WASSERKRAFTMASCHINE, VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER WASSERKRAFTMASCHINE SOWIE VERWENDUNG EINER WASSERKRAFTMASCHINE

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkraftmaschine (1) mit einem Wasserrad (2), wobei das Wasserrad (2) einen Kernkörper (3) und eine Vielzahl an Schaufeln (4) umfasst. Außerdem umfasst die Wasserkraftmaschine (1) wenigstens einen Abstandshalter (5), der einen Mindestabstand zwischen dem Wasserrad (2) und einem Grund (6) eines Gewässers (7) an einem Einsatzort (8) der Wasserkraftmaschine (1) definiert, und einen Energiewandler (9) zur Verarbeitung der Rotationsenergie des Wasserrads (2). Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftmaschine (1), die ein Wasserrad (2), wenigstens einen ersten Abstandshalter (5), einen ersten Auftriebskörper (10) und einen Energiewandler (9) umfasst und eine Verwendung einer Wasserkraftmaschine (1). Erfindungsgemäß zeichnet sich die Wasserkraftmaschine (1) dadurch aus, dass der Kernkörper (3) des Wasserrads (2) einen ersten Auftriebskörper (10) umfasst, wobei der erste Auftriebskörper (10) und der Abstandshalter (5) derart dimensioniert sind, dass die Wasserkraftmaschine (1) bei einem mittleren Wasserstand (MW) am Einsatzort (8), an dem die Wasserkraftmaschine (1) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch angeordnet ist, auf dem Grund (6) des Gewässers (7) aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands (MW) schwimmfähig ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkraftmaschine mit einem Wasserrad, wobei das Wasserrad einen Kernkörper und eine Vielzahl an Schaufeln umfasst. Außerdem umfasst die Wasserkraftmaschine wenigstens einen Abstandshalter, der einen Mindestabstand zwischen dem Wasserrad und einem Grund eines Gewässers an einem Einsatzort der Wasserkraftmaschine definiert, und einen Energiewandler zur Verarbeitung der Rotationsenergie des Wasserrads. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftmaschine, die ein Wasserrad, wenigstens einen ersten Abstandshalter, einen ersten Auftriebskörper und einen Energiewandler umfasst und eine Verwendung einer Wasserkraftmaschine.

[0002] Eine derartige Wasserkraftmaschine ist beispielsweise in der DE 28 37 186 A1 offenbart. Die dort offenbarte Wasserkraftmaschine wird schwimmend betrieben. Schwimmende Wasserkraftmaschinen sind beispielsweise unter dem Begriff "Schiffsmühlen" seit langem bekannt. Sie bestehen in der Regel aus zwei Schwimmkörpern, auf denen ein Wasserrad mit horizontaler Welle befestigt ist. Diese Schiffsmühlen dienten in der Vergangenheit, wie der Name schon aussagt, als Antrieb von Mühlen, die entweder auf der Vorrichtung selbst oder am Ufer befindlich waren. Neuere Entwicklungen, die meist unter der Bezeichnung "schwimmende Wasserräder" oder "schwimmende Wasserkraftwerke" bekannt sind, basieren auf dem Prinzip dieser Schiffsmühlen, sie werden jedoch meist zum Erzeugen von elektrischer Energie unter Einsatz eines Stromgenerators eingesetzt.

[0003] Diese schwimmenden Wasserräder nutzen lediglich die kinetische Energie von Fließgewässern, die das Wasserrad durch das im Schaufelbereich durchfließende Wasser in eine Drehbewegung versetzt. Demzufolge hängt die Höhe der erzielbaren Energie in erster Linie von der Fließgeschwindigkeit des durchströmenden Wassers ab. Aus wirtschaftlichen Gründen beschränkt sich daher der Einsatzbereich dieser schwimmenden Wasserräder auf Flussabschnitte mit hoher Fließgeschwindigkeit. Diese schwimmenden Wasserräder verfügen zumeist über seitlich angebrachte Schwimmkörper, was eine besonders stabile Konstruktion der Vorrichtung erforderlich macht und ein erheblich größeres Gewicht zur Folge hat.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Wasserkraftmaschinen dieser Art zu verbessern, insbesondere die aufgezählten Nachteile zu beheben.

[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Wasserkraftmaschine, ein Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftmaschine und eine Verwendung einer Wasserkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

[0006] Die vorgeschlagene Wasserkraftmaschine umfasst ein Wasserrad, wobei das Wasserrad einen Kernkörper und eine Vielzahl an Schaufeln aufweist, wenigstens einen Abstandshalter, der einen Mindestabstand zwischen dem Wasserrad und einem Grund eines Gewässers an einem Einsatzort der Wasserkraftmaschine definiert, und einen Energiewandler zur Verarbeitung der Rotationsenergie des Wasserrads. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Wasserkraftmaschine dadurch aus, dass der Kernkörper des Wasserrads einen ersten Auftriebskörper umfasst, wobei der erste Auftriebskörper und der Abstandshalter derart dimensioniert sind, dass die Wasserkraftmaschine bei einem mittleren Wasserstand am Einsatzort, an dem die Wasserkraftmaschine bei bestimmungsgemäßem Gebrauch angeordnet ist, auf dem Grund des Gewässers aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands schwimmfähig ist.

[0007] Durch die Anordnung des ersten Schwimmkörpers im Kernkörper des Wasserrads kann auf seitliche Schwimmkörper verzichtet werden. Hierdurch wird die Konstruktion leichter und stabiler. Der prinzipielle Aufbau ist hierbei ähnlich der im Automobilbau derzeit üblichen selbsttragenden Karosserie.

[0008] Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen bekannten schwimmenden Wasserkraftmaschinen wird bei der erfindungsgemäßen Wasserkraftmaschine durch einen am Grund aufliegenden Betrieb im Normalfall zusätzlich potenzielle Energie des Gewässers genutzt. Hierdurch verbessert sich der Wirkungsgrad der Wasserkraftmaschine bei der Energieumwandlung.

[0009] Nur bei höherem Wasserstand, im schwimmenden Zustand, wird im Wesentlichen die kinetische Energie des Gewässers genutzt. Hierdurch verbessert sich der Wirkungsgrad der Wasserkraftmaschine bei der Energieumwandlung. Die Wasserkraftmaschine ist hierfür hinsichtlich des Eigengewichts und der Auftriebskräfte so dimensioniert, dass sie ab einem bestimmten Wasserpegel aufschwimmt. Das Gewässer kann grundsätzliches jedes Gewässer mit einer Strömung sein. Besonders eignet sich die erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine aber für einen Einsatz in Flüssen.

