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Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk zur Umwandlung der Strömungsenergie eines fließenden Gewässers in elektrische Energie mit zwei Umlenkrädern, welche jeweils um eine Lagerwelle drehbar gelagert sind, wobei die Lagerwellen parallel zueinander verlaufen und einen Abstand voneinander aufweisen und wobei zwischen den Umlenkrädern ein die Umlenkräder teilweise umschließendes Zugmittel vorgesehen ist, welches mit Eintauchelementen versehen ist, welche während eines Umlaufes des Zugmittels abwechselnd in das fließende Gewässer eintauchen und aus dem fließenden Gewässer ausgehoben werden, wobei die Strömungsenergie des Gewässers in der Eintauchphase in Strömungsrichtung auf die Eintauchelemente und das Zugmittel übertragen wird, und wobei eine der Lagerwellen oder beide Lagerwellen einen elektrischen Generator zur Stromerzeugung antreiben.
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Wasserkraftwerke der gattungsgemäßen Art sind schon seit langem in unterschiedlichster Ausgestaltung bekannt. Eine der einfachsten Ausführungen ist dabei das sogenannte Wasserrad, das beispielsweise zum Antrieb eines Mühlrades benutzt werden kann. Dabei wird ein Teilstrom beispielsweise eines Baches derart umgeleitet, dass das Wasser von oben auf das Wasserrad mit mehreren Wasserschaufeln fällt und das Rad in eine drehende Bewegung versetzt. Wird dieses Wasserrad mit einem elektrischen Generator beispielsweise über ein Getriebe verbunden, so kann in einfacher Art und Weise die drehende Bewegungsenergie des Wasserrades in elektrische Energie umgesetzt werden.
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Neben solchen relativ kleinen Wasserantrieben sind auch „Wasserkraftanlagen“ bekannt, die beispielsweise von Energieversorgungsunternehmen eingesetzt werden. Beispielsweise werden dabei turbinenartige Räder in einem Fluss derart positioniert, dass das strömende Wasser die Turbinen antreibt und in drehende Bewegung versetzt. Solche Turbinen werden insbesondere auch an Stauseen eingesetzt, wobei hier die Strömung durch Fallrohre erzeugt wird, durch welche hindurch das Stauseewasser zum Antrieb der Turbinen fließt.
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Nach der
DE 20 2009 003 291 U1 ist den dort beschriebenen bekannten Anlagen gemeinsam, dass das Wasser stets nur auf ein Schaufelrad oder eine Turbine auftrifft, so dass zur Vergrößerung der Wirkfläche mehrere Turbinenräder oder Wasserräder nebeneinander angeordnet werden müssen. Dies hätte allerdings den Nachteil, dass gerade bei Laufwasserkraftwerken ein Großteil beispielsweise einer Flussbreite für ein effizientes Kraftwerk verwendet werden muss. Dementsprechend hat sich der Konstrukteur des dort weiter beschriebenen Wasserkraftwerkes die Aufgabe gestellt, eine Wasserkraftanlage zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile vermeidet.
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So soll nach der
DE 20 2009 003 291 U1 eine Wasserkraftanlage für ein fließendes Gewässer zur Erzeugung mechanischer (elektrischer) Energie bereit gestellt werden, welche zwei voneinander beabstandete Wellen mit parallelen Rotationsachsen und mit wenigstens je einem Führungsrad aufweist. Des Weiteren ist eine Transmissionskette vorgesehen, welche die beiden Führungsräder der Wellen umspannt. Eine Mehrzahl von Übertragungselementen, welche mit der Transmissionskette verbunden sind, sollen dabei derart angeordnet sein, dass das fließende Wasser des Gewässers auf wenigstens zwei der Übertragungselemente einwirkt, wodurch die Wellen eine Drehbewegung ausführen.
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Diese Wellen können dabei nach der genannten Schrift zur Erzeugung elektrischer Energie mit Generatoren gekoppelt sein, sodass die Drehbewegung in elektrische Energie umsetzbar ist. Dabei sollen nach der
DE 20 2009 003 291 U1 in einer bevorzugten Ausführungsform die Transmissionskette rahmenartige Glieder aufweisen. Zwei in Strömungsrichtung benachbarte Glieder der Transmissionskette sind durch eine gemeinsame Querstrebe miteinander verbunden. Damit teilen sich folglich zwei Glieder jeweils eine Querstrebe. Des Weiteren sind die Übertragungselemente, welche mit der Transmissionskette in Verbindung stehen, vorzugsweise schaufelartig ausgebildet und um eine Schwenkachse verschwenkbar. Diese Schwenkachse soll parallel zur Rotationsachse der Wellen angeordnet sein. Auf diese Weise soll es weiter möglich sein, dass das Übertragungselement seinen Winkel und seine Ausrichtung verändert. Insbesondere soll die Ausrichtung des Übertragungselementes relativ zu der Position an der Transmissionskette verändert werden können. Dabei soll es vorteilhaft sein, dass der Schwenkwinkel begrenzbar ist. Diese begrenzt schwenkbare Anordnung des Übertragungselementes an der Schwenkachse soll dazu führen, dass das Übertragungselement derart angeordnet werden kann, dass es stets (vertikal) nach unten weist und auf diese Weise die Bauform der Wasserkraftanlage in der Höhe reduziert werden kann. Der Schwenkwinkel der Übertragungselemente soll dabei begrenzt sein, damit die strömende Flüssigkeit nicht das Übertragungselement selbsttätig verschwenkt und so die wirksame Fläche des Übertragungselementes reduziert. Deshalb ist ein verschwenken „nach vorne“ in Strömungsrichtung nicht möglich. Des Weiteren soll die Anlage stationär ausgebildet sein.
