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Wasserhebevorrichtung mit gekrümmten Schaufeln Gegenstand der Erfindung
ist eine Wasserhebevorrichtung mit gekrümmten Schaufeln, die zwischen zwei um eine
waagerechte Welle sich drehenden Platten mit zentral angebrachter Ausströmungsöffnung
für das gehobene Wasser angeordnet sind. Das Neue besteht im wesentlichen darin,
daß auf einer festen Welle, um die die Wasserhebevorrichtung sich dreht, eine feststehende
Sperrwand von etwa halbkreisförmigem Querschnitt angebracht ist, die über etwas
mehr als drei aufeinanderfolgende Innenkanten der Schaufeln reicht, so daß das äußere
Wasser, auch wenn sein Spiegel höher als die unterste Stelle der Ausströmungsöffnung
liegt, daran verhindert wird, durch die Vorrichtung hindurchzuströmen.
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Statt der festen Sperrwand können auf den inneren Enden der Schaufeln
Klappen angebracht sein, die sich durch die ganze Länge der Vorrichtung erstrecken
und die in ihrer Außenstellung gegen die Innenflächen der Nachbarschaufeln anliegen,
in welcher Lage die Klappen das Durchströmen des äußeren Wassers durch die Vorrichtung
verhindern, während die Klappen durch den Druck des gehobenen Wassers selbsttätig
nach innen gegen den zentralen Teil derVorrichtung geöffnet werden, so daß das gehobene
Wasser sich mit dem im zentralen Teil der Vorrichtung befindlichen Wasser vereinigen
kann. Ebenso ist es möglich, die nach innen gekehrten Enden der Schaufeln bis innerhalb
der Kante der Ausströmöffnung zu verlängern, wobei diese von einer an der Umdrehung
der Vorrichtung nicht teilnehmenden Platte gedeckt ist, die um die Lagerwelle drehbar
ist und einen im Verhältnis zu dieser exzentrisch angeordneten Ausschnitt hat. Die
Kante des Ausschnittes kann die Form einer Spirale oder einer .ähnlichen Kurve haben.
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Die Schaufeln der Wasserhebevorrichtung oder des Schaufelrades, wie
es der Kürze wegen im folgenden genannt werden soll, sind in bekannter Weise nach
Spiralen, am besten archimedischen Spiralen oder ähnlichen Kurven, gebogen, deren
nach innen gekehrte Enden ganz oder teilweise die kreisförmige Kante der Ausströmöifnung
umschließen. Die Schaufeln reichen gewöhnlich nur bis an diese Kante. Infolge der
Form und der Art der Anbringung der Schaufeln kann man erreichen, daß die Schwerpunkte
der in den gehobenen Schaufeln liegenden Wassermengen sich nur in geringem Grade
von der Senkrechten durch die Drehachse entfernen; die Momente der genannten Wassermengen
werden daher relativ klein, d. h. die Wassermengen werden praktisch senkrecht nach
oben gehoben. Die Hebeschaufeln schieben sich mit einer gleichmäßigen Bewegung unter
die Wassermengen, so daß diese wäh.
Wend der Hebung in Ruhe bleiben
und nicht, wie bei vielen anderen Schaufelrädern, in den Hebeschaufeln hin und her
geschleudert werden. Man vermeidet dadurch recht erhebliche Kraftverluste.
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Wenn das gehobene Wasser stets auf das gleiche Niveau gehoben @@Terden
soll, spielt es keine Rolle, daß die Hebehöhe, wie bei den bisher bekannten Schaufelrädern,
konstant ist. Will man dagegen das Rad für Entwässerungs- oder Austrocknungsarbeiten
benutzzn, bei denen das gehobene Wasser in ein Meer mit wechselndem Wasserstand
entleert wird, so wird man bei einem mit gleichbleibender Hebehöhe arbeitenden Schaufelrad,
das naturgemäß dem höchsten Wasserstand entsprechend angeordnet sein muß, bei allen
niedrigeren Wasserständen das Wasser unnötig hochheben müssen und somit Kraft einbüßen.
Dieser Kraftverlust kann bei dem niedrigsten Wasserstand sehr erheblich werden.
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Bei dem Schaufelrad nach der Erfindung kann das Meer durch die Öffnungen
in den Endwänden in die Hohlräume des Schaufel, rades eindringen, wird aber daran
gehindert, durch das Rad zu laufen, z. B. von einer fest angebrachten, zylindrisch
gebogenen Sperrwand, die die nach innen gekehrten Öffnungen zweier aufeinanderfolgenden
Räume zwischen dem Schaufeln überdeckt. Während der Drehung des Rades bleibt die
im zentralen Teil des Rades befindliche Wassermenge in Ruhe, und die von den Schaufeln
gehobenen Wassermengen werden mit der zentralen Wassermenge vereinigt, während das
überschüssigeWasser zum Meer abfließt.
