DE202010002728U1

DE202010002728U1 - Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter

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Publication number: DE202010002728U1
Application number: DE201020002728
Authority: DE
Original assignee: SACK ERNST; Sack Ernst Dipl-Ing (fh)
Current assignee: SACK ERNST; Sack Ernst Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2020-02-25

Abstract

Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter zur Verbesserung des Sauerstoffgehaltes dadurch gekennzeichnet dass der Antrieb durch einen Vertikalachsrotor (9) beliebiger Konstruktion, vorzugsweise Halbschalenrotor (10), erfolgt.

Description

Sauerstoffmangel in Gewässern beeinträchtigt Wachstum und Gesundheit der Fischbestände und kann im ungünstigen Fall zum Totalschaden führen. Dieser kann die unterschiedlichsten Ursachen haben und u. a. durch Standort, Wasserqualität, Witterung, Fütterungsfehler, Besatzdichte oder durch ein Zusammentreffen einiger Einflussfaktoren verursacht sein. Daher soll die Belüftung von Gewässern, insbesondere von Fischteichen und ähnlich genutzten Anlagen vorrangig deren Anreicherung mit Sauerstoff dienen. Im Laufe der Jahre wurden die unterschiedlichsten Belüftungssysteme entwickelt und auch eingesetzt. Dabei wurden verschiedentlich, vor allem bei den kleineren, insbesondere für die Teichwirtschaft zweckmäßigen Geräten, häufig die Grenzen in Bezug auf deren Energieverbrauch, Preiswürdigkeit, Rentabilität, und Praktikabilität überschritten. Vielfach wurde im Hinblick auf eine rasche Verwirklichung ökologischer Zielsetzungen der ökonomische Gedanke verdrängt. Ökologie und Ökonomie bedingen sich jedoch gegenseitig.
Die derzeit aufgetretenen Umweltprobleme erfordern dringend ein Umdenken auf diesen beiden, unzertrennlich miteinender verbundenen Gebieten. Vor allem sollten, angesichts der in letzten Jahren eingetretenen dramatischen Veränderung der klimatischen Verhältnisse, die erneuerbaren, gewissermaßen unendlichen Energien Wind und Sonne, verstärkt genutzt werden. Diese stehen, trotz aller natürlichen Schwankungen, unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung, denn „Wind und Sonne stellen keine Rechnung!”.
Dieser hier aufgezeigten Problematik kann sowohl mit photovoltaischer, als auch mit Windenergie begegnet werden. Dies nicht nur, um herkömmliche Energie zu sparen, sondern auch, weil in Teichlandschaften nur selten nutzbare Netzanschlüsse vorhanden sind. Hierbei stellt sich neben der Frage der manchmal immensen Kosten für deren Einrichtung, auch die generelle Frage nach der Machbarkeit. Allein die Kosten eines erforderlichen Netzanschlusses können die Anschaffungskosten eines geeigneten Teichbelüfters weit übersteigen. Zudem besteht infolge der Stromführung durch das Wasser ein gewisses Unfallrisiko.