[0010] Der mittlere Wasserstand (MW) von Gewässern wird in Deutschland beispielsweise von der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) definiert. Dabei wird der Wasser- bzw. Pegelstand über einen gewissen Zeitraum gemittelt. Dieser Zeitraum kann einige Monate bis mehrere Jahre betragen. Ähnliche Definitionen existieren vermutlich für einen Großteil der Länder der Welt. Allerdings ist es auch möglich unabhängig von offiziellen Institutionen einen mittleren Wasserstand auf die oben angegebene Weise zu bestimmen. Ein sinnvoller Zeitraum für die Mittelung ist hierbei mindestens 12 Monate, um jahreszeitlich bedingte Schwankungen zu berücksichtigen.

[0011] Die Wasserkraftmaschine wird so dimensioniert, dass sie beim mittleren Wasserstand am Einsatzort beispielsweise mit dem wenigstens einen Abstandshalter auf der Gewässersohle aufliegt und die Wasseroberfläche sich geringfügig unter einer Unterkante des ersten Auftriebskörpers befindet. Somit lässt sich unerwünschtes Ausweichen der Wassermengen unterhalb der Wasserkraftmaschine reduzieren. Bei Betrieb des Wasserrades entsteht eine Stauwirkung, wodurch sich der Wasserstand am Einlauf erhöht. Dies muss bei der Dimensionierung der Wasserkraftmaschine berücksichtigt werden, so dass ein Aufschwimmen der Wasserkraftmaschine allein durch die Stauwirkung verhindert wird. Bei einer Erhöhung des Wasserpegels, beispielsweise nach Regenfällen, hebt sich die Wasserkraftmaschine von der Gewässersohle ab und schwimmt auf, entsprechend den Auftriebskräften des ersten Auftriebskörpers.

[0012] Der Abstandhalter stellt sicher, dass die Wasserkraftmaschine auch bei Niedrigwasser einen definierten Abstand zu dem Grund des Gewässers aufrechterhält. Vorzugsweise weist die Wasserkraftmaschine zwei Abstandshalter auf, die seitlich des Wasserrads angeordnet sind. Die Wasserkraftmaschine kann ebenfalls beispielsweise wenigstens eine Auflagekante umfassen, die auf dem Grund des Gewässers aufliegt.

[0013] Die durch die Wasserkraftmaschine umgewandelte Energie wird durch den auf der Wasserkraftmaschine angebrachten Energiewandler in den dafür vorgesehenen Zweck umgewandelt. Durch einen Generator lässt sich beispielsweise elektrische Energie erzeugen, die insbesondere über eine Verbindungsleitung an das Ufer des Gewässers weitergeleitet und dort genutzt werden kann. Alternativ kann die mechanische Energie des Wasserrads direkt verwendet werden, beispielsweise für Wasser- oder Luftpumpen. Der Energiewandler kann also insbesondere als Generator, Wasser- oder Luftpumpe ausgebildet sein.

[0014] Für die Wasserkraftmaschine ist es vorteilhaft, wenn der Kernkörper einen polygonförmigen Querschnitt, vorzugweise mit wenigstens 12 Mantelflächen, aufweist. Ein polygonaler Kernkörper ist einerseits stabiler, insbesondere steifer als die zylinderförmigen Kernkörper bekannter Wasserkraftmaschinen. Insgesamt ist ein größeres Längen-Durchmesser-Verhältnis möglich. Außerdem ist es einfacher und kostengünstiger einen derartigen polygonalen Kernkörper herzustellen. Der Querschnitt des Kernkörpers ist hierbei insbesondere ein Vieleck, dass sich einer Kreisform annähert. 12 Mantelflächen haben sich hierbei als guter Kompromiss zwischen Herstellungsaufwand und Stabilität erwiesen. Die Mantelflächen können beispielsweise senkrecht zu einer Verbindungslinie mit einem gemeinsamen Mittelpunkt ausgerichtet sein. Der Mittelpunkt liegt dabei insbesondere auf einer Rotationsachse des Wasserrads.

[0015] Ein polygonaler Kernkörper des Wasserrads ist unabhängig von der Dimensionierung des ersten Auftriebskörpers und des Abstandshalters der Wasserkraftmaschine vorteilhaft. Auch bei grundsätzlich schwimmenden Wasserkraftmaschinen können durch einen polygonalen Kernkörper beispielsweise Vorteile bei der Stabilität und den Herstellungskosten erzielt werden. Bei einer grundsätzlich schwimmenden Wasserkraftmaschine ist ein Abstandshalter eventuell nicht notwendig.

[0016] Auch ist es äußert vorteilhaft, wenn der Kernkörper durch Biegen, insbesondere Abkanten, eines oder mehrerer Bleche hergestellt ist. Dies ist eine besonders effiziente Herstellungsmethode für den Kernkörper, da insbesondere keine spanende Bearbeitung des Materials notwendig ist. Bleche werden hierbei beispielsweise lasergeschnitten und zu einem Polygon gekantet. Der Kernkörper kann beispielsweise der Länge nach geteilt sein und insbesondere aus mindestens zwei Teilen bestehen. Bei größerem Querschnitt sind auch mehrere Teile denkbar. Die Teile können formschlüssig beispielsweise durch Laschen und/oder kraftschlüssig beispielsweise durch Schrauben oder Nieten miteinander verbunden sein. Der Kernkörper ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Es sind aber auch andere Materialien wie Stahl oder Kunststoff denkbar.

[0017] Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Wasserkraftmaschine einen zweiten Auftriebskörper umfasst, der vorzugsweise an einem Einlauf des Wasserrads angeordnet ist. Hierdurch wird im schwimmenden Zustand der Wasserkraftmaschine ein Verdrehen und Untertauchen der vor dem Wasserrad befindlichen Teile aufgrund von Drehmomenten verhindert. Falls die Wasserkraftmaschine einen ersten und einen zweiten Auftriebskörper umfasst, müssen der erste Auftriebskörper, der zweite Auftriebskörper und der Abstandshalter derart dimensioniert sein, dass die Wasserkraftmaschine bei einem mittleren Wasserstand am Einsatzort, an dem die Wasserkraftmaschine bei bestimmungsgemäßem Gebrauch angeordnet ist, auf dem Grund des Gewässers aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands schwimmfähig ist. Der zweite Auftriebskörper wird insbesondere so positioniert und dimensioniert, dass sich der Wasserstand im Normalbetrieb geringfügig unter der Unterkante des zweiten Auftriebskörpers befindet.