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Der Durchmesser des Schaufelrades kann sehr groß sein, im allgemeinen
vier bis sechs Meter, und richtet sich nach der Höhe, auf welche man das Wasser
'zu heben wünscht, oder mit anderen Worten nach dem Niveauunterschied zwischen dem
Meer (dem äußeren Wasser) mit dem zu beseitigenden (inneren) Wasser sowie nach der
Höhe des Eintauchens der Schaufeln in dieses. Der Durchmesser der Ausströmöffnungen
in den Endwänden des Rades ist mindestens etwa die Hälfte vom Durchmesser des Schaufelrades,
muß aber in jedem einzelnen Fall dem Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten
Wasserstand angepaßt werden, der von den täglichen Wasserstandsschwankungen im äußeren
Wasser herrührt.
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Bei einem Schaufelrad nach der Erfindung paßt sich die Hebehöhe somit
selbsttätig dem jeweiligen Wasserstand im Meere an, und es geht daher keine Arbeit
mit unnötiger Hebung des Wassers verloren.
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Eine Wasserhebevorrichtung dieser Art ist besonders verwendbar bei
Trockenlegungsarbeiten, Entwässern von Wiesen und Marschen o. dgl. oder bei überrieselungsarbeiten.
Die Vorrichtung rann Wasser bis ganz auf den Boden des Innenwassers des Aufstellungsortes
schöpfen und dasselbe bis zur Höhe der Drehachse oder etwas über diese emporheben,
wonach das Ableiten leicht zu bewerkstelligen ist. Die Vorrichtung ist von sehr
einfacher Bauart und gerät nicht in Unordnung, wenn auch das zu hebende Wasser schmutzig
ist oder gar aus einem dünnflüssigen Schlamm von Wasser und Erde o. dgl. besteht.
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Die je Zeiteinheit zu hebende Wassermenge ist voll der Anzahl der
Schaufeln und von der Umdrehungsgeschwindigkeit abhängig, wächst aber in weit stärkerem
Maße als letztere, weil die von der einzelnen Schaufel aufgenommene Wassermenge
mit der Umdrehungsgeschwindigkeit wächst, indem das Wasser gleichsam auf die Schaufel
emporgestaut wird, wenn diese möglichst schnell durch das Wasser geschoben wird,
ähnlich wie beim Wasserschöpfen von Hand mit einer flachen Schaufel oder Schöpfkelle.
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Die Vorrichtung oder das Schaufelrad kann mittels eines Motors von
beliebiger Art, z. B. eines Windmotors, angetrieben werden.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind aus den Zeichnungen ersichtlich,
in welchen Abb. i eine Vorrichtung der erwähnten Art zeigt, von der Seite teilweise
im Schnitt gesehen.
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Abb. 2 bis 4 zeigen einen Schnitt senkrecht zur Drehachse des Schaufelrades,
letzteres in drei aufeinanderfolgenden Stellungen.
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Abb.5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Schaufelrades im Schnitt
senkrecht zur Achse.
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Abb.6 zeigt eine dritte Ausführungsform des Rades, vom Ende gesehen,
und Abb. 7 zeigt eine Einzelheit.
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Bei der in Abb. i bis 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung bezeichnet
17 eine in einem Gestell 18, das einen 'Windmotor tragen kann, befestigte
Welle, welche für die beiden ebenen Endwände des Schaufelrades Lager hat (die Lager
sind auf der Zeichnung nicht dargestellt). Zwischen diesen sind vier Schaufeln 12,
13, 14, 15 angebracht, die von der kreisförmigen Außenkante der Endwände
7 bis an die Kante der Ausströmöffnung 8 reichen. Auf der einen der Endwände sitzt
ein Zahnkranz i g, in welchen ein Zahnrad 2o greift, das auf einer vom Windmotor
angetriebenen Welle 2 i angebracht ist. Hierdurch kann das Schaufelrad in der von
dem Pfeil 22 angegebenen Richtung in Umlauf versetzt werden.
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Das Schaufelrad ist derart angebracht, daß
der äußerste
Teil der Schaufeln während der Drehung ein angemessenes Stück unter die Oberfläche
des zu schöpfenden (inneren) Wassers 23 taucht. Die Schaufeln nehmen also während
der Drehung des Rades eine nach der anderen eine gewisse 'Wassermenge auf, die,
indem die Schaufeln gehoben werden, nach der inneren Kante der betreffenden Schaufel
fließen wird, die sich in der Höhe der Kante der Öffnung 8 befindet. Wenn der Wasserstand
des Meeres niedriger als die Unterkante der Öffnung 8 ist, fließt das von den Schaufeln
gehobene Wasser durch die genannte i_iffnung ins Meer auf einer Rinne 2;1, deren
Boden mit der Unterkante der Öffnung in gleicher Höhe liegt.
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Wenn der Wasserstand im Meer höher ist als erwähnt, dringt das Meer
durch die Rinne 2.1 und die Öffnung 8 in das Schaufelrad ein und stellt sich dort
in gleicher Höhe wie draußen, z. B. a5, ein.
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Um zu verhindern, daß das Meerwasser durch die Vorrichtung hindurchströmt,
ist auf der feststehenden Welle i; eine Sperrwand 26 befestigt, die einen Teil einer
Zylinders fläche ausmacht und etwas mehr als die Öffnungen zweier aufeinanderfolgenden
Zwischenräume zwischen den Schaufeln überdeckt.
