Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit vertikaler Drehachse und mit einer Betonspirale, insbesondere eine hydraulische Turbine, Pumpe oder Pumpturbine.

Als allgemeiner Stand der Technik wird auf die DE 10 2005 026 331 AI verwiesen, die sich mit einer verwandten Problematik beschäftigt. Bei gattungsgemäßen hydraulischen Maschinen wird ein Laufrad mit vertikaler Drehachse von einer Betonspirale umschlossen. Zwischen Laufrad und Betonspirale ist der sogenannte Traversenring angeordnet, welcher ein oberes und ein unteres Traversenringdeck umfasst, zwischen welchen die Traversen verlaufen. Die Traversen lenken den Wasserstrom und können auch als Zuganker dienen, um eine Aufweitung des durch die beiden Traversenringdecks gebildeten Wasserkanals durch den Druck des durchströmenden Wassers zu verhindern. Außerdem tragen die Traversen gewöhnlich wenigstens zum Teil die Last des oberhalb der Turbine angeordneten Generators bzw. Motorgenerators. Das obere Deck des Traversen rings dient ferner als Führung des Turbinendeckels. Bei hydraulischen Maschinen mit Betonspirale werden die Druckkräfte zum großen Teil vom Beton aufgenommen, was zu Deformationen der Betonstruktur führt. Diese Deformation würde dazu führen, dass sich der Beton vom oberen Deck des Traversen rings abhebt. Dadurch kann das obere Deck des Traversen rings nicht mehr die Aufgabe der Führung des Turbinendeckels zufriedenstellend erfüllen. Um das Abheben zu verhindern, wurden im Stand der Technik aufwändige Sondermaßnahmen getroffen, wie z.B. das Verbinden des oberen Traversenringdecks mit dem angrenzenden Beton mittels vorgespannter Anker.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, die genannten Probleme auf kostengünstigere Weise zu beheben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße hydraulische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen hydraulischen Maschine ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.

Der Erfinder hat erkannt, dass das Abheben des Betons vom oberen Traversenringdeck nicht generell von übel ist. Schädlich ist vielmehr nur die mit dem Abheben verbundene Positionsveränderung des oberen Traversenringdecks senkrecht zur axialen Richtung. D.h. ein Abheben des Betons, welches nur in axialer Richtung erfolgt, während die Position des oberen Traversenringdecks senkrecht zur axialen Richtung unbeeinflusst bleibt, wäre unschädlich. Der Erfinder hat erkannt, dass ein solches Verhalten durch die Verwendung kleiner horizontal angeordneter Anker sichergestellt werden kann, welche eine Ummantelung mit elastischen Material aufweisen und eine Verbindung zwischen dem oberen Traversenringdeck und dem Beton schaffen, die in radialer und tangentialer Richtung die Kräfte übertragen kann und damit die Position senkrecht zur axialen Richtung gewährleistet, während in axialer Richtung ein ungehindertes Abheben des Betons erlaubt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 Anordnung der erfindungsgemäßen Zuganker in einer ersten

Ausführungsform;

