-
Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftschnecke, die durch Umwandlung der Strömungsenergie eines strömenden Gewässers durch einen Antrieb eines Generators elektrische Energie zu erzeugen oder durch den Antrieb einer Pumpe Arbeit verrichtet, wobei die Wasserkraftschnecke wenigstens eine Rotoreinheit umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wasserkraftanlage umfassend wenigstens eine solche Wasserkraftschnecke sowie die Verwendung von solchen Wasserkraftanlagen.
-
Insbesondere bei der Wasserkraftnutzung in kleinen Gewässern, d. h. bei geringen Wasserkräften mit niedriger Fallhöhe und geringer Wasserführung, eignen sich Wasserkraftschnecken, welche Wasserräder oder Turbinen ersetzen können. Dabei machen unterschiedliche geologische Verhältnisse der Gewässer, ihre Tiefe und die geführte Wassermenge die Erzeugung größerer Energiemengen schwierig. Wasserkraftschnecken haben sich hier bewährt.
-
Im Stand der Technik sind Wasserkraftschnecken sowie entsprechende Wasserkraftanlagen bekannt. Die
DE 41 39 134 A1 beschreibt eine Wasserkraftschnecke, die stationär an einem äußeren System, wie einem Wehr, festgelegt wird. Dabei ist in einem offenen nicht drehenden Trog eine ein- oder mehrgängige Schnecke angeordnet, welche sich gegenüber dem Trog drehen kann. Der Schnecke wird am oberen Ende über das Wehr Wasser zugeführt, welches sich unter Einwirkung der Schwerkraft im Trog über die Schnecke abwärts bewegen kann und dabei eine Kraft auf die Schnecke ausübt, welche diese in Drehung versetzt. Auf diese Weise wird die im Wasser enthaltene Energie (Lageenergie) in Bewegungsenergie umgewandelt. Nachteilig hat sich dabei herausgestellt, dass derartige Wasserkraftschnecken wartungsaufwändig und anfällig für störende Verschmutzungen sind, welche die Energiegewinnung reduzieren oder gar zum Ausfall der Anlagen führen können. Auch ist der Einfluss auf die Umwelt, wie die Reduzierung von Fließgeschwindigkeit und Störungen der Fischwanderung, bei Wasserkraftanlagen mit derartigen Wasserkraftschnecken nicht unbedenklich.
-
Eine verbesserte Wasserkraftanlage wird mit der
EP 2 003 332 A1 vorgeschlagen. Es wird eine Wasserkraftschnecke offenbart, welche hinsichtlich der erforderlichen baulichen Maßnahmen zur Inbetriebnahme verbessert ist. Insbesondere kann die Wasserkraftschnecke unabhängig von weiteren Baumaßnahmen, wie einem Wehr, in einem Gewässer platziert werden. Dabei wird eine Rotoreinheit als ein- oder mehrgängige Wasserkraftschnecke ausgebildet, welche einen Generator antreibt und welche mit Hilfe wenigstens eines Schwimmkörpers schwebend oder schwimmend direkt im strömenden Gewässer verankert werden kann. Die Wasserkraftschnecke weist hierzu einen Rahmen auf. Die Rotoreinheit ist vorzugsweise in einem offenen Trog aufgenommen, wobei die Rotoreinheit sowohl mit einem Ende am Generator und mit dem anderen Ende am Rahmen gelagert ist.
-
Solche Wasserkraftschnecken haben sich als schwer und unhandlich herausgestellt. Die Zusammenschaltung zu größeren Einheiten in einer Wasserkraftanlage führt wegen der Rahmen beziehungsweise Tröge dazu, dass die Fischwanderung gestört werden kann. Außerdem besteht die Gefahr, dass störende Schmutz, Müll, Tier- oder Pflanzenteile sich in Rahmen oder Trog festsetzen können, was dazu führt, dass die Rotoren entweder schwerer bewegt werden können oder gänzlich zum Stillstand kommen. Auch kommt es leicht zu Beschädigungen der Rotoren durch derartige Fremdkörper, wenn sich diese in den Rotoren verfangen. Diese Wasserkraftschnecken bzw. -anlagen sind dementsprechend wartungsaufwändig. Da die Wirtschaftlichkeit bei solchen Anlagen, welche gerade zur Erzeugung kleiner Energiequantitäten vorgesehen sind, vom reibungslosen Betrieb der einzelnen Wasserkraftschnecken abhängt, können die genannten Probleme dazu führen, dass von einem Einsatz entsprechender Kleinkraftanlagen abgesehen wird, sofern die geologischen und physikalischen Randbedingen eines Gewässers sowie der Gewässerzustand nicht zuverlässig gleich bleibend hohen Betriebserfordernissen genügen, womit viele Gewässer von der Energienutzung ausgeschlossen bleiben.
