-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gewinnung
-
von elektrischer Energie aus der potentiellen Energie von fließenden
Gewässern mit Hilfe eines Wasserrades mit horizontaler Welle und Zahnradgetriebe.
-
Wasserkraftwerke sind grundsätzlich bekannt. Dabei wird das Flußwasser
angestaut, um dann durch eine Wasserturbine zum Unterwasser geführt zu werden. Die
Anfangs potentielle Energie des Wassers wird dabei in mechanische Energie umgeformt.
Ein mit der Wasserturbine in der Regel über ein Getriebe gekoppelter Generator formt
die mechanische in elektrische Energie um. Die erzielbare elektrische Leistung ist
im wesentlichen vom Wasservolumen und von der nutzbaren Fallhöhe abhängig. Bekannt
ist es auch, die Wasserkraft mit Hilfe von Wasserrädern zu nutzen. Derartige Wasserräder,
beispielsweise mit horizontaler Welle sind bereits in vorchristlicher Zeit zu den
verschiedensten Zwecken, insbesondere zum Heben des Wassers eingesetzt worden. Dabei
sind auch bereits Zahnradgetriebe zum Einsatz gekommen. Nachteilig bei den bekannten
Einrichtungen ist, daß die dafür erforderlichen Bauarbeiten und auch die benötigten
Maschinen sehr kostenintensiv sind, so daß sie sich insbesondere für kleinere Leistungen
nicht einsetzen lassen. Andererseits sind insbesondere in Gebirgsgegenden Wasserläufe
vorhanden, die aufgrund hoher Fließgeschwindigkeit große Wassermengen transportieren
und ungenutzt zu Tal fließen.
-
Diese Energie ist aus den verschiedensten Gründen bisher nicht eingesetzt
worden, insbesondere deshalb, weil durch die zur Erzeugung großer Energiemengen
notwendigen Arbeiten die gesamte Umwelt verändern würden.
-
Ausgehend von der Erkenntnis, daß insbesondere für kleinere und mittlere
Verbraucher der Energiebedarf direkt aus kleineren bis Kleinstanlagen gedeckt werden
kann, liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein investitionsgünstiges
Aggregat zu schaffen, das ohne aufwendige Bauten vor allem in schnellfließenden
Wasserläufen zur Stromgewinnung eingesetzt werden kann.
-
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei gleich
ausgebildete Wasserräder am Endpunkt einer das vorhandene Flußbett in Strömungsrichtung
auf einen Bruchteil seiner Breite einengenden Leitwand den Wasserstrom anstauend
eingehängt und über Getriebe mit Generatoren gekuppelt sind.
-
über die Leitwände, die ohne großen Aufwand bei derartigen Wasserläufen
eingebaut werden können, kann einmal die Fließgeschwindigkeit und damit auch die
Menge des Antriebswassers so erhöht werden, daß damit zwei Wasserräder gleichzeitig
angetrieben werden können. Wird die Wassermenge beispielsweise im Laufe des Sommers
zu gering, kann eines der beiden Wasserräder ausgeschaltet werden, so daß für das
zweite Rad immer eine ausreichende Wassermenge zur Verfügung steht. Die verwendeten
Wasserräder können im Gegensatz zu ansonsten für Flußkraftwerke mit geringer Stauhöhe
eingesetzten Kaplan-Turbinen mit geringen Kosten hergestellt werden. Die Wasserräder
sind so eingesetzt und gelagert, daß auftretende Reibungskräfte ganz oder annähernd
außer Acht gelassen werden können.
-
Die in Frage kommenden Wasserläufe, insbesondere die, die auf kurze
Strecken größere Höhenunterschiede überwinden, können mehrfach zur Gewinnung elektrischer
Energie eingesetzt werden, indem erfindungsgemäß mehrere Wasserräder-Kombinationen
in Fließrichtung des Gewässers und im Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei
werden jeweils den Wasserräder-Kombinationen über die Leitwände ausreichende Wassermengen
mit ausreichender Fließgeschwindigkeit
zugeführt.
