DE10134522A1

DE10134522A1 - Water wheel has second blades with smaller radial dimension between first blades likewise with adjustment elements for adjustment of angular setting with water wheel rotation angle

Info

Publication number: DE10134522A1
Application number: DE10134522A
Authority: DE
Inventors: Erwin Junker
Original assignee: Individual
Current assignee: Erwin Junker Top-Holding De GmbH
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: DE10134522B4

Abstract

The undershot water wheel has first blades (2a), adjustment elements for adjusting the angular settings depending on the current rotation angle of the water wheel and a controller for the adjustment elements. Second blades (2b) with a smaller radial dimension arranged between the first blades likewise have adjustment elements for adjustment of their angular setting with the water wheel rotation angle. AN Independent claim is also included for the following: a system for deriving electrical energy using a water wheel.

Description

Die Erfindung betrifft ein unterschlächtiges Wasserrad zur Gewinnung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, aus Wasserkraft mit ersten Schaufeln und Verstellelementen zum Verstellen der Winkelstellung der ersten Schaufeln in Abhängigkeit vom jeweiligen Drehwinkel des Wasserrades, wobei das Wasserrad eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Stellelemente aufweist. The invention relates to an undershot water wheel for the extraction of Energy, especially electrical energy, from hydropower with first blades and Adjustment elements for adjusting the angular position of the first blades in Dependence on the respective angle of rotation of the water wheel, the water wheel has a control device for controlling the control elements.

Zur Energiegewinnung in nennenswertem Umfang sind u. a. Kohlekraftwerke, Kernkraftwerke, Windenergieanlagen und Wasserkraftwerke bekannt. To generate energy to a significant extent, u. a. Coal power plants, Nuclear power plants, wind turbines and hydropower plants known.

Kohlekraftwerke verschmutzen die Umwelt und verstärken den Treibhauseffekt. Coal-fired power plants pollute the environment and increase the greenhouse effect.

Durch Kernkraftwerke werden zwar Schadstoffemissionen vermieden, die Entsorgung des anfallenden Atommülls sowie die Risiken durch den Betrieb eines solchen Kraftwerkes sorgen für Akzeptanzprobleme bei der Bevölkerung. Nuclear power plants avoid pollutant emissions that Disposal of the resulting nuclear waste and the risks of operating a such a power plant cause acceptance problems among the population.

Windkraftanlagen haben den Nachteil, dass die Stromerzeugung von den Windverhältnissen abhängt. Eine konstante Stromerzeugung ist daher nicht möglich. Sie sind aber umweltfreundlich. Wind turbines have the disadvantage that the electricity generation from the Depends on wind conditions. Constant electricity generation is therefore not possible. But they are environmentally friendly.

Wasserkraftwerke, die mittlerweile weltweit einen relativ hohen Anteil zur Stromerzeugung beitragen, sind jedoch häufig mit einem starken Eingriff in die Natur und mit einer Zerstörung ökologischer Gebiete verbunden. Wasserkraftwerke tragen jedoch zur Reduzierung des Treibhauseffektes ohne Einsatz von Kernenergie bei. Hydroelectric power plants, which have become a relatively high proportion worldwide Power generation contributes, however, are often with a strong intrusion into nature and associated with the destruction of ecological areas. Hydropower plants however contribute to reducing the greenhouse effect without using nuclear energy at.

Aus der DE 30 49 630 A1 ist ein Axialwindkraftrotor mit wahlweise ungleichförmig zur Rotordrehung wirkender Schaufelverstellung bekannt. Als Wasserrad wandelt dieser Rotortyp die Strömungsenergie von Wasser in eine verwertbare Form um, indem ein kleiner Sektor des Rotors in die Strömung taucht und der Strömungsdruck gegen die Schaufelflächen wirkt. From DE 30 49 630 A1 an axial wind power rotor is optionally available blade adjustment acting non-uniformly to the rotor rotation is known. As a water wheel this type of rotor converts the flow energy of water into a usable one Reshape by immersing a small sector of the rotor in the flow and the Flow pressure acts against the blade surfaces.

Die Schaufelstellung wird bei diesem Rotortyp in Abhängigkeit vom Drehwinkel verändert, so dass der Wirkungsgrad verbessert wird. Zur Verstellung der Schaufelstellung werden nebeneinander angeordnete Pleuel angeordnet, die jeweils mit einer Schaufel in Verbindung stehen. Durch die Pleuelanordnung wird zwar der Wirkungsgrad eines Schaufelrades verbessert, jedoch die Breiten-Abmessung des Wasserrades erhöht. Eine hohe Schaufelanzahl lässt sich daher praktisch nicht realisieren, so dass ein sinnvoller Einsatz dieses Rotortyps zur Wasserkrafterzeugung praktisch ausscheidet. With this type of rotor, the blade position is dependent on the angle of rotation changed so that the efficiency is improved. To adjust the Blade positions are arranged side by side connecting rods, each with connected to a shovel. Due to the connecting rod arrangement Efficiency of a paddle wheel improved, but the width dimension of the Water wheel increased. A high number of blades is therefore practically impossible realize, so that a sensible use of this type of rotor for Hydroelectric power generation practically eliminated.

Ein anderes in der DE 30 49 630 A1 gezeigtes Ausführungsbeispiel zeigt verstellbare Schaufeln mit einer Kettenanordnung, die jedoch noch aufwendiger ist und bei der noch weniger Schaufeln angeordnet werden können. In dem Beispiel gemäss der Fig. 7 dieses Dokuments sind lediglich zwei Schaufeln vorhanden. Another exemplary embodiment shown in DE 30 49 630 A1 shows adjustable blades with a chain arrangement, which, however, is even more complex and in which even fewer blades can be arranged. In the example according to FIG. 7 of this document, there are only two blades.

