DE3540500A1 - Hydrodynamische pumpanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrodynamische Pumpanlage, bei der an einem langen Antriebshebel ein Antriebsruder angebracht ist, welches vom strömenden Wasser angetrieben wird und einen Antriebshebel um einen verankerten Pfahl pendelnd bewegt.

An einem im Flußbett verankertem Pfahl ist ein Antriebshebel mit einer Antriebsgabel an zwei Zapfen einer Antriebshülse, die eine Pumpe betätigt, gelagert. Am freien Ende des Antriebshebels ist ein in die Strömung eintauchendes aber schwimmendes Antriebsruder so angebracht, daß der Schwerpunkt der am Antriebsruder wirkenden Kraft vor der Lagerachse liegt. Mit einer Begrenzungskette wird ein Anströmwinkel entsprechend der Strömungsstärke eingestellt. Nach jedem Ausschwenken des Antriebshebels wird das Antriebsruder von einem Umlenkhebel, an dem eine Zugleine befestigt ist, selbständig umgelenkt und in die andere Richtung getrieben.

Es können auch zwei Pumpanlagen nebeneinander im Parallelbetrieb arbeiten. Dabei werden die Antriebshebel durch einen Querbalken, an dem mehrere miteinander durch eine Verbindungsstange verbundene Antriebsruder gelagert sind, an ihren freien Enden so verbunden, daß sie zueinander parallel verlaufen. So kann mit geringem Aufwand eine breite und auch schwache Strömung genutzt werden. Weitere Besonderheiten gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Für die Nutzung von Strömungen in Flüssen zum Wasserheben sind von alters her Schöpf- oder Wasserräder bekannt. Jedoch muß für eine größere Leistung das Wasser mehr oder weniger gestaut werden. In der Offenlegungsschrift (DE 29 27 776 A1) ist eine schwimmende Pumpanlage beschrieben, bei der die Strömung ein Schaufelrad antreibt. Hier ist auf einem Rahmen, der von zwei seitlich angeordneten Schwimmkörpern getragen wird, ein langes Schaufelrad installiert, welches mit den Schaufeln in die Strömung eintaucht und eine Pumpe antreibt. Die Anlage ist an einem Pfahl verankert.

Vorteilhaft ist bei dieser Anlage, daß sie an jeden anderen Standort auf dem Fluß transportiert werden kann, wo günstige Strömungsverhältnisse sind. Nachteilig ist bei dieser Anlage, daß der Aufwand im Verhältnis zur Leistung groß ist. Ein Schaufelrad wird vom Staudruck an den Schaufeln angetrieben, wobei keine hydrodynamischen Kräfte wirken und somit der Wirkungsgrad gering ist. Geringe Strömungsgeschwindigkeiten sind gar nicht nutzbar. Auch wirken sich starke Winde aus ungünstiger Richtung auf solch eine Anlage negativ aus.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, eine hydrodynamische Pumpanlage zu schaffen, bei der ein in die Strömung eintauchendes Antriebsruder einen langen Antriebshebel pendelnd hin- und herbewegt und eine am Rohrpfahl angebrachte Pumpe antreibt, um so bei geringem Aufwand eine breite Strömung zu nutzen. Dies wird durch eine Pumpanlage erreicht, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist.

Ein langer Antriebshebel ist an einem verankertem Rohrpfahl mit einer Antriebshülse gelagert. Um die Antriebshülse ist ein Umschlingseil umschlungen und mit seinen Enden spannbar an einer Druckstange befestigt. An den Enden der Druckstange sind Innenplatten, an denen mittels Gegenflansche und Schrauben ausgediente Autoreifen befestigt sind. Sie werden von einem Rahmen gehalten, der mit Rahmenschellen abnehmbar am Rohrpfahl befestigt ist. Am freien Ende des Antriebshebels ist ein Antriebsruder drehbar gelagert und hat einen bestimmten Anstellwinkel zur Strömung, der mit einer Begrenzungskette beliebig einstellbar ist. Das Antriebsruder ist so an der Achse befestigt, daß über die Hälfte seiner Fläche vor der Achse zur Strömung hin liegt und so instabil ist. Über dem Antriebshebel ist an der Achse ein längerer Umlenkhebel angebracht, der durch eine Zugleine mit einer langen Pfahlstange verbunden ist. Pendelt der Antriebshebel weit nach außen aus, so wird das Antriebsruder durch die Zugleine über den Umlenkhebel in die jeweils entgegengesetzte Richtung selbständig umgelegt.