-
Aufgabe der Erfindung ist es somit, verbesserte Wasserkraftschnecken bereitzustellen, deren Nutzung auch in vorgenannten bisher kritischen Gewässern möglich ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, die Störungsanfälligkeit der Wasserkraftschnecken zu reduzieren und eine Wasserkraftschnecke beziehungsweise Wasserkraftanlage bereitzustellen, welche geringen Wartungs- bzw. Reinigungsaufwand bedürfen. Gleichzeitig ist Aufgabe der Erfindung, den Einfluss der Energiegewinnung mit solchen Wasserkraftschnecken auf die Natur, auch und insbesondere in Wasserkraftanlagen mit mehreren Wasserkraftschnecken zu minimieren.
-
Als Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird eine gattungsgemäße Wasserkraftschnecke vorgeschlagen, wobei die Rotoreinheit wenigstens einen Rotor mit zwei einander gegenüberliegenden Enden aufweist. Der Rotor ist dabei mit einem Ende einseitig an der Lagereinrichtung und/oder der Antriebseinheit gelagert, wobei sein der Lagereinrichtung gegenüberliegendes Ende frei bleibt. Die Lagereinrichtung und die Antriebseinheit mit dem Generator sind dabei an einem Ende des Rotors angeordnet. Das andere Ende des Rotors steht von der Lagereinrichtung ab und richtet sich im strömenden Gewässer im Wesentlichen in Fließrichtung aus, wenn die Wasserkraftschnecke im Einsatz ist. Dadurch ist die Wasserkraftschnecke im Bereich des abstehenden Rotors frei von Konstruktionsteilen, an denen sich Fremdkörper verfangen könnten. Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotor zumindest unmittelbar an der Lagereinrichtung oder an der Antriebseinheit gelagert ist. Das heißt, dass die Befestigung des Rotors entweder an der Lagereinrichtung oder an der Antriebseinheit erfolgt. Ebenso ist eine Ausführungsvariante möglich, bei welcher der Rotor sowohl an der Lagereinrichtung als auch an der Antriebseinheit gelagert ist. Der Generator wird dabei zum Rotor achssymmetrisch in der Lagereinrichtung oder daran angeordnet. Damit wird die Stabilität der Wasserkraftschnecke, insbesondere der Rotoreinheit, erhöht und die Befestigung des Rotors verbessert. Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Wasserkraftschnecke liegt darin, dass diese sofort einsetzbar ist und für jedes Gewässer verwendbar ist. Zusätzliche bauliche Maßnahmen, wie beispielsweise Stauwehre oder dergleichen, sind hierfür nicht erforderlich. Des Weiteren kann diese Wasserkraftschnecke auch schnell von einem Einsatzort zum anderen Einsatzort verlagert oder transportiert werden.
-
Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, dass der Rotor mit der Antriebseinheit mechanisch gekoppelt ist. Dabei weisen der Rotor und die Antriebseinheit Kopplungsmittel auf, über welche die Drehung des Rotors auf den Generator übertragen wird. Die Kopplungsmittel umfassen beispielsweise Getriebe, wie Ketten-, Riemen- oder Zahnradgetriebe. Die von der Lagerung gesonderte Kopplung des Rotors mit der Antriebseinheit erleichtert die Wartung und Reinigung der Wasserkraftschnecken. Darüber hinaus kann der Rotor somit leicht ein- bzw. ausgebaut werden, was das Auswechseln des Rotors vereinfacht, aber auch den Aufwand bei der Installation einer oder mehrerer Wasserkraftschnecken reduziert, da die Rotoreinheit montierbar ist, nachdem die Lagereinrichtung und die Antriebseinheit im vorgesehenen Gewässer platziert wurden.
