EP4438886A1 - Wasserrad - Google Patents

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EP4438886A1
EP4438886A1 EP24161351.2A EP24161351A EP4438886A1 EP 4438886 A1 EP4438886 A1 EP 4438886A1 EP 24161351 A EP24161351 A EP 24161351A EP 4438886 A1 EP4438886 A1 EP 4438886A1
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EP
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blade
water wheel
rotation
water
blades
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EP4438886B1 (de
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Hubert Peintner
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
    • F03B17/063—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor

Definitions

  • the present invention relates to a water wheel according to the preamble of claim 1.
  • the scope of application of the present invention extends to water wheels used to generate electrical energy from the water flow, preferably for a natural and/or artificial waterfall.
  • the CN 20745382 describes a star-shaped water wheel in which the flow of water is used to generate electrical energy.
  • the US 1929098 describes a water wheel in which the flow of water is used to generate electrical energy.
  • the US 1578835 describes a water wheel in which the flow of water is used to generate electrical energy and in which the blade has a bend to better deflect the flow of water.
  • the object of the present invention is to realize a water wheel that uses the water flow better and more efficiently.
  • a water wheel which has a central axis on which a series of blades are mounted between two side walls, one outer end being free and the second inner end being detachably connected to the central axis/shaft in order to be able to rotate advantageously with the side walls.
  • Each vane has a front face in the direction of rotation and a rear face in the direction of rotation of the vane.
  • At least two vanes one front and one rear in the direction of rotation, form an intermediate space in which the front vane has a first surface on the rear face at its outer end and deflects the water which is then directed to a surface of the rear vane on the front face where a secondary vane is formed, the surface of the rear vane advantageously being inclined with respect to the axis of rotation of the water wheel and directing the flow of water to a second surface of the front vane on the rear face of the front vane which is arranged in front of the first surface of the front vane in the direction of rotation.
  • the surface on the front face of the rear vane is formed by a secondary vane.
  • the row of blades is arranged between two side walls.
  • Each blade advantageously has a first radial part relative to the axis of rotation of the blade, a second part which has an angle ⁇ of 90 to 135° with the first part and extends forwards, and a third part which is substantially parallel to the first part and orthogonal to the second part, having a secondary blade on the front side of the blade.
  • a water wheel 100 which has the axis of rotation 101 which can be formed, for example, by a shaft connected to a generator which produces electrical current and/or connected to a water pump.
  • a series of blades 102 are attached to the axis 101 by side walls 110, the inner end of the blade 102 being detachably connected by the side walls to a shaft which can rotate about the axis 101 and the outer end being free.
  • the water wheel 100 has at least three blades 102 which are advantageously evenly arranged about the axis of rotation 101. At least two blades 102, including a front blade in the direction of rotation of the water wheel 100 and a rear blade in the direction of rotation of the water wheel 100, form a space 111.
  • the water wheel rotates anti-clockwise.
  • the flowing water stream 300,302,303 which drives the water wheel, is introduced at an angle of incidence onto the outer side of the blade 102, preferably between 50 and 68 degrees, particularly advantageously at 58 degrees.
  • the water flow is redirected to a rear vane surface 105 on the front side of the rear vane.
  • the water flow is then redirected from the rear vane surface 105 on the front side, which is advantageously a secondary vane, to a second front vane surface 106 on the rear side, which is arranged in front of the first part 103 of the front vane 102 in the direction of rotation 301.
  • each gap 111 between two vanes 102 of the water wheel 100 has this combination of surfaces, which at least allows the water flow to be deflected by at least three times, thereby ensuring smoother and more efficient operation of the water wheel 100.
  • the vanes 102 are laterally enclosed by the walls 110.
  • Figure 6a Another embodiment of a water wheel 200 according to the invention is shown, which has the shape of a disc on which a series of blades 202 are arranged, for example in Figure 6a has eight blades 202, which are advantageously arranged evenly around the rotation axis 201.
  • At least two blades 202 including a front blade 202 in the direction of rotation of the water wheel 200 and a rear blade in the direction of rotation of the water wheel 200, form a space 211.
  • the water flow 300 that drives the water wheel is introduced at an angle of incidence onto the outer side of the blade 202, preferably between 50 and 68 degrees, most preferably at 58 degrees.
  • the water flow 302 is redirected to a surface 205 of the rear vane on the front.
