WO2019180081A1

WO2019180081A1 - Wasserkraftwerk

Info

Publication number: WO2019180081A1
Application number: PCT/EP2019/056959
Authority: WO
Inventors: Erwin Ginter
Original assignee: Erwin Ginter
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2019-09-26
Also published as: DE102018002407B4; DE202019000676U1; DE102018002407A1; EP3768965A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk (40) zur Umwandlung der Strömungsenergie eines fließenden Gewässers (50) in elektrische Energie mit zwei Umlenkrädern (45, 46), welche jeweils um eine Drehachse (55) drehbar gelagert sind, einem Zugmittel (47) zwischen den Umlenkrädern und Eintauchelementen (1) am Zugmittel, die während eines Umlaufes des Zugmittels abwechselnd in das fließende Gewässer eintauchen und aus dem fließenden Gewässer ausgehoben werden. Die Eintauchelemente stehen jeweils über Verbindungsabschnitte (2, 3) mit dem Zugmittel in Verbindung, wobei der oder die Verbindungsabschnitte am Zugmittel über eine Schwenkachse (12, 18) schwenkbar befestigt ist bzw. sind. Das jeweilige Eintauchelement weist einen entgegen einer Strömungsrichtung (65) des Gewässers gerichteten Eintauchabschnitt (31) auf, welcher in einem Anstellwinkel zu dem oder den Verbindungsabschnitten verläuft, und/oder die Drehachsen der Umlenkräder verlaufen unter einem Neigungswinkel von 5° bis 80°, bevorzugt von 10° bis 50°, zu einer Vertikalen (53).

Description

Wasserkraftwerk

Die Erfindung betrifft ein Wasserkraftwerk zur Umwandlung der Strömungsenergie eines fließenden Gewässers in elektrische Energie mit zwei Umlenkrädern, welche jeweils um eine Dreh achse bzw. Lagerwelle drehbar gelagert sind, wobei die Dreh achsen bzw. Lagerwellen parallel zueinander verlaufen und ei nen Abstand voneinander aufweisen, mit einem die Umlenkräder teilweise umschließendes Zugmittel zwischen den Umlenkrädern und mit Eintauchelementen am Zugmittel, welche während eines Umlaufes des Zugmittels abwechselnd in das fließende Gewässer eintauchen und aus dem fließenden Gewässer ausgehoben werden, wobei Strömungsenergie des Gewässers in der Eintauchphase in Strömungsrichtung auf die Eintauchelemente und das Zugmittel übertragen wird und wobei eine der Drehachsen bzw. Lagerwellen oder beide Drehachsen bzw. Lagerwellen einen elektrischen Ge nerator zur Stromerzeugung antreiben.

Wasserkraftwerke dieser und ähnlicher Art sind schon seit lan gem in unterschiedlichster Ausgestaltung bekannt. Eine der einfachsten Ausführungen ist das sogenannte Wasserrad, das beispielsweise zum Antrieb eines Mühlrades benutzt werden kann, indem ein Teilstrom eines Baches von oben auf das Was serrad mit mehreren Wasserschaufeln fällt und das Rad in eine drehende Bewegung versetzt.

Neben solchen relativ kleinen Wasserantrieben sind auch Was- serkraftanlagen bekannt, die beispielsweise von Energieversor gungsunternehmen eingesetzt werden und bei denen turbinenarti ge Räder in einem Fluss oder an Stauseen positioniert werden. Die DE 20 2009 003 291 Ul geht von derartigen bekannten Anla gen aus, bei denen das Wasser stets nur auf ein Schaufelrad oder eine Turbine auftrifft, so dass zur Vergrößerung der Wirkfläche mehrere Turbinenräder oder Wasserräder nebeneinan der angeordnet werden müssen. Als Verbesserung wird eine Anla ge vorgeschlagen, welche zwei voneinander beabstandete Wellen mit parallelen Rotationsachsen und mit wenigstens je einem Führungsrad aufweist. Eine Transmissionskette umspannt die beiden Führungsräder. Eine Mehrzahl von Übertragungselementen, die mit der Transmissionskette verbunden und vorzugsweise schaufelartig ausgebildet und um eine Schwenkachse verschwenk- bar sind, sollen so angeordnet werden, dass das fließende Was ser des Gewässers auf wenigstens zwei der Übertragungselemente einwirkt, wodurch die Wellen eine Drehbewegung ausführen. Die Transmissionskette kann rahmenartige Glieder aufweisen, wobei in Strömungsrichtung benachbarte Glieder durch eine gemeinsame Querstrebe miteinander verbunden sind. Die Schwenkachse soll parallel zur Rotationsachse der Wellen angeordnet sein, und das Übertragungselement soll seine Ausrichtung relativ zu der Position an der Transmissionskette innerhalb eines begrenzba ren Schwenkwinkels verändern können, um stets vertikal nach unten weisen zu können. Die Begrenzung des Schwenkwinkels ver hindert, dass die strömende Flüssigkeit das Übertragungs element selbsttätig verschwenkt und so die wirksame Fläche des Übertragungselementes reduziert.

Weiter ist aus der DE 10 2006 037 182 Al eine Vorrichtung zum Umwandeln von Strömungsenergie eines fließenden Gewässers in wenigstens eine Drehbewegung bekannt, welche wenigstens ein Antriebsrad umfasst, das um eine Drehachse drehbar gelagert ist und über eine Umlaufeinrichtung mit einem im Durchmesser kleineren Laufrad in Verbindung steht, das um eine weitere Drehachse drehbar gelagert ist, wobei die Drehachsen des An triebsrades und des Laufrades parallel zueinander verlaufen. Die Umlaufeinrichtung ist an der Außenseite mit einer Vielzahl von Schaufelelementen versehen, die sich radial zur Umlauf einrichtung erstrecken und gegenüber der Richtung der Drehach sen geneigt sind.