-
Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher der Rotor gelenkig, vorzugsweise auslenkbar, gegenüber der Lagereinrichtung und/oder der Antriebseinheit gelagert ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotor gegenüber der Lagereinrichtung beliebig ausgerichtet und in der Lage verstellt werden kann, ohne die grundlegende Festlegung der Lagereinrichtung im Gewässer dabei verändern zu müssen. Im Betrieb ist somit eine optimale Einstellung von Lage und Ausrichtung des Rotors möglich. Darüber hinaus ermöglicht der gelenkige Rotor einfachere Handhabung bei Installation und Reinigung der Teile, insbesondere der Übertragungsteile, einer erfindungsgemäßen Wasserkraftschnecke.
-
Damit die Wasserkraftschnecke frei von Fremdkörpern bleibt, ist vorgesehen, dass der Rotor elastisch ausgebildet ist. Dabei ist als elastisch im erfindungsgemäßen Sinne gemeint, dass der Rotor zwar gegenüber dem antreibenden Wasser einen gewissen Widerstand aufweist, damit der Antrieb erfolgen kann, jedoch über die gesamte Rotorlänge eine elastische Verformung möglich ist, so dass das freie Ende gegenüber der Lagerung mit einer geringen Auslenkung beweglich ist. Im fließenden Gewässer wird das freie Ende sich folglich um die Lagerachse des festgelegten Endes bewegen können. Es wird somit gewährleistet, dass der Rotor treibenden Fremdkörpern, wie Treibholz, ausweichen und sich außerdem durch die elastische Bewegung im strömenden Wasser selbst reinigen kann, sollte es zu Anlagerungen oder Anhaftungen kommen, wie beispielsweise von Schilfblättern oder Wasserpflanzen, welche sich um den Rotor wickeln könnten.
-
Eine weitere Ausführungsform wird erfindungsgemäß dadurch vorgeschlagen, dass der Rotor wenigstens eine spiralförmige Wendel aus Schneckenflügeln aufweist. Als Schneckenflügel werden erfindungsgemäß dabei sowohl einzelne, spiralförmig hintereinander angeordnete Flügelplatten aber auch durchlaufend verbundene Spiralen eingesetzt.
-
Dabei kann der Rotor aus einer ein- oder mehrgängigen Wendel bestehen.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steigung der Wendel des Rotors ausgehend von dem an der Lagereinrichtung angeordneten Ende zum freien Ende des Rotors hin zunimmt. Dadurch wird ermöglicht, dass die Steigung der Wendel bezogen auf deren Länge der geringer werdenden Strömungsgeschwindigkeit angepasst wird, die sich aus der Energieabnahme durch die vorangehenden Windungen der Wendel des Rotors ergibt. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass eine Erhöhung der Energieerzeugung ermöglicht ist, da trotz geringerer Strömungsgeschwindigkeit am Ende des Rotors noch eine Antriebskraft aufgrund der zunehmenden Steigung der Wendel wirkt. Die Zunahme der Steigung der Wendel kann vom lagerseitigen Ende bis zum freien Ende des Rotors kontinuierlich oder auch zunehmend erfolgen. Ebenso können stufenförmige Abschnitte für die Zunahme der Steigung der Wendel vorgesehen sein.
-
Nach einer alternativen Ausgestaltung des Rotors ist vorgesehen, dass die Wendel des Rotors, von dem an der Lagereinrichtung angeordneten Ende bis zum freien Ende des Rotors zumindest einen Unterbrechungsbereich mit einer wendelfreien Zone aufweist. Diese Anordnung ermöglicht wiederum, dass innerhalb der wendelfreien Zone entlang des Rotors die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers zunehmen kann, so dass die sich an den Unterbrechungsbereich anschließenden Windungen der Wendel wieder mit hoher Strömungsenergie angetrieben werden. Dadurch kann wiederum eine erhöhte Antriebsenergie an dem Rotor wirken und somit eine erhöhte Energiegewinnung erzielt werden. Diese Unterbrechungsbereiche können mehrmals entlang dem Rotor verteilt vorgesehen sein. Die Länge des Unterbrechungsbereiches kann in Abhängigkeit der Steigung oder der Länge des Windungsabschnitts ausgebildet sein. Ebenso kann die Anzahl der Unterbrechungsbereiche an die Länge des Rotors angepasst sein.