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Weiter ist aus der
DE 10 2006 037 182 A1 eine „Vorrichtung zum Umwandeln von Strömungsenergie eines fließenden Gewässers in wenigstens eine Drehbewegung“ bekannt, welche wenigstens ein Antriebsrad umfasst. Das wenigstens eine Antriebsrad ist um eine Drehachse drehbar gelagert und steht über eine „Umlaufeinrichtung“ mit einem im Durchmesser kleineren Laufrad in Verbindung. Dieses kleinere Laufrad ist ebenfalls um eine weitere Drehachse drehbar gelagert, wobei die Drehachsen beider Räder, also sowohl des Antriebsrades als auch des Laufrades parallel zueinander verlaufen. Das Laufrad und das Antriebsrad weisen einen Abstand voneinander auf und sind somit in Strömungsrichtung im Wesentlichen hintereinander angeordnet. Die Umlaufeinrichtung ist entlang einer vorbestimmten Umlaufbahn um das Antriebsrad und um das Laufrad herum bewegbar, sodass zumindest das Antriebsrad durch die Umlaufeinrichtung drehend angetrieben wird. Die Umlaufeinrichtung ist des Weiteren an der Außenseite mit einer Vielzahl von Schaufelelementen versehen, welche sich „radial“ zur Umlaufeinrichtung erstrecken und gegenüber der Richtung der Drehachsen geneigt sind. Durch diese Konstruktion soll insbesondere eine Vorrichtung zum Umwandeln von Strömungsenergie eines fließenden Gewässers in eine Drehbewegung bereitgestellt werden, bei welcher der Wirkungsgrad verbessert ist und der konstruktive Aufbau innerhalb vernünftiger Grenzen liegt.
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Durch die Ausgestaltung beim Gegenstand der
DE 10 2006 037 182 A2 soll erreicht werden, dass die Schaufelelemente nicht am Wasserrad, sondern an der Umlaufeinrichtung angebracht sind, die sowohl das Antriebsrad als auch das Laufrad umschließt. Die Umfangslänge der Umlaufeinrichtung kann dabei wesentlich größer sein als der Umfang des Antriebsrades. Dadurch soll erreicht werden, dass sich etwa die Hälfte der Umlaufeinrichtung auch bei seichtem Gewässer unter Wasser befindet, sodass auch etwa die Hälfte der Schaufelelemente der Strömung ausgesetzt ist. In einem tiefen Gewässer, in dem die Vorrichtung vollständig eingetaucht ist, sollen sogar sämtliche Schaufelelemente stets der Strömung ausgesetzt sein. Somit soll es durch diese Konstruktion möglich sein, wesentlich mehr Schaufelelemente der Strömung auszusetzen, was einen hohen Wirkungsgrad bewirken soll. Durch die Anordnung des Antriebsrades und des Lauftrades wird die Umlaufbahn der Umlaufeinrichtung festgelegt. Die Umlaufeinrichtung ist dabei im Prinzip als ein hinreichend flexibles Endlosband ausgebildet. Somit geht es beim Gegenstand der
DE 10 2006 037 182 A2 darum, an einer Umlaufeinrichtung, welche als Endlosband oder Endlosschnur ausgebildet ist, möglichst viele Schaufelelemente anzuordnen, um den Wirkungsgrad einer Strömung eines fließenden Gewässers und damit die Übertragung der Strömungsenergie auf die Vorrichtung möglichst optimal zu übertragen.
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Allerdings ist diese Konstruktion bezüglich des Wirkungsgrades auch vom jeweiligen Wasserstand des fließenden Gewässers abhängig. Bei geringerem Wasserstand wird hier zwangsläufig auch ein geringerer Wirkungsgrad trotz des mehrfachen Eintauchens von mehreren Schaufelelementen in das fließende Gewässer relativ gering sein.
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Weiter ist diesbezüglich aus der
DE 10 2007 003 323 eine als Wasserschaufelgenerator bezeichnete Vorrichtung eines Wasserkraftwerkes zur Umwandlung von Strömungsenergie eines fließenden Gewässers in elektrische Energie bekannt. Bei dieser Vorrichtung zur Stromerzeugung mit der Wasserkraft fließender Gewässer sind folgende Merkmale vorgesehen. Zum einen sind Schaufeln vorhanden, welche in das fließende Gewässer eintauchen. Die Schaufelebene steht stets senkrecht zur Flussrichtung. Die Schaufeln sind durch Balken miteinander verbunden, die parallel zur Flussrichtung angeordnet sind. Dabei sind die Schaufeln an einer Vorrichtung befestigt, mit der die Längsbewegung auf eine rotierende Achse übertragen wird. Die rotierende Achse ist dabei die Achse eines Generators, sodass bei der Rotationsbewegung der Generator zur Erzeugung elektrischer Energie automatisch angetrieben wird.
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Weiter sei an dieser Stelle noch zusätzlich zu den genannten Schriften zum Stand der Technik auf die
DE 10 2006 014 205 A1 verwiesen. Bei diesem Gegenstand geht es um ein schwimmendes Wasserrad als Kleinkraftwerk zur Gewinnung von elektrischem Strom. Hier wird im Prinzip eine Art Schwimmponton mit drehbaren Schaufelrädern in einem Flussbett verankert, wobei das fließende Wasser die Räder in Drehung versetzt, wodurch Generatoren antreibbar sind.