Das Antriebsruder kann durch Fluten oder Aufblasen seines Hohlraumes über einen Schlauch vom Boden her in seiner Eintauchtiefe reguliert werden. Bei steigendem oder fallendem Wasserstand kann der Antriebshebel vertikal entsprechend schwenken. Mehrerer solcher Anlagen können auch nebeneinander zu einer parallelarbeitenden Anlage kombiniert werden, wobei die freien Enden der Antriebshebel durch einen Querbalken, an dem mehrere Antriebsruder gelagert sind, verbunden werden und zueinander parallel verlaufen. Hierbei sind die Antriebsruder durch eine Verbindungsstange miteinander verbunden und werden von Umlenkketten direkt mit den Antriebshebeln umgelegt. Bei dieser kombinierten Anlage werden selbst bei geringer Strömung große Drehmomente erreicht.

Die Anlage ist einfach in der Bauweise und ihrer Funktion. Sie paßt sich allen Strömungen und Wasserständen an und nutzt breite Strömungen aus. Der Antriebshebel mit Antriebsruder kann aus den Zapfen der Antriebshülse einfach ausgehakt und bei einer anderen eingehakt werden. So können wechselweise mehrere Pumpstationen angetrieben werden.

Die Pumpe läst sich aus zwei ausgedienten Autoreifen herstellen, was von großer Bedeutung für die Entwicklungsländer ist. Das Wasser kann durch Rohre oder Schläuche 20 bis 30 m hoch gedrückt werden. Bei einer Hochspeicherung des Wassers ist auch eine elektrische Stromerzeugung möglich.

Besondere Anwendungsbereiche sind die Bewässerung von Land und die Wasser-versorgung von Tier und Mensch in Entwicklungsländern mit Flüssen. Hierfür seien besonders die Stromschnellen des Nigerflusses in Mali und Niger geeignet.

In Nepal, wo starke Flußströmungen vorhanden sind, ließe sich die Anlage gut zur Elektrizitätserzeugung verwenden.

Im folgenden wird lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Pumpanlage,

Fig. 2 eine Draufsicht nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht nach Schnitt A-A in Fig. 4,

Fig. 4 eine Draufsicht einer Kombination mehrerer Pumpanlagen in Parallelanordnung,

Fig. 5 eine Anordnung und Antrieb der Pumpe nach Schnitt A-A der Fig. 6 und

Fig. 6 eine Draufsicht in Schnittdarstellung einer Pumpe aus Autoreifen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist im Flußbett ein Rohrpfahl 14 mit der Verankerung 19 verankert, an dem kurz über dem Wasserspiegel mittels Rahmenschellen 32 der Rahmen 31 mit der Pumpe befestigt ist. Zwischen den Rahmenschellen 32 ist eine Antriebshülse 9 mit zwei Zapfen 8 gelagert, in welche die Antriebsgabel 6 eingehakt ist. Am freien Ende des Antriebshebels 5 wird die Achse mit dem Antriebsruder 1 in der Lagerung 4 gelagert. Das Antriebsruder 1 ist so gelagert, daß der Flächenanteil auf der Seite der Begrenzungskette 2 größer ist, wodurch die Begrenzungskette 2 bei Anströmung des Antriebsruders 1 auf Spannung gehalten wird. Am freien Ende der Achse ist ein Umlenkhebel 3 angeordnet, der durch eine Zugleine 17 mit einer am Rohrpfahl 14 mittels Pfahlschelle 18 befestigten Pfahlstange 15 verbunden ist. Der Antriebshebel 5 wird bei sehr flachem Wasserstand von einem Begrenzungsseil 16 gehalten. Das Antriebsruder 1 hat einen Hohlraum 20, der je nach gewünschter Eintauchtiefe mit einem eingeführten Schlauch geflutet oder aufgeblasen werden kann.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, das zwei Pumpanlagen durch Verbindung der Antriebshebel 5 mit einem Querbalken 36 zu einer großen und etwas anders wirkenden Pumpanlage kombiniert werden können. Solch eine Kombination ist auch mit mehreren Anlagen möglich.