-
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wendel ohne Schneckenwelle (Seele) ausgebildet ist. Die Stabilität der Wendel wird über Stege zwischen den einzelnen Spiralsteigungen oder durch ein Gerüst erzeugt, in welchem die Wendel integriert ist. Diese Ausführungsform gewährleistet, dass das Wasser ungehindert entlang der Wendel fließen kann. Alternativ kann die Wendel mit einer Schneckenwelle ausgeführt sein, welche im Rotationszentrum der Wendel angeordnet ist. Die Wendel kann dabei unmittelbar auf der Schneckenwelle angeordnet sein. Alternativ kann zwischen der Schneckenwelle und der inneren Kante der Wendel ein Abstand vorgesehen sein, wobei die Wendel über Stege mit der Schneckenwelle verbunden ist. Insbesondere wenn größere Kräfte übertragen werden müssen, weist diese Ausführungsform größere Stabilität auf.
-
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der Rotor Befestigungselemente zur Aufnahme der Wendel aufweist, mit welchen die Wendel mechanisch koppelbar ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Rotor eine Aufnahmescheibe aufweist, an der die Wendel befestigt ist.
-
Mit der Erfindung wird des Weiteren eine Wasserkraftschnecke vorgeschlagen, deren Rotoreinheit wenigstens einem Schwimmkörper zugeordnet ist, welcher so angeordnet ist, dass er die Lage beziehungsweise die Ausrichtung der Wasserkraftschnecke im fließenden Gewässer stabilisiert. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass einem einzelnen Rotor wenigstens zwei Schwimmkörper zugeordnet sind, so dass der Rotor in einem Bereich zwischen den Schwimmkörpern angeordnet ist, beispielsweise etwas unterhalb der Ebene, die von den Schwimmkörpern gebildet wird. Bei einer Anordnung mehrerer Rotoren kann ebenso ein zentraler Schwimmkörper wie auch eine Anordnung mehrerer Schwimmkörper vorgesehen sein. Die Schwimmkörper können dabei beliebige Formen aufweisen. Bevorzugt wird eine längliche Form der Schwimmkörper, die parallel zu den Rotoren ausgerichtet wird, beispielsweise eine zylindrische Form. Mit den erfindungsgemäßen Schwimmkörpern kann die Wasserkraftschnecke optimal im fließenden Gewässer stationiert und zur Fließrichtung ausgerichtet werden. Die Konstruktion, Größe und Form des Rotors kann an die unterschiedlichen Randbedingungen eines Gewässers, wie beispielsweise Wasserstand, Wassermenge, Fließgeschwindigkeit, Fließrichtung angepasst werden.
-
Bevorzugt wird mit der Erfindung eine Konstruktion der Wasserkraftschnecke, bei der der Schwimmkörper über der Rotoreinheit angeordnet ist. Das bedeutet, dass bei einem oder mehreren Rotoren diese von dem Schwimmkörper unter der Wasseroberfläche gehalten werden. Dabei kann der Schwimmkörper aus einem Auftriebsteil bestehen oder eine Anordnung von Schwimmkörpern umfassen, welche aus mehreren einzelnen Auftriebsteilen besteht, welche miteinander beziehungsweise mit der Wasserkraftschnecke, insbesondere mit der Rotoreinheit, verbunden sind.
-
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Wasserkraftschnecke, bei welcher der Schwimmkörper ein dem freien Ende des Rotors zugeordnetes freies Ende aufweist. Dabei werden Schwimmkörper eingesetzt, welche wie der Rotor länglich ausgebildet sind. Der Schwimmkörper wird dabei im Wesentlichen parallel zum Rotor angeordnet, wobei er mit einem Ende an der Lagereinrichtung oder an der Antriebseinheit mit der Wasserkraftschnecke verbunden ist und sein anderes Ende frei bleibt. Damit weisen die erfindungsgemäßen Wasserkraftschnecken mit den länglichen Teilen in Fließrichtung eine offene Struktur auf, so dass Fremdkörper vom Wasser aus dem Rotorbereich weggetragen werden können.
-
Dabei ist der Schwimmkörper mit einer Vorrichtung zum Schutz des Rotors versehen. Die Vorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls in Fließrichtung offen und schützt den Rotor vor Bodenberührung oder größerem Treibgut, das bei Kontakt zu Beschädigungen des Rotors führen könnte. Dabei können die Schwimmkörper ebenso wie die Vorrichtung so gestaltet sein, dass die Anströmcharakteristik der Wasserkraftschnecke damit optimiert wird.
-
Eine weitere Ausführungsform der Wasserkraftschnecke wird dadurch bereitgestellt, dass die Rotoreinheit wenigstens zwei gegenläufige Rotoren aufweist. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise, wobei der Generator von zwei oder mehreren Rotoren angetrieben wird. Dadurch kann eine stabile Lage ohne Seitendrift erzielt werden.