[0018] Ebenso bringt es Vorteile mit sich, wenn die Schaufeln des Wasserrads trapezförmig sind. Quer zur Fließrichtung ausgerichtete, gerade Schaufeln haben den Nachteil, dass sie dicker ausgeführt werden müssen, um die im Betrieb auftretenden Flächenbelastungen ohne bleibende Verformungen aufzunehmen. Des Weiteren treten durch das gleichzeitige Eintauchen der gesamten Schaufelbreite ins Wasser ungünstige Schwankungen im erzeugten Drehmoment sowie Stampfgeräusche auf. Die trapezförmige Schaufel ist beispielsweise derart gebogen, dass sich drei Flächen ergeben, die in einer Draufsicht ein Trapez ergeben. Dabei laufen zwei gleichgroße Flächen beispielsweise unter dem gleichen Winkel auf eine kleinere mittig angeordnete Fläche zu. Die mittige Fläche verläuft beispielsweise radial zum Kernkörper des Wasserrads. Bei der Drehung des Wasserrads durchstößt eine Kante der mittleren Fläche beispielsweise zuerst die Wasseroberfläche.

[0019] Vorteilhaft ist es, wenn die Schaufeln des Wasserrads wenigstens eine radiale Biegekante aufweisen. Biegekanten erhöhen die Steifigkeit der Schaufeln und erlauben eine dünnere Ausführung der Schaufeln, wodurch sich eine Material- und Gewichtsersparnis ergibt. Radiale Biegekanten können sich zwischen den bereits beschriebenen Flächen der Schaufeln befinden. Auch können sich weitere Biegekanten in einem Außenbereich der Schaufeln befinden, wo die Schaufeln insbesondere Befestigungsbereiche für eine Befestigung am Wasserrad aufweisen.

[0020] Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Schaufeln des Wasserrads wenigstens eine axiale Biegekante aufweisen. Auch axiale Biegekanten können die Steifigkeit der Schaufeln verbessern. Eine axiale Biegekante kann sich beispielsweise an der bereits beschriebenen mittleren Fläche der Schaufel befinden.

[0021] Besondere Vorteile bringt es mit sich, wenn die Schaufeln des Wasserrads eine oder mehrere Laschen zur formschlüssigen Verbindung mit dem Kernkörper aufweisen. Hierdurch können Schaufeln und Kernkörper in einfacher Weise miteinander verbunden werden. Die Lasche kann sich an der bereits beschriebenen mittleren Fläche der Schaufel befinden und mit dieser über eine axiale Biegekante verbunden sein. Der Kernkörper kann zur Aufnahme der Laschen entsprechende Öffnungen aufweisen.

[0022] Vorteile bringt es zudem mit sich, wenn das Wasserrad eine erste Seitenscheibe, eine zweite Seitenscheibe und wenigstens eine Zwischenscheibe aufweist, wobei eine Vielzahl von Schaufeln sowohl zwischen der ersten Seitenscheibe und der Zwischenscheibe als auch zwischen der zweiten Seitenscheibe und der Zwischenscheibe angeordnet ist. Die Seitenscheiben können der Stabilisierung der Schaufeln dienen. Die Schaufeln können mit den Seitenscheiben mittels Befestigungsbereichen verbunden sein. Die Seitenscheiben können beispielsweise die Stirnseiten des Kernkörpers abdecken. Der Kernkörper, die Schaufeln, die Seitenscheiben und die Zwischenscheibe können beispielsweise aus demselben Material hergestellt sein.

[0023] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Auftriebskörper und/oder der zweite Auftriebskörper mit einem Material gefüllt ist, das eine geringere Dichte als Wasser aufweist, mit einem oder mehreren Hohlkörpern gefüllt ist und/oder luftdicht ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich der benötigte Auftrieb für die Schwimmfähigkeit des Wasserrads erzielen. Die Auftriebskörper können beispielsweise mit einem wasserabweisenden Schaumstoff gefüllt sein. Alternativ oder zusätzlich können die Auftriebskörper beispielsweise mit Kunststoffhohlkörpern gefüllt sein.

[0024] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Wasserrad und der Energiewandler über ein mehrstufiges Zahnradgetriebe miteinander verbunden sind. Die naturgemäß sehr niedrige Drehzahl des Rotors wird durch Nutzung eines Getriebes erhöht, um Energiewandler wie Stromgeneratoren, Pumpen oder andere Vorrichtungen zur Nutzung der Energie vorteilhafter dimensionieren zu können. Durch ein mehrstufiges Getriebe kann die Belastung jeder einzelnen Stufe reduziert werden. Auch Energieverluste zwischen den Stufen können hierdurch reduziert werden. Eine Stufe ist hierbei beispielsweise die Wechselwirkung zwischen zwei Zahnrädern. Das Getriebe kann beispielsweise zweistufig sein, insbesondere mit einem Zahnkranz am Wasserrad, einem Zwischenrad und einem Ritzel am Energiewandler.

[0025] Auch ist es von Vorteil, wenn das Zahnradgetriebe mehrere Zahnräder aufweist, die aus Kunststoff hergestellt sind, insbesondere in einem 3D-Druck- oder Spritzgussverfahren. Herkömmliche Getriebe besitzen Zahnräder aus Stahl, die vor Feuchtigkeit geschützt werden müssen und deshalb üblicherweise in einem Gehäuse untergebracht sind. Diese Getriebe müssen für den Betrieb mit einer Ölschmierung versehen werden. Um mögliche Umweltschäden durch austretendes Öl zu vermeiden, werden die Getriebe daher üblicherweise in einem Gehäuse mit Auffangbecken untergebracht. Die erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine kann durch den Einsatz von Zahnrädern aus Kunststoff sowohl auf Ölschmierung als auch separate Unterbringung in einem Gehäuse verzichten. Das Getriebe kann direkt an der Wasserkraftmaschine befestigt werden.

[0026] Zahnkränze und Zahnräder können - abhängig von der benötigten Stückzahl - sowohl im 3D-Druckverfahren als auch im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Bei einer größeren Wasserkraftmaschine ist es vorteilhaft, zumindest den Zahnkranz mehrteilig in Segmenten auszuführen. Falls ein Zahnkranz direkt auf dem Wasserrad angeordnet ist, ist somit ein Wechsel von defekten Zahnkranzsegmenten ohne Ausbau des gesamten Wasserrads möglich.