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Beim Gegenstand der
DE 10 2004 042 918 A1 geht es um eine Art Wasserkraftwerk zur Energieumwandlung, bei welcher die Schwerkraft zum Antrieb von einem umlaufenden Endlos-Zugmittel genutzt wird. Hier werden mehrere Becherelemente an einem Endlos-Zugmittel befestigt, das auf einer Bahn mit Orten in unterschiedlichen Höhen geführt ist. Über einen Wasserzulauf werden die Becherelemente an einem höheren gelegenen Ort ganz oder teilweise gefüllt, sodass sie sich an einem tieferen Ort aufgrund der Schwerkraft bewegen und dort entleerbar sind.
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Beim Gegenstand der
DE 10 2005 038 793 A1 wird ein Energiegenerator beschrieben, welcher eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie durch Nutzung der Auftriebskraft mindestens eines Körpers in einer Flüssigkeit betrifft. Zwischen mindestens zwei Umlenkelementen werden mindestens zwei Auftriebskörper die mit einem Kupplungselement zu einer Endloskette miteinander verbunden sind derart gespannt, dass die Auftriebskörper eine Umlaufbewegung um die Umlenkelemente beschreiben. Die Auftriebskörper sind bei diesem Gegenstand als Hohlkörper ausgebildet und mit einer Klappe versehen. Je nach Lage des Auftriebskörpers in der Umlaufbewegung vergrößert sich das Volumen des Auftriebskörpers im geschlossen Zustand und verkleinert sich im geöffneten Zustand. Das heißt, hier werden letztendlich die übereinanderliegenden Umlenkelemente einseitig durch die Auftriebskraft der Auftriebskörper größerem Volumen einseitig nach oben gestellt. Auf der gegenüberliegenden Seite, auf welcher die Auftriebskörper ein kleineres Volumen aufweisen sind die Auftriebskräfte kleiner, sodass sich die Auftriebskörper auf dieser Seite nach unten bewegen.
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All diesen Vorrichtungen im Sinne eines Wasserkraftwerkes zur Umwandlung der Strömungsenergie eines fließenden Gewässers nach den
DE 10 2007 003 323 A1 ,
DE 10 2006 037 182 A1 sowie
DE 20 2009 003 291 U1 ist gemeinsam, dass diese ihren optimalen Wirkungsgrad nur erreichen können, wenn auch der „Wasserstand“ des fließenden Gewässers ein Mindestmaß aufweist. Ist ein Wasserstand des fließenden Gewässers geringer, so können die Antriebselemente, welche an dem umlaufenden Endlosband angeordnet sind, nicht voll umfänglich mit fließendem Wasser beaufschlagt werden, sodass der Wirkungsgrad insbesondere bei seichten Gewässern erheblich verringert ist.
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Demgemäß liegt die erfindungsgemäße Aufgabe zur Grunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass ab einer Mindestwassertiefe des fließenden Gewässers ein möglichst optimaler Wirkungsgrad erzielbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß zusammen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Eintauchelemente jeweils über eine oder mehrere zum Gewässer hin gerichtete Verbindungsabschnitte mit dem Zugmittel in Verbindung stehen, dass der oder die Verbindungsabschnitte am Zugmittel über eine feststehend am Zugmittel und quer zum Zugmittel verlaufende Schwenkachse schwenkbar befestigt ist bzw. sind, dass das jeweilige Eintauchelement einen entgegen der Strömungsrichtung des Gewässers gerichteten Eintauchabschnitt aufweist, welcher in einem derartigen Anstellwinkel α zum Verbindungsabschnitt bzw. zu den Verbindungsabschnitten verläuft, dass sich der Eintauchabschnitt im Betrieb unterhalb der Wasseroberfläche des Gewässers befindet.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Wasserkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie zur Verfügung gestellt, bei welchem insbesondere die Eintauchelemente derart variabel an Zugmittel angeordnet sind, dass diese im Wesentlichen unabhängig, zumindest ab einer gewissen Wassertiefe, vollständig in das fließende Gewässer eintauchen, sodass stets eine möglichst optimale Kraftübertragung bzw. Energieübertragung des fließenden Gewässers auf die einzelnen, hintereinander angeordneten Eintauchelemente erfolgt. Dabei ist die Konstruktion derart gestaltet, dass die Eintauchelemente etwa auf ihrem halben Umlauf in das Gewässer eintauchen und auf ihren zweiten halben Umlauf aus dem Gewässer ausgehoben werden, sodass stets eine Krafteinwirkung in lediglich einer Drehrichtung bzw. Zugrichtung des Zugmittels erfolgt, wodurch wiederum die Umlenkräder drehend angetrieben werden. Eines oder beides der Umlenkräder können dabei mit einem elektrischen Generator oder auch einem Getriebe zum Antrieb eines elektrischen Generators ausgestattet sein, sodass hier in einfacher Weise effektiv Strom erzeugbar ist und das mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
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So kann gemäß Anspruch 2 vorgesehen sein, das Eintauchelement als gestanztes und gebogenes Blechbauteil ausgebildet ist und eine L-, C- oder U-förmige Grundform aufweist und in Strömungsrichtung rückseitig mit einer Rückwand versehen ist, welche im Bereich der Verbindungsabschnitte angeordnet ist und parallel zu den Verbindungsabschnitten verläuft, dass die Rückwand rechtwinklig an einer Bodenplatte angeordnet ist und dass die Bodenplatte der Rückwand gegenüberliegend mit dem Eintauchabschnitt versehen ist. Durch diese Ausgestaltung bildet das Eintauchelement eine „Stauraum“ vor der Rückwand, so dass das Strömungswirkung des anströmenden Gewässers einen verbesserten Wirkungsgrand entfalten kann.