-
Bei einer bevorzugten Variante dieser Wasserkraftschnecke ist vorgesehen, dass die Rotoren eine Drehrichtung aufweisen, welche das Wasser nach oben treibt. Damit wird über die Rotoren eine Abtriebskraft erzeugt, welche die Rotoren gegen die Auftriebskraft der Schwimmkörper in einer Gleichgewichtslage unter der Wasseroberfläche positioniert. Zudem wird beim Betrieb der Wasserschnecke vermieden, dass der Grund des Gewässers aufgespült wird, was insbesondere dem Schutz der dort siedelnden Lebewesen und Pflanzen dient. Gleichzeitig wird vermieden, dass auf dem Grund treibende Fremdkörper oder Schlick aufgewühlt werden, die in der Umgebung zu Verunreinigungen des Gewässers führen können, wodurch insbesondere nachgeschaltete Wasserkraftschnecken verunreinigt werden könnten.
-
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Rotor an dem Abstandselement gelagert ist und der Rotor und das Abstandselement über die Lagerung mechanisch entkoppelt sind, so dass die Rotordrehung nicht über das Abstandselement gehemmt wird. Es ist dabei möglich, dass mehrere Rotoren einer Rotoreinheit an einem gemeinsamen Abstandselement gelagert sind. Günstigere Eigenschaften weist eine Anordnung auf, deren Abstandselemente in Fließrichtung des Gewässers frei bleiben. Dabei können die Abstandselemente so ausgestaltet sein, dass die Rotoren günstigere Strömungseigenschaften erhalten.
-
Es ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit mit elektrischen Anschlüssen und/oder Leitungen zum Wegführen der gewonnenen elektrischen Energie versehen ist, welche vorzugsweise über die Lagereinrichtung geführt sind. Dabei kann die Antriebseinheit unmittelbar in der Lagereinrichtung integriert sein, so dass der Strom über die Lagereinrichtung weggeführt wird. Die Lagereinrichtung weist hierzu elektrische Anschlüsse auf, welche entsprechend feuchtigkeitsgeschützt und an ein entsprechend ausgestaltetes Netz anschließbar sind. Ebenso ist von der Erfindung umfasst, dass die Antriebseinheit außerhalb der Lagereinrichtung angeordnet ist. Die Antriebseinheit weist entsprechende Leitungen auf, so dass der gewonnene Strom von dort in ein entsprechendes Netz einleitbar ist. Als vorteilhaft hat sich dabei eine Anordnung erwiesen, bei welcher die Antriebseinheit oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist.
-
Entsprechend der Erfindung kann die Antriebseinheit wenigstens eine Pumpe und/oder einen Generator umfassen, so dass mit dem Generator zum einen elektrische Energie erzeugt werden kann, aber auch die Möglichkeit besteht, über eine Pumpe Wasser zu verlagern, um an einem anderen Ort oder zu einer anderen Zeit Energie daraus zu gewinnen.
-
Von der Erfindung ist außerdem eine Wasserkraftanlage umfasst, welche wenigstens eine Wasserkraftschnecke nach den Ansprüchen 1 bis 17 aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Wasserkraftschnecke in einem strömenden Gewässer schwimmend oder schwebend platzierbar ist. Bevorzugt wird dabei eine Anordnung mit mehreren Wasserkraftschnecken, welche in einem Netz zusammengeschaltet sind. Dies ermöglicht eine höhere Energieausbeute. Wegen der hohen Umweltverträglichkeit der erfindungsgemäßen Wasserkraftschnecken können diese dabei bis nahe an den Grund des Gewässers angeordnet werden.
-
Es ist dabei eine Verwendung der Wasserkraftanlage in beliebigen strömenden Gewässer vorgesehen, beispielsweise in einem Abfluss einer Kläranlage, einer Abflussleitung, einem Fluss, einem Gebirgsbach, ebenso in einem Meeresbereich, wobei vorzugsweise Gezeitenströmungen genutzt werden können.