Die DE 197 08 636 A1 zeigt und beschreibt ein Wasserrad, bei dem die Winkelstellung der Schaufeln in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Wasserrades veränderbar sind. Der dort vorgestellte Umweltgenerator wird durch die natürliche Energie des fließenden Wassers angetrieben. Dieser Umweltgenerator kann in jedem fließenden Gewässer ohne Veränderung der natürlichen Gegebenheiten ab einer gewissen Fliessgeschwindigkeit und Wassermenge pro Zeiteinheit eingesetzt werden. Bei diesem Generator wird mittels innerhalb des Rotors gegenüberliegende und in ihrer Stellung durch Zahnräder gesteuerter Prallflächen dem fließenden Wasser Energie entzogen und diese Energie zur Stromerzeugung genutzt. Zu diesem Zweck werden die auf Achsen fixierten Prallflächen durch eine abgestimmte Zahnradanordnung während der Rotation immer in die in Relation zur Richtung der Strömung idealen Position gedreht, wobei damit der höchste Wirkungsgrad erzielt werden kann. DE 197 08 636 A1 shows and describes a water wheel in which the Angular position of the blades depending on the angle of rotation of the water wheel are changeable. The environmental generator presented there is replaced by the natural one Energy of flowing water powered. This environmental generator can any flowing water without changing the natural conditions a certain flow rate and amount of water per unit of time be used. With this generator, means inside the rotor opposite baffles controlled in their position by gears energy is drawn from flowing water and this energy is used to generate electricity. For this purpose, the impact surfaces fixed on axles are replaced by a matched gear arrangement during rotation always in relation to Direction of flow ideal position rotated, being the highest Efficiency can be achieved.

Eine andere Anordnung eines Wasserrades zeigt und beschreibt die DE 40 26 638 A1. Dort sind Schaufelräder mit einer erheblichen Anzahl von Schaufeln zwischen Bootskörper-Pontons angeordnet. Durch die schwimmende Anordnung ist keine bauliche Veränderung des Ufers erforderlich. Another arrangement of a waterwheel shows and describes DE 40 26 638 A1. There are paddle wheels with a significant number of blades arranged between hull pontoons. Due to the floating arrangement no structural changes to the bank required.

Eine andere Wasserkraftanlage ist aus der DE 43 13 509 A1 bekannt. Das Wasserrad ist dort lösbar an der Nabe eines einseitig befestigten, als Baueinheit ausgebildeten Radnabengetriebes angebracht, dessen Antriebswelle mit einem Generator verbunden ist und diesen antreibt. Die Schaufeln sind jedoch nicht verstellbar angeordnet. Another hydropower plant is known from DE 43 13 509 A1. The Waterwheel is detachable there on the hub of a one-sided, as a structural unit trained wheel hub gear attached, the drive shaft with a generator is connected and drives it. However, the blades are not adjustable arranged.

Andere Wasserradanordnungen mit verstellbaren Schaufeln sind in DE 29 90 2722 U1 und GB 2097864 beschrieben. Die Schaufeln sind zwar dort grundsätzlich verstellbar. Die Wasserräder eignen sich jedoch nicht als unterschlächtige Wasserräder, weil dort alle Schaufeln im Wasser eingetaucht sind. Other water wheel arrangements with adjustable blades are in DE 29 90 2722 U1 and GB 2097864 described. The blades are basically there adjustable. However, the water wheels are not suitable as undershot Water wheels because all the blades are immersed in the water.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein unterschlächtiges Wasserrad, bei dem der Wirkungsgrad gegenüber einfachen Wasserrädern in konstruktiv einfacher Weise erhöht wird und mit welchem kostengünstig Strom gewinnbar ist, sowie eine Anlage mit einem solchen Wasserrad zu schaffen. Des Weiteren soll ein möglichst geringer Einfluss auf den natürlichen Wasserfluss genommen werden. The object of the invention is an undershot water wheel, in which the Efficiency compared to simple waterwheels in a structurally simple manner is increased and with which inexpensive electricity can be obtained, as well as a Create facility with such a water wheel. Furthermore, one should, if possible little influence on the natural water flow.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Wasserrad mit den Merkmalen gemäß Ansprüchen 1 und 9 sowie durch eine Anlage mit den Merkmalen gemäß Anspruch 17 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet. The object of the invention is achieved by a water wheel with the features Claims 1 and 9 and by a system with the features according to Claim 17 solved. In the respective subclaims are advantageous Developments of the invention characterized.

Dadurch, dass zwischen den ersten Schaufeln zweite Schaufeln angeordnet sind, deren radiale Abmessung geringer ist als die der ersten Schaufeln und welche ebenfalls mit Verstellelementen versehen sind, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Drehwinkel des Wasserrades mittels einer Steuervorrichtung eine Verstellung der Winkelstellung der zweiten Schaufeln herbeiführen, wird der Wirkungsgrad durch die Veränderung der Schaufelanordnung erhöht. Mit einer derartigen Ausbildung der Schaufeln, d. h. insbesondere, wenn eine erste Schaufel von einer davor liegenden zweiten Schaufel weniger verdeckt wird, kann die Strömungsenergie wesentlich besser ausgenutzt werden. Strömungstechnisch ist die erfindungsgemäße Lösung gegenüber bekannten Lösungen also vorteilhafter. Durch die höhenversetzte Anordnung ist eine strömungsmäßige Beeinflussung der vorlaufenden Schaufeln durch die nachlaufenden Schaufeln zumindest reduziert. Because second blades are arranged between the first blades, whose radial dimension is less than that of the first blades and which are also provided with adjustment elements that depend on the respective Angle of rotation of the water wheel by means of a control device an adjustment of The angular position of the second blades brings about the efficiency the change in the blade arrangement increased. With such training the blades, d. H. especially if a first shovel is from a previous one lying second blade is less covered, the flow energy be used much better. From a fluidic point of view it is the one according to the invention Solution is therefore more advantageous than known solutions. Through the height-offset arrangement is a flow influencing the leading Buckets at least reduced by the trailing blades.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Wasserrades ergibt sich, wenn die zweiten Schaufeln eine hinsichtlich der ersten Schaufeln verkürzte Schaufelhöhe aufweisen. Sowohl die ersten Schaufeln als auch die zweiten Schaufeln weisen den gleichen Abstand zum Drehpunkt des Wasserrades auf. Die zweiten Schaufeln sind außerdem aufgrund des geringeren Materialeinsatzes massereduziert. A first advantageous embodiment of the water wheel according to the invention results if the second blades shortened one with respect to the first blades Have bucket height. Both the first blades and the second Buckets are the same distance from the center of rotation of the water wheel. The second blades are also due to the lower use of materials reduced mass.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung des Wasserrades unter Verwendung von gleichen ersten und zweiten Schaufeln ergibt sich, wenn die zweiten Schaufeln in radialer Richtung näher am Drehpunkt des Wasserrades angeordnet sind als die ersten Schaufeln. Another advantageous design of the water wheel using same first and second blades result if the second blades in radial direction are closer to the pivot point of the water wheel than that first shovels.

