DE88676C - Wasserkraftanlage - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die neue Wasserkraftanlage ist eine solche, mittels welcher durch Benutzung der Bewegung des Wassers bei Fluth und Ebbe Betriebskraft erlangt wird. Sie beruht auf der Mafsnahme, dafs das Fluthwasser über einen mit der Fluth steigenden Ueberfall in eine Wasserkammer eingelassen wird, hier eine Wasserkraftmaschine, ζ. B. ein verticales Wasserschaufelrad oder eine Turbine, in Bewegung setzt und hebt, alsdann in ein als Sammler eingerichtetes Hinterland abfliefst, in diesem bei eingetretenem Stauwasser von der Wasserkammer durch einen hochgezogenen Ueberfall so lange abgeschlossen wird, bis durch die Ebbe das Wasser in der Kraftmaschinenkammer etwas gesunken ist, und schliefslich über den mit der Ebbe sinkenden Ueberfall in die Kammer und das Meer- oder Seewasser zurückfiiefst, wobei es wiederum die mit der Ebbe fallende Kraftmaschine bewegt. Im Falle der Fluth wirkt das Wasser durch seine lebendige Kraft, d. h. durch Stofs und durch Druck beim Fallen über den Ueberfall, im Rückwärtslaufe dagegen wesentlich nur durch Druck auf die Kraftmaschine ein.

Bei den vorbeschriebenen Arbeitsvorgängen spielen, wie später noch erklärt werden wird, die als Stützen ausgebildeten Ueberfälle eine Hauptrolle, welche während des Betriebes stetig steigen oder sinken können und in geeignete Beziehung mit eigenartigen Wasserleitvorrichtungen gebracht sind.

Auf der beiliegenden Zeichnung stellen Fig.i. bis 7 in schematischer Weise die erwähnten Arbeitsvorgänge dar. Es sind K die Wasserkammer, M die Kraftmaschine, welche auf einem Schwimmer Sch ruht, und U¹ U² die Ueberfälle oder Schützen, welche die Kammer K von dem Meer oder der See S und dem Hinterland H ganz oder theilweise trennen können.

Nach Fig. 1 ist die Fluth eingetreten und die hochgezogene Schütze U¹ trennt das Fluthwasser von dem wenigen in der Kammer K und dem Hinterland H befindlichen Wasser. Die Schütze U² ist niedergelassen.

Nach Fig. 2 fällt das steigende Fluthwasser über die Schütze U¹ auf das Wasserrad M, bewegt dieses und läuft in das Hinterland. Gleichzeitig steigt das Wasser in der Kammer K und hebt Schwimmer Sch und Wasserrad M allmälig entsprechend dem Steigen der Fluth an. Damit der Wasserüberfall über die Schütze U¹ constant bleibt, wird auch die Schütze allmälig gehoben, was durch den Schwimmer Sch geschehen kann, der an einen Ansatz oder Knaggen w¹ der Schütze fafst.

Nach Fig. 3 haben Fluth und Schütze ihren höchsten Stand erreicht, und das Ueberfallwasser bewegt noch so lange, als die nöthige Kraft vorhanden ist, das Wasserrad, welches mit dem Schwimmer steigt, bis ein gleicher Stauwasserstand vor und hinter der Schütze U¹ vorhanden ist, wie Fig. 4 zeigt. Damit der Schwimmer steigen kann, ist der Knaggen u¹ der in der höchsten Stellung festgehaltenen Schütze nach oben geschraubt, wie später noch näher erklärt wird.

Vor Eintritt der Ebbe ist die Schütze Z7² zwischen Hinterland und Wasserkammer hochgezogen und die Schütze U¹ niedergelassen, wobei der letzteren Knaggen u¹ in später erklärter Weise dem Schwimmer Sch aus dem Wege geräumt wird. Mehr oder weniger lange

nach eingetretener Ebbe ist der Schwimmer Sch mit dem Wasserrade M um so viel gesunken und hat durch einen Knaggen u² die Schütze U² um so viel mitgenommen, dafs das aufgestaute Wasser aus dem Hinterlande H über die Schütze U² fällt und das Wasserrad im entgegengesetzten Sinne wie vorhin umdreht. Diesen Vorgang zeigt Fig. 5.

Es sinken jetzt beide Wasserspiegel und die Schütze U² wird entsprechend gesenkt (Fig. 6), bis der Zeitpunkt eintritt, wo kein genügendes Gefälle zwischen Ebbe und Hinterlandswasser vorhanden ist, um die Kraftmaschine noch nutzbringend zu bewegen. Alsdann senkt man die Schütze U² ganz hinab und erhält einen gleichen unteren Stand des Meer- oder Seewassers mit dem Kammer- und Hinterlandswasser, wie Fig. 7 zeigt.

