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Vorrichtung zum Nutzbarmachen von hydromechanischer
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Energie Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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In Mittelwasserregionen, das heißt Flüssen und Bächen geringen Gefälles,
bei denen der Bau von Staumauern zur Energiegewinnung nicht möglich oder zu kostspielig
ist, fehlt es bislang an einer Vorrichtung, die das Nutzbarmachen der hydromechanischen
Energie des fließenden Wassers gestattet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine dafür geeignete Vorrichtung zu
schaffen.
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Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden die Klappe und die Steuerflosse,
die zunächst schräg zur Strömungsrichtung angeordnet sind, durch den Druck des fließenden
Gewässers in Bewegung versetzt. Bis zum Erreichen eines Anschlags macht der Hebel
diese Bewegung mit und überträgt dabei die durch das fließende Gewässer erzeugte
Kraft auf das Übertragung 5-glied. Bei Überschreiten einer bestimmten Stellung wird
die Steuerflosse aufgrund des gespannten Steuerorgans und der Kraft des fließenden
Gewässers schließlich aus einer Stellung in bezug auf die Klappe in eine andere
Stellung umgeklappt, in der das Wasser auf die entgegengesetzten Seiten der Klappe
und der Steuerflosse einwirkt, so daß sich die Bewegung in der entgegengesetzten
Richtung wiederholt, wobei ebenfalls die Kraft des Gewässers über das Ubertragungsglied
übertragen wird.
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In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 wird in den Schwimmkörpern
der Haltevorrichtung Druckluft erzeugt, mittels welcher sich ein Verbraucher antreiben
läßt (z.B. ein Preßluftmotor mit nachgeschaltetem elektrischem Generator).
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand
der übrigen Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Nutzbarmachen vom hydromechanischer Energie in Draufsicht und Fig. 2 die Vorrichtung
nach Fig. 1 in Seitenansicht.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist zwei Schwimmkörper
10 auf, die mit Abstand voneinander durch zwei Träger 14, 14' fest miteinander verbunden
sind. Die Schwimmkörper sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Drucklufttanks
ausgebildet, was weiter unten noch näher erläutert ist. An dem Träger 14' ist ein
Schwenklager 16 befestigt. Unterhalb der Schwimmkörper 10 ist eine drehbare Klappe
20 so angeordnet, daß sie sich mit einem Ende unter die Schwimmkörper erstreckt.
Die Klappe 20 hat in ihrer Längsrichtung (in Fig. 1 in Draufsicht) ein strömungsgünstiges
Profil. Die Klappe 20 ist als schwimmfähiger Körper ausgebildet. Am zu den Schwimmkörpern
10 entgegengesetzten Ende hat die Klappe 20 eine Anlenkstelle 26, an der eine Steuerflosse
24 schwenkbar angelenkt ist. Etwa im mittleren Teil ihrer Länge hat die Klappe 20
eine Anlenkstelle 28, an der ein Ende eines Hebels 30 angelenkt ist. Der Drehpunkt
des Hebels 30 ist an dem Schwenklager 16 angelenkt. Zwischen dem freien Ende der
Steuerflosse 24 und einem Punkt auf dem Hebel 30, der sich zwischen dessen anderem
Ende 31 und der Anlenkstelle 16 befindet, ist ein nachgiebig längenveränderliches
Steuerorgan 32 befestigt, das in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus
einer Feder 32a und einem Seil 32b besteht.
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Zwischen den Trägern 14, 14' ist eine Kolben-Zylindervorrichtung 36
befestigt. Die Kolben-Zylindervorrichtung 36 weist einen Zylinder 36a, einen Kolben
36b und eine Kolbenstange 36c auf. An dem freien Ende der Kolbenstange 36c ist der
Hebel 30 mit seinem Ende 31 drehbar angelenkt. Der Zylinderraum des Zylinders 36a
ist mit einer Saugleitung 38 verbunden, die über ein auf in Fig. 1 dargestellte
Weise angeordnetes Rückschlagventil 40 mit der umgebenden Atmosphäre verbindbar
ist. An die Saugleitung 38 ist eine Druckleitung 42 angeschlossen, die über ein
auf in Fig. 1 dargestellt Weise angeordnetes Rückschlagventil 44 mit dem Inneren
der Schwimmkörper 10 verbindbar ist. Das Innere der Schwimmkörper 10 ist über eine
Ausgangsleitung 46 mit einem Verbraucher 48 verbindbar, bei welchem es sich in dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Preßluftmotor mit nachgeschaltetem
Elektrogenerator handeln kann.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist die gesamte Vorrichtung im Betrieb
in strömendem Wasser angeordnet, dessen Spiegel in Fig. 2 mit W bezeichnet ist.