[0027] Für die Wasserkraftmaschine ist es außerdem vorteilhaft, wenn sie wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Wasserräder umfasst, die mit einem gemeinsamen Getriebe verbunden sind. Diese Tandemausführung der Wasserkraftmaschine erlaubt eine breitere Ausführung und damit eine größere Abdeckung der Gewässerbreite durch die Wasserkraftmaschine. Die Nutzung eines gemeinsamen Getriebes spart die zusätzlichen Bauteile eines weiteren Getriebes. Die Wasserkraftmaschine umfasst in diesem Fall beispielsweise zwei separat gelagerte und nicht miteinander verbundene Kernkörper. Ein Zwischenrad des Getriebes kann hierbei breiter als zuvor ausgebildet sein, um die Rotationsenergie beider Wasserräder aufzunehmen. Über das gemeinsame Zwischenrad kann eine Kopplung der Drehmomentübertragung der Kernkörper erfolgen. Zahnkränze des Getriebes können an den Seiten der Wasserräder angeordnet sein, an denen sie benachbart sind, also mittig in Bezug auf die gesamte Wasserkraftmaschine.

[0028] Der zweite Auftriebskörper kann bei dieser Ausführung durchgehend über die gesamte Breite der Wasserkraftmaschine ausgebildet sein und eine größere Stabilität gegenüber Durchbiegung aufweisen. Die Wasserkraftmaschine kann weitere Abstandshalter insbesondere mit weiteren Auflagepunkten für den Grund des Gewässers aufweisen. Ein weiterer Auflagepunkt kann beispielsweise mittig der Wasserkraftmaschine zwischen den Wasserrädern angeordnet sein. Diese Ausführung eignet sich besonders für flache und breite Fließgewässer.

[0029] Eine Verankerung der Wasserkraftmaschine kann in allen Ausführungsformen durch biegeschlaffe Teile, zum Beispiel Seile, oder auch durch starre Teile, erfolgen. Diese sind so ausgeführt, dass die Wasserkraftmaschine sich an die verschiedenen Wasserstände anpassen kann und bei höherem Wasserstand aufschwimmt, aber durch die Strömung nicht abtreibt. Verankerungspunkte am Ufer sind so hoch anzubringen, dass sie auch bei Hochwasser über den Befestigungspunkten der Teile an der Wasserkraftmaschine liegen. Hierdurch bleibt eine Anpassungsfähigkeit an den Wasserstand in jedem Fall erhalten und die Wasserkraftmaschine wird durch die Verankerung nicht unter die Wasseroberfläche gedrückt.

[0030] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftmaschine, die ein Wasserrad, wenigstens einen ersten Abstandshalter, einen ersten Auftriebskörper und einen Energiewandler umfasst, wird zunächst ein Einsatzort der Wasserkraftmaschine in einem Gewässer identifiziert. Anschließend wird ein mittlerer Wasserstand am Einsatzort ermittelt und der erste Auftriebskörper und der Abstandshalter derart dimensioniert, dass die Wasserkraftmaschine bei dem mittleren Wasserstand am Einsatzort auf dem Grund des Gewässers aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands schwimmt.

[0031] Wie vorher bereits ausführlich beschrieben, kann hierdurch neben einer kinetischen Energie eines Gewässers ebenfalls die potenzielle Energie genutzt werden. Bei einem höheren Wasserstand wird die Wasserkraftmaschine nicht überflutet, sondern schwimmt auf der Wasseroberfläche. Im schwimmenden Betrieb der Wasserkraftmaschine kann weiterhin die kinetische Energie des Gewässers genutzt werden. Die Schwimmfähigkeit sorgt auch dafür, dass insbesondere bei Hochwasser mögliche Sedimentablagerungen abgetragen werden und Treibgut die Wasserkraftmaschine passieren kann. Auch für Fische stellt die Wasserkraftmaschine kein wesentliches Hindernis dar, da sie die Wasserkraftmaschine in jedem Betriebszustand auf mindestens einer Seite passieren können. Die Wasserkraftmaschine kann durch ein gezieltes Blockieren des Wasserrads auch den Wasserstand im Zulauf der Wasserkraftmaschine gezielt beeinflussen.

[0032] Der mittlere Wasserstand kann wie oben bereits beschrieben ermittelt werden. Insbesondere kann der mittlere Wasserstand für Einsatzorte in Deutschland den Daten der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser entnommen werden. Auch können durch einen Benutzer und/oder Hersteller der Wasserkraftmaschine selbst Messungen des Wasserstands durchgeführt werden. Die Dimensionierung des ersten Auftriebskörpers erfolgt beispielsweise durch eine Anpassung des Volumens. Die Dimensionierung des Abstandshalters erfolgt beispielsweise über eine Anpassung einer Höhe des Abstandshalters oder eine Anpassung eines Abstands zwischen einer Lagerung des Wasserrads und einer Unterkante des Abstandshalters, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Wasserkraftmaschine auf dem Grund des Gewässers aufliegt.

[0033] Um eine Energieumwandlung durch die Wasserkraftmaschine zu optimieren, können seitlich der Wasserkraftmaschine im Gewässer Hindernisse vorgesehen werden, die die Strömung vorzugsweise zum Wasserrad leiten, oder die den freien Durchfluss behindern und damit mehr Wasser durch die Wasserkraftmaschine leiten.

[0034] Erfindungsgemäß ist ebenfalls eine Verwendung einer Wasserkraftmaschine, insbesondere einer Wasserkraftmaschine nach der vorangegangenen Beschreibung, an einem Einsatzort in einem Gewässer mit einem definierten mittleren Wasserstand vorgesehen, wobei ein erster Auftriebskörper und ein Abstandshalter der Wasserkraftmaschine derart dimensioniert werden, dass die Wasserkraftmaschine bei dem mittleren Wasserstand am Einsatzort auf dem Grund des Gewässers aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands schwimmt. Die zuvor beschriebenen körperlichen Merkmale der Wasserkraftmaschine können hierbei einzeln oder in beliebiger Kombination verwirklicht sein. Es ergeben sich die bereits ausführlich diskutierten Vorteile gegenüber ausschließlich schwimmenden Verwendungen von Wasserkraftmaschinen.