Ein besonders günstiges Größenverhältnis ergibt sich, wenn die zweiten Schaufeln eine Wasserdruckfläche aufweisen, deren Größe etwa halb bis zweidrittel so groß wie die der ersten Schaufeln ist. A particularly favorable size ratio results when the second blades have a water pressure surface, the size of which is about half to two-thirds as large like that of the first blades.

Vorteilhaft ist auch die Ausbildung der Steuervorrichtung als elektrische oder elektronische Steuervorrichtung mit elektrischen Verstellgliedern, einem Steuerbus und Sensoren zum Erfassen des Drehwinkels sowie einer speicherprogrammierbaren Steuerung. It is also advantageous to design the control device as an electrical or electronic control device with electrical adjusting elements, one Control bus and sensors for detecting the angle of rotation and one programmable logic controller.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung steuert die Steuervorrichtung die Verstellelemente mittels mechanischer Verstellglieder über ein Kurvenelement, welche zwischen einer Nabe des Wasserrades und den Schaufeln angeordnet sind, wobei die Verstellglieder mit dem sich mit dem Wasserrad nicht mitdrehenden Kurvenelement wirkverbunden sind. Eine solche Anordnung ermöglicht die Verstellbarkeit der Schaufeln bei geringem konstruktiven Aufwand und einer relativ kompakten Bauweise. Die Verstellelemente können so innerhalb des Wasserrades angeordnet werden, wodurch das Wasserrad nicht unnötig breit wird wie durch zum Beispiel bekannte seitlich angeordnete Pleuelstangen oder dergleichen. Die gewünschte Schaufelstellung lässt sich durch entsprechende Ausgestaltung der Kurvenform des Kurvenelementes in nahezu beliebiger Weise steuern. Eine hohe Schaufelanzahl ist ebenso gut möglich. According to a second aspect of the invention, the control device controls the Adjusting elements by means of mechanical adjusting elements via a cam element, which are arranged between a hub of the water wheel and the blades, the adjusting elements with the one not rotating with the water wheel Curve element are operatively connected. Such an arrangement enables Adjustment of the blades with little design effort and a relative compact design. The adjustment elements can thus within the water wheel be arranged, whereby the water wheel does not become unnecessarily wide as through for example known side connecting rods or the like. The Desired blade position can be adjusted accordingly Control the curve shape of the curve element in almost any way. A high Number of buckets is also possible.

Eine konstruktiv besonders einfache Ausbildung liegt vor, wenn das Kurvenelement ein Kurvenelement mit einer gewünschten Verstellbewegung der Schaufeln entsprechend geformten Kurvenbahn ist und die Verstellglieder an ihrem der Nabe zugewandten Ende an der Kurvenoberfläche geführt sind, wodurch die Anzahl der Schaufeln im Vergleich zum Stand der Technik mit vertretbarem Aufwand erhöht werden kann. Die Anzahl der Schaufeln wird praktisch durch die Kurvenoberfläche begrenzt. Durch Vergrößerung der Kurvenoberfläche lässt sich die Anzahl der Schaufeln weiter erhöhen. A structurally particularly simple training is available if that Curve element a curve element with a desired adjustment movement of the blades appropriately shaped cam track is and the adjusters on their the Hub facing end are guided on the curve surface, reducing the number the blades compared to the prior art with reasonable effort can be increased. The number of blades is practically determined by the Limited curve surface. By enlarging the curve surface the Continue increasing the number of blades.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad ergibt sich, wenn die Schaufeln derart durch die Verstellelemente steuerbar sind, dass die Schaufeln im Wesentlichen vom Beginn ihres Eintauchens in das Wasser bis zum Beginn ihres Austauchens aus dem Wasser im Wesentlichen senkrecht zur Wasseroberfläche geführt sind, weil so die Strömungsenergie des Wassers am besten ausnutzbar ist. A particularly high degree of efficiency results when the blades pass through in this way the adjustment elements are controllable so that the blades essentially from Start immersing yourself in water until you begin immersing yourself in the water Water are led essentially perpendicular to the water surface, because so the Flow energy of the water is best exploitable.

Ein für die Energiegewinnung günstiges Drehmoment ergibt sich, wenn der Lagerpunkt des Wasserrades in einem Abstand über der Wasseroberfläche von mindestens der 1,5-fachen Höhe der Schaufeln angeordnet ist. A torque that is favorable for energy generation results if the Water wheel bearing point at a distance above the water surface of is arranged at least 1.5 times the height of the blades.