Weiter ist aus der DE 10 2007 003 323 Al eine als Wasser schaufelgenerator bezeichnete Vorrichtung mit Schaufeln vor handen, welche in ein fließendes Gewässer eintauchen. Die Schaufelebene steht stets senkrecht zur Flussrichtung. Die Schaufeln sind durch Balken miteinander verbunden, die paral lel zur Flussrichtung angeordnet sind, und an einer Vorrich- tung befestigt, mit der die Längsbewegung auf eine rotierende Generatorachse übertragen wird.

Eine weiteres herkömmliches Wasserkraftwerk mit umlaufenden trog- bzw. schaufelförmigen Eintauchelementen ist in der Of fenlegungsschrift JP 2003-129932 A offenbart.

Die DE 10 2006 014 205 Al offenbart ein schwimmendes Wasserrad als Kleinkraftwerk zur Gewinnung von elektrischem Strom. Hier wird eine Art Schwimmponton mit drehbaren Schaufelrädern in einem Flussbett verankert, wobei das fließende Wasser die Rä der in Drehung versetzt, wodurch Generatoren antreibbar sind.

Die DE 10 2004 042 918 Al offenbart ein Wasserkraftwerk zur Energieumwandlung, bei welcher die Schwerkraft zum Antrieb von einem umlaufenden Endlos-Zugmittel genutzt wird.

Die DE 10 2005 038 793 Al offenbart einen Energiegenerator, welcher eine Vorrichtung zur Erzeugung von Energie durch Nut zung der Auftriebskraft mindestens eines Körpers in einer Flüssigkeit betrifft.

Den meisten herkömmlichen Wasserkraftwerken dieser Art, wie z.B. denjenigen nach DE 10 2007 003 323 Al, DE 10 2006 037 182 Al und DE 20 2009 003 291 Ul, ist gemeinsam, dass diese ihren optimalen Wirkungsgrad nur erreichen können, wenn auch der Wasserstand des fließenden Gewässers ein Mindestmaß aufweist. Ist ein Wasserstand des fließenden Gewässers geringer, so kön nen die Antriebselemente, welche an dem umlaufenden Endlosband angeordnet sind, nicht voll umfänglich mit fließendem Wasser beaufschlagt werden, sodass der Wirkungsgrad insbesondere bei seichten Gewässern erheblich verringert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserkraftwerk der eingangs genannten, gattungsgemäßen Art zu schaffen, das funktionell vorteilhaft ist, sich einfach bauen lässt und/oder mit dem ab einer Mindestwassertiefe des fließenden Gewässers ein möglichst optimaler Wirkungsgrad erzielbar ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung ei nes Wasserkraftwerks mit den Merkmalen des Anspruches 1 dadurch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, deren Wortlaut hiermit durch Verweis zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird.

Beim erfindungsgemäßen Wasserkraftwerk stehen die Eintauch elemente jeweils über eine oder mehrere zum Gewässer hin ge richtete Verbindungsabschnitte mit dem Zugmittel in Verbin dung. Der oder die Verbindungsabschnitte am Zugmittel ist bzw. sind über eine feststehend am Zugmittel und quer zum Zugmittel verlaufende Schwenkachse schwenkbar befestigt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das jeweilige Eintauch element einen entgegen der Strömungsrichtung des Gewässers ge richteten Eintauchabschnitt auf, welcher in einem Anstell winkel a zu dem bzw. den Verbindungsabschnitten, d.h. bezüg lich diesem/diesen angestellt, i.e. schräg, verläuft. Dadurch befindet sich der Eintauchabschnitt im Betrieb sicher unter halb der Wasseroberfläche des Gewässers. Durch den Anstell winkel a verläuft der Eintauchabschnitt entsprechend schräg zu dem bzw. den Verbindungsabschnitten, wobei der Anstellwinkel a vorzugsweise im Bereich zwischen 0° und 160° und bevorzugter zwischen 10° und 90° liegt. Dies hat den Vorteil, dass der Eintauchabschnitt im Betrieb bei in das Gewässer eingetauchtem Eintauchelement mit einer entgegen der Strömungsrichtung und nach unten weisenden Richtungskomponente verlaufen kann, wenn in dieser Betriebssituation der bzw. die Verbindungs abschnitte vertikal oder in Strömungsrichtung verschwenkt ver laufen .

Gemäß einem zusätzlichen oder alternativen Aspekt der Erfin dung verlaufen die Drehachsen der Umlenkräder unter einem Neigungswinkel ß von 5° bis 80° zu einer Vertikalen. In einer Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Drehachsen der Um lenkräder unter einem Neigungswinkel ß von speziell zwischen 10° bis 50°. Durch die Erfindung wird ein Wasserkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie zur Verfügung gestellt, bei welchem ins besondere die Eintauchelemente derart variabel an Zugmittel angeordnet sind, dass diese im Wesentlichen unabhängig, zumin dest ab einer gewissen Wassertiefe, vollständig in das flie ßende Gewässer eintauchen, so dass stets eine möglichst opti male Kraftübertragung bzw. Energieübertragung des fließenden Gewässers auf die einzelnen, hintereinander angeordneten Ein tauchelemente erfolgt. Dabei ist die Konstruktion derart ge staltet, dass die Eintauchelemente etwa auf ihrem halben Um lauf in das Gewässer eintauchen und auf ihrem zweiten halben Umlauf aus dem Gewässer ausgehoben werden, so dass stets eine Krafteinwirkung in lediglich einer Drehrichtung bzw. Zug richtung des Zugmittels erfolgt, wodurch wiederum die Um lenkräder drehend angetrieben werden. Eines der oder beide Um lenkräder können dabei mit einem elektrischen Generator oder auch einem Getriebe zum Antrieb eines elektrischen Generators ausgestattet sein, so dass in einfacher Weise effektiv Strom erzeugbar ist und das mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 kann vorgesehen sein, dass das Eintauchelement mit geringem Fertigungsaufwand als gestanztes und gebogenes Blechbauteil ausgebildet ist.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Eintauchelement nach Anspruch 3 eine L-, C- oder U-förmige Grundform auf und ist in Strömungsrichtung rückseitig mit einer Rückwand versehen, wel che im Bereich der Verbindungsabschnitte angeordnet ist und parallel zu den Verbindungsabschnitten verläuft.

In einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist die Rückwand recht winklig an einer Bodenplatte angeordnet, und die Bodenplatte der Rückwand ist gegenüberliegend mit dem Eintauchabschnitt versehen. Durch diese Ausgestaltung bildet das Eintauchelement eine Stauraum vor der Rückwand, so dass die Strömungswirkung des anströmenden Gewässers einen verbesserten Wirkungsgrad entfalten kann. In gleicher Weise bewirkt auch eine weitere Ausgestaltung nach Anspruch 5 eine Verbesserung des Wirkungsgrades, bei der die Bodenplatte mit seitlichen Seitenwänden versehen ist, welche in Richtung der Verbindungsabschnitt nach oben abgewinkelt an der Bodenplatte angeordnet sind, wobei der Eintauchabschnitt mit seitlich angeordneten Begrenzungswänden versehen ist, wel che in Richtung der Verbindungsabschnitte abgewinkelt am Ein tauchabschnitt angeordnet sind, und wobei die Seitenwände und die Begrenzungswände unter einem Winkel von 15° bis 90° zur Bodenplatte bzw. zum Eintauchabschnitt an diesen angeordnet sind. Durch die seitlich angeordneten Wände ergibt sich eine Vergrößerung des wirksamen Stauraumes vor der Rückwand, da das anströmende Wasser nicht seitlich ausweichen kann und somit die Strömungsenergie noch optimaler auf das Eintauchelement übertragen wird.

Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 6 vorgesehen sein, dass die Seitenwände und die Begrenzungswände einstückig ausgebil det sind und rechtwinklig zur Bodenplatte bzw. zum Eintauch abschnitt verlaufen und sich vom Eintauchabschnitt bis zur Rückwand erstrecken und somit das Eintauchelement seitlich verschließen .

Eine weitere mögliche Ausgestaltung des Eintauchelementes ist in Anspruch 7 beansprucht. Danach kann vorgesehen sein, dass das Eintauchelement mit seiner Rückwand, seiner Bodenplatte und seinem Eintauchabschnitt nach Art eines Baggerlöffels aus gebildet ist und dass der Baggerlöffel seitlich jeweils durch eine durchgehende Seitenwand abgeschlossen ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach An spruch 8 wird eine äußerst einfache und wirkungsvolle Möglich keit der Anordnung des Wasserkraftwerkes in einem fließenden Gewässer bereitgestellt. Danach ist vorgesehen, dass die Um lenkräder über die Drehachsen an Stützen eines Traggestells angeordnet sind, das am Untergrund des Gewässers fixierbar ist, wobei die Drehachsen unter dem Neigungswinkel ß zur durch die jeweilige Stütze verlaufenden Vertikalen verlaufen, wobei umlaufende Begrenzungskanten der Umlenkräder auf einer Seite der Stützen zusammen mit dem Zugmittel zur Wasseroberfläche des Gewässers hin tiefer angeordnet sind und auf einer in Strömungsrichtung des Gewässers gegenüberliegenden Seite der Stützen einen größeren Abstand zur Gewässeroberfläche aufwei sen .

In einer Ausgestaltung nach Anspruch 9 sind ein Durchmesser der Umlenkräder und der Neigungswinkel ß derart gewählt, dass die auf der einen Seite der Umlenkräder am Zugmittel schwenk bar angeordneten Eintauchelemente in die Strömung des fließen den Gewässer eintauchen und die auf der in Strömungsrichtung gegenüberliegenden zweiten Seite der Umlenkräder am Zugmittel schwenkbar angeordneten Eintauchelemente vollständig aus dem Gewässer ausgehoben sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend näher erläu tert, wobei die schematisch dargestellten Lösungen lediglich beispielhaft anzusehen sind. Insbesondere die spezielle Form gebung der Eintauchelemente kann auch anders ausgestaltet sein, wobei wesentlich ist, dass die Eintauchelemente schau felartig ausgebildet sind und über eine gelenkige Verbindung schwenkbar mit dem Zugmittel in Verbindung stehen. Es zeigen:

Fig. 1 beispielhaft eine perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsvariante eines Eintauchelemen tes mit einer ersten möglichen Ausführungsvariante eines Lagerelementes, über welches das Eintauchele ment mit einem Zugmittel um eine quer zum Zugmittel verlaufende Schwenkachse beweglich befestigt ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer kompletten Vorrichtung mit mehreren Eintauchelementen aus Fig. 1;

Fig . 3 eine Frontansicht der Vorrichtung aus Fig. 2, aus welcher ersichtlich ist, wie die Eintauchelemente aus einer unterhalb des Wasserspiegels angeordne- ten, schräg gestellten Position in einer aus dem Wasserspiegel bzw. fließenden Gewässer herausgeho benen Position gestellt sind;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Eintauchelementes, das als eine Art Baggerschaufei ausgebildet ist; und