Vor Eintritt der Fluth wird die Schütze U¹ wie'der in die Stellung von Fig. 1 gebracht, und es können die vorbeschriebenen Arbeitsvorgänge fortdauernd wiederholt werden.

Um die auf diese Weise zu unregelmäfsigen Zeiten gewonnene Kraft in eine ganz regelmäfsige und zu einer beliebigen Zeit verwendbare Kraft umzuwandeln, ist die nachstehend beschriebene Betriebsanlage vorgesehen worden.

Die Kammer K wird durch eine seitlich durch Wände α α begrenzte Wasserrinne (Fig. 8) gebildet, welche inmitten eine Vertiefung K¹ (Fig. ι bis 7, 9 und 11) zur Aufnahme des Schwimmers Sch besitzt. Letzterer ist ein grofser Kasten mit zwei aufwärts gerichteten Endschenkeln Sch¹ (Fig. 9), welche mit Führungsrollen b versehen' sind, die beim Heben und Senken des Schwimmers an Führungsschienen b¹ der Kammer entlang gleiten.

Der Schwimmer dient als Träger für ein verticales Wasserrad welches aus einem grofsen Blechcylinder c mit eingesetzten Stirnwänden d d und aufgesetzten Schaufeln e besteht (Fig. 9, 11 und 16). Inmitten jeder Stirnwand ist ein Zapfen f eingesetzt, dessen nach aufsen vorstehendes Ende in einem Lager g ruht, welches oben auf einem der Schwimmerschenkel Sch¹ befestigt ist. Die Zapfen bilden somit die Drehachse für das Wasserrad. Das Wasserrad ist also ähnlich den bekannten SchifFsmühlenrädern schwimmend angeordnet.

Die äufsere Umfläche der einen Stirnwand d der Radtrommel c trägt eine Kegelradverzahnung d\ welche in das Kegelrad /; der senkrechten Welle h¹ einfafst (Fig. 9). Letztere ruht unten mit einem Spurzapfen h² in dem Lagerg· und wird in der Mitte von einem Hals- und Drucklager g¹ umfafst, welches von einem dem Lager g aufgesetzten Bock g'² getragen wird. Das obere Ende der Welle ist vierkantig und sitzt verschiebbar, aber unverdrehbar in dem Auge i eines cardanischen Gelenkes, welches Auge mittels zweier Zapfen Z¹Z¹ in Augen eines Ringes z'² fafst, welcher wiederum mittels zweier Zapfen z'³ z³ in Lagerschalen k¹ k¹ eines Kegelzahnrades k ruht (Fig. g und 12). Das Zahnrad k sitzt drehbar auf einer hohlen Büchse / und greift in ein Kegelrad m der Riemscheibenwelle JK¹, durch deren Riemscheibe m² die Bewegung des Wasserrades M in geeigneter Uebersetzung und durch geeignete Umschaltungseinrichtung zweckmäfsig immer im gleichen Drehsinne auf irgend eine Arbeitsmaschine übertragen wird. Die Welle m¹ ist in Lagern n¹ auf einer Plattform η fest gelagert, und die Büchse / ist in einem Stück mit einem Querhaupt I¹ an der Plattform befestigt. In der Büchse kann sich die Welle h h¹ frei bewegen und kleinen Schwankungen des Schwimmers Sch folgen.

Jede Schütze U¹ U² ist als hohler Kasten aus Blechplatten hergestellt (Fig. 11), von denen die dem Wasserdruck entgegenstehenden Seitenplatten 0 0 durch Bänder o¹ mit einander versteift sind (Fig. 8). Die nach dem einfallenden Wasser zu gerichtete Schützenplatte ist dem Wasserdruck entgegen ausgebaucht, um genügend widerstandsfähig zu sein. An den beiden Enden jeder Schütze sind Führungsschienen o² o² angebracht, welche je zwischen zwei Führungsleisten a¹ a¹ der Seitenwände a a gehalten werden (Fig. 8). Die Abmessungen und Gewichtsverhältnisse der Schützen sind so gewählt, dafs die Schützen in den verschiedenen Stellungen der Fig. 1 bis 7 zum gröfsten Theil vom Auftrieb des Wassers gehalten werden. Besondere, nicht gezeichnete Sperrmittel können noch angebracht sein, um die Schützenstellungen vollkommen zu sichern.