[0035] Die erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine sowie das Verfahren und die Verwendung derselben haben die zusätzlichen Vorteile einer möglichst ungehinderten Durchgängigkeit für Fische und andere Wasserlebewesen, eine Vermeidung von Ablagerungen von Schwebstoffen, wie sie Staudämme verursachen, die Möglichkeit der Verwendung von umweltfreundlichen und einfach zu recycelnden Materialien. Die Wasserkraftmaschine kann beispielsweise zu über 90% des Gewichtes nur aus Aluminium hergestellt werden und ist damit weitestgehend sortenrein und fast ohne Sortiervorgänge recyclebar. Die Neuentwicklung von Recyclingverfahren, wie sie beispielsweise zur Entsorgung der Rotorblätter von Windkraftanlagen erforderlich ist, entfällt bei der hier vorgestellten Erfindung komplett.

[0036] Außerdem lässt sich die Wasserkraftmaschine auch bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten des Fließgewässers einsetzen und erfordert keine aufwändige und damit teure Umgestaltung der Umgebung durch hohes Aufstauen des Gewässers. Sie erlaubt die Nutzung von Wasserkraft an Orten, an denen aus geologischen Gründen (zum Beispiel Erdbebengebiet) keine Staudämme möglich sind. Auch wird die Beeinflussung des Durchlassverhaltens des Fließgewässers bei Niedrig- und Hochwasser ermöglicht (in begrenztem Maße).

[0037] Die Wasserkraftmaschine kann neben der reinen Stromerzeugung beispielsweise zur Teichbelüftung eingesetzt werden. Hierzu wird sie im Ablauf eines Fischteiches angebracht. Durch Einsatz eines Luftverdichters/Kompressors wird Druckluft erzeugt und an einer oder mehreren Stellen in den Teich geblasen.

[0038] Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:

Figur 1

Eine erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine in einer isometrischen Ansicht,

Figur 2

ein Wasserrad der Wasserkraftmaschine in der Ansicht aus Figur 1,

Figur 3

eine Schaufel eines Wasserrads der Wasserkraftmaschine,

Figur 4

eine erste Ausführungsform eines Getriebes der Wasserkraftmaschine,

Figur 5

eine Tandemausführung der Wasserkraftmaschine in einer isometrischen Ansicht,

Figur 6

eine vergrößerte Darstellung des Getriebes aus Figur 5,

Figur 7

die Wasserkraftmaschine am Einsatzort bei mittlerem Wasserstand in einer Seitenansicht,

Figur 8

die Wasserkraftmaschine am Einsatzort bei Hochwasser,

Figur 9

eine Leistungskennlinie der Wasserkraftmaschine, und

Figur 10

die Wasserkraftmaschine am Einsatzort in einer schematischen Draufsicht.

[0039] Bei der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden für in den verschiedenen Figuren jeweils identische und/oder zumindest vergleichbare Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet. Die einzelnen Merkmale, deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise werden meist nur bei ihrer ersten Erwähnung ausführlich erläutert. Werden einzelne Merkmale nicht nochmals detailliert erläutert, so entspricht deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise der Ausgestaltung und Wirkweise der bereits beschriebenen gleichwirkenden oder gleichnamigen Merkmale.

[0040] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wasserkraftmaschine 1 in einer isometrischen Ansicht. Die Wasserkraftmaschine 1 umfasst ein Wasserrad 2, wobei das Wasserrad 2 einen Kernkörper 3 und eine Vielzahl an Schaufeln 4 umfasst. Außerdem weist die Wasserkraftmaschine 1 einen Abstandshalter 5 auf, der einen Mindestabstand zwischen dem Wasserrad 2 und einem Grund 6 eines Gewässers 7 an einem Einsatzort 8 der Wasserkraftmaschine 1 (siehe Fig. 7) definiert. Die Wasserkraftmaschine 1 umfasst ebenfalls einen Energiewandler 9 zur Verarbeitung der Rotationsenergie das Wasserrads 2. Der Energiewandler 9 ist in diesem Beispiel als Generator ausgebildet.

[0041] Der Kernkörper 3 des Wasserrads 2 umfasst einen ersten Auftriebskörper 10. Wenn der Kernkörper 3 des Wasserrads 2 beispielsweise luftdicht ausgebildet ist, kann der Kernkörper 3 selbst als erster Auftriebskörper 10 dienen. Der erste Auftriebskörper 10 und der Abstandshalter 5 sind derart dimensioniert, dass die Wasserkraftmaschine 1 bei einem mittleren Wasserstand MW (siehe Figur 7) am Einsatzort 8, an dem die Wasserkraftmaschine 1 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch angeordnet ist, auf dem Grund 6 des Gewässers 7 aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands MW schwimmfähig ist. Im vorliegenden Beispiel verfügt die Wasserkraftmaschine 1 über zwei Abstandshalter 5, die seitlich des Wasserrads 2 angeordnet sind. Diese liegen bei dem mittleren Wasserstand MW am Grund 6 des Gewässers 7 auf, wobei der bewegliche/rotierende Teil der Wasserkraftmaschine 1 einen Abstand zur Gewässersohle 6 aufweist, damit die Beweglichkeit des beweglichen Teils auch bei Niedrigwasser gewährleistet ist. Wesentlich für diese Eigenschaften ist der Abstand 11 zwischen einer Auflagekante 12 oder Auflagefläche der Abstandshalter 5 und einer Lagerung 13 des Wasserrads 2. Eine Distanz zwischen dem Wasserrad 2 und der Gewässersohle 6 wird erfindungsgemäß möglichst klein gehalten, um Ausweichströmungen unterhalb des Wasserrads 2 möglichst gering zu halten und damit die im Gewässer 7 verfügbare Energie besser auszunutzen.

[0042] Auf einer Einlaufseite 14 der Wasserkraftmaschine 1 ist ein zweiter Auftriebskörper 15 angeordnet. Bei erhöhtem Wasserstand nimmt dieser das erzeugte Drehmoment des Wasserrads 2 auf und soll eine Verdrehung der Wasserkraftmaschine 1 in Richtung der Gewässersohle 6 verhindern. Der zweite Auftriebskörper 15 am Einlauf 14 kann auch so gestaltet werden, dass er den Einströmwinkel zu den Schaufeln 4 verbessert. Dies verbessert die Strömungsverhältnisse und damit die Energieausbeute und reduziert zugleich die Zugkraftkomponente in einer eventuellen Verankerung 16, die beispielsweise mit Seilen ausgeführt sein kann. Der Energiewandler 9 ist beispielsweise auf dem zweiten Auftriebskörper 15 angeordnet.