Fig . 5 eine perspektivische Frontansicht einer zweiten

Ausführungsvariante eines Eintauchelementes mit ei ner weiteren möglichen Ausführungsvariante eines Lagerelementes, über welches das Eintauchelement mit dem Zugmittel um eine quer zum Zugmittel ver laufende Schwenkachse beweglich befestigt ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Eintauch elementes 1, von welchen zur Realisierung eines Wasserkraft werkes mehrere einzusetzen sind. Die Darstellung der Fig. 1 stellt lediglich eine mögliche Ausführungsvariante eines Ein tauchelementes 1 dar, deren Grundgestaltung schaufelartig aus gebildet ist und im extremsten Fall sogar als eine Art Bagger schaufel 70 ausgebildet sein könnte, wie dies beispielhaft Fig. 4 zu entnehmen ist. Bei der dargestellten Ausführungsvariante bildet das Eintauch element 1 zwei benachbarte Verbindungsabschnitte 2, 3 welche ausgehend von einer Art Bodenplatte 4 sich in der dargestell ten Ausgangslage des Eintauchelementes 1 vertikal in Richtung des Pfeiles 5 nach oben erstrecken. Anstatt zweier Verbin- dungsabschnitte könnte auch nur ein einzelner Verbindungs abschnitt vorgesehen sein. Bei der dargestellten Ausführungs variante bilden die beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 in ihrem unteren Bereich jeweils einen Halteabschnitt 6 bzw. 7, welcher bei der dargestellten Ausführungsvariante als ein- stückiger Bestandteil der Bodenplatte 4 ausgebildet ist. Dabei kann das gesamte Eintauchelement 1 insgesamt als Blechbauteil ausgebildet sein, welches durch Stanzen und Biegen in die in Fig. 1 dargestellte Formgebung gebracht werden kann. Insoweit sind die beiden unteren Halteabschnitte 6 und 7 der Verbindungsabschnitte 2, 3 ausgehend von der Bodenplatte 4 vertikal nach oben abgebogen. In ihren oberen Endbereichen bilden diese Halteabschnitte 6, 7 quer verlaufende Querstege 8, 9, über welche die Halteabschnitte 6 und 7 jeweils mit dem zugehörigen Verbindungsabschnitt 2 bzw. 3 einstückig in Ver bindung stehen. Dabei können, wie bereits oben erwähnt, die Halteabschnitte 6 und 7 mit ihren Querstegen 8 und 9 sowie den angeformten Verbindungsabschnitten 2 und 3 einstückig aus ei nem Blechbauteil ausgestanzt und anschließend in die in Fig. 1 dargestellte Formgebung gebracht werden.

Weiter ist aus Fig. 1 eine Realisierung ersichtlich, bei der die beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 in ihrem oberen End bereich jeweils eine Durchgangsbohrung 10 bzw. 11 aufweisen, welche quer zu den beiden Verbindungsabschnitten 2 und 3 fluchtend zueinander ausgerichtet sind und durch welche hin durch ein Lagerzapfen 12 hindurch gesteckt ist. Dieser Lager zapfen 12 dient zur schwenkbaren Lagerung des gesamten Ein tauchelementes 1 in Richtung des Doppelpfeiles 13, was für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Was serkraftwerkes von wesentlicher Bedeutung ist. Weiter ist er kennbar, dass die beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 in Richtung des Doppelpfeiles 14 einen Abstand voneinander auf weisen und zwischen sich ein Lagerelement 15 aufnehmen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist dieses Lagerelement 15 in einer entsprechenden Realisierung eine vertikal nach unten gerichtete Lagerzunge 16 auf, welche zwischen den beiden obe ren Endbereichen der Verbindungsabschnitte 2 und 3 zumindest mit geringem Spiel aufgenommen wird. Diese Lagerzunge 16 weist etwa im Bereich der Durchgangsbohrungen 10 und 11 der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 eine zentrale Durchgangsbohrung 17 auf, welche im montierten Zustand, wie in Fig. 1 darge stellt, fluchtend zu den beiden Durchgangsbohrungen 10 und 11 der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 verlaufend angeordnet ist. Dementsprechend ist zur schwenkbaren Lagerung des Ein tauchelementes 1 mit seinen beiden Verbindungsabschnitten 2 und 3 an der Lagerzunge 16 der Lagerzapfen 12 durchsteckbar und insbesondere in den Durchgangsbohrungen 10 und 12 der bei den Verbindungsabschnitte 2 und 3 unverlierbar fixierbar. So mit bildet der Lagerzapfen 12 zusammen mit den Durchgangs bohrungen 10, 11 sowie 17 eine Schwenkachse 18, um welche das Eintauchelement 1 mit seinen Verbindungsabschnitten 2 und 3 in Richtung des Doppelpfeiles 13 schwenkbar gelagert ist.

Des Weiteren ist aus Fig. 1 erkennbar, dass das Lagerelement 15 oberhalb der beiden Verbindungsabschnitte 2 und 3 eine Art Klemmblock 19 aufweist, welcher bei der dargestellten Ausfüh rungsvariante des Lagerelementes 15 einstückig mit der Lager zunge 16 in Verbindung steht. Dieser Klemmblock 19 erstreckt sich ausgehend von der Lagerzunge 16 in Richtung des Pfeiles

20 nach hinten und dient zur klemmenden Aufnahme eines in Phantomlinien dargestellten Zugmittels 21. Dieses Zugmittel 21 kann, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, beispielsweise als Draht oder Seil oder Schnur ausgebildet sein. Dabei weist der Klemmblock 19 zum Durchführen des Zugmittels 21 eine in Längs richtung des Pfeiles 22 verlaufende Durchgangsbohrung 23 auf. Zur Fixierung des Klemmblockes 19 an dem Zugmittel 21 kann hierzu eine Klemmschraube in Form einer Madenschrauben 24 vor gesehen sein, welche in ein vertikal verlaufendes Innengewinde (in der Zeichnung nicht sichtbar) des Klemmblockes 19 ein- schraubbar ist und quer zur Durchgangsbohrung 23 verläuft. Durch einfaches Anziehen bzw. Festklemmen der Madenschraube 24 in Richtung des Pfeiles 25 nach unten kann somit der sich in der Durchgangsbohrung 23 befindende Abschnitt des Zugmittels

21 klemmend gehalten werden. Damit wird der Klemmblock 19 über die Madenschraube 24 in der Durchgangsbohrung 23 gegen Ver schieben in Richtung des Doppelpfeiles 22 gesichert, so dass in Richtung des Doppelpfeiles 22 auf den Klemmblock einwirken de Kräfte sichernd auf das Zugmittel 21 übertragen werden. An statt eines solchen Klemmblockes 19 sind alternativ andere klemmende Befestigungsmöglichleiten des Eintauchelementes 1 am Zugmittel 21 verwendbar. So ist es beispielsweise wie bei Ses- selliften möglich, durch einfache Klemmeinrichtungen das Ein tauchelement 1 am Zugmittel 21 feststehend anzuordnen.