Für Gegenden mit entsprechendem Windaufkommen bieten sich technisch einfache, verhältnismäßig robuste Antriebe an, wie diese in mehreren, zum Teil sehr unterschiedlichen Varianten bereits zum allgemeinen Stand der Technik gehören. Eine entsprechend vorteilhafte Lösung ist der bekannte Vertikalachsrotor, vorzugsweise als entsprechend dimensionierter Halbschalenrotor mit Schalen aus Kunststoff oder anderem geeigneten Material. Der Rotor kann problemlos auf einer Schwimmbasis montiert werden. Bei entsprechender Wärmedämmung des Unterbaues kann der Teichbelüfter weitgehend winterfest gemacht werden, um damit sogar unter geschlossener Eisdecke mit der Umgebungsluft den begehrten Sauerstoff einzubringen. Um dies zu ermöglichen, muss der thermisch geschützte Unterbau in die Wärmedämmschicht eingearbeitete Aussparungen für den Verwirbelungsraum mit anschließendem Strömungskanal enthalten. Dieser muss an der offenen Lee-Seite (Ausströmungsseite) mit einem auf dem Wasser schwimmenden Kunststoffbeutel, z. B. Wäschenetz, gefüllt mit Styropor-Kügelchen o. ä. thermisch abgeschottet werden. Damit ist der Ausströmungskanal bei Lüfterstillstand thermisch weitgehend abgeschlossen, während bei Lüfterbetrieb die Luft nahezu ungehindert einströmen kann.
Den großen Vorteilen des Vertikalachsrotors (Savonius-Prinzip) wie z. B. Unabhängigkeit von der jeweiligen Windrichtung, Robustheit, leichter Anlauf, steht der gegen den Wind rückdrehende Rotorteil, sowie die generell niedrige Drehzahl gegenüber. Diese kann zwar durch einen verkleinerten Rotorradius etwas angehoben werden, was allerdings zu Lasten des ebenfalls wichtigen Drehmoments geht. Zwar bringt die Verwendung geeigneter Luftleit- und Abschirmbleche eine gewisse Steigerung der Leistung. Letztlich kann aber nur eine entsprechende Übersetzung durch ein Zahnrad- oder Keilriemengetriebe den erforderlichen Leistungsschub erbringen, um in die hier erforderlichen Drehzahl- und Drehmomentbereiche zu gelangen.
Der Belüftungsvorgang selbst kann vorzugsweise mittels einer sehr effizient wirkenden, mindestens zweistufigen Belüftungsturbine, oder auf eine andere geeignete Weise, erfolgen. Dabei ist zu beachten, dass sich der untere Turbinenkranz etwa bis zu dessen Mitte in der Wasserlinie befindet. Dies erleichtert das Anlaufen bei Schwachwind. Bei zunehmendem Wind und damit erhöhter Drehzahl schleudert der untere Turbinenkranz das wirbelnde Wasser radial und aufwärts, um vom oberen Kranz erfasst und wirbelnd wieder abwärts gedrückt zu werden. Schließlich wird vom unteren, radial wirkenden Kranz das belüftete Wasser vom Verwirbelungsraum durch den sich daran anschließenden Strömungskanal nach außen gedrängt. Während des Vorganges der Verwirbelung dreht sich das Wasser im Auf- und Ab der Wasserbewegung stets in der gleichen Richtung und wirkt dadurch gewissermaßen als Schwungmasse. Auf diesen Sachverhalt ist die hohe Effizienz dieser Verwirbelungsmethode und der damit verbundene, relativ niedrige Kraftbedarf zurück zu führen. Gleichzeitig darf auf die eng mit der Drehzahl korrelierende Tiefenwirkung der im Bereich der der Wasseroberfläche wirbelnden Lüfterturbine hingewiesen werden.