  • each gap 211 between two vanes 202 of the water wheel 100 has this combination of surfaces (sides) which at least allows the deflection of the water flow by at least three times, thereby ensuring a smoother and more efficient operation of the water wheel 200.
  • the angle ⁇ between the first and the intermediate surface 207 of the front blade 202 is preferably more than 90 degrees
  • the angle ⁇ between the intermediate surface 207 and the second rear side of the front blade 202 is advantageously about 90 degrees
  • the angle ⁇ is greater than 90 degrees between the second rear side of the front blade and the front side of the front blade 205, which advantageously forms a secondary blade.
  • a hydroelectric plant can be formed from a series of laterally adjacent water wheels, which are advantageously arranged on a shaft. In the attached figures, the direction of rotation is anti-clockwise.
  • the side walls have grooves into which the blades or parts of the blades, advantageously made of plastic, steel or wood, are inserted, so that the The blades of the water wheel can be quickly assembled and replaced.
  • the power generated by the water is transferred to the side walls, which then drive a shaft, for example.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserrad (100,200), das eine Welle antreibt, die um eine Rotationsachse (101,201) dreht, wobei das Wasserrad (100,200) eine Reihe von Schaufeln (102,202) umfasst, wobei jede Schaufel (102,202) ein inneres Ende und ein äußeres Ende aufweisen,und das Wasserrad (100,200) umfasst mindestens drei Schaufeln (102,202), bei denen mindestens zwei Schaufeln (102,202), darunter eine vordere Schaufel in Drehrichtung (301) des Wasserrads (100,200) und eine hintere Schaufel in Drehrichtung (301) des Wasserrads (100,200), einen Raum (111,211) bilden,Erfindungsgemäß weist die vordere Schaufel (104) an ihrem äußeren Ende eine erste Oberfläche (103,203) auf der Rückseite in Drehrichtung (301) auf und welche Wasser aufnimmt, das zu einer Oberfläche der zweiten hinteren Schaufel (102,202) in Drehrichtung (301) auf der Vorderseite (105,205) der hinteren Schaufel (102,202) umgeleitet wird welche als sekundär Schaufel (105,205) ausgebildet sein kann, die den Wasserfluss (300,302,303) zu einer zweiten Oberfläche (106,206) auf der Rückseite der vorderen Schaufel leitet, die vor der ersten Oberfläche der vorderen Schaufel in Drehrichtung angeordnet ist und die Schaufeln (102) sind seitlich von Wänden (110) eingefasst

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserrad gemäß dem Präambel von Anspruch 1.
    • Anwendungsbereich
  • Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung erstreckt auf die Wasserräder, die zur Erzeugung von elektrischer Energie aus dem Wasserfluss vorzugsweise für einen natürlichen und/oder künstlichen Wasserfall verwendet werden.
    • Stand der Technik
  • Die CN 20745382 beschreibt ein sternenförmiges Wasserrad, bei dem der Wasserfluss zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird.
  • Auch die US 1929098 beschreibt ein Wasserrad, bei dem der Wasserfluss zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird. Die US 1578835 beschreibt ein Wasserrad, bei dem der Wasserfluss zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt wird und bei dem das Schaufelblatt eine Biegung aufweist, um den Wasserfluss besser abzulenken.
    • Beschreibung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wasserrad zu realisieren, das den Wasserfluss besser und effizienter nutzt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Wasserrad gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Es wird ein Wasserrad vorgeschlagen, das eine zentrale Achse aufweist, an der eine Reihe von Schaufeln zwischen zwei Seitenwänden angebracht sind, wobei ein äußeres Ende frei und das zweite innere Ende mit der zentralen Achse/ der zentralen Welle lösbar verbunden ist, um vorteilhaft mit den Seitenwände drehen zu können. Jede Schaufel hat eine Vorderseite in Drehrichtung und eine Rückseite in Drehrichtung der Schaufel. Mindestens zwei Schaufeln, eine vordere und eine hintere in Drehrichtung, bilden einen Zwischenraum, in dem die vordere Schaufel an ihrem äußeren Ende eine erste Oberfläche auf der Rückseite aufweist und das Wasser ablenkt, das dann zu einer Oberfläche der hinteren Schaufel auf der Vorderseite gelenkt wird wo eine sekundär Schaufel ausgebildet ist, wobei die Oberfläche der hinteren Schaufel vorteilhaft gegenüber der Rotationsachse des Wasserrads geneigt ist und den Wasserfluss zu einer zweiten Oberfläche der vorderen Schaufel auf der Rückseite der vorderen Schaufel leitet, die vor der ersten Oberfläche der vorderen Schaufel in Drehrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft ist die Oberfläche auf der Vorderseite der hinteren Schaufel von einer Sekundärschaufel gebildet.