Die als Drucklufttanks ausgebildeten Schwimmkörper 10 schwimmen auf dem Wasser,
wie dargestellt, und die Klappe 20 hat einen derartigen Auftrieb, daß sie unter
dem Wasserspiegel W schwebt. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird die gesamte Vorrichtung
mittels vier Spannseilen 12, die beispielsweise am Ufer verankert sind, an geeigneter
Stelle im strömenden Wasser festgehalten. Die Strömungsrichtung des Wassers ist
in den Zeichnungen mit S bezeichnet.
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Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: In Fig. 1 sind mit ausgezogenen
Linien die Klappe 20, die Steuerflosse 24 und der Hebel 30 in einer möglichen Ausgangsstellung
dargestellt, in der die Klappe 20 schräg zur Strömungsrichtung S und die Steuerflosse
24 schräg zur Klappe 20 angeordnet ist. Der Hebel 30 ist mit zwei Anschlägen 33,
34 für die Klappe 20 versehen. In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Ausgangsstellung
liegt
die Klappe 20 an dem Anschlag 33 an. Das in der Strömungsrichtung
S fließende Wasser drückt gegen die Klappe 20 und gegen die Steuerflosse 24, so
daß diese sich in Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn zu bewegen beginnen. Der in der Ausgangsstellung
zwischen der Klappe 20 und dem Hebel 30 vorhandene Winkel B bleibt bei der Bewegung
im Gegenuhrzeigersinn bis nach dem Passieren einer Mittellinie M gleich.
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Die Anordnung aus der Klappe 20, der Steuerflosse 24 und dem Hebel
30 erreicht nach dem Passieren der Mittellinie M eine in Fig. 1 mit strichpunktierten
Linien dargestellte Stellung, in der das Ende 31 des Hebels 30 den Kolben 36b so
weit verschoben hat, daß er an der Stirnwand des Zylinders 36a anliegt und eine
weitere Drehbewegung des Hebels 30 im Gegenuhrzeigersinn um das Schwenklager 16
verhindert.
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In der strichpunktierten Stellung, in der die Klappe 20 zur Strömungsrichtung
S im wesentlichen parallel ist, wirkt der Druck des strömenden Wassers praktisch
nur noch auf die Steuerflosse 24 ein. Die Steuerflosse 24 nimmt die Klappe 20 nunim
Gegenuhrzeigersinn mit, so daß sich die Klappe 20 von dem Anschlag 33 entfernt.
Dabei wird der zwischen der Klappe 20 und der Steuerflosse 24 an der Anlenkstelle
26 eingeschlossene Winkel größer, weil die zunehmende Kraft, die die Steuerflosse
24 auf das Seil 32b ausübt, die Feder 32a dehnt. Die Steuerflosse 24 erreicht bei
ihrer gemeinsamen Bewegung mit der Klappe 20 im Gegenuhrzeigersinn schließlich eine
Stellung (nicht dargestellt), in der sie sich in der LängsmittelachseLderKlappe
20 befindet. In dieser nicht dargestellten Stellung, die sich in Fig. 1 zwischen
der strichpunktiert und der gestrichelt dargestellten Stellung befindet, erstreckt
sich das Seil 32b von seinem Befestigungspunkt an dem Hebel 30 aus gerade über die
Anlenkstelle 28 und die Anlenkstelle 26. In dieser Stellung wird die Klappe 20 in
Fig. 1 auf der rechten Seite
durch das Wasser angeströmt, so daß
auf die Klappe 20 eine Kraft einwirkt, die sie in Fig. 1 im Gegenuhrzeigersinn um
die Anlenkstelle 28 zu drehen versucht. Diese Kraft bewirkt, daß die Steuerflosse
24 um die Anlenkstelle 26 in die Stellung klappt, in der sie in Fig. 1 mit gestrichelten
Linien dargestellt ist, wobei in der gestrichelten Stellung gleichzeitig die Klappe
20 an dem linken Anschlag 34 anliegt. Aus der gestrichelt dargestellten Stellung
bewegen sich dann die Klappe 20, die Steuerflosse 24 und der Hebel 30 sowie das
Seil 32b mit der Feder 32a auf die zuvor beschriebene Weise im Uhrzeigersinn zurück.