Des Weiteren ist aus Fig. 1 eine Realisierung erkennbar, bei der seitlich an der Bodenplatte 4 zwei schräg nach oben abge knickt verlaufende Seitenwände 26, 27 vorgesehen sind, welche sich in Längsrichtung des Pfeiles 22 von der Vorderkante 28 der Bodenplatte 4 bis zu den beiden vertikal nach oben ausge richteten Halteabschnitte 6 und 7 erstrecken.

Rückseitig ist an der Bodenplatte 4 eine Rückwand 29 vorgese hen, welche im Wesentlichen derart dimensioniert ist, dass diese im Bereich der Außenkonturen der Halteabschnitte 6 und 7 und der quer verlaufenden Querstege 8 und 9 abschließt. Somit wird insbesondere durch die Rückwand 29 und die beiden seitli chen Halteabschnitte sowie die quer verlaufenden Querstege 8 und 9 eine Art Auffangvolumen oder Stauraum erzeugt. Dieses bzw. dieser wird wiederum nach vorne in Richtung des Pfeiles 30 hin durch die beiden seitlichen, schräg nach oben verlau fenden Seitenwände 26 und 27 seitlich begrenzt.

Im vorderen Endbereich der Vorderkante 28 schließt sich an die Bodenplatte 4 ein plattenförmiger Eintauchabschnitt 31 an, welcher sich unter einem Anstellwinkel a zu den beiden verti kal ausgerichteten Verbindungabschnitten 2, 3 an der Vorder kante 28 angestellt, d.h. schräg verlaufend, abgebogen nach oben in Richtung des Pfeiles 5 erstreckt. Der Anstellwinkel a beträgt z.B. zwischen 0° und 160° und bevorzugter zwischen 10° und 90°. Der Eintauchabschnitt 31 weist in seinem seitlichen Kantenbereichen 32 und 33 schräg nach oben abgebogen verlau fende Begrenzungswände 34 und 35 auf, welche mit den beiden Seitenwänden 26 und 27 dicht in Verbindung stehen. Somit bil det das Eintauchelement 1 mit seiner Rückwand 29, seiner Bo denplatte 4, seinem Eintauchabschnitt 31 sowie den beiden Sei tenwänden 26 und 27 und den an dem Eintauchelement 31 schräg nach oben ausgerichteten Begrenzungswänden 34 und 35 eine Art Aufnahmeraum oder Stauraum, auf den der Stromfluss eines flie ßenden Gewässers im Betrieb einwirken kann, wobei das gesamte Eintauchelement 1 in Richtung des Pfeiles 36 ausweichen kann, bis eine Art Gleichgewicht zwischen den Strömungskräften und den durch das Eigengewicht und die Formgebung des Eintauch elementes 1 bereitgestellten Rückstellkräfte erreicht ist.

Damit wird durch die spezielle Konstruktion und Ausgestaltung des Eintauchelementes 1 mit seinen Wandelementen 6, 7, 4, 31, 29, 26, 27, 34 und 35 eine Art Eintauchvolumen oder Stauraum erreicht, welches bzw. welcher erlaubt, dass das Eintauch element 1 auch bei unterschiedlichen Wassertiefen eines strö menden Gewässers stets optimal in dieses Gewässer eintaucht. Insbesondere bleibt das Eintauchelement 1 mit seinem Eintauch abschnitt 31 stets unterhalb der Wasseroberfläche des fließen den Gewässers. Damit wird eine optimale Ausnutzung der kineti schen Fließenergie des fließenden Gewässers bzw. der Strömung des fließenden Gewässers und damit die Übertragung auf das Eintauchelement 1 erreicht.

Das beispielhaft dargestellte Eintauchelement 1 mit seinen Wandabschnitten aus Fig. 1 ist hier lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere könnte die gesamte Gestaltung insbe sondere im Bereich der Rückwand 29, der Bodenplatte 4 sowie des Eintauchelementes 31 mit den seitlich angeordneten Seiten wänden 26 und 27 bzw. den Begrenzungswänden 34 und 35 sowie den seitlich vertikal nach oben gerichteten Halteabschnitten 6 und 7 auch die Formgebung beispielsweise eines Baggerlöffels 70 aufweisen, wie diese in Fig. 4 in Seitenansicht dargestellt ist. Es ist erkennbar, dass dieser Baggerlöffel 70 über die beiden Verbindungsabschnitte 2, 3 verfügt und dementsprechend, so wie das Eintauchelement 1, an einem Zugmittel feststehend aber schwenkbar angeordnet werden kann. Der Baggerlöffel 70 bildet zur Realisierung eines Stauraumes zwei Seitenwände 71, von welchen in Fig. 4 lediglich die vordere Seitenwand erkenn bar ist.

Mit Bezug auf Fig. 1 sei angemerkt, dass die abgewinkelte Aus gestaltung des Eintauchelementes 1 auch anders ausgebildet sein kann. So könnte beispielsweise die Bodenplatte 4 bogen- förmig in die Rückwand 29 übergehen, wie dies beispielsweise beim Baggerlöffel 70 aus Fig. 4 der Fall ist. Wesentlich ist, dass die Verbindungsabschnitte 2 und 3 über den Lagerzapfen 12 um die Schwenkachse 18 in Richtung des Pfeiles 36 verschwenk- bar ist, so dass insbesondere bei Anströmen des Eintauchele mentes 1 ein begrenztes Ausweichen des Eintauchelementes in Richtung des Pfeiles 36 bewirkbar ist, wodurch die Strömungs energie des fließenden Gewässers möglichst optimal durch das Eintauchelement 1 aufgefangen wird. Damit wird auch optimal die Fließenergie entgegen des Pfeiles 30 auf das Eintauch element 1 übertragen.