  • Die Reihe von Schaufeln ist zwischen zwei Seitenwänden angeordnet.
  • Jede Schaufel hat vorteilhaft einen ersten radialen Teil bezogen auf die Rotationsachse der Schaufel, einen zweiten Teil, der einen Winkel α von 90 bis 135° mit dem ersten Teil aufweist und sich nach vorne erstreckt, sowie einen dritten Teil, der im Wesentlichen parallel zum ersten Teil ist und orthogonal zum zweiten Teil steht, wobei auf der Vorderseite der Schaufel eine Sekundärschaufel aufweist.
  • Weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und der zugehörigen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale in jeder Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder ihren Abhängigkeiten, in denen:
    • Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wasserrads gemäß der Erfindung,
    • Figur 2 zeigt eine Frontansicht der Figur 1,
    • Figur 3 zeigt den Schnitt A-A der Figur 2,
    • Figur 4 zeigt den Schnitt B-B der Figur 2,
    • Figur 5 zeigt eine Seitenansicht der Figur 1,
    • Figur 6a zeigt eine Frontansicht eines Wasserrads gemäß der Erfindung,
    • Figur 6a zeigt den Schnitt A-A der Figur 6a,
    • Figur 7a zeigt eine perspektivische Ansicht der Figur 6a, und
    • Figur 7b eine Seitenansicht der Figur 6a zeigt.
  • In Figur 1 ist ein Wasserrad 100 dargestellt, das die Rotationsachse 101 aufweist, die beispielsweise durch eine Welle gebildet werden kann, der mit einem Generator verbunden ist, der elektrischen Strom erzeugt und/oder mit einer Wasserpumpe verbunden sein kann. An der Achse 101 sind durch Seitenwände 110 eine Reihe von Schaufeln 102 befestigt, wobei das innere Ende der Schaufel 102 durch die Seitenwände mit einer Welle lösbar verbunden ist, der um die Achse 101 rotieren kann, und das äußere Ende frei ist. Das Wasserrad 100 hat mindestens drei Schaufeln 102, die vorteilhaft gleichmäßig um die Rotationsachse 101 angeordnet sind. Mindestens zwei Schaufeln 102, darunter eine vordere Schaufel in Drehrichtung des Wasserrads 100 und eine hintere Schaufel in Drehrichtung des Wasserrads 100, bilden einen Raum 111. In den beigefügten Figuren dreht sich das Wasserrad gegen den Uhrzeigersinn. Der durchfließende Wasserstrom 300,302,303, der das Wasserrad antreibt, wird unter einem Einfallswinkel auf die äußere Seite der Schaufel 102 eingeführt, vorzugsweise zwischen 50 und 68 Grad, besonders vorteilhaft bei 58 Grad. Nach dem Aufprall auf die äußere Seite 103 auf der Rückseite der vorderen Schaufel 102 wird der Wasserstrom zu einer Oberfläche 105 der hinteren Schaufel auf der Vorderseite der hinteren Schaufel umgeleitet. Der Wasserstrom wird dann von der Oberfläche 105 der hinteren Schaufel auf der Vorderseite, die vorteilhaft eine Sekundärschaufel ist, zu einer zweiten Oberfläche 106 der vorderen Schaufel 102 auf der Rückseite umgeleitet, die vor dem ersten Teil 103 der vorderen Schaufel 102 in Drehrichtung 301 angeordnet ist. Vorteilhaft weist jeder Zwischenraum 111 zwischen zwei Schaufeln 102 des Wasserrads 100 diese Kombination von Oberflächen auf, die mindestens die Ablenkung des Wasserstroms um mindestens drei Mal ermöglicht, wodurch ein reibungsloserer und effizienterer Betrieb des Wasserrads 100 gewährleistet wird. Vorteilhaft sind die Schaufeln 102 seitlich von den Wänden 110 eingefasst. Auf einem um die Rotationsachse 101 rotierende Welle können mehrere seitlich benachbarte Wasserräder 100 angeordnet sein, die dieselben Seitenwände teilen. In Figur 6a ist eine weitere Ausführungsform eines Wasserrads 200 gemäß der Erfindung dargestellt, das die Form einer Scheibe hat, auf der eine Reihe von Schaufeln 202 zum Beispiel in Figur 6a acht Schaufeln 202 aufweist, die vorteilhaft gleichmäßig um die Rotationsachse 201 angeordnet sind. Mindestens zwei Schaufeln 202, darunter eine vordere Schaufel 202 in Drehrichtung des Wasserrads 200 und eine hintere Schaufel in Drehrichtung des Wasserrads 200, bilden einen Raum 