-
Schäden an der WasserradvKombination werden insbesondere bei Hochwasser
wirksam dadurch verhindert, daß die Leitwand neigbar ausgebildet ist. Dadurch kann
bei Hochwasser die von den Laufrädern nicht benötigte Wassermenge gezielt abgeleitet
werden.
-
In Sommerzeiten bzw. in Zeiten mit geringen Wassermengen kann eines
der beiden Wasserräder gezielt vom Antrieb ab- und ausgeschlossen werden, indem
gemäß der Erfindung die Leitwand um den Verbindungspunkt mit dem Ufer oder Rand
schwenkbar ist. Dabei ist sie zweckmäßig verlängerbar, um dem jeweils weiter entfernten
Laufrad das Antriebswasser zuzuführen.
-
Eine möglichst günstige Wirkleistung wird gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß das Getriebe aus dem auf der Wasserradachse sitzenden Antriebsrad
mit Zahnkranz, dem ein Zehntel von dessen Durchmesser aufweisenden Triebwerk, dem
auf dessen Welle aufsitzenden Rad mit fünffachem Durchmesser, der über Treibriemen
damit verbundenen Riementrommel, der Kupplung und einem Zehnganggetriebe besteht.
Über ein derartiges Getriebe wird der Generator so mit mechanischer Energie versorgt,
daß optimal elektrische Energie erzeugt werden kann.
-
Zur Vereinfachung der Montage sowie der Wartung ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß das Triebwerk, Rad und die zugehörige Welle einer drehbar angeordneten,
festlegbaren Platte zugeordnet sind. Auf diese Weise können diese Teile ausgeschwenkt
und damit die gesamte Anlage stillgesetzt werden.
-
Zweckmäßig ist es, die Platte auf dem Drehpunkt zu lagern und über
Knebel festzulegen. Auf diese Weise kann
mit Hilfe einfacher mechanischer
Mittel die besagte Stillsetzung bzw. Montage bzw. Wartung vorgenommen werden.
-
Eine weitere Möglichkeit, eines der beiden Wasserräder stillzusetzen
oder aber die Energiegewinnung zu beeinflussen, ist erfindungsgemäß darin zu sehen,
daß vor den Wasserrädern den Wasserzulauf getrennt sperrende Tore angeordnet sind.
-
Um das Antriebswasser gezielt den Wasserrädern zuzuführen und auch
bei geringerwerdenden Wassermengen einen optimalen Antrieb zu gewährleisten, ist
am Einlauf eine Wasserführungsleiste verschwenkbar und bis an das Wasserrad heranreichend
angeordnet. Die Wasserführungsleiste kann so verschwenkt werden, daß der Wasserzulauf
verengt und damit die Wassergeschwindigkeit in diesem Bereich erhöht wird.
-
Bei Wasserläufen mit großer Fließgeschwindigkeit kann sogar ohne
jede Umleitung des Wassers durch besondere Bauten eine Einrichtung zur Gewinnung
von elektrischer Energie installiert werden, indem die Achsen des Wasserrades auf
in der Höhe verstellbaren und auf dem Grund des Gewässers aufstehenden und dort
festlegbaren Füßen gelagert ist und in dem die beidseitig vorgesehenen Leitwände
bis zur Achse geschlossen und durch eine Bodenwand sowie Streben gehalten sind.
Ein derartiges einzelnes oder gruppenweise angeordnetes Wasserrad kann beispielsweise
in einen Flußlauf eingesetzt und dort verankert werden. Das Antriebswasser wird
dann gezielt durch die trichterförmig auseinanderlaufenden Leitwände dem Wasserrad
zugeführt und beschleunigt, so daß sie aufgrund des Druckes zum Antrieb des Wasserrades
eingesetzt werden können.
-
Hinter der Achse sind die Leitwände bzw. Seitenwände weggelassen,
so daß das gestaute Antriebswasser schnell
abfließen kann.
