtlich der Anforderungen unabhängig von den Seitenelementen aus Holz in Bezug auf Zellenbreite, Füllfaktor der Zelle, Zellenanzahl gewählt werden kann.
  • Vorteilhaft ferner ist, dass die Größe und Form der Ausführung der Wasserzelle unabhängig vom Durchmesser des Radkranzes gewählt werden kann.
  • Auch von Vorteil ist die hohe Service- und Wartungsfreundlichkeit durch die Möglichkeit des einfachen Tausches der in sich stabilen Wasserzellen.
  • Vorteilhaft ist die Möglichkeit einer Einhausung des Wasserrades, aufbauend auf vorhandene statische Grundkonstruktionen, wie z. B. dem Steigersystem, um das Wasserrad vor Umgebungseinflüssen (z. B. Kälte, Schmutz), wie auch die Umgebung vor entstehenden Emissionen wie z. B. Geräuschemission zu schützen. Durch den Kälteschutz einer geschlossenen Umhausung kann ein eisfreier Betrieb trotz äußerer Kälteeinwirkung erreicht werden, wodurch ein ganzjährige Betrieb ermöglicht wird und die Wirtschaftlichkeit in Bezug auf herkömmliche Anlagen optimal verbessert wird.
  • Durch die materialhybride Ausführung der visuell außenwirkenden Bauteile aus Holz für die Rahmenkonstruktion und der funktionell innenliegenden Wasserzellen aus Metall wird ein gestalterischer Vorteil für augenscheinlich vertraute landschaftsbildtaugliche Realisierungen erreicht.
  • In Abhängigkeit der Transport- und Montagebedingungen ist eine weitere Vorfertigung durch Vormontage der Wasserzellen mit den Seitenelementen vorgesehen, wobei die vollständige Montage- und Servicefreundlichkeit durch die Austauschbarkeit der Wasserzellen gegeben bleibt.

Claims (21)

  1. Wasserrad (1) zur Erzeugung von elektrischer oder mechanischer Energie mittels Wasserkraft, mit auf dem Umfang in einem Radkranz (3) angeordneten Wasserzellen (2), wobei der Radkranz (3) über radiale Speichenstreben mit einer mittigen Drehachse (4) für einen Antrieb insbesondere eines Generators drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radkranz (3) an seinen beiden voneinander beabstandeten axialen Seiten (A, B)) jeweils mindestens vorzugsweise vier baugleiche kreisbogenförmige Seitenelemente (5a bzw. 5b) aus Holz aufweist, welche an ihren Schnitt- oder Verbindungsstellen (6) mit jeweils mindestens vorzugsweise vier Speichenstreben (7a bzw. 7b) aus Holz miteinander und die Speichenstreben (7a bzw. 7b) mit der Drehachse (4) kraftschlüssig verbunden sind, wobei die beiden axial voneinander beabstandeten Seitenelemente (5a, 5b) des Radkranzes (3) als Aufnahme von mindestens vorzugsweise sechzehn baugleichen Wasserzellen (2) aus Metall ausgebildet und mit den Wasserzellen (2) zu einem stabilen Radkorpus fest verbunden sind.
  2. Wasserrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitt- oder Verbindungsstellen (6) der kreisbogenförmigen Seitenelemente (5a) auf der einen axialen Seite (A) des Radkranzes (3) bezüglich der Schnitt- oder Verbindungsstellen (6) der kreisbogenförmigen Seitenelement (5b) auf der anderen axialen Seite (B) des Radkranzes (3) umfangsmäßig zueinander ausgerichtet sind, und an zwei umfangsmäßig zueinander ausgerichteten Schnitt- oder Verbindungsstellen (6) eine Wasserzelle (2) montierbar ist.
  3. Wasserrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzellen unabhängig von der Ausführung der Seitenelemente als Einzelzelle oder als Mehrfachzelle ausgestaltet sind.
  4. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzellen (2) becher- oder trogartig aufgebaut und im Querschnitt vorzugsweise teilweise der Form einer Klothoide angenähert sind.
  5. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzellen (2) einzeln austauschbar sind.
  6. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserraddurchmesser vom Radius der Kreisbogenform der Seitenelemente (5a, 5b) bestimmt ist.
  7. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anordnung mindestens eines weiteren baugleichen Radkranzes (3) auf derselben Drehachse (4) die Wasserrad-Breite mindestens verdoppelt ist.
  8. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzellen (2) durch mindestens eine Lochdurchführung je Seitenplatte mit dem Seitenelement (5a, 5b) aus Holz mittels Schraubbolzen (8), Nieten oder Stiften kraftschlüssig, reibschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
  9. Wasserrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubbolzen (8) sich durch die gesamte Breite des Radkranzes erstrecken.
  10. Wasserrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubbolzen (8) in Distanzbuchsen aufgenommen sind und eine Verspannung der Schraubbolzen auch ohne Druckbeanspruchung der zwischengeordneten Wasserzellen (2) erlauben, und die Wasserzellen (2) formschlüssig an den Distanzbuchsen eingehängt oder festgeklemmt sind.
  11. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Seitenelement (5a, 5b) aus Holz an seinen beiden Enden mit einer Speichenstrebe (7a, 7b) durch mindestens eine Lochdurchführung mittels kurzer Schraubbolzen (9), Nieten oder Stiften kraftschlüssig verbunden ist.
  12. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzelle (2) aus nicht-rostendem Metall ausgebildet oder aus Metall mit einer Schutzschicht gegen Rost ausgeführt ist.
  13. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad zum Schutz vor thermischen und äußeren Einflüssen wie Kälte, Hitze, Verschmutzung, Lärmemission, etc. mit einer Einhausung (10) aus Holz versehen ist.
  14. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steigersystem (11) aus Holz als Wasserzuführung zum Wasserrad über eine Druckrohrleitung vorgesehen ist.
  15. Wasserrad nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigersystem (11) in der Einhausung (10) zumindest teilweise angeordnet oder integriert ist.
  16. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzellen (2) aus Metall beheizbar ausgebildet sind.
  17. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Ende jeder Speichenstrebe (7a, 7b) über ein Verbindungsstück (16) aus Metall mit den zugehörigen Enden der kreisbogenförmigen Seitenelemente (5a, 5b) kraftschlüssig verbunden ist, wobei die Enden der kreisbogenförmigen Seitenelemente (5a, 5b), welche die Schnitt- oder Verbindungsstelle (6) bilden, ausgespart oder abgesetzt sind und ein radial äußerer Plattenabschnitt (17) des Verbindungsstücks (16) zwischen den ausgesparten oder abgesetzten Enden der kreisbogenförmigen Seitenelemente (5a, 5b) liegt.
  18. Wasserrad nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisbogenförmigen Seitenelemente (5a, 5b) und die Speichenstreben (7a, 7b) in der gleichen Ebene liegen und vorzugsweise gleiche Dicke besitzen.
  19. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenelemente (5a, 5b) und/oder die Speichenstreben (7a, 7b) zugeschnittene Formteile sind.
  20. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Seitenelement (5a, 5b) und/oder jede Speichenstrebe (7a, 7b) aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist.
  21. Wasserrad nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenelemente (5a, 5b) und/oder die Speichenstreben (7a, 7b) aus mehreren Lagen aufgebaut und vorzugsweise miteinander verleimt sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2378112A1 (de) * 2010-04-14 2011-10-19 Thomas Hagleitner Wasserrad
CN104455022A (zh) * 2014-12-12 2015-03-25 大连市建筑设计研究院有限公司 一种巨型水车的中心复合轴

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