Diesbezüglich sei in Bezug auch auf die Ausgestaltung des Ein tauchelementes 1 als Baggerlöffel 70 angemerkt, dass auch das dargestellte Eintauchelement 1 aus Fig. 1 mit vollständig ge schlossenen Seitenelementen versehen sein kann, welche sich beispielsweise vom Eintauchabschnitt 31 über die Bodenplatte 4 bis zur Rückwand 29 erstreckt. Damit wird ein größeres Auf fangvolumen, d.h. ein größerer Stauraum des Eintauchelementes 1 erreicht, so dass auch die Energieübertragung auf das in ein fließendes Gewässer eintauchendes Eintauchelement 1 erheblich verbessert ist.

Zu einer vorteilhaften Realisierung der erfindungsgemäßen Vor richtung sei nun beispielhaft auf die Figuren 2 und 4 verwie sen, in welchen die Vorrichtung in Form des Wasserkraftwerkes mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist.

Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, weist das Wasserkraftwerk 40 zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Umlenkräder 45 und 46 auf. Diese Umlenkräder 45, 46 werden von einem endlosen Zugmittel 47 umschlungen, welches bei der Ausführungsvariante nach der Fig. 2 bandförmig ausgebildet ist. Entsprechend die ser bandförmigen Ausbildung des Zugmittels 47 ist auch die An kopplung der z.B. achtfach am Zugmittel 47 angeordneten Ein tauchelemente 1 angepasst gestaltet. Jedes der Eintauchelemen te 1 ist, wie bereits zu Fig. 1 beschrieben, über einen Lager zapfen 12 schwenkbar mit den Zugmittel 47 verbunden. Weiter ist aus Fig. 2 ersichtlich, dass die beiden Umlenkräder 45 und 46 an einem Traggestell 48 angeordnet sind, welches bei der dargestellten Ausführungsvariante am Untergrund 49 des flie ßenden Gewässers 50 feststehend verankert ist. Das Traggestell 49 weist zwei schräg zueinander verlaufende, nach oben gerich tete Stützen 51 und 52 auf, in deren jeweiligem oberem End bereich die beiden Umlenkräder 45 und 46 über eine Drehachse

55 drehbar gelagert sind.

Insbesondere aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die beiden Um lenkräder 45, 46 mit ihren Drehachsen 55 unter einem Winkel ß schräg geneigt zu einer Vertikalen 53 am oberen Ende der Stüt zen 51 und 52 angeordnet sind. Der Winkel ß kann z.B. zwischen 5° bis 80°, bevorzugt zwischen 10° bis 60° und bevorzugter et wa 45° betragen. Des Weiteren sind die Drehachsen 55, welche in der Zeichnung nicht explizit dargestellt sind, jeweils mit einem Stromgenerator 75 drehfest verbunden, so dass die Dre hung der Umlenkräder 45, 46 im Betrieb zur Stromerzeugung ge nutzt werden kann.

Weiter ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass auf der linken Seite

56 der Stützen 51, 52 die Eintauchelemente 1 alle unterhalb der Wasseroberfläche 57 in das fließende Gewässer 50 ein- tauchen und auf der rechten Seiten 58 aus dem fließenden Ge wässer 50 ausgehoben sind.

Dieses Anheben der Eintauchelemente 1 aus der linken, in das fließende Gewässer 50 eintauchenden Position 56 in die auf der rechten Seite 58 des fließenden Gewässers ausgehobene Position wird durch die Schrägstellung der Umlenkräder 45 und 46 mit ihrer jeweiligen Drehachse 55 um den besagten Neigungswinkel ß bewirkt. Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, befindet sich die um laufende Begrenzungskante 60 der beiden Umlenkräder 45, 46 auf der linken Seite 56 erheblich weiter unten als auf der rechten Seite, sodass durch die einfache Drehbewegung die Vertikalver stellung der Eintauchelemente 1 aus der linken Position 56 in die rechte Position 58 und somit außerhalb des fließenden Ge wässers 50 bewirkt wird. Die Größe des Aushebens ist somit von der Größe des Neigungswinkel ß in Verbindung mit dem Durchmes ser der Umlenkräder 45, 46 abhängig. Je größer diese Werte sind, um so größer ist auch die Größe des Aushebens.

Weiter ist aus Fig. 2 erkennbar, dass die aus dem fließenden Gewässer 50 ausgehobenen Eintauchelemente 1, welche in Fig. 2 oberhalb der Wasseroberfläche 57 des fließenden Gewässers 50 dargestellt sind, im Wesentlichen aufgrund ihrer schwenkbaren Lagerung 12 am Zugmittel 47 in einer etwa vertikalen Ausrich tung befinden.

Nach dem Eintauchen der Eintauchelemente 1 in das fließende Gewässer 50 werden die Eintauchelemente 1 alle in Richtung des Pfeiles 36 soweit ausgelenkt, bis sich ein Gleichgewicht der Strömungskräfte des fließenden Gewässers 50 und der aufgrund des Eigengewichtes vorhandenen Rückstellkräfte der Eintauch elemente 1 eingestellt hat.