-
Um auch bei einer derartigen in das Fließwasser einsetzbaren Einrichtung
den Wasserzulauf gezielt regulieren zu können, sind am Einlauf erfindungsgemäß in
der Neigung verstellbare Regulierklappen angeordnet. Über diese Regulierklappen
kann der Wasserzulauf so reguliert bzw. gerichtet werden, daß das Wasserrad gezielt
von dem aufgestauten Wasser angetrieben wird. Dieser Antrieb wird noch dadurch begünstigt,
daß das um die Einrichtung herumfließende Wasser eine gewisse Saugwirkung ausübt.
-
Die Trichterform wird erfindungsgemäß dadurch den Gegebenheiten,
d.h. der Fließgeschwindigkeit und der Wassermenge angepaßt, indem im Bereich der
Regulierklappen ein die Leitwände beeinflussender Wandteilhalter angebracht ist.
über diesen Wandteilhalter können die Leitwände so verschwenkt werden, daß sich
die Öffnungsweite des Trichters ändert.
-
Damit die Einrichtung selbst den Wasser nicht mehr Widerstand bietet
als unbedingt notwendig, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Wasserrad über
ein Riemengetriebe mit den in Fließrichtung dahinter angeordneten Kupplung, Zwölfganggetriebe
und Generator gekuppelt ist. Diese Einrichtungen sind somit im Windschatten des
Laufrades angeordnet, was wie erwähnt strömungsgünstig wirkt.
-
Auch bei einer derartigen Minieinrichtung wird die Montage und die
Wartung dadurch erleichtert, daß Kupplung, Zwölfganggetriebe und Generator einer
Grundplatte, die verschieblich und über Halteschrauben festlegbar ausgebildet ist,
zugeordnet sind. Über diese Grundplatte können die entsprechenden Teile verschoben
und damit die Einrichtung stillgesetzt werden.
-
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Einrichtung
geschaffen ist, die dort zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann, wo bisher
aus Umweltgründen oder wegen zu großer benötigter Investitionen die Wasserkraft
ungenutzt bleiben mußte. Aufgrund der geringen Investitionskosten eignen sich derartige
Einrichtungen auch für den Einsatz in Entwicklungsländern oder für die Zivilisation
aus insbesondere Energiemangelgründen bisher unzugänglichen Gegenden.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in-denen bevorzugte
Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
sind. Es zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung zur Energiegewinnung mit Flußumleitung
in Draufsicht, Fig. 2 eine Vorderansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen
Ausschnitt nach Fig. 2 in Draufsicht, Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 3 in Seitenansicht,
Fig. 5 eine Seitenansicht im Bereich Antriebsrad und Triebwerk, Fig. 6 eine skizzenmäßige
Darstellung mehrerer hintereinander angeordneter Einrichtungen, Fig. 7 eine vereinfachte
Vorderansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 8 eine Seitenansicht gemäß Fig.
7, Fig. 9 eine Seitenansicht der in einen vorhandenen Wasserlauf eingesetzten Einrichtung,
Fig.
10 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig. 9, Fig. 11 eine Seitenansicht der
Einrichtung nach Fig. 9, Fig. 12 eine Draufsicht der Einrichtung nach Fig. 9 und
Fig. 13 eine Einzelheit nach Fig. 12 in Seitenansicht.
-
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Energiegewinnung in Draufsicht.
Dabei ist der Flußlauf so umgeleitet, daß die beiden Wasserräder 4, 4' gleichmäßig
mit geringfügig angestautem Antriebswasser versorgt werden . Hierzu ist der Flußlauf
durch die Leitwand 1 geringfügig geändert, so daß das Treibwasser 3 über den Einlauf
2 gezielt die Wasserräder 4, 4' antreibt. Danach fließt es in Richtung altes Flußbett
49 zurück, Die Wasserräder 4, 4' sind über Triebwerke 5, Treibriemen 6, Kupplung
7 und Getriebe 8 mit dem Generator 9 bzw. dem Läufer 1o des Generators verbunden.