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In gleicher Weise bewirkt auch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 eine Verbesserung des Wirkungsgrades. Danach kann vorgesehen sein, dass die Bodenplatte mit seitlichen Seitenwänden versehen ist, welche in Richtung der Verbindungsabschnitt nach oben abgewinkelt an der Bodenplatte angeordnet sind, und dass der Eintauchabschnitt mit seitlich angeordneten Begrenzungswänden versehen ist, welche in Richtung der Verbindungsabschnitte abgewinkelt am Eintauchabschnitt angeordnet sind, und dass die Seitenwände und die Begrenzungswände unter einem Winkel von 15° bis 90° zur Bodenplatte bzw. zum Eintauchabschnitt an diesen angeordnet sind. Durch die seitlich angeordneten Wände ergibt sich eine Vergrößerung des wirksamen „Stauraumes“ vor der Rückwand, da das anströmende Wasser nicht seitlich ausweichen kann und somit die Strömungsenergie noch optimaler auf das Eintauchelement übertragen wird.
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Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades kann gemäß Anspruch 4 vorgesehen sein, dass die Seitenwände und die Begrenzungswände einstückig ausgebildet sind und rechtwinklig zur Bodenplatte bzw. zum Eintauchabschnitt verlaufen und sich vom Eintauchabschnitt bis zur Rückwand erstrecken und somit das Eintauchelement seitlich verschließen.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung des Eintauchelementes ist in Anspruch 5 beansprucht. Danach kann vorgesehen sein, das Eintauchelement mit seiner Rückwand, seiner Bodenplatte, seinem Eintauchabschnitt nach Art eines Baggerlöffels ausgebildet ist und dass der Baggerlöffel seitlich jeweils durch eine „durchgehende“ Seitenwand abgeschlossen ist.
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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird eine äußerst einfache und wirkungsvolle Möglichkeit der Anordnung des Wasserkraftwerkes in einem fließenden Gewässer bereitgestellt. Danach kann vorgesehen sein, dass die Umlenkräder über Drehachsen an Stützen eines Traggestells angeordnet sind, dass das Traggestell am Untergrund des Gewässers fixierbar ist und dass die Drehachsen unter einem Neigungswinkel β von 10° bis 50° zu einer durch die jeweilige Stütze verlaufenden Vertikalen angeordnet sind, so dass die umlaufenden Begrenzungskanten der Umlenkräder auf einer Seite der Stützen zusammen mit dem Zugmittel zur Wasseroberfläche des Gewässers hin tiefer angeordnet sind und auf der in Strömungsrichtung des Gewässer gegenüberliegende Seite der Stützen einen größeren Abstand zur Gewässeroberfläche aufweisen und, dass der Durchmesser der Umlenkräder in Verbindung mit dem Neigungswinkel β derart gewählt ist, dass die auf der einen Seite der Umlenkräder am Zugmittel schwenkbar angeordneten Eintauchelemente in die Strömung des fließenden Gewässer eintauchen und auf der in Strömungsrichtung gegenüberliegenden zweiten Seite der Umlenkräder vollständig aus dem Gewässer ausgehoben sind.
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Anhand der Zeichnung wird beispielhaft die Erfindung näher erläutert, wobei die schematisch dargestellten Lösungen lediglich beispielhaft anzusehen sind. Insbesondere die spezielle Formgebung der Eintauchelemente kann auch anders ausgestaltet sein, wobei wesentlich ist, dass die Eintauchelemente schaufelartig ausgebildet sind und über eine gelenkige Verbindung schwenkbar mit dem Zugmittel in Verbindung stehen. Es zeigt:
- 1 beispielhaft eine perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsvariante eines Eintauchelementes mit einer ersten möglichen Ausführungsvariante eines Lagerelementes, über welches das Eintauchelement mit einem Zugmittel um eine quer zum Zugmittel verlaufende Schwenkachse beweglich befestigt ist;
- 2 eine Seitenansicht einer kompletten Vorrichtung mit mehreren Eintauchelementen aus 1;
- 3 eine Frontansicht der Vorrichtung aus 2, auf welcher ersichtlich ist, wie die Eintauchelemente aus einer unterhalb des Wasserspiegels angeordneten bereits schräg gestellten Position in einer aus dem Wasserspiegel bzw. fließenden Gewässers herausgehobenen Position gestellt sind.
- 4 eine Seitenansicht eines Eintauchelementes welches als eine Art Baggerschaufel ausgebildet ist.
- 5 eine perspektivische Frontansicht einer zweiten Ausführungsvariante eines Eintauchelementes mit einer weiteren möglichen Ausführungsvariante eines Lagerelementes, über welches das Eintauchelement mit dem Zugmittel um eine quer zum Zugmittel verlaufende Schwenkachse beweglich befestigt ist.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Eintauchelementes 1, von welchen zur Realisierung eines Wasserkraftwerkes mehrere einzusetzen sind.
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Die Darstellung der 1 stellt lediglich eine mögliche Ausführungsvariante eines Eintauchelementes 1 dar, deren Grundgestaltung schaufelartig ausgebildet ist und im extremsten Fall sogar als eine Art Baggerschaufel 70 ausgebildet sein könnte, wie dies beispielhaft 4 zu entnehmen ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsvariante bildet das Eintauchelement 1 zwei benachbarte Verbindungsabschnitte 2, 3 welche ausgehend von einer Art Bodenplatte 4 sich in der dargestellten „Ausgangslage“ des Eintauchelementes 1 vertikal in Richtung des Pfeiles 5 nach oben erstrecken. Anstatt zweier Verbindungsabschnitte könnte auch nur ein einzelner Verbindungsabschnitt vorgesehen sein. Bei der dargestellten Ausführungsvariante bilden die beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 in ihrem unteren Bereich jeweils einen Halteabschnitt 6 bzw. 7, welcher bei der dargestellten Ausführungsvariante als einstückiger Bestandteil der Bodenplatte 4 ausgebildet ist. Dabei kann das gesamte Eintauchelement 1 insgesamt als Blechbauteil ausgebildet sein, welches durch Stanzen und Biegen in die in 1 dargestellte Formgebung gebracht werden kann.