-
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Wasserkraftschnecke mit einem Rotor im Querschnitt von oben gesehen,
-
2a eine perspektivische Ansicht der Wasserkraftschnecke nach 1 ohne Wendel,
-
2b eine perspektivische Ansicht einer Wendel der Wasserkraftschnecke nach 1,
-
3 eine erfindungsgemäße Wasserkraftschnecke mit zwei gegenläufigen Rotoren im Querschnitt von oben gesehen,
-
4a eine perspektivische Ansicht der Wasserkraftschnecke nach 3 ohne Wendel,
-
4b eine perspektivische Ansicht der Wendeln der Wasserkraftschnecke nach 3,
-
5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausgestaltung der Wasserkraftschnecke zu 2b und
-
6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Wasserkraftschnecke zu 2b.
-
1 zeigt eine Wasserkraftschnecke 11 zum Erzeugen elektrischer Energie durch Umwandlung von Strömungsenergie eines strömenden Gewässers. Die Wasserkraftschnecke 11 weist eine Rotoreinheit 12 auf sowie eine Lagereinrichtung 14 und eine von der Rotoreinheit 12 angetriebene Antriebseinheit 15. Die Rotoreinheit 12 umfasst dabei einen Rotor 17 mit zwei einander gegenüberliegenden Enden 16, 18. Mit einem Ende 16 ist der Rotor 17 einseitig an der Lagereinrichtung 14 gelagert. Das der Lagereinrichtung 14 gegenüber liegende Ende 18 bleibt dagegen frei.
-
Das freie Ende 18 des Rotors 17 richtet sich im strömenden Wasser im Wesentlichen in Fließrichtung aus, wenn die Wasserkraftschnecke 11 im Einsatz ist. Dadurch ist die Wasserkraftschnecke 11 im Bereich des abstehenden Rotors 17 frei von Konstruktionsteilen, an denen sich Fremdkörper verfangen können. Der Rotor 17 ist dabei unmittelbar an der Lagereinrichtung 14 gelagert. Hierzu weist der Rotor 17 an seinem gelagerten Ende 16 eine Lagerschale 21 mit Führungen 22 auf, wobei die Führungen 22 dazu dienen, den Rotor 17 axial in der Lagereinrichtung 14 zu halten. An der Lagerschale 21 ist der Rotor 17 mit einem Kettengetriebe 24 ausgestattet, über das ein Generator 25 oder eine Pumpe der Antriebseinheit 15 angetrieben wird. Bei einer solchen Pumpe, die Arbeit verrichtet, kann es sich beispielsweise um eine Luftpumpe oder um eine Pumpe handeln, welche Wasser auf ein höheres Niveau pumpt.
-
Der Rotor 17 weist eine spiralförmige Wendel 19 auf, wobei die Wendel 19 ohne Schneckenwelle ausgebildet ist. Von der Erfindung ist auch eine Ausführung umfasst, bei welcher der Rotor 17 eine Wendel 19 mit Schneckenwelle aufweist.
-
Der Rotor 17 weist Befestigungselemente 27 zur Aufnahme der Wendel 19 auf, mit welchen die Wendel 19 mit der Lagerschale 21 und dem Getriebe 24 fest verbunden ist. Somit ist die Wendel 19 über den Rotor 17 mit der Antriebseinheit 15 mechanisch oder über ein Getriebe 24 gekoppelt.
-
Der Rotoreinheit 12 sind zwei Schwimmkörpern 28 zugeordnet. Die Schwimmkörper 28 sind so angeordnet, dass der Rotor 17 zwischen den Schwimmkörpern 28, vorzugsweise etwas unterhalb der durch die Schwimmkörper 28 gebildeten Ebene, angeordnet ist. Somit wirken die Schwimmkörper 28 für den Rotor 17 stabilisierend hinsichtlich der Lage und/oder Ausrichtung der Wasserkraftschnecke 11 in einem fließenden Gewässer. Außerdem wird der Rotor 17 unter der Wasseroberfläche gehalten.
-
Die Schwimmkörper 28 weisen ein dem freien Ende des Rotors 17 zugeordnetes freies Ende 29 auf, dabei sind die Schwimmkörper 28 mit einer Vorrichtung 30 zum Schutz des Rotors 17 versehen, welche den Rotor 17 im Betrieb vor Berührungen mit dem Grund des Gewässers schützen.
-
Die Wasserkraftschnecke 11 umfasst zumindest eine Öse 26, durch welche die Wasserkraftschnecke 11 mittels eines Seils, beispielsweise mittels einem Stahlseil oder einem sonstigen Halteelement, an einer Brücke, an einem Wehr oder am Ufer befestigt werden kann, so dass diese in einer vorbestimmten Position im Gewässer fixiert gehalten wird.