Wie Fig. 5 verdeutlicht, ist das auf der Achse der Wasserräder 4, 4' aufsitzende
Antriebsrad 11 als Zahnrad ausgebildet, das in dem Triebwerk 5 kämmt. Das Antriebsrad
11 hat beispielsweise einen Durchmesser von fünf Metern, während das Triebwerk 5
nur 0,5 Durchmesser aufweist. Auf der gleichen Welle bzw. Achse sitzt das Rad 12,
das wiederum etwa 2 1/2 Meter Durchmesser aufweist. Dieses Rad 12 ist über Treibriemen
6 mit der Riementrommel 13 verbunden, deren Rollenkranz 18 auf Drucksicherung gearbeitet
ist, um der starken Kupplung 7 genügend Widerstand zu bieten.
-
Diese Riementrommel 13 hat einen Durchmesser von einem Meter und ist
über die Kupplung 7 mit dem Zehnganggetriebe 8 und damit mit dem Läufer 1o des Generators
9 zu verbinden.
-
Triebwerk 5 und Rad 12 sind auf einer Platte 14 gelagert, die um
einen Drehpunkt 15 schwenkbar und über Knebel 16, 16' festlegbar ist. Dadurch kann
das Antriebsrad 11 von den übrigen Teilen getrennt und beispielsweise eine Wartung
oder Reperatur leicht vorgenommen werden.
-
Durch Zurückschwenken der Platte 14 kann der notwendige Kontakt zwischen
Antriebsrad 11 und Triebwerk 5 wieder hergestellt und damit die Anlage wieder in
Betrieb genommen werden. Die Stärke der Stahlplatte liegt beispielsweise bei 10
cm , so daß, wie aus den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, auch entsprechend schwere
Trägerböcke 21 und Rollenlager 22 darauf gelagert werden können. Mit 23 ist der
Anlasser bezeichnet, der die gesamte Einrichtung in Bewegung versetzt. Mit 24 ist
eine Trennwand bezeichnet, die die jenseits des Wasserrades 4 liegenden Einrichtungen
schützt.
-
Die Fig. 7 und 8 zeigen weitere Einzelheiten, wobei insbesondere
die Tore 25 zu erwähnen sind, die eines oder beide der Wasserräder 4, 4' ganz oder
teilweise gegenüber dem Wasserzulauf absperren können. Der gleichmäßige Wasserzulauf
bzw. der gezielte Zulauf auf das Wasserrad 4, 4' wird über die Wasserführungsleiste
26 beeinflußt, die verschwenkbar ist, so daß auch bei unterschiedlichem Wasserstand
eine immer gleichmäßige Zuführung des drückenden Wassers möglich ist. Mit 27 ist
ein Verstärkerflänsch und mit 28 die Steckachse mit Flansch bezeichnet, die die
Lagerung der Wasserradachse betrifft.
-
Fig. 6 erläutert die Möglichkeit, mehrere derartige Einrichtungen
mit Wasserrädern 4, 4' in ein und demselben Flußbett 49 hintereinander anzuordnen.
Dabei wird das zum Antrieb benötigte Antriebswasser jeweils über die Leitwände 1
in Richtung auf die im Uferbereich angeordneten Wasserräder geführt. Übermäßige
Wassermengen werden am
Überlauf 20 abgeleitet, wozu die Leitwand
1 zweckmäßigerweise absenkbar oder einfacher neigbar ist. Die gesamte Einrichtung
ist über ein Dach gegenüber der Umwelt geschützt, wobei dieses Dach der Einfachheit
halber abnehmbar ausgebildet ist. Die Wasserräder 4, 4' werden aus vier Teilen zusammengeschraubt
und von oben eingesetzt.
-
Eine Art Minikraftwerk erläutern die Fig. 9 bis 13.
-
Diese Einrichtung kann aus zwei oder auch aus einem einzelnen Wasserrad
30 bestehen, die in einen Flußlauf mit Starkausströmung eingesetzt werden. Der Wasserzulauf
wird mit Hilfe der insbesondere aus Fig. 12 entnehmbaren Leitwände 1, 1', 1'' beeinflußt,
gesichert und beschleunigt. Dadurch entsteht der notwendige Druck, um das in das
Wasser eingehängte Wasserrad 30 anzutreiben. Dieses Wasserrad bzw.