Bei dieser Zurückbewegung im Uhrzeigersinn bewegt sich der Kolben 36b in dem Zylinder
36a wieder nach rechts, bis er schließlich die mit ausgezogenen Linien dargestellte
Anschlagstellung erreicht, in der sich die Klappe 20, die Steuerflosse 24, der Hebel
30 und das Steuerorgan 32 wieder in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung
befinden, so daß ein neues Arbeitsspiel beginnen kann.
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Bei der Zurückbewegung aus der mit gestrichelten Linien dargestellten
Stellung saugt der Kolben über die Saugleitung 38 und das sich öffnende Rückschlagventil
40 Umgebungsluft in den Zylinder ein. Bei der Bewegung aus der mit ausgezogenen
Linien dargestellten Stellung im Gegenuhrzeigersinn wird diese Luft aus dem Zylinder
über die Druckleitung 42 und das sich öffnende Rückschlagventil 44 in das Innere
der Schwimmkörper 10 ausgeschoben. Mit fortschreitender Anzahl der Arbeitsspiele
wird die Luft in den Schwimmkörpern 10 zunehmend komprimiert, so daß sie schließlich
über die Ausgangsleitung 46 an den Verbraucher 48 abgegeben werden kann.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Steuerorgan
ein Seil mit einer Feder.
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Stattdessen kann als Steuerorgan auch ein Steuerdruckluftzylinder
benutzt werden, in welchem die komprimierte Luft die Feder 32a ersetzt. Der Steuerdruckluftzylinder
könnte zusätzlich mit dem Innern der Schwimmkörper 10 so verbunden sein, daß sich
über den Druck im Innern der Schwimmkörper 10 die Stellung der Steuerklappe 24 beeinflussen
läßt. Das wäre beispielsweise von Vorteil, wenn die Vorrichtung in dem Fall, daß
der Verbraucher keine Energie entnimmt, stillgesetzt werden soll. In diesem Fall
würde der Steuerdruckluftzylinder 32 durch den Druck im Innern der Schwimmkörper
10 seine Kolbenstange so weit ausfahren, daß die Steuerflosse 24 in eine Stellung
gelangt, in der sie in der Längsachse L der Klappe 20 angeordnet ist. Die Klappe
20 würde dann noch eine restliche Bewegung ausführen können, bis sie in der Strömungsrichtung
S ausgerichtet ist, womit die Vorrichtung stillgesetzt wäre.
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Die Klappe 20 und die Steuerflosse 24 werden zweckmäßig aus korrosionsbeständigem
Werkstoff (Aluminium, Kunststoff, Holz od.dgl.) hergestellt.
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Wenn die Vorrichtung eine beträchtliche Baugröße hat, können sich
in der Fig. 1 strichpunktiert dargestellten Stellung an der Klappe 20 in dem Bereich
oberhalb der Anlenkstelle 28 so große Kräfte ergeben, daß das weitere Drehen der
Klappe 20 erschwert wird. Deshalb ist in diesem Fall die Klappe 20 in ihrem Bereich
oberhalb der Anlenkstelle 28 mit einer oeffnung versehen, in der eine jalousieartige
Anordnung aus schwenkbaren Lamellen vorgesehen ist. Diese Lamellen sind in der in
Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung geschlossen und bleiben bis
in die strichpunktiert dargestellte Stellung der Klappe 20 geschlossen. Sobald die
Klappe 20 sich über die strichpunktierte Stellung hinaus weiterbewegt, werden die
Lamellen selbsttätig geöffnet. Die Drehachsen der Lamellen sind jeweils
zur
Strömungsrichtung S rechtwinkelig. Die Verwendung der Lamellen kann auch bei sehr
großen Strömungsgeschwindigkeiten zweckmäßig sein.
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Statt der gesonderten Steuerflosse 24, die bei 26 an der Klappe 20
angelenkt ist, kann auch eine Steuerflosse an der Klappe direkt angeformt und die
Klappe in sich elastisch biegsam ausgebildet sein, so daß in diesem Fall die Klappe
mit der integrierten Steuerflosse das Verhalten einer Blattfeder hat.
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