[0043] Figur 2 zeigt das Wasserrad 2 der Wasserkraftmaschine 1 in der isometrischen Darstellung von Figur 1. Das Wasserrad 2 und insbesondere der Kernkörper 3 sind ähnlich der im Automobilbau üblichen selbsttragenden Karosserie gestaltet. Der Kernkörper 3 besteht in den vorliegenden Ausführungsbeispielen im Querschnitt aus einem Polygon mit mindestens 12 Mantelflächen 17 und ist vorzugsweise aus Blech gefertigt und besitzt damit ein sehr großes Widerstandsmoment gegenüber Torsion und Biegung. Dadurch kann er dünn und aus einem leichten Material wie zum Beispiel Aluminium ausgeführt werden. Im Innenraum dieses Kernkörpers 3 befindet sich ein auftriebserzeugendes Material, beispielsweise ein Hartschaumstoff. Wie bereits beschrieben, ist alternativ ist auch eine luftdichte Ausführung des Kernkörpers 3 denkbar, deren Wasserverdrängung den Auftrieb erzeugt. Als weitere Alternative ist es auch möglich, den Innenraum mit von der Form her angepassten, luftdichten, leicht wasserdruckstabilen Hohlkörpern auszustatten (zum Beispiel Blasformteile aus Kunststoff).

[0044] Da der größte Teil des erforderlichen Auftriebsvolumens in diese Konstruktion integriert ist, werden keine zusätzlichen seitlichen Schwimmer benötigt. Auch die Lagerung 13 des Wasserrads 2 kann demzufolge kleiner und damit leichter ausgeführt werden. An den Mantelflächen 17 des Polygons befinden sich die Schaufeln 4. Die Schaufeln 4 sind sowohl an den Mantelflächen 17 des Kernkörpers 3 als auch an einer Zwischenscheibe 18 und einer ersten Seitenscheibe 19a sowie an einer zweiten Seitenscheibe 19b befestigt. Die Befestigung der Schaufeln 4 am Polygon stützt diese im Hinblick auf die auftretende Flächenbelastung während des Betriebes und verringert so die erforderliche Blechdicke der Schaufeln 4. Die Befestigung am Kernkörper 3 kann beispielsweise über Laschen 20 an den Schaufeln 4 (siehe Fig. 3) und entsprechende Öffnungen 21 am Kernkörper 3 formschlüssig erfolgen. Alternativ kann eine Befestigung der Schaufeln 4 kraftschlüssig mit Schrauben oder Nieten ausgeführt werden. An zumindest der ersten Seitenscheibe 19a ist ein Zahnkranz 22 für ein Zahnradgetriebe 23 vorgesehen.

[0045] Figur 3 zeigt eine einzelne Schaufel 4 der Wasserkraftmaschine 1. Die Schaufel 4 ist trapezförmig ausgebildet, wobei mehrere Flächen 24 durch radiale Biegekanten 25a voneinander getrennt sind. Zwei äußere Flächen 24 laufen unter gleichem Winkel auf eine mittig angeordnete Fläche 24 zu. Die mittlere Fläche 24 ist über eine axiale Biegekante 25b mit einer Lasche 20 verbunden, die wie bereits beschrieben der Befestigung am Kernkörper 3 dient. Über zwei weitere radiale Biegekanten 25a sind die äußeren Flächen 24 mit Befestigungsbereichen 26 verbunden, die einer Befestigung der Schaufel 4 an den Seitenscheiben 19 a,b und der Zwischenscheibe 18 dienen. Durch den trapezförmigen Aufbau der Schaufel 4 tauchen die Kanten der Schaufel 4 bei der Drehung des Wasserrads 2 nicht gleichzeitig in das Wasser. Die Biegekanten 25 sorgen für eine erhöhte Steifigkeit der Schaufel 4.

[0046] Figur 4 zeigt ein Getriebe der Wasserkraftmaschine 1, das das Wasserrad 2 mit dem Energiewandler 9 verbindet. Das Getriebe ist in diesem Beispiel als mehrstufiges Zahnradgetriebe 23 mit mehreren Zahnrädern 27 ausgebildet. Durch den bereits beschriebenen Zahnkranz 22 bildet die erste Seitenscheibe 19a des Wasserrads 2 ein Zahnrad 27 des Getriebes. Über ein Zwischenrad ist das Wasserrad 2 mit einem Ritzel des Energiewandlers verbunden. Die Zahnräder 27 und der Zahnkranz 22 können beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein.

[0047] Figur 5 zeigt eine Tandemausführung der Wasserkraftmaschine 1, wobei zwei Wasserräder 2 nebeneinander angeordnet sind und mit einem gemeinsamen Zahnradgetriebe 23 verbunden sind. Der zweite Auftriebskörper 15 ist beispielsweise durchgängig ausgebildet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Wasserkraftmaschine 1. Diese Ausführung eignet sich besonders für breite und flache Gewässer 7. Durch das gemeinsame Getriebe können hier zusätzliche Bauteile und damit verbundene Kosten eingespart werden.

[0048] Figur 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Zahnradgetriebes 23 der Tandemvorrichtung aus Figur 7. Hierbei ist jeweils eine Seitenscheibe 19 der Wasserräder 2 mit einem Zahnkranz 22 versehen. Das Zwischenrad und das Ritzel des Energiewandlers 9 sind jeweils breiter ausgeführt als zuvor, um das Drehmoment beider Wasserräder 2 aufzunehmen.

[0049] Figuren 7 und 8 zeigen die Wasserkraftmaschine 1 an ihrem Einsatzort 8 in einem Gewässer 7 in einer schematischen Seitenansicht. Das Gewässer 7 ist hier beispielsweise ein Fluss, dessen Fließrichtung jeweils durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Im Beispiel der Figur 7 liegt die Wasserkraftmaschine 1 am Grund 6 des Gewässers 7 auf. Der Wasserstand entspricht dem mittleren Wasserstand MW an diesem Einsatzort 8. Dies entspricht beispielsweise der Definition der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser.