211. Der durchfließende Wasserstrom 300, der das Wasserrad antreibt, wird unter einem Einfallswinkel auf die äußere Seite der Schaufel 202 eingebracht, vorzugsweise zwischen 50 und 68 Grad, besonders vorteilhaft bei 58 Grad. Nach dem Aufprall auf die äußere Fläche, die erste Fläche 203 auf der Rückseite der vorderen Schaufel 202 wird der Wasserstrom 302 zu einer Oberfläche 205 der hinteren Schaufel auf der Vorderseite umgeleitet. Der Wasserstrom wird dann von der Oberfläche 205 der hinteren Schaufel 202 auf der Vorderseite, die vorteilhaft eine Sekundärschaufel ist, zu einer zweiten Oberfläche 206 der vorderen Schaufel 202 auf der Rückseite umgeleitet, die vor dem ersten Teil 203 der vorderen Schaufel 202 in Drehrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft weist jeder Zwischenraum 211 zwischen zwei Schaufeln 202 des Wasserrads 100 diese Kombination von Oberflächen (Seiten) auf, die mindestens die Ablenkung des Wasserstroms um mindestens drei Mal ermöglicht, wodurch ein reibungsloserer und effizienterer Betrieb des Wasserrads 200 gewährleistet wird.
  • Wie in Figur 6a dargestellt, beträgt der Winkel α zwischen der ersten und der Zwischenfläche 207 vorderen Schaufel 202 bevorzugt mehr als 90 Grad, der Winkel β zwischen der Zwischenfläche 207 und der zweiten Rückseite der vorderen Schaufel 202 vorteilhaft etwa 90 Grad und der Winkel γ größer als 90 Grad zwischen der zweiten Rückseite der vorderen Schaufel und der Vorderseite der vorderen Schaufel 205, die vorteilhaft eine Sekundärschaufel bildet. Gemäß der Erfindung kann eine Wasserkraftanlage aus einer Reihe von seitlich benachbarten Wasserrädern gebildet werden, die vorteilhaft auf einer Welle angeordnet sind. In den beigefügten Figuren ist die Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn. Vorzugsweise weisen die Seitenwände Nuten auf, in die die Schaufeln oder Teile der Schaufeln vorteilhaft aus Kunststoff, Stahl oder Holz eingeführt werden, so dass die Schaufeln des Wasserrads schnell montiert und ausgetauscht werden können. Die von Wasser erzeugte Kraft wird auf die Seitenwände übertragen, die dann beispielsweise eine Welle antreiben.
  • Die zuvor beschriebenen Varianten des Wasserrads dienen nur einer besseren Verständlichkeit der Struktur, Funktionsweise und Eigenschaften der vorgestellten Lösung; sie beschränken nicht die Offenbarung durch die Ausführungsbeispiele. Die Figuren sind schematisch, Eigenschaften und wesentliche Wirkungen sind teilweise deutlich vergrößert dargestellt, um die Funktionen, Wirkprinzipien, Konfigurationen und technischen Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktion, jedes Prinzip, jede technische Konfiguration und jedes Merkmal, das in den Figuren oder im Text offenbart ist, frei und beliebig mit allen Ansprüchen, jeder Funktion im Text und in den anderen Figuren sowie anderen Funktionen, Prinzipien, Konfigurationen und technischen Merkmalen kombiniert werden, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Lösung zuzuordnen sind. Dabei sind auch Kombinationen aller einzelnen Ausführungen im Text enthalten, das heißt in jedem Absatz des Textes, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Abmessungen und in den Figuren. Die zuvor dargestellten Einzelheiten von Vorrichtung und Verfahren sind im Zusammenhang dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie auch unabhängig voneinander und frei miteinander kombinierbar sind. Die in den Figuren gezeigten Verhältnisse zwischen den einzelnen Teilen und Absätzen von ihnen untereinander sowie ihre Dimensionen und Proportionen sind nicht als begrenzend zu verstehen. Einzelne Abmessungen und Proportionen können sich von den gezeigten unterscheiden. Auch die Ansprüche begrenzen nicht die Offenbarung und somit die Möglichkeiten der Kombination aller dargestellten Merkmale. Alle dargestellten Merkmale sind auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.