Hierbei sind am Querbalken 36 mehrere Antriebsruder 1 gelagert und durch eine Verbindungsstange 39 miteinander verbunden, wodurch sie alle den gleichen Anströmwinkel haben. Zwischen der Verbindungsstange 39 und den Antriebshebeln 5 sind innen zwei Umlenkketten 37 an einer der Ösen 38 angebracht. Der Querbalken 36 wird von den Haltegabeln 35 der Antriebshebel 5 gehalten. Durch Anbringen mehrerer Ösen 38 in verschiedenen Abständen vom Drehpunkt der Haltegabel 35 kann der Schwenkwinkel und somit auch der Umlenkzeitpunkt der Antriebsruder 1 beliebig bestimmt werden, was auch die Größe des Schwenkbereiches b und die Pendelfrequenz beeinflußt. Die stationäre Seite mit verankertem Rohrpfahl 14, dem Antrieb und der Pumpe ist wie bei einer Einzelanlage. Nur die Pfahlstange 15, die Zugleine 17 und der Umlenkhebel 3 entfallen hierbei, wie besonders aus Fig. 3 zu ersehen ist.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß für die Anlage eine Pumpe und deren Antrieb aus einfachen Mitteln herstellbar sind. Auf den Rohrpfahl 14 ist eine Antriebshülse 9 gesteckt. Sie hat an den Enden zur radialen Lagerung je eine Buchse 11 aus Gleitlagerkunststoff. Axial nach unten wird sie durch die Lagerscheibe 12, die auf der Auflagescheibe 13 gleitet, gelagert. Die Auflagescheibe wird von der unteren Rahmenschelle 32 gehalten. Von oben wird die Antriebshülse 9 von der oberen Rahmenschelle 32 begrenzt. Im oberen Bereich weist die Antriebshülse 9 zwei Zapfen 8 auf, auf welche die Antriebsgabel 6 mit den offenen Langlöchern aufgelegt wird. Dieser Langlöcher werden mit verschraubten Gabelsicherungen 7 verschlossen. In der Mitte wird die Antriebshülse 9 von einem Umschlingseil 10 ein- oder mehrmals umschlungen und mit den Enden in der Seilbefestigung 22 der Druckstange 23 mit Spannschrauben 21 befestigt und gespannt. So kann es die Kraft ohne Schlupf von der Antriebshülse 9 auf die Druckstange 23 gut übertragen. Die Druckstange 23 besteht aus einem U-Profil, dessen Schenkelenden an der Antriebshülse 9 anliegen und abrollen, wobei zwischen ihnen das Umschlingseil 10 verläuft.

Der Rahmen 31 der Pumpe wird mit den Rahmenschellen 32 am Rohrpfahl 14 klemmend befestigt. Durch Lösen der Rahmenschellen 32 können Rahmen 31 mit Pumpe und Antrieb beliebig verschoben und dem Wasserstand angepasst werden.

In Fig. 6 ist dargestellt, wie eine doppeltwirkende Pumpe aus zwei ausgedienten Autoreifen 27 hergestellt werden kann. An den Enden der Druckstange 23 sind Innenplatten 24 geschweißt, an welche die Innenwulst der Reifen 27 mittels Verschraubung 28 und Gegenflansche 26 geklemmt sind. Auf die gleiche Weise sind auch die Außenwulste an den Außenplatten 25 befestigt. Die Außenplatten 25 sind an den kurzen Seiten des Rahmens 31 befestigt und haben im Zentrum eine Aufnahmebohrung für die Stutzen 30. Die Stutzen 30 führen zu den Saugleitungen 33 und den Druckleitungen 34 mit den nichtdargestellten Saug- und Druckventilen. Um den Walkwiderstand der Reifen 27 zu verringern, wird die Lauffläche mehrmals bis nah an die Karkasse umlaufend eingeschlizt. An der höchsten Stelle ist in der Lauffläche eine Entlüftungsschraube 29 angebracht.

Nachfolgend soll die Wirkung und Funktionsweise einer hydrodynamischen Pumpanlage näher erläutert werden.

Das in die Strömung eintauchende Antriebsruder 1 hat einen Anstellwinkel zur Strömung, so daß auf der abgewandten Seite ein Unterdruck entsteht, der das Antriebsruder 1 und den Antriebshebel 5 im Uhrzeigersinn bis zur Kippstellung c schwenkt. Bein Annähern an die Kippstellung c spannt sich die Zugleine 17, wobei das Antriebsruder 1 vom Umlenkhebel 3 auf die entgegengesetzte Seite umgelegt und wieder von der Begrenzungskette 2 gehalten wird. Der Antriebshebel 5 wird nun im Schwenkbereich b entgegen den Uhrzeigersinn geschwenkt. Der Zyklus wiederholt sich auf diese Weise ständig. Dies verdeutlicht Fig. 2 mit Pfeilangaben. In Fig. 6 kann man dagegen den Pumpvorgang aus der Pfeilanzeige erkennen. Die Antriebsgabel 6 wird um ca. 60° im Uhrzeigersinn geschwenkt und dreht die Antriebshülse 9 über die Zapfen 8. Vom Umschlingungsseil 10 wird die Kraft auf die Druckstange 23 übertragen.

Die Druckstange 23 bewegt sich in Pfeilrichtung abrollend an der Antriebshülse 9 und drückt den vollen Autoreifen 27 mit der Innenplatte 24 gegen die Außenplatte 25 zusammen. Im gleichen Augenblick wird der gegenüberliegende Reifen 27 auseinandergezogen und gefüllt. Bei Inbetriebnahme müssen die Reifen 27 über die Entlüftungsschrauben 29 gut entlüftet werden. Die beiden Druckleitungen 34 münden in eine Hauptleitung, die das Wasser zum Bestimmungsort leitet.