[0050] Der Wasserstand vor dem Wasserrad 2 ergibt sich durch einen Staueffekt der Wasserkraftmaschine 1. Der dargestellte Wasserstand ergibt sich beispielsweise im Leistungsmaximum 28 der Wasserkraftmaschine 1 (siehe Fig. 9) bei eingeschaltetem Energiewandler 9 und damit erhöhtem Durchflusswiderstand des Wasserrads 2. Aus der Differenz des Wasserstands vor und nach der Wasserkraftmaschine 1 kann die nutzbare potenzielle Energie abgeleitet werden.

[0051] Die Wasserkraftmaschine 1 wird so dimensioniert, dass sie bei MW mit den Abstandshaltern 5 auf der Gewässersohle 6 aufliegt und sich der Wasserstand vor dem Wasserrad 2 leicht unter der Unterkante des zweiten Auftriebskörpers 15 am Einlauf 14 befindet. Somit lässt sich unerwünschtes Ausweichen der Wassermengen unterhalb des Wasserrads 2 reduzieren. Durch die Konstruktion sind Gewichts- und Auftriebskräfte an die örtlichen Einsatzbedingungen so angepasst, dass die im Jahresverlauf schwankenden Wassermengen möglichst optimal genutzt werden können. Der Wasserstand am Ausgang des Wasserrades verändert sich bei eingeschaltetem Energiewandler 9 geringfügig, abhängig von der Gestaltung des Gewässerquerschnittes in Fließrichtung nach dem Wasserrad 2.

[0052] Bei extremem Niedrigwasser besteht die Gefahr, dass der Pegel nicht mehr ausreichend tief für Fische und gegebenenfalls andere Wasserlebewesen ist. Durch gezieltes Bremsen oder Stoppen des Wasserrades 2 steigt aufgrund des verringerten Durchflusses der Wasserstand vor dem Wasserrad 2 an und bildet einen etwas tieferen Wasserspeicher, der das Überleben der Fische bis zum nächsten Niederschlag ermöglichen kann.

[0053] Figur 8 zeigt den Fall bei einer Erhöhung des Wasserstands, beispielsweise nach Regenfällen, wobei sich die Wasserkraftmaschine 1 von der Gewässersohle 6 abhebt und aufschwimmt, entsprechend den Auftriebskräften der ersten und zweiten Auftriebskörper 10, 15. Das Wasser kann demzufolge auch unterhalb des Wasserrades 2 hindurchströmen, dies hat einen geringeren Pegelunterschied zwischen Einlauf 14 und Auslauf zur Folge. Der mögliche Energiegewinn aus potenzieller Energie ist somit geringer als bei aufliegendem Wasserrad 2. Je nach Gewässerquerschnitt vor, neben und nach dem Wasserrad 2 kann sich jedoch die Fließgeschwindigkeit des Gewässers 7 erhöhen und damit die nutzbare kinetische Energie anstelle der potenziellen Energie erhöhen. Das Verhältnis der Auftriebskräfte zu den Gewichtskräften der Wasserkraftmaschine 1 bestimmt, bis zu welcher Stauhöhe die Vorrichtung noch aufliegt und ab wann sie von den Auflagekanten 12 aufschwimmt.

[0054] Figur 9 zeigt eine schematische Leistungskennlinie der Wasserkraftmaschine 1. Auf der Abszissenachse ist der Lastwiderstand durch den Energiewandler 9 aufgetragen. Auf der Ordinatenachse ist die Leistung der Wasserkraftmaschine 1 aufgetragen. Im Normalbetrieb wird das Wasserrad 2 möglichst nahe am Leistungsmaximum 28 (=Maximum Power Point, MPP) betrieben. Dies ergibt sich aus einer optimalen Wasserstandsdifferenz vor und nach der Wasserkraftmaschine 1 und damit einer optimalen Ausnutzung der potenziellen Energie. Links des Leistungsmaximums 28 befindet sich die Wasserkraftmaschine 1 im Durchlassbetrieb 29, rechts des Leistungsmaximums 28 im Aufstaubetrieb 30.

[0055] Der Aufstaubetrieb 30 zeichnet sich durch eine Erhöhung des Lastwiderstands über das Leistungsmaximum 28 hinaus aus, wodurch sich der Strömungswiderstand erhöht und der Wasserstand vor der Wasserkraftmaschine 1 ansteigt. Dies kann zur Regulierung des Wasserstands genutzt werden.

[0056] Figur 10 zeigt in einer schematischen Draufsicht die Position der Wasserkraftmaschine 1 in einem Fließgewässer 7. Sie ist über die beiden Verankerungspunkte 16 am Ufer befestigt. Der Abstand dieser beiden Punkte 16 ist größer als die Breite der Wasserkraftmaschine 1, auf diese Weise wird eine seitliche Bewegung ("Schwojen") verhindert.

[0057] Eine Nutzbreite 31 und eine Durchgangsbreite 32 sind für den jeweils vorgesehenen Standort der Wasserkraftmaschine 1 einzeln zu definieren, deren Verhältnis zueinander hängt im Wesentlichen von der Größe des Fließgewässers 7 und dessen Nutzung, zum Beispiel durch Wasserfahrzeuge wie Boote oder Kanus, ab. Die Nutzbreite 31 definiert den nutzbaren Volumenstrom 33 und die Durchgangsbreite 32 den frei durchfließenden Volumenstrom 34. Beides ist durch entsprechende Pfeile angedeutet. Bei kleineren Fließgewässern 7 ohne Nutzung durch Wasserfahrzeuge wird die Durchgangsbreite 32 ähnlich einer Fischtreppe dimensioniert. Eine geeignete Gestaltung dieses Bereiches soll das Passieren von Fischen auch bei Niedrigwasser ermöglichen, in der Abbildung durch den frei durchfließenden Volumenstrom 34 angedeutet.

[0058] Bei größeren Fließgewässern 7 wird die Durchgangsbreite 32 an der Art und Größe der Wasserfahrzeuge (Kanus, Boote, Schiffe) ausgerichtet und begrenzt die für das Wasserrad 2 zur Verfügung stehende Nutzbreite 31. Eine Gestaltung als Fischtreppe ist aufgrund der wesentlich größeren Wassertiefe nicht erforderlich. Vom gesamten Volumenstrom eines Fließgewässers 7 wird nur der nutzbare Volumenstrom 33 für die Gewinnung von Energie genutzt. Das hier beschriebene Verfahren wird als "Teilstromnutzung von Fließgewässern" bezeichnet.