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Insoweit sind die beiden unteren Halteabschnitte 6 und 7 der Verbindungsabschnitte 2, 3 ausgehend von der Bodenplatte 4 vertikal nach oben abgebogen. In ihren oberen Endbereichen bilden diese Halteabschnitte 6, 7 quer verlaufende Querstege 8, 9, über welche die Halteabschnitte 6 und 7 jeweils mit den zugehörigen Verbindungsabschnitt 2 bzw. 3 einstückig in Verbindung stehen. Dabei können, wie bereits oben erwähnt, die Halteabschnitte 6 und 7 mit ihren Querstegen 8 und 9 sowie den angeformten Verbindungsabschnitte 2 und 3 einstückig aus einem Blechbauteil ausgestanzt und anschließend in die in 1 dargestellte Formgebung gebracht werden.
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Weiter ist aus 1 ersichtlich, dass die beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 in ihrem oberen Endbereich jeweils eine Durchgangsbohrung 10 bzw. 11 aufweisen, welche quer zu den beiden Verbindungsabschnitten 2 und 3 fluchtend zueinander ausgerichtet sind und durch welche hindurch ein Lagerzapfen 12 hindurch gesteckt ist. Dieser Lagerzapfen 12 dient zur schwenkbaren Lagerung des gesamten Eintauchelementes 1 in Richtung des Doppelpfeiles 13, was für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Wasserkraftwerkes von wesentlicher Bedeutung ist. Weiter ist erkennbar, dass die beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 in Richtung des Doppelpfeiles 14 ein Abstand voneinander aufweisen und zwischen sich ein Lagerelement 15 aufnehmen.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist dieses Lagerelement 15 eine vertikal nach unten gerichtete Lagerzunge 16 auf, welche zwischen den beiden oberen Endbereichen der Verbindungsabschnitte 2 und 3 zumindest mit geringen Spiel aufgenommen wird. Diese Lagerzunge 16 weist etwa im Bereich der Durchgangsbohrungen 10 und 11 der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 eine zentrale Durchgangsbohrung 17 auf, welche im montierten Zustand, wie in 1 dargestellt, fluchtend zu den beiden Durchgangsbohrungen 10 und 11 der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 verlaufend angeordnet ist. Dementsprechend ist zur schwenkbaren Lagerung des Eintauchelementes 1 mit seinen beiden Verbindungsabschnitten 2 und 3 an der Lagerzunge 16 der Lagerzapfen 12 durchsteckbar und insbesondere in den Durchgangsbohrungen 10 und 12 der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 unverlierbar fixierbar. Somit bildet der Lagerzapfen 12 zusammen mit den Durchgangsbohrungen 10, 11 sowie 17 eine Schwenkachse 18, um welche das Eintauchelement 1 mit seinen Verbindungsabschnitten 2 und 3 in Richtung des Doppelpfeiles 13 schwenkbar gelagert ist.
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Des Weiteren ist aus 1 erkennbar, dass das Lagerelement 15 oberhalb der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 eine Art Klemmblock 19 aufweist, welcher bei der dargestellten Ausführungsvariante des Lagerelementes 15 einstückig mit der Lagerzunge 16 in Verbindung steht. Dieser Klemmblock 19 erstreckt sich ausgehend von der Lagerzunge 16 in Richtung des Pfeiles 20 „nach hinten“ und dient zur klemmenden Aufnahme eines in Phantomlinien dargestellten Zugmittels 21. Dieses Zugmittel 21 kann, wie dies aus 1 ersichtlich ist, beispielsweise als Draht oder Seil oder Schnur ausgebildet sein. Dabei weist der Klemmblock 19 zum Durchführen des Zugmittels 21 eine in Längsrichtung des Pfeiles 22 verlaufende Durchgangsbohrung 23 auf. Zur Fixierung des Klemmblockes 19 an dem Zugmittel 21 kann hierzu eine Klemmschraube in Form einer Madenschrauben 24 vorgesehen sein, welche in ein vertikal verlaufendes Innengewinde (in der Zeichnung nicht sichtbar)des Klemmblockes 19 einschraubbar ist und quer zur Durchgangsbohrung 23 verläuft. Durch einfaches Anziehen bzw. Festklemmen der Madenschraube 24 in Richtung des Pfeiles 25 nach unten kann somit der sich in der Durchgangsbohrung 23 befindende Abschnitt des Zugmittels 21 klemmend gehalten werden. Damit wird der Klemmblock über die Madenschraube 24 in der Durchgangsbohrung 23 gegen Verschieben in Richtung des Doppelpfeiles 22 gesichert, sodass in Richtung des Doppelpfeiles 22 auf den Klemmblock einwirkende Kräfte sichernd auf das Zugmittel 21 übertragen werden. Anstatt eines solchen Klemmblockes 19 sind auch noch andere klemmende Befestigungsmöglichleiten des Eintauchelementes 1 am Zugmittel 21 denkbar. So ist es beispielsweise bei Sesselliften bekannt, durch einfache Klemmeinrichtungen den Liftsessel an einem Zugseil feststehend anzuordnen.
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Des Weiteren ist aus 1 erkennbar, dass seitlich an der Bodenplatte 4 zwei schräg nach oben abgeknickt verlaufende Seitenwände 26, 27 vorgesehen sind, welche sich in Längsrichtung des Pfeiles 22 von der Vorderkante 28 der Bodenplatte 4 bis zu den beiden vertikal nach oben ausgerichteten Halteabschnitte 6 und 7 erstrecken.