-
dessen Achse lagert auf Ständern, deren Füße 31, 32 auf dem Boden
des Flusses aufstehen. Zweckmäßigerweise handelt es sich dabei um hydraulische Füße,
so daß die Eintauchtiefe des Wasserrades 30 einreguliert werden kann. Die einzelnen
Teile, wie beispielsweise das Rad aber auch die Leitwände bestehen aus nicht rostendem
Material wie beispielsweise Kunststoff oder Leichtmetall.
-
Die Leitwände 1, 1', 1'' bilden eine Art Eingangstrichter, der über
die Seitenteile 44 und das Bodenteil 48 bis in den Bereich der Achse 35 weitergeführt
ist.
-
Danach hört die Leitung und Führung des Druckwassers auf, so daß dieses
in Strömungsrichtung seitlich und in Richtung Flußboden abströmen kann.
-
Am Einlauf sind Regulierklappen 33 angeordnet, die dem anströmenden
Wasser die gewünschte Richtung geben.
-
Davor ist ein Wandteilhalter 34 vorgesehen, wie Fig. 12 zeigt, über
den der öffnungswinkel des von den Leitwänden 1, 1', 1'' und Seitenteil 44, 48 gebildet
wird.
-
Die Fig. 9, 1o und 11 verdeutlichen, daß auf der Achse 35 des Wasserrades
30 gleichzeitig das Triebwerk 36 aufsitzt, das seinerseits über Treibriemen 38 mit
der Riementrommel 38in Verbindung steht, die in Fließrichtung unmittelbar dahinter
angeordnet ist. Diese Riementrommel 37 treibt ihrerseits, wie Fig. 12 verdeutlicht,
den Generator bzw. den Läufer des Generators 41 an, der genau hinter dem Wasserrad
30 angeordnet ist. Riementrommel 37 und Generator 41 sind über die Kupplung 39 und
das Zwölfganggetriebe 40 miteinander zu verbinden.
-
Generator 41, Zwölfganggetriebe 40, Kupplung 39 und Riementrommel
37 sind einer gemeinsamen Grundplatte 42 zugeordnet, die über Halteschrauben 43
festlegbar ist. Werden diese Halteschrauben 43 gelöst, so kann die Grundplatte mit
den darauf angeordneten Teilen verschoben und damit der Antrieb gelöst werden. Die
Riementrommel 37 ist auf einem Riementrommelträger 46 angeordnet.
-
Das Triebwerk 36 ist in einem Schutzkasten 45 trocken angeordnet.
Das Wasserrad und die gesamte Einrichtung sind von oben und allen Seiten vor Witterungseinflüssen
geschützt, wobei das Wasserrad 30 durch eine Isolierhaube 47 abgedeckt ist. Heizstrahler
schützen vor winterlicher Kälte, so daß die gesamte Einrichtung unabhängig von äußeren
Witterungseinflüssen immer zur Stromerzeugung zur Verfügung steht.
-
Das Wasserrad 30 und das Triebwerk 36 weisen den gleichen Durchmesser
von beispielsweise 2,2 Metern auf.
-
Die Riementrommel 37 dagegen, die über Keil- oder Flachriemen 38 mit
dem Triebwerk 36 in Verbindung steht, hat nur einen Durchmesser von 20 cm, so daß
durch weitere Berücksichtigung des eingesetzten Zwölfganggetriebes eine ausreichende
mechanische Energie zur Verfügung steht, um
daraus elektrische
Energie zu erzeugen.
-
Mit 50 ist ein Transformator bezeichnet, der lediglich in Fig. 1
dargestellt ist und über den die elektrische Energie in die Form umgewandelt werden
kann, die gerade für den Abnehmer die zweckmäßigste ist.
-
Leerseite