[0059] Bei Niedrigwasser wird die Wasserkraftmaschine 1 im Aufstaubetrieb 30 (siehe Figur 9) betrieben; die erzeugte Leistung ist niedriger als bei Betrieb am MPP, der erhöhte Fließwiderstand erhöht den Wasserspiegel. Dies ermöglicht Wasserlebewesen, vorrangig Fischen, einen Überlebensraum während der Niedrigwasserphasen, in denen sie sonst verenden würden. Bei Platzregen kann die Wasserkraftmaschine 1 zunächst in den Durchlassbetrieb 29 versetzt werden, um den Wasserpegel abzusenken. Bei Eintreffen des Wasserschwalles wird die Anlage in den Aufstaubetrieb 30 versetzt, damit die Flutwelle erst nach Füllung des Puffervolumens verzögert und gedämpft weitergeleitet wird.

Bezugszeichenliste

[0060] 

1

Wasserkraftmaschine

2

Wasserrad

3

Kernkörper

4

Schaufeln

5

Abstandshalter

6

Grund/Gewässersohle

7

Gewässer

8

Einsatzort

9

Energiewandler

10

erster Auftriebskörper

11

Abstand

12

Auflagekante

13

Lagerung

14

Einlaufseite/Einlauf

15

zweiter Auftriebskörper

16

Verankerungspunkt/Verankerung

17

Mantelfläche

18

Zwischenscheibe

19

a) erste Seitenscheibe

b) zweite Seitenscheibe

20

Lasche

21

Öffnung

22

Zahnkranz

23

Zahnradgetriebe

24

Fläche

25

a) radiale Biegekante

b) axiale Biegekante

26

Befestigungsbereich

27

Zahnrad

28

Leistungsmaximum

29

Durchlassbetrieb

30

Aufstaubetrieb

31

Nutzbreite

32

Durchgangsbreite

33

nutzbarer Volumenstrom

34

frei durchfließender Volumenstrom

MW

mittlerer Wasserstand

Ansprüche

1. Wasserkraftmaschine (1) mit

- einem Wasserrad (2), wobei das Wasserrad (2) einen Kernkörper (3) und eine Vielzahl an Schaufeln (4) umfasst,

- wenigstens einem Abstandshalter (5), der einen Mindestabstand zwischen dem Wasserrad (2) und einem Grund (6) eines Gewässers (7) an einem Einsatzort (8) der Wasserkraftmaschine (1) definiert, und

- einem Energiewandler (9) zur Verarbeitung der Rotationsenergie des Wasserrads (2)

dadurch gekennzeichnet,
dass der Kernkörper (3) des Wasserrads (2) einen ersten Auftriebskörper (10) umfasst, wobei der erste Auftriebskörper (10) und der Abstandshalter (5) derart dimensioniert sind, dass die Wasserkraftmaschine (1) bei einem mittleren Wasserstand (MW) am Einsatzort (8), an dem die Wasserkraftmaschine (1) bei bestimmungsgemäßem Gebrauch angeordnet ist, auf dem Grund (6) des Gewässers (7) aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands (MW) schwimmfähig ist.

2. Wasserkraftmaschine (1) gemäß dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper (3) einen polygonförmigen Querschnitt, vorzugsweise mit wenigstens 12 Mantelflächen (17), aufweist.

3. Wasserkraftmaschine (1) gemäß dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernkörper (3) durch Biegen, insbesondere Abkanten, eines oder mehrerer Bleche hergestellt ist.

4. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Auftriebskörper (15), der vorzugsweise an einem Einlauf (14) des Wasserrads (2) angeordnet ist.

5. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) des Wasserrads (2) trapezförmig sind.

6. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) des Wasserrads (2) wenigstens eine radiale Biegekante (25a) aufweisen.

7. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) des Wasserrads (2) wenigstens eine axiale Biegekante (25b) aufweisen.

8. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) des Wasserrads (2) wenigstens eine Lasche (20) zur formschlüssigen Verbindung mit dem Kernkörper (3) aufweisen.

9. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (2) eine erste Seitenscheibe (19a), eine zweite Seitenscheibe (19b) und wenigstens eine Zwischenscheibe (18) aufweist, wobei eine Vielzahl von Schaufeln (4) sowohl zwischen der ersten Seitenscheibe (19) und der Zwischenscheibe (18) als auch zwischen der zweiten Seitenscheibe (19) und der Zwischenscheibe (18) angeordnet ist.

10. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auftriebskörper (10) und/oder der zweite Auftriebskörper (15) mit einem Material gefüllt ist, das eine geringere Dichte als Wasser aufweist, mit einem oder mehreren Hohlkörpern gefüllt ist und/oder luftdicht ausgebildet ist.

11. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (2) und der Energiewandler (9) über ein mehrstufiges Zahnradgetriebe (23) miteinander verbunden sind.

12. Wasserkraftmaschine (1) gemäß dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnradgetriebe (23) mehrere Zahnräder (27) aufweist, die aus Kunststoff hergestellt sind, insbesondere in einem 3D-Druck- oder Spritzgussverfahren.

13. Wasserkraftmaschine (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Wasserräder (2), die mit einem gemeinsamen Getriebe (23, 28) verbunden sind.

14. Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftmaschine (1), die ein Wasserrad (2), wenigstens einen ersten Abstandshalter (5), einen ersten Auftriebskörper (10) und einen Energiewandler (9) umfasst, wobei

- ein Einsatzort (8) der Wasserkraftmaschine (1) in einem Gewässer (7) identifiziert wird,

- ein mittlerer Wasserstand (MW) am Einsatzort (8) ermittelt wird, und

- der erste Auftriebskörper (10) und der Abstandshalter (5) derart dimensioniert werden, dass die Wasserkraftmaschine (1) bei dem mittleren Wasserstand (MW) am Einsatzort (8) auf dem Grund (6) des Gewässers (7) aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands (MW) schwimmt.

15. Verwendung einer Wasserkraftmaschine (1), insbesondere einer Wasserkraftmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, an einem Einsatzort (8) in einem Gewässer (7) mit einem definierten mittleren Wasserstand (MW), wobei ein erster Auftriebskörper (10) und ein Abstandshalter (5) der Wasserkraftmaschine (1) derart dimensioniert werden, dass die Wasserkraftmaschine (1) bei dem mittleren Wasserstand (MW) am Einsatzort (8) auf dem Grund (6) des Gewässers (7) aufliegt und bei einem Wasserstand oberhalb des mittleren Wasserstands (MW) schwimmt.

Zeichnung