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Bei der in Abb.2 dargestellten Lage des Schaufelrades füllt das Meerwasser
den unteren Teil eines Raumes, dessen Boden aus der Platte 26 und der Schaufel 14
besteht, und wenn das Schaufelrad um 1/b Umdrehung gedreht ist, wonach es die Lage
der Abb. 3 einnimmt, ist das Meereswasscr in den Raum zwischen den Schaufeln i 3
und i q. eingedrungen und vereinigt sich hier mit der von der Schaufel i3 gehobenen
'Wassermenge 27 (Abb. 2). Bei der Weiterdrehung des Schaufelrades läuft die zwischen
den Schaufeln 13 und il. befindliche Wassermenge durch die Öffnung zwischen den
Kanten der Platte 26 und der Schaufel 14 zurück, und wenn das Rad sich um die nächste
Achteldrehung gedreht hat und die in Abb. 4. gezeigte Lage erreicht hat, ist derjenige
Raum, der nunmehr das eingedrungene Meereswasser enthält, jetzt aber um die Wassermenge
27 vermehrt, dersAbe, wie in Abb. 2 angegeben. Da der Wasserstand in dem Raum (Abb.
4.) derselbe sein muß wie in dem Meere, muß, eine gleiche Wassermenge wie die Wassermenge
27 nach dem Meer oder dem äußeren Wasser abgeströmt sein.
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Wenn das Schaufelrad mit einer angemessenen großen Geschwindigkeit
gedreht wird, stellen sich die Verhältnisse weit günstiger, als oben beschrieben,
indem nur ein Teil des Raumes zwischen den Schaufeln 13 und i q. (Abb. 3)
Zeit haben wird, sich mit See-Wasser zu füllen, da die Schaufel 13 sich schnell
der Lage der Abb. 4. nähert. Um dem Spiegel im Schaufelrad Gelegenheit zu geben,
sich schnell mit dem Wasserstand des Meeres auszugleichen, können statt der einen
öffnung 8 zwei angebracht sein, und zwar eine in jeder der Endplatten 7, wie auch
die Breite der Rinne 2.1 relativ groß gemacht wird. Während der Drehung des Rades
verbleibt die im mittleren Teil des Rades befindliche Wassermenge in Ruhe. Die Sperrwand
26 kann mit Entböden versehen sein, wenn nur die eine der Endwände 7 des Schaufelrades
mit einer Öffnung 8 ausgestattet ist. Sind dagegen beide Endwände 7 mit einer solchen
Öffnung ausgestattet, so kann in der Sperrwand 26 eine Alittelwand angebracht sein.
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Wenn man den Durchmesser der Öffnung 8 Zoo cm groß macht, kann man
das Schaufelrad an solchen Stellen verwenden, wo das Niveau des Meeres regelmäßig
um i oo cm schwankt.
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Bei der in Abb. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind an
den inneren Enden der Schaufeln Klappen 29 angebracht, die sich durch die ganze
Länge des Rades erstrecken und sich in ihren Außenstellungen gegen die Innenseite
der Nachbarschaufel stützen. Bei der Drehung des Schaufelrades nehmen die gehobenen
Wassermengen 27 allmählich die mit 27' bezeichnete Zwischenstellung ein, und die
am weitesten rechts in Abb. 5 befindliche Klappe 29 wird dann von dem Druck der
auf ihr ruhenden 'Wassersäule in die Lage 29' eingeschwenkt werden, so daß die gehobene
Wassermenge 27' sich mit der im zentralen Raum des Schaufelrades befindlichen Wassermenge
vereinigt.
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Wenn die gehobenen Wassermengen 27 genügend groß sind, kann die Wassersäule
27' die Klappe 29 auch dann öffnen, wenn der Spiegel 15 erheblich höher ist,
als in Abb. 5 gezeigt.
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Bei der in Abb.6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die
Schaufeln über die Kante der Öffnung 8 nach innen verlängert und reichen ganz bis
an die feste Welle 17. Um die erwähnte kreisrunde Kante ist ein ringförmiger Falz
(nicht auf der Zeichnung gezeigt) angebracht, in welchem eine Platte, die auf der
Welle 17 befestigt ist, gelagert ist. Diese Platte 3o, die in Abb.7 besonders
dargestellt ist, nimmt also an der Drehung nicht teil. Die Platte 3o hat einen Ausschnitt
3 i, dessen Kante am besten die Form einer Spirale hat. Durch Drehung kann man die
Platte 30 so einstellen, daß das jeweilige Niveau des Meeres den tiefsten
Punkt der genannten Kante berührt oder unmittelbar
darunter zu
liegen kommt und dadurch gleichsam die Größe der öffnung 8 regeln, gemäß dem jeweiligen
Wasserstand des Meeres. Die Einstellung der Platte kann selbsttätig erfolgen, beispielsweise
mittels eines im Seewasser fließenden Schwimmers und einer zweckmäßigen Übersetzung.