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Rückseitig ist an der Bodenplatte 4 eine Rückwand 29 vorgesehen, welche im Wesentlichen derart dimensioniert ist, dass diese im Bereich der Außenkonturen der Halteabschnitte 6 und 7 und der quer verlaufenden Querstege 8 und 9 abschließt. Somit wird insbesondere durch die Rückwand 29 und die beiden seitlichen Halteabschnitte sowie die quer verlaufenden Querstege 8 und 9 eine Art Auffangvolumen oder „Stauraum“ erzeugt. Dieses bzw. dieser wird wiederum nach vorne in Richtung des Pfeiles 30 hin durch die beiden seitlichen, schräg nach oben verlaufenden Seitenwände 26 und 27 seitlich begrenzt.
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Im vorderen Endbereich der Vorderkante 28 schließt sich an die Bodenplatte 4 ein plattenförmiger Eintauchabschnitt 31 an, welcher sich unter einem Anstellwinkel α zu den beiden vertikal ausgerichteten Verbindungabschnitten 2, 3 an der Vorderkante 28 angebogen nach oben in Richtung des Pfeiles 5 erstreckt. Der Eintauchabschnitt 31 weist in seinem seitlichen Kantenbereichen 32 und 33 schräg nach oben abgebogen verlaufende Begrenzungswände 34 und 35 auf, welche mit den beiden Seitenwänden 26 und 27 „dicht“ in Verbindung stehen. Somit bildet das Eintauchelement 1 mit seiner Rückwand 29, seiner Bodenplatte 4, seinem Eintauchabschnitt 31 sowie den beiden Seitenwänden 26 und 27 und den an dem Eintauchelement 31 schräg nach oben ausgerichteten Begrenzungswänden 34 und 35 eine Art Aufnahmeraum oder Stauraum, im welchen der Stromfluss eines fließenden Gewässers in Betrieb einwirken kann, sodass das gesamte Eintauchelement 1 in Richtung des Pfeiles 36 derart ausweichen kann, bis eine Art Gleichgewicht zwischen den Strömungskräften und den durch das Eigengewicht und die Formgebung des Eintauchelementes 1 über die Rückstellkräfte erreicht ist.
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Damit wird durch die spezielle Konstruktion und Ausgestaltung des Eintauchelementes 1 mit seinen Wandelementen 6, 7, 4, 31, 29, 26, 27, 34 und 35 eine Art Eintauchvolumen oder Stauraum erreicht, welches bzw. welcher erlaubt, dass das Eintauchelement 1 auch bei unterschiedlichen „Wassertiefen“ eines strömenden Gewässers stets optimal in dieses Gewässer eintaucht. Insbesondere bleibt das Eintauchelement 1 mit seinem Eintauchabschnitt 31 stets unterhalb der Wasseroberfläche des fließenden Gewässers verbleibt. Damit wird eine optimale Ausnutzung der kinetischen Fließenergie des fließenden Gewässers bzw. der Strömung des fließenden Gewässers und damit die Übertragung auf das Eintauchelement 1 erreicht.
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Das beispielhaft dargestellte Eintauchelement 1 mit seinen Wandabschnitten aus 1 ist hier lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere könnte die gesamte Gestaltung insbesondere im Bereich der Rückwand 29, der Bodenplatte 4 sowie des Eintauchelementes 31 mit den seitlich angeordneten Seitenwänden 26 und 27 bzw. den Begrenzungswänden 34 und 35 sowie den seitlich vertikal nach oben gerichteten Halteabschnitten 6 und 7 auch die Formgebung beispielsweise eines Baggerlöffels 70 aufweisen, wie diese in 4 in Seitenansicht dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass dieser Baggerlöffel 70 über die beiden Verbindungsabschnitt 2, 3 verfügt und dementsprechend - so wie das Eintauchelement 1 - an einem Zugmittel feststehend aber schwenkbar angeordnet werden kann. Der Baggerlöffel 70 bildet zur Realisierung eines Stauraumes zwei Seitenwände 71, von welchen in 4 lediglich die vordere Seitenwand erkennbar ist.
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Mit Bezug auf 1 sei angemerkt, dass die abgewinkelte Ausgestaltung des Eintauchelementes 1 auch anders ausgebildet sein kann. So könnte beispielsweise die Bodenplatte 4 bogenförmig in die Rückwand 29 übergehen, wie dies beispielsweise beim Baggerlöffel 70 aus 4 der Fall ist. Wesentlich ist, dass die Verbindungsabschnitte 2 und 3 über den Lagerzapfen 12 um die Schwenkachse 18 in Richtung des Pfeiles 36 verschwenkbar ist, sodass insbesondere bei Anströmen des Eintauchelementes 1 ein begrenztes Ausweichen des Eintauchelementes in Richtung des Pfeiles 36 bewirkbar ist, sodass die Strömungsenergie des fließenden Gewässers möglichst optimal durch das Eintauchelement 1 aufgefangen wird. Damit wird auch optimal die Fließenergie entgegen des Pfeiles 30 auf das Eintauchelement 1 übertragen.
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Diesbezüglich sei in Bezug auch auf die Ausgestaltung des Eintauchelementes 1 als Baggerlöffel 70 angemerkt, dass auch das dargestellte Eintauchelement 1 aus 1 mit vollständig geschlossenen Seitenelementen versehen sein kann, welche sich beispielsweise vom Eintauchabschnitt 31 über die Bodenplatte 4 bis zur Rückwand 29 erstreckt. Damit wird ein größeres „Auffangvolumen“ eine größerer Stauraum des Eintauchelementes 1 erreicht, sodass auch die Energieübertragung auf das in ein fließendes Gewässer eintauchendes Eintauchelement 1 erheblich verbessert ist.