Figur 2 Perspektivische Darstellung Anordnung aus Figur 1 Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung in einer ersten Ausführungsform. Mit 1 ist das obere Traversen ringdeck bezeichnet. Figur 1 zeigt dabei nur einen kleinen Ausschnitt der gesamten Anordnung mit einem einzelnen horizontal angeordneten Zuganker, welcher mit 3 bezeichnet ist. Der Zuganker ist oberhalb des oberen Traversenringdecks 1 angeordnet und über eine Traverse, welche mit 2 bezeichnet ist, mit dem Traversenringdeck 1 verbunden. Die Traverse 2 durchsetzt das obere Traversenringdeck 1. Genauso gut könnte der horizontale Zuganker 3 an einem Blech oder einem sonstigen geeigneten Verbindungsmittel mit dem Traversenringdeck 1 verbunden sein. Der horizontale Zuganker 3 erstreckt sich von der Traverse 2 lateral und endet an beiden Enden mit Vorsprüngen, wovon einer mit 6 bezeichnet ist. Die obere Fläche des Traversenringdecks 1 ist mit 5 bezeichnet. Im eingebauten Zustand wird der Raum oberhalb der Fläche 5 mit Beton ausgegossen, welcher auch die angrenzende Spirale formt. D.h. der Beton oberhalb der Fläche 5 und der Beton der Spirale bilden einen einzigen Betonkörper. Der Zuganker 3 ist entlang einem Teil seiner lateralen Ausdehnung mit einem elastischen Material ummantelt, welches mit 4 bezeichnet ist. Der Zuganker ist durch die Vorsprünge 6 an den Enden fest mit dem umgebenen Beton verbunden. Das elastische Material 4, wird durch den eingegossenen Beton nur teilweise zusammengepresst. Dadurch kann der Zuganker 3 nachdem der Beton erstarrt ist, noch in axialer, d.h. in vertikaler Richtung der Figur 1 verbogen werden, wenn der Beton von der Fläche 5 abhebt. Dabei wird das elastische Material 4 auf der unteren Seite des Zugankers 4 weiter zusammengepresst. Eine Bewegung in lateraler Richtung wird durch die in den Beton eingebetteten Vorsprünge 6 verhindert. Im Prinzip ist eine Bewegung in die Zeichenebene von Figur 1 hinein oder aus ihr heraus ebenfalls möglich. Da jedoch mehr als nur ein Zuganker verwendet wird, und die Zuganker unterschiedliche Ausrichtung haben (vgl. Figur 2), wird eine Bewegung des oberen Traversenringdecks 1 relativ zum Beton senkrecht zur vertikalen Achse des Laufrades unterbunden, während der Beton in axialer Richtung vom Traversenringdeck 1 abheben kann. Die horizontal angeordneten Zuganker können auch ohne Vorsprünge ausgeführt werden. Die Zuganker sollten dann jedoch eine erhöhte Länge aufweisen, sodass die Ankerlängskräfte über Reibung übertragen werden.

Figur 2 zeigt einen größeren Ausschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung. Dabei werden dieselben Bezeichnungen wie in Figur 1 verwendet. Zusätzlich ist das untere Traversenringdeck mit 7 bezeichnet. Dieses ist mittels vertikaler Zuganker und Bodenplatten mit dem umgebenen Beton verbunden, wobei eine Gruppierung von Bodenplatte und vertikaler Zuganker mit 6 bezeichnet ist. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass eine Vielzahl der horizontalen Zuganker 3 mit unterschiedlicher Ausrichtung verwendet wird. Der in Figur 2 unten dargestellte Pfeil deutet die nach unten gerichtete Schwerkraft an.

Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass anstelle von vertikalen Zugankern wenigstens an einem der Traversenringdecks horizontale Zuganker verwendet werden, die mit einem elastischen Material ummantelt sind. Aus Figur 2 geht hervor, dass die horizontalen Zuganker 3 schwächer ausgelegt werden können als die vertikalen Zuganker in den Gruppierungen 6. Dadurch ergibt sich eine Einsparung von Kosten. Eine Auslegungsrechnung zeigt weiter, dass auch die vertikalen Zuganker in den Gruppierungen 6 schwächer ausgelegt werden können, als im Stand der Technik. D.h. es ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik eine weitere Kosteneinsparung.

Im Prinzip können die erfindungsgemäßen horizontalen Zuganker 3 entweder am oberen oder am unteren oder an beiden Traversenringdecks eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung kann weiter verbessert werden, wenn zwischen dem Traversenringdeck, welches mittels horizontaler Zuganker mit dem Beton verbunden ist, und dem angrenzenden Beton eine Schicht aus elastischem Material angeordnet ist. Diese Schicht wird während dem Ausgießen mit Beton nur teilweise zusammengepresst. Wenn der Beton erstarrt ist, kann der Beton in axialer Richtung vom angrenzenden Traversenringdeck abheben (siehe oben), er kann sich diesem jedoch auch weiter annähern, wobei das elastische Material weiter zusammengepresst wird. Eine solche Annäherung wird z.B. dadurch verursacht, dass das Gewicht des Generators bzw. Motorgenerators, welcher in der Regel oberhalb der Spirale angeordnet ist, diese zusammenpresst. Durch das elastische Material werden die dadurch verursachten Kräfte nur zu einem geringen Teil an das angrenzende Traversenringdeck und auf die Traversen übertragen. Das Gewicht des Generators wird dadurch zum allergrößten Teil durch den Beton der Spirale getragen. Die Traversen werden so nur noch viel geringer auf Druck belastet und können viel schwächer ausgelegt werden, was wiederum Kosten spart. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei der Auslegung der Traversen die hydraulische Wirkung im Vordergrund stehen und die Tragwirkung in den Hintergrund treten kann. So kann sich zusätzlich eine Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades ergeben.