Der Wirkungsgrad des Wasserrades kann in einfacher Weise dadurch erhöht werden, dass die Schaufeln an einem zum Drehpunkt des Wasserrades orientierten Lagerpunkt an die Verstellglieder angelenkt sind und dass die Schaufeln bezüglich des Lagerpunktes eine im Wesentlichen konkav gekrümmte Druckfläche aufweisen, welche schlüsselartig, insbesondere flach, seitlich mit einem hochstehenden, vorzugsweise umlaufenden Rand versehen ist. Das Wasser kann dadurch seitlich nicht ohne weiteres von der druckbeaufschlagten Schaufeloberfläche abfließen. The efficiency of the water wheel can be increased in a simple manner that the blades are oriented towards the pivot point of the water wheel Bearing point are articulated to the adjustment elements and that the blades an essentially concavely curved pressure surface with respect to the bearing point have which are key-like, in particular flat, laterally with a upstanding, preferably circumferential edge is provided. The water can not easily laterally from the pressurized blade surface flow away.

Zur kostengünstigen Energiegewinnung ist es vorteilhaft, wenn das Wasserrad eine Mindestbreite von 10 Metern und einen Mindestdurchmesser von 20 Metern aufweist, wobei die Abmessungen jedoch an die Dimensionen des Flusslaufs angepasst sind. For low-cost energy generation, it is advantageous if the water wheel a minimum width of 10 meters and a minimum diameter of 20 meters has, however, the dimensions to the dimensions of the river course are adjusted.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Anlage mit einem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Wasserrad vorgesehen. Bei einer solchen Anlage wird eine Uferbeschädigung in einfacher Weise dadurch vermieden, dass ein Wasserrad zwischen Pontons derart angeordnet ist, dass zwischen den Pontons eine kanalisierte Wasserströmung dem Wasserrad zugeführt wird, wobei es zur Energiegewinnung günstig ist, wenn das Wasserrad vorzugsweise mit einem Generator gekoppelt ist, welcher die gewonnene Energie an einen Frequenzwandler überträgt, welcher Strom einer konstanten Frequenz, insbesondere Netzfrequenz, abgibt. Durch die Pontonlagerung kann praktisch das Wasserrad an jeder beliebigen Stelle eines Flusses angeordnet werden, wobei durchaus auch Wasserräder parallel angeordnet werden können. Mit dem Frequenzwandler wird der sich ändernden Strömungsgeschwindigkeit des Flusses Rechnung getragen. Denn die sich ändernde Drehzahl wird damit auf einfache Weise kompensiert. According to a further aspect of the invention, a system with a water wheel according to the invention described above provided. With one System damage to the bank is avoided in a simple manner by the fact that a water wheel between pontoons is arranged such that between the pontoons a channeled water flow is supplied to the water wheel, whereby it is used for Energy generation is favorable if the waterwheel is preferably with a Generator is coupled, which the energy obtained to a frequency converter transmits which current of a constant frequency, in particular mains frequency, emits. Due to the pontoon storage practically the water wheel can be on everyone can be arranged at any point of a river, whereby waterwheels can also be used can be arranged in parallel. With the frequency converter it will changing flow velocity of the river is taken into account. Because the changing speed is easily compensated.

Eine besonders schmale Bauform des Wasserrades ergibt sich, wenn die Verstellelemente in einer senkrecht zur Oberfläche und parallel zur Wasserflussrichtung angeordneten Ebene angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Anlage im An- und im Abströmbereich jeweils zumindest ein Ruder auf. A particularly narrow design of the water wheel results when the Adjustment elements in a perpendicular to the surface and parallel to the water flow direction arranged level are arranged. The system preferably has in and at least one rudder in the outflow area.

Ein konstanter Uferabstand lässt sich in einfacher Weise vorzugsweise dadurch erreichen, dass ein Abstandsensor vorgesehen ist, welcher ein Signal an eine Rudersteuereinrichtung liefert, welche mittels Aktuatoren die Ruder so steuert, dass ein im Wesentlichen konstanter Abstand der Anlage zum Ufer einhaltbar ist. A constant distance from the bank can preferably be achieved in a simple manner achieve that a distance sensor is provided which sends a signal to a Rudder control device which controls the rudders by means of actuators in such a way that a substantially constant distance from the system to the bank can be maintained.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments explained.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Wasserrades, Fig. 1 a first embodiment of the water wheel,

Fig. 1a eine zweite Ausführungsform des Wasserrades, Fig. 1a, a second embodiment of the water wheel,

Fig. 1b eine dritte Ausführungsform des Wasserrades, FIG. 1b shows a third embodiment of the water wheel,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des in Fig. 1b gezeigten Wasserrades, Fig. 2 is a sectional view of the in Figure 1b. Water wheel shown,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Schaufel, Fig. 3 is a sectional view of the blade,

Fig. 4 eine Vorderansicht einer schwimmenden Anordnung und Fig. 4 is a front view of a floating arrangement and

Fig. 5 eine Aufsicht der in Fig. 4 gezeigten Anordnung. Fig. 5 is a plan view of the arrangement shown in Fig. 4.