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Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei nun beispielhaft auf die 2 und 4 verwiesen, in welchen die Vorrichtung in Form des Wasserkraftwerkes mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist.
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Wie aus 2 erkennbar ist, weist das Wasserkraftwerk 40 zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Umlenkräder 45 und 46 auf. Diese Umlenkräder 45, 46 werden, mit einem endlosen Zugmittel 47 „umschlungen“, welches bei der Ausführungsvariante nach der 2 bandförmig ausgebildet ist. Entsprechend dieser bandförmigen Ausbildung des Zugmittels 47 ist auch die Ankopplung der achtfach am Zugmittel 47 angeordneten Eintauchelemente 1 angepasst gestaltet. Jedes der Eintauchelemente 1 ist jedoch, wie bereits zu 1 beschrieben, über einen Lagerzapfen 12 schwenkbar mit den Zugmittel 47 verbunden. Weiter ist aus 2 ersichtlich, dass die beiden Umlenkräder 45 und 46 an einem Traggestell 48 angeordnet sind, welches bei der dargestellten Ausführungsvariante am Untergrund 49 des fließenden Gewässers 50 feststehend verankert ist. Das Traggestell 49 weist zwei schräg zueinander verlaufende, nach oben gerichtete Stützen 51 und 52 auf, in deren jeweiligen oberen Endbereich die beiden Umlenkräder 45 und 46 über eine Drehachse 55 drehbar gelagert sind.
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Insbesondere aus 3 ist ersichtlich, dass die beiden Umlenkräder 45, 46 mit ihren Drehachsen 55 unter einem Winkel β von etwa 45° schräg geneigt zu einer Vertikalen 53 am oberen Ende der Stützen 51 und 52 angeordnet sind. Des Weiteren sind die Drehachsen 55, welche in der Zeichnung nicht explizit dargestellt sind, jeweils mit einem Stromgenerator 75 drehfest verbunden, sodass die Drehung der Umlenkräder 45, 46 im Betrieb zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
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Weiter ist aus 3 ersichtlich, dass auf der linken Seite 56 der Stützen 51, 52 die Eintauchelemente 1 alle unterhalb der Wasseroberfläche 57 in das fließende Gewässer 50 eintauchen und auf der rechten Seiten 58 aus dem fließenden Gewässer 50 „ausgehoben“ sind.
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Dieses Anheben der Eintauchelemente 1 aus der linken in das fließende Gewässer 50 eintauchenden Position 56 in die auf der rechten Seite 58 des fließenden Gewässers ausgehobenen Position wird durch die Schrägstellung der Umlenkräder 45 und 46 mit ihrer jeweiligen Drehachse 55 um den besagten Neigungswinkel β bewirkt. Wie aus 3 erkennbar ist, befindet sich die umlaufende Begrenzungskante 60 der beiden Umlenkräder 45, 46 auf der linken Seite 56 erheblich weiter unten als auf der rechten Seite, sodass durch die einfache Drehbewegung die Vertikalverstellung der Eintauchelemente 1 aus der linken Position 56 in die rechte Position 58 und somit außerhalb des fließenden Gewässers 50 bewirkt wird. Die Größe des „Aushebens“ ist somit einerseits von der Größe des Neigungswinkel β in Verbindung mit dem Durchmesser der Umlenkräder 45, 46 abhängig. Je Größer diese Werte sind, um so größer ist auch die Größe des „Aushebens“.
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Weiter ist aus 2 erkennbar, dass die aus dem fließenden Gewässer 50 „ausgehobenen“ Eintauchelemente 1, welche in 2 oberhalb des fließenden der Wasseroberfläche 57 Gewässers 50 dargestellt sind, im Wesentlichen aufgrund ihrer schwenkbaren Lagerung 12 am Zugmittel 47 in einer etwa vertikalen Ausrichtung befinden.
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Nach dem Eintauchen der Eintauchelemente 1 in das fließende Gewässer 50 werden die Eintauchelemente alle in Richtung des Pfeiles 36 soweit ausgelenkt, bis sich ein Gleichgewicht der Strömungskräfte des fließenden Gewässers 50 und der aufgrund des Eigengewichtes vorhandenen Rückstellkräfte der Eintauchelemente 1 eingestellt hat.
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Aufgrund der speziellen schaufelartigen Ausgestaltung des Eintauchelementes 1 bzw. der Eintauchelemente 1, wie zu 1 beschrieben, oder auch nach Art eines Baggerlöffels 70 oder ähnliche Ausgestaltung wird somit eine optimale Übertragung der Fließkräfte in Richtung des Pfeiles 65 auf die in das fließende Gewässer 50 eingetauchte Eintauchelement 1 erreicht, und somit eine optimale Drehmomentübertragung über das Zugmittel 47 auf die beiden Umlenkräder 45 und 46 bewirkt, welche wiederum dazu dienen, einen mit den Lagerachsen oder Lagerwellen der beiden Umlenkräder 45 und 46 in Verbindung stehenden Generatoren 75 zu bewirken.
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5 zeigt beispielhaft eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung eines Eintauchelementes 1/1, welches eine blockartige Rückwand 29/1 aufweist, deren Dimension bzw. Formgebung der Kombination der Formgebung der Rückwand 29 des Eintauchelementes 1 zusammen mit den vor dieser Rückwand 29 angeordneten Halteabschnitte 6, 7 und den beiden oberen Querstegen 8, 9 entspricht. An dieser Rückwand 29/1 sind in den seitlichen Endbereichen schräg nach oben verlaufende Verbindungsabschnitte 2/1 und 3/1 angeordnet, deren Funktion den Verbindungsabschnitten 2 und 3 der Ausführungsvariante des Eintauchelementes 1 aus 1 entspricht.