Aufgrund der speziellen schaufelartigen Ausgestaltung des Ein tauchelementes 1 bzw. der Eintauchelemente 1, wie zu Fig. 1 beschrieben, bzw. der Ausgestaltung nach Art eines Bagger löffels 70 oder einer ähnlichen Ausgestaltung wird somit eine optimale Übertragung der Fließkräfte in Richtung des Pfeiles 65 auf die in das fließende Gewässer 50 eingetauchte Eintauch element 1 erreicht und somit eine optimale Drehmomentübertra gung über das Zugmittel 47 auf die beiden Umlenkräder 45 und 46 bewirkt, welche wiederum dazu dienen, einen mit den Lager achsen oder Lagerwellen der beiden Umlenkräder 45 und 46 in Verbindung stehenden Generator 75 anzutreiben.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine weitere Möglichkeit der Aus gestaltung eines Eintauchelementes 1/1, welches eine blockar tige Rückwand 29/1 aufweist, deren Dimension bzw. Formgebung der Kombination der Formgebung der Rückwand 29 des Eintauch elementes 1 zusammen mit den vor dieser Rückwand 29 angeordne ten Halteabschnitten 6, 7 und den beiden oberen Querstegen 8, 9 entspricht. An dieser Rückwand 29/1 sind in den seitlichen Endbereichen schräg nach oben verlaufende Verbindungsabschnit- te 2/1 und 3/1 angeordnet, deren Funktion den Verbindungs abschnitten 2 und 3 der Ausführungsvariante des Eintauch elementes 1 aus Fig. 1 entspricht.

Die beiden Verbindungsabschnitte 2/1 und 3/1 dienen zur schwenkbaren Lagerung des Eintauchelementes 1/1 an einem La gerelement 15/1, dessen Funktion prinzipiell der Funktion des Lagerelementes 15 aus Fig. 1 entspricht.

Zur schwenkbaren Lagerung der beiden Verbindungsabschnitte 2/1 und 3/1 am Lagerelement 15/1 weist das Lagerelement 15/1 je weils seitlich vorstehende Lagerzapfen 12/1 auf, von welchen in Fig. 5 lediglich der vordere Lagerzapfen 12/1 zur schwenk baren Lagerung des Verbindungsabschnittes 2/1 erkennbar ist. Es versteht sich, dass das Lagerelement 15/1 auf der nicht sichtbaren Rückseite ebenfalls einen solchen Lagerzapfen auf weist, welcher entsprechend mit dem Verbindungsabschnitt 3/1 schwenkbar in Verbindung steht. Die beiden Lagerzapfen 12/1 definieren dementsprechend eine Schwenkachse 18/1, welche quer zu einem Zugmittel 21 verläuft, welches dem Zugmittel 21 aus Fig. 1 entspricht und dementsprechend als Draht oder Schnur ausgebildet sein kann.

Zur schwenkbaren Lagerung des Eintauchelementes 1/1 am Zug mittel 21 um die Schwenkachse 18/1 in Richtung des Pfeils 36 dient das Lagerelement 15/1. Das Lagerelement 15/1 kann hierzu klemmend am Zugmittel 21 befestigt sein. Das Lagerelement 15/1 weist einen zentralen Montageblock 80 auf, der zur Aufnahme des Zugmittels 21 zweiteilig ausgebildet ist und ein Ober gehäuse 81 und ein Untergehäuse 82 aufweist. Bei der darge stellten Ausführungsvariante ist zwischen dem Obergehäuse 81 und dem Untergehäuse 82 eine Art Durchgangskanal vorgesehen, welcher in der Zeichnung nicht erkennbar ist. Dieser Durch gangskanal dient zur Aufnahme des Zugmittels 21 und wird dabei von zusammengehörenden, jeweils etwa halbzylindrischen Auf nahmenuten im Bereich der Trennebene 83 des Obergehäuses 81 und des Untergehäuses 82 gebildet, welche in der Zeichnung ebenfalls nicht erkennbar sind. Bei der dargestellten Ausführungsvariante des Montageblockes 80 mit seinem Obergehäuse 81 und seinem Untergehäuse 82 sind die Lagerzapfen 12/1 am Obergehäuse angeordnet. Der Lagerblock 80 mit seinem Obergehäuse 81 und seinem Untergehäuse 82 ist vorzugsweise als Spritzgießteil ausgebildet, so dass insbeson dere die Lagerzapfen 12/1 in einfacher Weise am Obergehäuse 81 angespritzt sein können, was deren Anordnung vereinfacht.

Zur klemmenden Montage des Lagerelementes 15/1 am Zugmittel 21 weist der Montageblock 80 bzw. weisen dessen Obergehäuse 81 und dessen Untergehäuse 82 frontseitig und rückseitig jeweils Klemmzungen 85, 86 bzw. 87, 88 auf, welche im unverspannten bzw. nicht klemmenden Zustand jeweils einen Spalt 89 bzw. 90 zueinander bilden. Zur klemmenden Halterung am Zugmittel 21 sind die Klemmzungen 85, 86 und 87, 88 mittels jeweils zweier Schraubverbindungen 95, 96 bzw. 97, 98 miteinander verspann bar, so dass der Montageblock 80 klemmend und somit fest stehend am Zugmittel 21 gehalten wird.

Wie weiter aus Fig. 5 erkennbar ist, weist das Eintauchelement 1/1 grundsätzlich etwa dieselbe Formgebung auf wie das Ein tauchelement 1 aus Fig. 1. So weist auch das Eintauchelement 1/1 eine untere Bodenplatte 4 mit zwei seitlich daran angeord neten Seitenwänden 26, 27 auf. Frontseitig ist die Bodenplatte 4 ebenfalls mit einem schräg nach oben ausgerichteten Ein tauchabschnitt 31 versehen, welcher ebenfalls mit seitlich schräg nach oben verlaufenden Begrenzungswänden 34 bzw. 35 versehen ist.

Es ist erkennbar, dass das Eintauchelement 1/1 ebenfalls schaufelartig ausgebildet ist und über die Lagerzapfen 12/1 des Montageblockes 80 um die Schwenkachse 18/1 schwenkbar ist, sofern das Eintauchelement 1/1 in Richtung des Pfeils 65 ange strömt wird, wie dies in Fig. 2 beispielhaft für die Eintauch elemente 1 aus Fig. 1 dargestellt ist. Auf Grund der speziel len schaufelartigen Gestaltung auch des Eintauchelements 1/1 kann das Eintauchelement 1/1 in der Strömung nicht aufschwim- men, so dass eine optimale Energieübertragung der Strömungs- energie auf die am Zugmittel 21 schwenkbar angeordneten Ein tauchelemente 1 bzw. 1/1 erfolgt.