Die Verankerung der Schwimmbasis erfolgt am vorteilhaftesten an nur einer Seite der Basis. Bei Windbewegungen wird diese Seite zwangsläufig zur Luv-Seite. Damit wirkt die Anhängung gegen den Wind. Gleichzeitig ist eine Kentergefahr durch seitliche Windböen weitgehend auszuschließen. Obgleich Vertikalachsrotore grundsätzlich von der Windrichtung unabhängig sind, kann diese Ausrichtung bei der Anwendung Leistung fordernder Windleitbleche und Windabschirmungen nützlich sein. Die Anhängung der Schwimmbasis am Ballastgewicht kann u. a. mit Kette oder Drahtseil erfolgen, versehen mit einem für unvermeidliche Drehungen erforderlichen Kettenwirbel. Die Gesamtlänge dieser Verbindungsteile für eine Verankerung muss eine, dem höchstmöglichen Wasserstand gerecht werdende Länge aufweisen, um auf diese Weise immer den gleichen Stand zum Wasserspiegel zu haben. Dies ist wichtig für die gleich bleibende, optimale Stellung des unteren Turbinenkranzes zum wechselnden Wasserstand.
Dieser vorstehend beschriebene, mittels Vertikalachsrotor windbetriebene, schwimmende Gewässerbelüfter ist praktikabel, robust und in gewisser Weise portabel. Insbesondere bei freiliegenden Gewässern, in Gegenden mit durchschnittlich höherem Windaufkommen, liegt sein Vorteil. Er ist vielseitig einsetzbar und arbeitet ohne jegliche anfallenden Energiekosten. Durch seine Lage im Gewässer werden Vandalismus und Diebstahl erschwert. Sein unauffälliges, aber ästhetisches Erscheinungsbild und seine weitgehende Geräuschlosigkeit wirken in der Natur eher angenehm als störend. Es ist ein ökologisch wie ökonomisch sinnvoller Beitrag zur Erhaltung einer intakten Natur und zur Optimierung der Lebensverhältnisse in gefährdeten Fischgewässern. In größeren Gewässern bietet sich sogar der gleichzeitige Einsatz neben solarbetriebenen Belüftern an. Die Antriebsarten Sonne und Wind ergänzen sich gegenseitig. Dieser wirkungsvolle Synergieeffekt besteht zusammengefasst in längeren Betriebszeiten, die über den gesamten Tag, also, einschließlich der Nacht, verteilt sind. Es gibt weniger Ausfallzeiten durch Fehlen von Sonnenschein oder Wind. Beide Wetterelemente ergänzen sich häufig gegenseitig, indem es nachts oder bei bedecktem Himmel mehr oder weniger windig ist, oder bei Windstille strahlender Sonnenschein herrscht. Natürlich kann auch beides wegbleiben oder zusammentreffen, aber die zeitlichen Belüftungslücken werden insgesamt wesentlich kürzer. Insbesondere in den dunkleren Jahreszeiten, vor allem dann, wenn auch im Winter belüftet und das Eis offen gehalten werden soll, ist dies von Vorteil.
In beiden Fällen bewirkt die „unter Deck” sehr effizient und auf kleinsten Raum wirkende Lüfterturbine eine intensive Durchwirbelung des Wassers und dessen Anreicherung mit Sauerstoff. Dies ähnelt den Vorkommnissen im Bergbach. Leider kann dieser nur nachgeahmt, aber nicht herbeigeschafft werden.
Generell gilt in Fischgewässern die Devise: Es gilt, nicht die Luft zu befeuchten, sondern das Wasser entsprechend mit Sauerstoff anzureichern!