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Die beiden Verbindungsabschnitte 2/1 und 3/1 dienen zur schwenkbaren Lagerung des Eintauchelementes 1/1 an einem Lagerelement 15/1, dessen Funktion prinzipiell der Funktion des Lagerelementes 15 aus 1 entspricht.
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Zur schwenkbaren Lagerung der beiden Verbindungsabschnitte 2/1 und 3/1 am Lagerelement 15/1 weist das Lagerelement 15/1 jeweils seitlich vorstehende Lagerzapfen 12/1 auf, von welchen in 5 lediglich der vordere Lagerzapfen 12/1 zur schwenkbaren Lagerung des Verbindungsabschnittes 2/1 erkennbar ist. Es versteht sich, dass das Lagerelement 15/1 auf der nicht sichtbaren Rückseite ebenfalls einen solchen Lagerzapfen aufweist, welcher entsprechend mit dem Verbindungsabschnitt 3/1 schwenkbar in Verbindung steht. Die beiden Lagerzapfen 12/1 definieren dementsprechend eine Schwenkachse 18/1, welche quer zu einem Zugmittel 21 verläuft, welches dem Zugmittel 21 aus 1 entspricht und dementsprechend als Draht oder Schnur ausgebildet sein kann.
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Zur schwenkbaren Lagerung des Eintauchelementes 1/1 am Zugmittel 21 um die Schwenkachse 18/1 in Richtung des Pfeils 36 dient das Lagerelement 15/1. Das Lagerelement 15/1 kann hierzu klemmend am Zugmittel 21 befestigt sein. Das Lagerelement 15/1 weist einen zentralen Montageblock 80 auf, der zur Aufnahme des Zugmittels 21 zweiteilig ausgebildet ist und ein Obergehäuse 81 und ein Untergehäuse 82 aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsvariante ist zwischen dem Obergehäuse 81 und dem Untergehäuse 82 eine Art Durchgangskanal vorgesehen, welcher in der Zeichnung nicht erkennbar ist. Dieser Durchgangskanal dient zur Aufnahme des Zugmittels 21 und wird dabei von zusammengehörenden jeweils etwa halbzylindrischen Aufnahmenuten im Bereich der Trennebene 83 des Obergehäuses 81 und des Untergehäuses 82 gebildet, welche in der Zeichnung ebenfalls nicht erkennbar sind.
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Bei der dargestellten Ausführungsvariante des Montageblockes 80 mit seinem Obergehäuse 81 und seinem Untergehäuse 82 sind die Lagerzapfen 12/1 am Obergehäuse angeordnet. Der Lagerblock 80 mit seinem Obergehäuse 81 und seinem Untergehäuse 82 ist vorzugsweise als Spritzgießteil ausgebildet, so dass insbesondere die Lagerzapfen 12/1 in einfacher Weise am Obergehäuse 81 angespritzt sein können, was deren Anordnung vereinfacht.
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Zur klemmenden Montage des Lagerelementes 15/1 am Zugmittel 21 weist der Montageblock 80 bzw. weisen dessen Obergehäuse 81 und dessen Untergehäuse 82 frontseitig und rückseitige jeweils Klemmzungen 85, 86 bzw. 87, 88 auf, welche im unverspannten bzw. nicht klemmenden Zustand jeweils einen Spalt 89 bzw. 90 zueinander bilden. Zur klemmenden Halterung am Zugmittel 21 sind die Klemmzungen 85, 86 und 87, 88 mittels jeweils zweier Schraubverbindungen 95, 96 bzw. 97, 98 miteinander verspannbar, so dass der Montageblock 80 klemmend und somit feststehend am Zugmittel 21 gehalten wird.
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Wie weiter aus 5 erkennbar ist, weist das Eintauchelement 1/1 grundsätzlich etwa dieselbe Formgebung auf wie das Eintauchelement 1 aus 1. So weist auch das Eintauchelement 1/1 eine untere Bodenplatte 4 mit zwei seitlich daran angeordneten Seitenwänden 26, 27 auf. Frontseitig ist die Bodenplatte 4 ebenfalls mit einem schräg nach oben ausgerichteten Eintauchabschnitt 31 versehen, welcher ebenfalls mit seitlich schräg nach oben verlaufenden Begrenzungswänden 34 bzw. 35 versehen ist.
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Es ist erkennbar dass das Eintauchelement 1/1 ebenfalls schaufelartig ausgebildet ist und über die Lagerzapfen 12/1 des Montageblockes 80 um die Schwenkachse 18/1 schwenkbar ist, sofern das Eintauchelement 1/1 in Richtung des Pfeils 65 angeströmt wird, wie dies in 2 beispielhaft für die Eintauchelemente 1 aus 1 dargestellt ist. Auf Grund der speziellen schaufelartigen Gestaltung auch des Eintauchelements 1/1 kann das Eintauchelement 1/1 in der Strömung nicht „aufschwimmen“, so dass eine optimale Energieübertragung der Strömungsenergie auf die am Zugmittel 21 schwenkbar angeordneten Eintauchelemente 1 bzw. 1/1 erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009003291 U1 [0004, 0005, 0006, 0014]
- DE 102006037182 A1 [0007, 0014]
- DE 102006037182 A2 [0008]
- DE 102007003323 [0010]
- DE 102006014205 A1 [0011]
- DE 102004042918 A1 [0012]
- DE 102005038793 A1 [0013]
- DE 102007003323 A1 [0014]