Ebenso werden Schwimmer und Wasserrad durch den Auftrieb des Wassers gehoben und können, wenn nöthig, noch an Gegengewichten aufgehängt sein.

In einiger Entfernung der Deckplatte o³ jeder Schütze wird ein Laufsteg ρ von Säulen p¹ getragen (Fig. 11), welche auf der Deckplatte stehen und durch Diagonalstreberp'² mit einander zu einem Tragegerüst verbunden sind (Fig. 9). Von jedem Laufsteg aus kann eine Handschraubenspindel r bethätigt werden, auf deren Schraubengewinde als Mutter der anfangs erwähnte Schützenknaggen u¹ bezw. u² sitzt. Letzterer ist theilweise in einer Aussparung o⁴ der inneren Längsschützenwand eingelassen (Fig. 11) und kann durch die Schraubenspindel r jeweilig in der Höhe so eingestellt werden, als es für sein Verhältnifs zum Schwimmer nöthig erscheint. Um den Knaggen auch aus dem Bereiche des Schwimmers bringen zu können, ist die Aussparung o⁴ jeder Schützenwand an geeigneter Stelle mit einer seitlichen Erweiterung o⁵ versehen (Fig. 9), in welche der Knaggen hineingelegt werden kann.

Die Knaggen u¹ u² dienen als Mitnehmer für

die Schützen. Sie können aber auch durch andere Mittel ersetzt sein, welche gestatten, dafs die Schützen sich langsamer oder schneller als die schwimmende Kraftmaschine bewegen. Die praktische Bedeutung dieser Bewegungsverschiedenheit wird später noch erklärt werden.

In Verbindung mit dem Wasserrade ist ein eigenartiges Kropfgerinne vorgesehen, Fig. 16, 17 und 19. Dasselbe liegt als Belag s lose auf einer Anzahl gebogener Gleitschienen t, welche in Abständen neben einander und unterhalb des Rades auf dem Schwimmer Sch befestigt und zweckmäfsig als Rohre .zur Führung von Zuggliedern, z. B. Ketten ν ausgebildet sind, die über Kettenräder w¹ zweier Wellen w w laufen. Jede Welle ist auf dem Schwimmer zu einer Seite des Wasserrades drehbar gelagert und kann durch geeignete Mittel umgedreht, sowie in einer Lage festgestellt werden.

Die Rohre t sind auf der Oberseite längsgeschlitzt, und durch diese Schlitze hindurch sind die Ketten mit dem Gerinne s verbunden, ohne dafs die Ketten durch die Schlitze gezogen werden können.

Durch diese Einrichtung ist es möglich, das Kropfgerinne unter denjenigen Theil des Wasserrades zu ziehen, welcher von dem einfallenden Wasser getroffen wird. Das Gerinne bedeckt also immer nur die einen Hälften der Führungsrohre, während die anderen Hälften der Führungsrohre das ablaufende Wasser frei zwischen sich durchfliefsen lassen (Fig. 16).

Unter Benutzung des einseitigen, peripherischen Kropfgerinnes s können die Schützen U¹ U'² ganz unabhängig von dem Heben und Sinken des Wasserrades gehoben und gesenkt werden, weil die Oberkante des Gerinnes infolge der peripherischen Bewegung den oberen Ueberfallkanten der Schützen unabhängig von der Stellung des Wasserrades zu folgen vermag, also das überfallende Wasser stets von der Rinne abgefangen wird. Geringe Entfernungen der Oberkante des Gerinnes zu der Oberkante jeder Schütze können durch verschiebbare Platten χ auf der Schütze überbrückt werden (s. Fig. 16, rechte Seite). Die Einrichtung des Gerinnes gestattet also, dafs je nach den täglich sich ändernden Ebbe- und Fluthverhältnissen oder sonstigen Umständen die Schützen mit dem Gerinne in einem anderen Verhältnifs wie das Wasserrad gehoben oder gesenkt werden, ohne dafs die Wasserführung auf das Rad unterbrochen wird.

Ein zweckmäfsig eingerichtetes Schaufelrad zur Benutzung in der vorbeschriebenen Wasserkraftanlage ist in den Fig. 13 bis 1.5 dargestellt worden.

Die Schaufeln e dieses Rades sind nicht, wie nach Fig. 8 und 11, am Blechcylinder c fest angebracht, sondern auf Drehachsen e¹ aufgesetzt, welche in einigem Abstande concentrisch um den Radcylinder gelegt sind und in Ringen c¹ gelagert sein können. Die Ringe sind in entsprechenden Abständen von einander um den Cylinder c gelegt, und zwischen je zwei Ringen befindet sich ein Satz drehbarer Schaufeln e.