-
2a zeigt eine perspektivische Ansicht der Wasserkraftschnecke 11 nach 1 ohne Wendel 19. Dabei ist die Lagereinrichtung 14 mit der Lagerschale 21 zur Aufnahme des Rotors 17 mit den Schwimmkörpern 28 dargestellt, wobei die Schwimmkörper 28 oberhalb an der Lagereinrichtung 14 angeordnet sind, so dass sie sich bei eingesetztem Rotor 17 über der Wendel 19 befinden.
-
2b zeigt eine perspektivische Ansicht einer Wendel 19 der Wasserkraftschnecke 11 nach 1. Die Wendel 19 ist als eingängige Spirale ohne Schneckenwelle ausgebildet ist. An dem gelagerten Ende 16 des Rotors 17 sind Befestigungselement 27 ausgebildet, mit denen die Wendel 19 an der Lagerschale 21 befestigt sind. Die Lagerschale 21 ist dabei, wie in 2a gezeigt, in die Lagereinrichtung 14 einsetzbar, wobei die Lagerschale 21 und Wendel 19 den Rotor 17 bilden. Die Lagerschale 21 ist mittels einer Führung 34 in der Lagereinrichtung 14 gesichert.
-
3 zeigt eine Wasserkraftschnecke 11 mit einer Rotoreinheit 12, welche zwei gegenläufige Rotoren 17 umfasst, wobei die Rotoren 17 eine gegenläufige Drehrichtung aufweisen. Der Rotoreinheit 12 ist ein Schwimmkörpern 28 zugeordnet. Der Schwimmkörper 28 ist so angeordnet, dass er sich zwischen den Rotoren 17 befindet. Vorzugsweise werden die Rotoren 17 etwas unterhalb des Schwimmkörpers 28 angeordnet, so dass der Schwimmkörper 28 für die Rotoren 17 stabilisierend hinsichtlich der Lage und/oder Ausrichtung der Wasserkraftschnecke 11 in einem fließenden Gewässer wirkt. Hierdurch kann diese Ausführungsform in kompakter Bauweise realisiert werden, wobei die Antriebseinheit 15 von zwei Rotoren 17 angetrieben wird.
-
Der Schwimmkörper 28 weist ein dem freien Ende der Rotoren 17 zugeordnetes freies Ende 29 auf. Des Weiteren ist der Schwimmkörper 28 mit einer Vorrichtung 30 zum Schutz der Rotoren 17 versehen, welche die Rotoren 17 im Betrieb vor Berührungen mit dem Grund des Gewässers schützen. Die Rotoren 17 sind in der gleichen Weise wie bereits zu 1 beschrieben mit der Lagereinrichtung 14 verbunden und mit der Antriebseinheit 15 gekoppelt.
-
In 4a ist eine perspektivische Ansicht der Wasserkraftschnecke 11 nach 3 ohne Wendeln 19 gezeigt. Der Schwimmkörper 28 ist hierbei zentral zwischen den Lagerschalen 21 der Rotoren 17 mittig an der Lagereinrichtung 14 befestigt. Die Lagerschalen 21 sind symmetrisch von der Mitte an beiden Seiten der Lagereinrichtung 14 angeordnet.
-
In 4b sind die zur Lagereinrichtung 14 gemäß 4a gehörenden Wendeln 19 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Die Wendeln 19 sind gegenläufig und spiralförmig ohne Schneckenwelle (Seele) ausgebildet, so dass in einem fließenden Gewässer das Wasser zwischen ihnen nach oben getrieben wird.
-
In 5 ist perspektivisch eine alternative Ausführungsform einer Wendel 19 der Wasserkraftschnecke 11 nach 2b dargestellt. Diese Wendel 19 weist abweichend zur eingängigen Spirale Einzelschraubenflügel 20 auf, welche jeweils benachbart zueinander angeordnet sind und ebenso quasi eine eingängige Spirale bilden. Diese Ausführungsform kann ebenso als rechts- und linksgängige Wendel 19 ausgebildet sein, so dass ein solcher Rotor 17 auch bei einer Ausführungsform gemäß 3 in Analogie einsetzbar ist. Alternativ kann die Wendel 19 auch aus mehreren gleichen und/oder verschiedenen Spiralabschnitten bestehen, die wahlweise miteinander kombiniert werden können oder aber auch mit Abstand gleich oder variabel zueinander an einer Schneckenwelle befestigbar sind. Des Weiteren können auch einzelne Spiralabschnitte der Wendel sowie Einzelschraubenflügel miteinander kombiniert werden, wobei diese sowohl unmittelbar aneinander gereiht als auch mit Abstand zueinander vorgesehen sein können. Die Anordnung und Auswahl von ein- oder mehrgängigen Spiralabschnitten sowie die Anzahl der Einzelschraubenflügel mit deren Beabstandung zueinander kann anwendungsspezifisch ausgewählt werden.