Das in der Fig. 1 gezeigte Wasserrad 1 weist jeweils bezüglich der maximalen radialen Erstreckung gleich angeordnete Schaufeln 2 mit identischen Abmessungen auf. Eine kompakte Bauform sowie eine relativ hohe Anzahl von Schaufeln wird durch die dort gezeigte Steuervorrichtung erreicht. Die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaufeln 2, wenn sie in das Wasser eintauchen, im Wesentlichen senkrecht geführt sind. Durch diese im Wesentlichen senkrechte Schaufelführung im Wasser wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erreicht. Die Schaufeln 2 sind an einem Lagerpunkt 12 drehbar gelagert. An der Schaufelrückseite ist bei etwa einem Drittel der Schaufelhöhe ein Anlenkpunkt 13 vorhanden. An diesem Anlenkpunkt 13 ist ein als Verstellelement ausgebildeter Steuerstab 14 scharnierartig verbunden, welcher bei den oberen drei Schaufeln aus Gründen einer vereinfachten Darstellung weggelassen ist. Dieser Steuerstab 14 bewirkt, dass beim Drücken des Steuerstabes in Richtung des Gewässergrundes 15 die jeweilige Schaufel 2 gegen die Wasserströmung gehalten wird. Beim Ziehen des Steuerstabes 14 wird die jeweilige Schaufel in Wasserdruckrichtung geschwenkt. So ist die in Fig. 1 am weitesten links angeordnete Schaufel nahezu parallel zur Wasseroberfläche angeordnet, weil der Steuerstab 14 radial nach außen steht. Wenn das Wasserrad weitergedreht wird und die Schaufel sich in Richtung der Wasseroberfläche bewegt, dann wird der Steuerstab 14 gezogen, wodurch eine senkrechte Schaufelanordnung in Bezug zur Wasseroberfläche erreicht wird. Die speichenartig angeordneten Steuerstäbe 14 enden an ihren bezüglich der Schaufeln 2 gegenüberliegenden Enden an einem Kurvenelement 6, das mit einer entsprechend der gewünschten Schaufelstellung geformten Kurvenoberfläche 8 versehen ist. Die Kurvenoberfläche 8 weist an den Stellen, bei dem die Schaufeln nahezu vor dem Eintauchvorgang in das Wasser stehen, eine leichte Einbuchtung 16 auf. Die Einbuchtung 16 bewirkt, dass die an der Kurvenoberfläche 8 anliegenden Enden der Steuerstäbe 14 sich in Richtung des Wasserraddrehpunktes bewegen, wodurch die in der Fig. 1 gezeigte Schaufelstellung erreicht wird. Die Steuerstäbe 14 sind Teil der Verstellelemente. Das Kurvenelement 6 kann jedoch durch jedes beliebige Kurvenelement ersetzt werden, welches durch seine Kurvenform die Schaufeln 2 entsprechend steuert. Das Kurvenelement 6 dreht sich nicht mit dem Wasserrad mit, so dass die Verstellglieder 14 stets durch das Kurvenelement 6 geführt sind. The waterwheel 1 shown in Fig. 1, in each case with respect to the maximum radial extent equal arranged blades 2 with identical dimensions. A compact design and a relatively high number of blades is achieved by the control device shown there. The control device causes the blades 2 to be guided substantially vertically when they are immersed in the water. A particularly high degree of efficiency is achieved through this essentially vertical blade guidance in the water. The blades 2 are rotatably supported at a bearing point 12 . A pivot point 13 is present on the rear of the blade at approximately one third of the blade height. At this articulation point 13 , a control rod 14 designed as an adjusting element is connected in a hinge-like manner, which is omitted from the top three blades for the sake of a simplified illustration. This control rod 14 has the effect that, when the control rod is pressed in the direction of the water bed 15, the respective blade 2 is held against the water flow. When pulling the control rod 14 , the respective blade is pivoted in the water pressure direction. Thus, the leftmost in FIG. 1, the blade is almost parallel to the water surface because of the control rod 14 is radially outward. As the waterwheel continues to rotate and the paddle moves toward the water surface, the control rod 14 is pulled, thereby achieving a vertical paddle arrangement with respect to the water surface. The control rods 14 arranged in a spoke-like manner end at their ends opposite the blades 2 on a curved element 6 which is provided with a curved surface 8 shaped in accordance with the desired blade position. The curve surface 8 has a slight indentation 16 at the points at which the blades are almost in front of the immersion process in the water. The indentation 16 has the effect that the ends of the control rods 14 abutting the curve surface 8 move in the direction of the water wheel pivot point, as a result of which the blade position shown in FIG. 1 is achieved. The control rods 14 are part of the adjustment elements. However, the curve element 6 can be replaced by any curve element which controls the blades 2 accordingly by its curve shape. The curve element 6 does not rotate with the water wheel, so that the adjusting members 14 are always guided through the curve element 6 .

Wie in der Fig. 1 zu erkennen ist, tauchen die Schaufeln 2 senkrecht in das Wasser ein, bleiben in dem Wasser senkrecht und werden nahezu senkrecht wieder aus dem Wasser herausgezogen. Dies ermöglicht einen optimalen Wirkungsgrad. As can be seen in FIG. 1, the blades 2 dip vertically into the water, remain vertical in the water and are pulled out of the water almost vertically. This enables optimal efficiency.

Die Fig. 1a zeigt eine zweite Ausführungsform des Wasserrades, wobei diese strömungstechnisch optimiert ist. Diese Ausführungsform weist erste Schaufeln 2a und zweite verkürzte Schaufeln 2b, die jeweils zwischen den ersten Schaufeln 2a angeordnet sind. Dadurch wird die am tiefsten eingetauchte erste Schaufel 2a, 19 wie in der Fig. 1a zu sehen ist, in Strömungsrichtung geringer von der nachlaufenden Schaufel 2b, 18 "abgedeckt". Die nachlaufende Schaufel 2b ist nämlich eine verkürzte Schaufel, die die vorlaufende erste Schaufel 2a etwa nur zur Hälfte bis zwei Drittel verdeckt. Somit tragen die mit dem Bezugszeichen 19 versehene erste Schaufel 2a und die mit dem Bezugszeichen 18 verkürzte Schaufel 2b erheblich zur Optimierung des Wirkungsgrads bei. Analog zu Fig. 1 sind zur Vereinfachung der Zeichnung die Steuerstäbe der obersten drei Schaufeln weggelassen. Fig. 1a shows a second embodiment of the water wheel, which is fluidically optimized. This embodiment has first blades 2 a and second shortened blades 2 b, which are each arranged between the first blades 2 a. As a result, the deeply immersed first blade 2 a, 19 is “covered” less by the trailing blade 2 b, 18 in the flow direction, as can be seen in FIG. 1a. The trailing blade 2 b is namely a shortened blade, which covers the leading first blade 2 a only about half to two thirds. Thus, the first blade 2 a provided with the reference number 19 and the blade 2 b shortened with the reference number 18 contribute significantly to optimizing the efficiency. Analogously to FIG. 1, the control rods of the top three blades are omitted to simplify the drawing.