Die Drehachse für jede Schaufel liegt ziemlich am äufseren Rande der Schaufel, während deren innerer Rand sich gegen eine der Leisten c² anlegt, die auf dem Radcylinder so angeordnet sind, dafs zwischen je zwei benachbarten Leisten eine Schaufel vorhanden ist.

Die vorbeschriebene Einrichtung ermöglicht es, dafs die Schaufeln selbstthätig durch das auffallende W^Tasser oder auch schon durch ihre eigene Schwere in die richtige Gebrauchslage eingestellt werden, je nachdem das Wasser über den einen oder anderen Ueberfall U¹ bezw. f/² auf sie niederfällt.

Diese Schaufelverstellung gewährt den grofsen Vortheil, dafs der für den Nutzeffect günstigste Schaufelstellwinkel gewählt und sowohl bei Rechts- als auch bei Linksdrehung des Rades beibehalten werden kann. Der Effect des Schaufelrades übersteigt also bei weitem denjenigen eines Rades mit festen Schaufeln, welche, um in jedem Drehsinne gleich wirksam zu sein, unzweckmäfsig radial gestellt werden müssen. Nicht zu verwechseln sind aber die vorbeschriebenen verstellbaren Schaufeln mit schon bekannten beweglichen Schaufeln, deren Verstellung den ganz anderen Zweck hat, die Schaufeln mit möglichst wenig Widerstand in und durch das Wasser zu führen und deshalb auch in anderer Weise vor sich geht. In diesen bekannten Fällen handelt es sich immer nur um Wasserräder, die in einem Sinne gedreht werden, während durch die vorbeschriebene Neuerung der fortwährend wechselnden Raddrehung Rechnung getragen worden ist, welcher Wechsel sonst nicht vorkommt.

Um den Nutzeffect noch mehr zu erhöhen, kann an jedem äufseren Schaufelrade eine Rinne e- angebracht sein, deren tiefste Stelle scharnierartig mit dem Schaufelrade verbunden ist. Je nachdem das Rad sich in dem einen oder anderen Sinne dreht, legt sich die eine oder andere Seitenwand der Rinne unten gegen die Schaufelfläche, während die andere Seitenwand eine über den Schaufelrand vorstehende Fangfläche für das auffallende Wasser bildet (Fig. 14).

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Wasserkraftanlage zur Ausnutzung der Bewegung von Gezeitenwasser mit einer das Meer von einem hinteren Staubassin trennenden Wasserradkammer und einem schwimm- : baren Wasserrade in dieser, gekennzeichnet

   durch zwei die Wasserradkammer vom Meer und Staubassin trennende Schützen (U¹ U'²), welche in Verbindung mit einem einseitigen und peripherisch unter dem Wasserrade verschiebbaren Kropfgerinne (s) derart von dem Rade unabhängig gehoben und gesenkt werden können, dafs das vor der einen oder anderen Schütze aufgestaute Wasser mit constanter oder veränderlicher Ueberfallshöhe über die Schütze das Wasserrad beaufschlagt, welches dem Steigen oder Sinken des Kammerwassers folgt.
   2. Eine Wasserkraftanlage nach Anspruch i, sofern bei derselben das Kropfgerinne aus zweiseitig und peripherisch das Wasserrad unterfassenden, rohrartigen Führungen (t) mit oberen Längsschlitzen und einer einseitig auf den Führungen gelagerten Platte (s) besteht, welche durch die Schlitze der Führungen mit in letzteren befindlichen und nach der einen oder anderen Radseite bewegbaren Zuggliedern (v) verbunden ist (Fig. 16 bis ig).

   Eine Wasserkraftanlage nach Anspruch i, sofern bei derselben die Drehung des Wasserrades bei abwechselnd von der einen und anderen Seite erfolgenden Beaufschlagung desselben dadurch erreicht wird, dafs die Schaufeln (e) je zwischen und oberhalb zweier auf einer Trommel (c) sitzenden Längsleisten (c²) drehbar befestigt sind und sich je nach der Raddrehung gegen die eine oder andere Leiste in gleich günstigster Winkelstellung für die Beaufschlagung stützen, wobei ihre ä'ufseren Ränder mit drehbaren und sich gegenseitig abstützenden Fangflächen (e²) für das auffallende Wasser versehen sein können (Fig. 13 bis 15).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.