-
In 6 ist perspektivisch eine weitere alternative Ausführungsform einer Wendel der Wasserkraftschnecke nach 2b dargestellt. Diese Wendel weicht bezüglich der spiralförmigen Schnecke von der 2a dahingehend ab, dass die Spirale entlang der Steigung gesehen segmentförmig ausgebildet ist. Beispielsweise sind zwei Segmente bei einer 360°-Steigung vorgesehen. Alternativ können mehrere oder auch nur ein Segment innerhalb einer solchen Steigung beziehungsweise Windung um 360° ausgebildet sein.
-
Bei allen Ausführungsformen ist der Schwimmkörper 28 mit einer Vorrichtung 30 zum Schutz des Rotors 17 versehen. Die Vorrichtung 30 ist vorzugsweise ebenfalls in Fließrichtung offen und schützt den Rotor 17 vor Bodenberührung oder größerem Treibgut, das bei Kontakt zu Beschädigungen des Rotors 17 führen könnte. Dabei können die Schwimmkörper 28 ebenso wie die Vorrichtung 30 so gestaltet sein, dass die Anströmcharakteristik der Wasserkraftschnecke 11 damit optimiert wird.
-
Es ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit 15 mit elektrischen Anschlüssen und/oder Leitungen zum Wegführen der gewonnenen elektrischen Energie versehen ist, welche in den Figuren nicht dargestellt sind.
-
Die dargestellten Wasserkraftschnecken 11 können einzeln oder in Gruppen als Wasserkraftanlage betrieben werden. Dabei ist es möglich, dass jede Wasserkraftschnecke 11 einzeln schwimmend oder schwebend in einem Gewässer platzierbar ist. Es ist auch möglich, die Wasserkraftschnecken 11 fest miteinander verbunden zu Batterien zusammenzuschließen. Mehreren Wasserkraftschnecken können dabei in einem Netz zusammengeschaltet werden, so dass eine höhere Energieausbeute erreicht werden kann. Wegen der guten Umweltverträglichkeit der erfindungsgemäßen Wasserkraftschnecken 11 können diese dabei bis nahe an den Grund des Gewässers angeordnet werden. Die Verwendung der Wasserkraftschnecken und -anlage ist in beliebigen strömenden Gewässer vorgesehen, beispielsweise in einem Abfluss einer Kläranlage, einer Abflussleitung, einem Fluss, einem Gebirgsbach, ebenso in einem Meeresbereich, wobei vorzugsweise die Gezeitenströmung genutzt werden kann.
-
Mit der Erfindung ist eine einfach installierbare Wasserkraftschnecke 11 gefunden worden, welche gut zu warten und die handlich bedienbar ist. Die Zusammenschaltung mehrerer zu größeren Einheiten in einer Wasserkraftanlage ist ebenso möglich wie der Betrieb als Einzelgerät. Dabei wird weder die Fischwanderung gestört, noch wird die Umgebung der Wasserkraftanlagen beeinträchtigt. Mit der gefundenen Wasserkraftschnecke 11 wird die Energiegewinnung auch in kritischen Gewässern möglich. Es besteht kaum eine Gefahr, dass störender Schmutz, Müll, Tier- oder Pflanzenteile sich an der Wasserkraftschnecke 11 festsetzen können, so dass die Rotoren 17 dauerhaft störungsfrei bewegt werden können. Auch sind die Rotoren 17 vor gefährdenden Fremdkörpern geschützt, welche sich in den Rotoren 17 verfangen oder diese beschädigen könnten. Diese Wasserkraftschnecken 11 bzw. Wasserkraftanlagen sind dementsprechend wartungsfreundlich. Insbesondere kann somit die Wirtschaftlichkeit bei solchen Anlagen erhöht werden. Es ist auch möglich, mit der gefundenen Wasserkraftschnecke 11 neue bisher nicht nutzbare Gewässer zu erschließen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4139134 A1 [0003]
- EP 2003332 A1 [0004]