Bei einer Länge des Antriebshebels 5 von 10 m und einem Schwenkbereich b von ca. 60° wird eine Strömungsbreite von ca. 10 m genutzt. Die Drehmomente sind sehr groß, was eine gute Verankerung des Rohrpfahles 14 im Flußbett erfordert. Die Fördermenge ist abhängig von der Stärke der Strömung, der Eintauchtiefe des Antriebsruders 1, der Größe der Reifen 27 und von der Förderhöhe.

Die in Fig. 4 dargestellte kombinierte Pumpanlage arbeitet ähnlich. Nur die Anordung und die Steuerung der Antriebsruder 1 sind etwas anders. Die Antriebsruder 1 werden von der Strömung in Pfeilrichtung gedrückt. Die beiden parallel angebrachten Antriebshebel 5 werden vom Querbalken 36 im Schwenkbereich b entgegen den Uhrzeigersinn um ca. 60° geschwenkt. Dabei werden alle Antriebsruder 1, welche durch die Verbindungsstange 39 miteinander verbunden sind, von der unter Spannung stehenden Umlenkkette 37 bis zur Kippstellung c langsam umgelenkt. Nach Umschwenken der Antriebsruder 1 kommt die gegenüberliegende Umlenkkette 37 unter Belastung und die vorherige wird lose. Die Antriebshebel 5 werden nun im Uhrzeigersinn geschwenkt. Dieser Zyklus wiederholt sich ständig. Mit solch einer kombinierten Pumpanlage können sehr breite und auch schwache Strömungen genutzt werden.

Claims (10)

1. Hydrodynamische Pumpanlage, die von Laufwasser in Flüssen angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebshebel (5) mit einem Ende mittels einer Antriebsgabel (6) und einer Antriebshülse (9) an einem im Flußbett verankertem Rohrpfahl (14) gelagert ist und eine Pumpe antreibt, wogegen am anderen Ende des Antriebshebels (5) mittels Ruderlager (4) mindestens ein in die Strömung eintauchendes Antriebsruder (1) angeordnet ist und zur Anströmung einen durch die Begrenzungskette (2) bestimmten Anstellwinkel hat, wobei seitliche Kräfte das Antriebsruder (1) und den Antriebshebel (5) bei selbständiger Ruderumlegung schwenkend hin- und herbewegen.

2. Hydrodynamische Pumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Antriebshebel (5) durch einen Querbalken (36), an dem mehrere Antriebsruder (1) gelagert und miteinander durch eine Verbindungsstange (39) verbunden sind, mittels Haltegabeln (35) auf parallelen Abstand zueinander gehalten werden, wobei die Antriebsruder (1) durch die Umlenkketten (37) direkt vom Antriebshebel (5) gesteuert werden.

3. Hydrodynamische Pumpanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsruder (1) einen Hohlraum (20) aufweist und im Boden eine Öffnung hat, durch welche mit einem eingeführten Schlauch Luft hineingedrückt oder herausgelassen werden kann und dadurch die Eintauchtiefe regulierbar ist.

4. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (5) mit der Antriebsgabel (6) auf zwei Zapfer (8) gelagert ist und bei steigendem oder fallendem Wasserstand im Hubbereich (a) mitgehen kann.

5. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (5) durch ein verstellbares Begrenzungsseil (16) bei Niedrigwasser so gehalten wird, daß das Antrieberuder (1) mit dem Boden nicht den Grund berührt.

6. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsgabel (6) für die Zapfen (8) nach unten offene Langlöcher aufweist, welche durch eine mit Schrauben befestigte Gabelsicherung (7) verschlossen werden.

7. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohrpfahl (14) zwischen den Rahmenschellen (32) eine Antriebshülse (9) gelagert ist, welche zwei Zapfen (8) aufweist.

8. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebshülse (9) und der Rahmen (31) nach Lösen der Rahmenschellen (32) nach oben oder unten am Rohrpfahl (14) verschiebbar oder ganz abnehmbar sind.

9. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung durch ein um die Antriebshülse (9) umschlungenes Umschlingseil (10), welches mit den beiden Enden mit Spannschrauben (21) spannbar an der Druckstange (23) befestigt ist, erfolgt.

10. Hydrodynamische Pumpanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Autoreifen (27) in einem Rahmen (31) angeordnet und über die Innenplatten (24) mit der Druckstange (23) verbunden sind, die wechselweise zusammengedrückt oder auseinandergezogen werden und so die Funktion einer doppelwirkenden Pumpe erfüllt.