Wie ein Vergleich zwischen der Fig. 1 und der Fig. 1a zeigt, deckt die Schaufel 20 in Fig. 1 in dieser Stellung die vorlaufende Schaufel im Wesentlichen ab. Aus Fig. 1a ist ersichtlich, dass die nicht verkürzte Schaufel 19 durch die verkürzte Schaufel 18 deutlich weniger abgedeckt ist als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Somit ist die erste Schaufel 2a, 19 stärker durch die ungestörte Strömung beaufschlagt. As a comparison between FIG. 1 and FIG. 1a shows, the blade 20 in FIG. 1 essentially covers the leading blade in this position. From Fig. 1a it is seen that the non-truncated blade 19 is less clearly covered by the shortened blade 18 as in the embodiment of FIG. 1. Thus, the first blade 2 a, strongly urged by the undisturbed flow 19.

Ein ähnlicher Effekt wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1a lässt sich durch eine dritte Ausführungsform erreichen, die in der Fig. 1b dargestellt ist. Dort sind gleich ausgebildete erste und zweite Schaufeln vorhanden, wobei die ersten Schaufeln 2a weiter vom Drehpunkt des Wasserrades 1 entfernt gelagert sind als die zweiten Schaufeln 2b. Dies bewirkt ähnlich wie in der zweiten Ausführungsform des Wasserrades, dass sich die Schaufeln im Wasser nicht gegeneinander überdecken. So steht deshalb eine wesentlich größere Wasserdruckfläche zur Verfügung, was eine Leistungssteigerung in konstruktiv einfacher Weise ermöglicht. Die unterschiedliche Anlenkung der Schaufeln kann auch über verschieden lange Verstellglieder 14 erreicht werden. Bei dieser Ausgestaltung besteht der Vorteil im Wesentlichen darin, dass vollständig identische Schaufeln verwendet werden können, was geringere Herstellungskosten bedingt. Analog zu Fig. 1 sind zur Vereinfachung der Zeichnung die Verstellglieder 14 der obersten drei Schaufeln weggelassen. A similar effect as in the exemplary embodiment according to FIG. 1a can be achieved by a third embodiment, which is shown in FIG. 1b. Identical first and second blades are provided there, the first blades 2 a being mounted farther from the pivot point of the water wheel 1 than the second blades 2 b. Similar to the second embodiment of the water wheel, this means that the blades in the water do not overlap. So there is a much larger water pressure area available, which enables an increase in performance in a structurally simple manner. The different articulation of the blades can also be achieved by adjusting members 14 of different lengths. In this embodiment, the advantage is essentially that completely identical blades can be used, which means lower production costs. Analogously to FIG. 1, the adjusting members 14 of the top three blades are omitted to simplify the drawing.

Diese Leistungssteigerung ist auch daher so vorteilhaft, weil die zur Verfügung stehenden Stellen an Flüssen begrenzt sind und die Energiegewinnung durch Wasserkraft nicht beliebig erhöht werden kann. This increase in performance is also advantageous because it is available standing places on rivers are limited and energy generation by Hydropower cannot be increased at will.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Darstellung wird deutlich, dass die Schaufeln 2 relativ breit ausgeführt sind, vorzugsweise über 10 Meter, was eine hohe Energiegewinnung ermöglicht. It is clear from the illustration shown in FIG. 2 that the blades 2 are designed to be relatively wide, preferably over 10 meters, which enables high energy generation.

Fig. 3 verdeutlicht die Schaufelform, die im Wesentlichen konkav ausgeführt ist und einen im Wesentlichen umlaufenden Rand 9 aufweist. Das die Schaufel beaufschlagende Wasser wird so in der Schaufel wegen ihrer vorzugsweise flachen Teller- oder Schüsselform "gefangen", d. h. kann nicht ohne weiteres wieder von der Schaufeldruckfläche abfließen. FIG. 3 illustrates the shape of the blade, which is essentially concave and has an essentially circumferential edge 9 . The water that acts on the blade is “caught” in the blade because of its preferably flat plate or bowl shape, ie it cannot easily flow off the blade pressure surface again.

In den Fig. 4 und 5 ist eine besonders umweltschonende Anordnung dargestellt, weil das Ufer nicht berührt wird. Das Wasserrad 1 ist zwischen zwei Pontons 10 schwimmend angeordnet und kann daher an beliebiger Stelle in einem Fluss angeordnet werden. Es können auch ohne weiteres mehrere parallel sowie auch dahinterliegende Wasserräder angeordnet werden, ohne dass etwas an dem Ufer verändert werden muss. Mittels eines Abstandssensors 11, welcher ein Signal an eine Rudersteuereinrichtung zur Steuerung von Rudern 22 liefert, wird erreicht, dass das Wasserrad einen im Wesentlichen konstanten Abstand zum Ufer aufweist. Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Anlage wird an dem Ufer lediglich mit einem Seil 23 festgehalten. Das Ende des Seiles 23, das mit der Anlage verbunden ist, ist seitlich verstellbar angeordnet, wie durch die Pfeile A dargestellt ist. An der Zuströmseite der Anlage sind zwei Ruder 22 vorhanden. Der Abstand X der Anlage zum Ufer wird durch diese Abstandssteuervorrichtung immer konstant gehalten. In Figs. 4 and 5, a particularly environmentally friendly arrangement is shown, because the bank is not affected. The waterwheel 1 is arranged to float between two pontoons 10 and can therefore be arranged anywhere in a river. It is also possible to easily arrange several water wheels in parallel and also behind them without having to change anything on the bank. A distance sensor 11 , which supplies a signal to a rudder control device for controlling rudders 22 , ensures that the water wheel is at a substantially constant distance from the bank. The system shown in FIGS. 4 and 5 is only held on the bank with a rope 23 . The end of the rope 23 , which is connected to the system, is laterally adjustable, as shown by the arrows A. There are two rudders 22 on the inflow side of the system. The distance X of the system from the bank is always kept constant by this distance control device.