    • Referenznummerliste
    • 100 Wasserrad
    • 101 Rotationsachse
    • 102 Schaufel
    • 103 erste Rückseite der ersten Schaufel
    • 104 erste Schaufel
    • 105 Vorderseite der zweiten Schaufel / sekundär Schaufel
    • 106 zweite Rückseite der ersten Schaufel
    • 107 Zwischenfläche
    • 110 äußere Oberfläche der Wand/Seitenwand
    • 111 Raum zwischen den beiden Schaufeln
    • 200 Wasserrad
    • 201 Rotationsachse
    • 202 Schaufel
    • 203 erste Rückseite der Schaufel
    • 204 zweite Rückseite der Schaufel
    • 205 Vorderseite der zweiten Schaufel / sekundär Schaufel
    • 206 zweite Rückseite der ersten Schaufel
    • 207 Zwischenfläche
    • 211 Raum
    • 300 Wasserfluss
    • 301 Drehrichtung
    • 302 Wasserfluss
    • 303 Wasserfluss

Claims (7)

  1. Wasserrad (100,200), das eine Welle antreibt,
    die um eine Rotationsachse (101,201) dreht, wobei das Wasserrad (100,200) eine Reihe von Schaufeln (102,202) umfasst, wobei jede Schaufel (102,202) ein inneres Ende und ein äußeres Ende aufweisen,
    und das Wasserrad (100,200) umfasst mindestens drei Schaufeln (102,202), bei denen mindestens zwei Schaufeln (102,202), darunter eine vordere Schaufel in Drehrichtung (301) des Wasserrads (100,200) und eine hintere Schaufel in Drehrichtung (301) des Wasserrads (100,200), einen Raum (111,211) bilden, wobei die vordere Schaufel (104) an ihrem äußeren Ende eine erste Oberfläche (103,203) auf der Rückseite in Drehrichtung (301) aufweist und Wasser aufnimmt, das zu einer Oberfläche der zweiten hinteren Schaufel (102,202) in Drehrichtung (301) auf der Vorderseite (105,205) der hinteren Schaufel (102,202) umgeleitet wird welche als sekundär Schaufel (105,205) ausgebildet sein kann, die den Wasserfluss (300,302,303) zu einer zweiten Oberfläche (106,206) auf der Rückseite der vorderen Schaufel leitet, die vor der ersten Oberfläche der vorderen Schaufel in Drehrichtung angeordnet ist und die Schaufeln (102) sind seitlich von Wänden (110) eingefasst.
  2. Wasserrad (100,200) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten hinteren Oberfläche der Schaufel (102,202) eine Zwischenfläche angeordnete ist die mit der ersten Oberfläche der vorderen Schaufel einen Winkel alpha α vorzugsweise größer als 90° vorhanden ist.
  3. Wasserrad (100,200) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zwischenfläche (107,207) und der zweiten hinteren Oberfläche der Schaufel (102,202) ein Winkel beta β vorteilhaft etwa 90° beträgt.
  4. Wasserrad (100,200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel gamma γ größer als 90° zwischen der zweiten hinteren Oberfläche der vorderen Schaufel und der Vorderseite der vorderen Schaufel (205) vorhanden ist, die vorteilhaft eine Sekundärschaufel bildet.
  5. Wasserrad (100,200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (110) mit der Welle verbunden sind.
  6. Wasserrad (100,200) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände Nuten aufweisen, in die die Schaufeln vorteilhaft aus Kunststoff, Stahl oder Holz eingeführt werden.
  7. Wasserkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wasserräder gemäß den vorherigen Ansprüchen seitlich auf einer Welle angeordnet sind.
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