1: Schwimmbasis
2: Verwirbelungszone
3: Ausströmungskanal
4: Belüftungsturbine, zweistufig
5: Dämmschicht
6: Styropor-Kügelchen im Kunststoffnetz
7: Prallblech
8: Wasserspiegel
9: Vertikalachsrotor
10: Rotor-Halbschalen
11: Vertikale Antriebsachse
12: Zahnrad- oder Keilriemengetriebe
13: Verankerung (Kette bzw. Drahtseil)
14: Verankerung (Ballastgewicht)
15: Kettenwirbel

Es zeigen:
1 die Schwimmbasis mit funktionellen Teilen,
2 die zweistufige Belüftungsturbine,
3 den Vertikalachsrotor mit Achse und Getriebe,
4 die flexible Verankerung des Gewässerbelüfters.

Claims

Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter zur Verbesserung des Sauerstoffgehaltes dadurch gekennzeichnet dass der Antrieb durch einen Vertikalachsrotor (9) beliebiger Konstruktion, vorzugsweise Halbschalenrotor (10), erfolgt.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmbasis (1) vorzugsweise aus weitgehend unverrottbarem Material, z. B. Aluminium oder Kunststoff besteht, evtl. auch aus wasserfestem Holz, z. B. Lärche.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Schwimmbasis enthaltene Unterbau aus unverrottbarem, Wärme dämmendem Material (5), z. B. Styrodur, besteht.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Dämmschicht (5) maßgebend zur Schwimmfähigkeit beiträgt und in der erforderlichen Dicke eine weitgehende Freihaltung von Eis unter der Schwimmbasis sichert.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die unter den Ansprüchen 3 und 4 erwähnte Dämmschicht mit entsprechenden Aussparungen versehen ist, die eine mittels Prallblech (7) geschützte Verwirbelungszone (2) kombiniert mit einem Ausströmungskanal (3) bilden.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Anspruch 5 erwähnte leeseitige Ausströmungskanal (3) mit entsprechenden, auf dem Wasserspiegel (8) schwimmenden, in Kunststoffnetzen, z. B. Wäschenetz (6) abgefüllten Styroporkügelchen o. ä., so abgeschlossen ist, dass in Doppelfunktion bei Betrieb Luft einströmen kann, jedoch bei Lüfterstillstand, z. B. nachts, ein thermisch geschützter Stauraum zum Zweck der Eisfreihaltung besteht.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewässerbelüfter mit einer mindestens zweistufigen Belüftungsturbine (4) oder einer ähnlichen Ausführung ausgestattet ist.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass in der favorisierten, zweistufigen Ausführung die Wasserlinie (8) in der Mitte des unteren Turbinenkranzes (4) verläuft und somit stets Wasserberührung besteht. Der obere Kranz befindet sich bei ruhendem Wasser über dem Wasserspiegel (8). Damit wird erreicht, dass zum Zweck des leichteren Anlaufens zunächst nur der untere Turbinenkranz im Wasser steht. Sobald sich infolge erhöhter Antriebsenergie auch die Drehgeschwindigkeit erhöht, wird entsprechend mehr Wasser nach oben gedrückt, vom oberen Turbinenkranz intensiv durchwirbelt, mit Umgebungsluft vermischt und als belüftetes Wasser wieder nach unten bewegt. Der untere, weitgehend axial wirkende Turbinenkranz, drückt schließlich das mit Sauerstoff angereicherte Wasser durch den Ausströmungskanal (3) nach außen.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die unter den Ansprüchen 7 und 8 beschriebene, zweistufige Belüftungsturbine das wirbelnde Wasser im Auf und Ab der Bewegung stets in einer Richtung gedreht wird. Dabei wirkt das wirbelnde Wasser gewissermaßen als Schwungmasse und bewirkt eine sehr effiziente Energieverwertung.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach dem Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Windstärke, infolge erhöhter Drehzahl, eine entsprechend größere Tiefenwirkung der im Bereich der Wasseroberfläche befindlichen Belüftungsturbine (4) festzustellen ist.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach dem Anspruch 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (10) des unter Anspruch 1 genannten Vertikalachsrotors (9) aus beliebigem, geeigneten Material, vorzugsweise Kunststoff bestehen.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die mit diesem Rotor angetriebene vertikale Antriebsachse (11) mit einem Getriebe (12) oder ähnlichem ausgestattet ist, womit die zu niedrige Drehzahl des Vertikalachsrotors entsprechend erhöht werden kann.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Verankerung (13–15) nur an einer Seite der Schwimmbasis erfolgt. Diese Seite wird bei aufkommendem Wind zwangsläufig zur Luf-Seite.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung an nur einer Seite der Schwimmbasis (1) den Windkräften entgegen wirkt und dadurch ein Kentern als Folge seitlicher Windböen weitgehend ausgeschlossen ist.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung mittels Kette, Drahtseil o. ä. zur Verhinderung von Überdrehungen mit einen Kettenwirbel (15) ausgestattet ist.
Windbetriebener schwimmender Gewässerbelüfter nach den Ansprüchen 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtlänge des Verankerungsmaterials (13–15) nach dem höchstmöglichen Wasserstand zu bemessen ist, damit sich die Schwimmbasis (1) bei steigendem bzw. verändertem Wasserspiegel (8) diesem stets anpassen kann.