Die Schaufeln 2, die eine im Wesentlichen konkav gekrümmte Druckfläche aufweisen und schüsselartig, insbesondere flach, mit einem hochstehenden Rand 9 ausgebildet sind, können natürlich auch andere Formen, wie z. B. eine ebene Schaufel mit umlaufendem abgekanteten Rand, aufweisen. The blades 2 , which have a substantially concavely curved pressure surface and are bowl-shaped, in particular flat, with a raised edge 9 , can of course also have other shapes, such as, for. B. have a flat blade with a peripheral beveled edge.

Anstelle der in den Fig. 1, 1a und 1b gezeigten Steuervorrichtung zur Steuerung der Verstellelemente 4 kann auch eine elektrische Verstellanordnung, insbesondere Stellmotore, vorhanden sein. Instead of the control device shown in FIGS. 1, 1a and 1b for controlling the adjustment elements 4 , an electrical adjustment arrangement, in particular servomotors, can also be present.

Mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung, eines Steuerbusses, der vorzugsweise lediglich aus zwei Leitungen bestehen kann, Sensoren zum Erfassen des Drehwinkels des Wasserrades sowie elektrischen Verstellmotoren oder anderen elektrischen Verstelleinrichtungen lässt sich die Verstellbarkeit der Schaufeln 2 ebenso erreichen. The adjustability of the blades 2 can also be achieved by means of a programmable logic controller, a control bus, which can preferably consist of only two lines, sensors for detecting the angle of rotation of the water wheel, and electrical adjustment motors or other electrical adjustment devices.

Auch pneumatische Lösungen sind denkbar, wobei die Schaufel mittels Luftdruck verstellt werden können. Pneumatic solutions are also conceivable, the scoop using air pressure can be adjusted.

Weitere Ausführungsbeispiele können darin bestehen, dass die Schaufeln nicht nur als erste und zweite Schaufeln, sondern ohne weiteres als erste, zweite und dritte Schaufeln ausgebildet sein können, wobei die zweiten und dritten Schaufeln andere radiale Abmessungen aufweisen, als die ersten Schaufeln bzw. die dritten Schaufeln gegenüber den zweiten Schaufeln ebenso andere radiale Abmessungen aufweisen können. Further exemplary embodiments can consist in that the blades are not only as first and second blades, but without further ado as first, second and third blades can be formed, the second and third blades have different radial dimensions than the first blades or the third Blades other radial dimensions compared to the second blades can have.

Auch andere Elemente anstelle von Kurvenelementen 6 sind einsetzbar, sofern sie eine senkrechte Führung vom Eintauchen der Schaufeln 2 bis zum Auftauchen ermöglichen. Other elements instead of curve elements 6 can also be used, provided that they enable vertical guidance from the immersion of the blades 2 until they emerge.

Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausbildung dieser Stromerzeugungsanlage besteht darin, dass im Gegensatz zu Turbinenkraftwerken kein künstliches Wassergefälle erforderlich ist, also somit auch keine großen Baumaßnahmen, die die Natur belasten, notwendig sind. Außerdem wird auf einfache Weise die Strömungsenergie eines Flusses ausgenutzt. Obwohl ein Wasserrad als solches bekannt ist, wurde nunmehr festgestellt, dass die erfindungsgemäße Anordnung des Wasserrades in einem strömenden Fluss einen hohen Wirkungsgrad erreicht und somit wirtschaftlich und konkurrenzfähig zu anderen Kraftwerken ist, wobei Umweltprobleme nahezu vermieden werden. A major advantage of this inventive design of this Power generation plant is that unlike turbine power plants, none artificial water gradient is required, so no major ones Construction measures that pollute nature are necessary. It will also be simple Way exploited the flow energy of a river. Although a water wheel as such is known, it has now been found that the inventive Arrangement of the water wheel in a flowing river is highly efficient achieved and thus economical and competitive with other power plants, whereby environmental problems are almost avoided.