Claims

PatentanSprüche

1. Wasserkraftwerk (40) zur Umwandlung der Strömungsenergie eines fließenden Gewässers (50) in elektrische Energie mit zwei Umlenkrädern (45, 46), welche jeweils um eine

Drehachse (55) drehbar gelagert sind, wobei die Dreh achsen (55) parallel zueinander verlaufen und einen Ab stand voneinander aufweisen, einem die Umlenkräder (45, 46) teilweise umschlie ßenden Zugmittel (47) zwischen den Umlenkrädern (45, 46) und

Eintauchelementen (1) am Zugmittel (47), die wäh rend eines Umlaufes des Zugmittels (47) abwechselnd in das fließende Gewässer (50) eintauchbar und aus dem flie ßenden Gewässer (50) aushebbar sind, wobei Strömungs energie des Gewässers (50) in der Eintauchphase in Strö mungsrichtung (65) auf die Eintauchelemente (1) und das Zugmittel (47) übertragbar ist und wobei über eine oder beide Drehachsen (55) ein elektrischer Generator (75) zur Stromerzeugung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintauchelemente (1) jeweils über einen oder mehrere zum Gewässer (50) hin gerichtete Verbindungs abschnitte (2, 3) mit dem Zugmittel (47) in Verbindung stehen, wobei der oder die Verbindungsabschnitte (2, 3) am Zugmittel (47) über eine feststehend am Zugmittel (47) und quer zum Zugmittel (47) verlaufende Schwenkachse (12, 18) schwenkbar befestigt ist bzw. sind, und das jeweilige Eintauchelement (1) einen entgegen der Strömungsrichtung (65) des Gewässers (50) gerichteten Eintauchabschnitt (31) aufweist, welcher in einem An- stellwinkel (a) zu dem oder den Verbindungsabschnitten (2, 3) verläuft, und/oder die Drehachsen (55) der Umlenkräder (45, 46) unter einem Neigungswinkel (ß) von 5° bis 80°, bevorzugt von 10° bis 60°, zu einer Vertikalen (53) ver laufen .

Wasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauchelement (1) als gestanztes und gebogenes Blechbauteil ausgebildet ist.

Wasserkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das Eintauchelement (1) eine L-, C- oder U-förmige Grundform aufweist und in Strömungsrichtung (65) rückseitig mit einer Rückwand (29) versehen ist, welche im Bereich der Verbindungsabschnitte (2, 3) ange ordnet ist und parallel zu den Verbindungsabschnitten (2, 3) verläuft.

Wasserkraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (29) rechtwinklig an einer Bodenplatte (4) angeordnet ist und die Bodenplatte (4) der Rückwand (29) gegenüberliegend mit dem Eintauchabschnitt (31) ver sehen ist.

5. Wasserkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (4) mit seitlichen Seitenwänden (26, 27) versehen ist, welche in Richtung der Verbindungsab schnitte (2, 3) nach oben unter einem Winkel von 15° bis 90° abgewinkelt an der Bodenplatte (4) angeordnet sind, und am Eintauchabschnitt (31) Begrenzungswände (34, 35) seitlich und in Richtung der Verbindungsabschnitte (2, 3) unter einem Winkel von 15° bis 90° abgewinkelt angeordnet sind . 6. Wasserkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (26, 27) und die Begrenzungswände

(34, 35) einstückig ausgebildet sind und die Seitenwände (26, 27) rechtwinklig zur Bodenplatte (4) und die Begren zungswände (34, 35) rechtwinklig zum Eintauchabschnitt (31) verlaufen und sich die Seitenwände (26, 27) und die

Begrenzungswände (34, 35) vom Eintauchabschnitt (31) bis zur Rückwand (29) erstrecken und das Eintauchelement (1) seitlich abschließen.

7. Wasserkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauchelement (1) mit seiner Rückwand (29), seiner Bodenplatte (4), seinem Eintauchabschnitt (31) in Form eines Baggerlöffels (70) ausgebildet ist und seit lich jeweils durch eine durchgehende Seitenwand (71) ab geschlossen ist.

8. Wasserkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkräder (45, 46) über die

Drehachsen (55) an Stützen (51, 52) eines Traggestells

(48) angeordnet sind, das am Untergrund (49) des Gewäs sers (50) fixierbar ist, wobei die Drehachsen (55) unter dem Neigungswinkel ₍ß) zur durch die jeweilige Stütze (51, 52) verlaufenden Vertikalen (53) verlaufen, wobei umlau fende Begrenzungskanten (60) der Umlenkräder (45, 46) auf einer Seite (56) der Stützen (51, 52) zusammen mit dem

Zugmittel (47) zur Wasseroberfläche (57) des Gewässers (50) hin tiefer angeordnet sind und auf einer in Strö mungsrichtung (65) des Gewässers (50) gegenüberliegenden Seite (58) der Stützen (51, 52) einen größeren Abstand zur Gewässeroberfläche (57) aufweisen.

9. Wasserkraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Umlenkräder (45, 46) und der

Neigungswinkel ₍ß) derart gewählt sind, dass die auf der einen Seite (56) der Umlenkräder (45, 46) am Zugmittel

(47) schwenkbar angeordneten Eintauchelemente (1) in die Strömung des fließenden Gewässer (50) eintauchen und die auf der in Strömungsrichtung (65) gegenüberliegenden zweiten Seite (58) der Umlenkräder (45, 46) am Zugmittel

(47) schwenkbar angeordneten Eintauchelemente (1) voll ständig aus dem Gewässer (50) ausgehoben sind.