Die alleinige Strömungsgeschwindigkeit eines Flusses reicht aus, um das neue Wasserkraftwerk zu betreiben. Dabei können ein Wasserrad oder damit in Reihe geschaltete weitere Wasserräder vorgesehen sein. In dem Fall eines Flusses, auf welchem die Schifffahrt stattfindet, braucht beispielsweise diese Kette der aneinandergreifenden Wasserräder nicht über die gesamte Breite des Flusses zu reichen, um somit noch Platz für die durchfahrenden Schiffe zu lassen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für das Anbringen der Wasserräder im Fluss zusätzliche Bauten nicht erforderlich sind, sondern das Wasserrad oder die Wasserräder beispielsweise unter schon bestehenden Brücken geschaltet werden können, ohne hierbei beispielsweise die Natur oder das Umweltbild zu beeinflussen. Liste der Bezugszeichen 1 Wasserrad
2 Schaufeln
2a erste Schaufeln
2b zweite Schaufeln
4 Verstellelemente
5 Wasserdruckfläche
6 Kurvenelement
8 Kurvenoberfläche
9 Rand
10 Pontons
11 Abstandssensor
12 Lagerpunkt
13 Anlenktpunkt
14 Steuerstab
15 Wassergrund
16 Einbuchtung
18 (Schaufel) eingetauchte zweite Schaufel
19 (Schaufel) eingetauchte erste Schaufel
20 Schaufel
22 Ruder
23 Seil
The sole flow speed of a river is sufficient to operate the new hydropower plant. A water wheel or other water wheels connected in series can be provided. In the case of a river on which the navigation takes place, for example, this chain of interlocking water wheels does not have to extend across the entire width of the river in order to leave space for the passing ships. Another advantage is that additional structures are not required for attaching the waterwheels in the river, but the waterwheel or waterwheels can be switched under existing bridges, for example, without affecting nature or the environment. List of reference numerals 1 water wheel
2 scoops
2 a first blades
2 b second blades
4 adjustment elements
5 water pressure area
6 curve element
8 curve surface
9 edge
10 pontoons
11 distance sensor
12 bearing point
13 articulation point
14 control rod
15 water bottom
16 indentation
18 (bucket) submerged second bucket
19 (bucket) submerged first bucket
20 shovel
22 oars
23 rope

Claims

1. Undershot water wheel ( 1 ) for generating energy, in particular electrical energy, from hydropower with first blades ( 2 a) and adjusting elements ( 4 ) for adjusting the angular position of the first blades ( 2 a) depending on the respective angle of rotation of the water wheel ( 1 ), the waterwheel ( 1 ) having a control device for controlling the adjusting elements ( 4 ), characterized in that between the first blades ( 2 a) second blades ( 2 b) are arranged, the radial dimension of which is smaller than that of the first blades ( 2 a) and which are also provided with adjusting elements ( 4 ) which bring about an adjustment of the angular position of the second blades ( 2 b) as a function of the respective angle of rotation of the water wheel ( 1 ).

2. Water wheel according to claim 1, characterized in that the second blades ( 2 b) have a reduced blade height with respect to the first blades ( 2 a).

3. Water wheel according to claim 1 or 2, characterized in that the second blades compared to the first blades in the radial direction are closer to the fulcrum of the water wheel than the first Blades.

4. Water wheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second blades ( 2 b) have a water pressure surface, the size of which is about half to two thirds as large as that of the first blades ( 2 a).

5. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the control device controls the adjusting elements ( 4 ) via a cam element ( 6 ), which are arranged between a hub of the water wheel ( 1 ) and the blades ( 2 ), the adjusting elements ( 4 ) with which the cam element ( 6 ) which does not rotate with the waterwheel ( 1 ) are operatively connected.

6. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the control device is electrical or electronic Adjusting elements, in particular servomotors.

7. Waterwheel according to claim 6, characterized in that the adjusting elements ( 4 ) are arranged on the blades ( 2 ) and can be controlled by the control device, the information being transmitted between the control device and the electric or electronic adjusting motors by means of a control bus, on which Sensors for detecting the angle of rotation of the water wheel are connected.

8. Water wheel according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized characterized in that the control device is a programmable logic controller Control.

9. Undershot water wheel for the generation of energy, in particular electrical energy, from hydropower with blades ( 2 ) and adjusting elements ( 4 ) for adjusting the angular position of the blades ( 2 ) depending on the respective angle of rotation of the water wheel ( 1 ) and with a control device for control of the adjusting elements ( 4 ), characterized in that the control device controls the adjusting elements ( 4 ) via a cam element ( 6 ) which are arranged between a hub of the water wheel ( 1 ) and the blades ( 2 ), the adjusting elements ( 4 ) including which are connected to the waterwheel ( 1 ) which does not rotate with the curve element ( 6 ).

10. Water wheel according to claim 9, characterized in that the curve element ( 8 ) has a desired adjustment movement of the blades ( 2 ) correspondingly shaped curve surface ( 8 ) and that the adjustment elements ( 4 ) are guided at their end facing the hub on the curve surface ,

11. Water wheel ( 1 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the blades ( 2 ) have first and second blades ( 2 a, 2 b), the second blades ( 2 b) between the first blades ( 2 a) arranged and in the radial direction of the water wheel ( 1 ) have a smaller outer circumference than this.

12. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the blades ( 2 ) can be controlled by the adjusting elements ( 4 ) in such a way that the blades ( 2 ) essentially from the start of their immersion in the water at least until they begin to emerge the water are guided essentially perpendicular to the water surface.

13. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized in that its bearing point ( 12 ) is arranged at a distance above the water surface of at least 1.5 times the height of the first blades ( 2 a).

14. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the blades ( 2 ) are articulated to the adjusting elements ( 4 ) at a bearing point oriented towards the pivot point of the water wheel ( 1 ) and that the blades ( 2 ) are essentially one with respect to the bearing point Have a concavely curved pressure surface, which is provided on the side like a bowl with a raised edge ( 9 ).

15. Water wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting elements ( 4 ) are arranged in a plane arranged perpendicular to the water surface and parallel to the water flow direction.

16. Plant for the production of electrical energy with a water wheel according to one of the preceding claims, characterized in that a water wheel ( 1 ) between pontoons ( 10 ) is arranged such that a channeled water flow between the pontoons ( 10 ) is fed to the water wheel ( 1 ) is, the water wheel is coupled to a generator, which transmits the electrical energy obtained to a frequency converter, which emits current of a constant frequency, in particular mains frequency.

17. System according to claim 16, characterized in that at least one rudder ( 22 ) is provided in the inflow area and in the outflow area.

18. System according to claim 16 or 17, characterized in that a distance sensor ( 11 ) is provided which supplies a signal to a rudder control device which controls the rudder by means of actuators so that a substantially constant distance between the system and the bank can be maintained.