B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserkraftturbine für den Einsatz in einem fließenden Gewässer zur Erzeugung von elektrischem Strom.

Grundsätzlich ist es bekannt, dass Wasserkraftturbinen zur Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt werden. Hierfür weisen bekannte Wasserkraftturbinen eine Turbine und einen damit drehmomentübertragend verbundenen Stromgenerator auf, um aus der Wasserkraft eine Rotation der Turbine und durch die Rotation der Turbine Strom im Generator zu erzeugen. Auch ist es grundsätzlich bekannt, solche Wasserkraftturbinen für den Einsatz in einem fließenden Gewässer auszustatten. So sind beispielsweise in Flüssen Wasserkraftturbinen anordbar, welche dort schwimmend eine Erzeugung von elektrischem Strom zur Verfügung stellen. Bekannte Wasserkraftturbinen weisen dabei Auftriebskörper auf, um die Wasserkraftturbine an der Oberfläche des Wassers zu halten.

Negativ bei bekannten Wasserkraftturbinen ist es, dass die Schwimmlage im Bereich der Oberfläche des fließenden Gewässers mit Nachteilen behaftet ist. So führt eine oberflächennahe Anordnung der Wasserkraftturbine dazu, dass störende Einflüsse und Störfaktoren von der Oberfläche, z. B. Verwirbelungen oder Strudelbildungen, die Effizienz der Stromerzeugung mit der Wasserkraftturbine stören.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Effizienz der Turbine zu steigern.

Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Wasserkraftturbine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Unteransprüchen zur Wasserkraftturbine und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Eine erfindungsgemäße Wasserkraftturbine dient dem Einsatz in einem fließenden Gewässer zur Erzeugung von elektrischem Strom. Hierfür weist die Wasserkraftturbine ein Gehäuse, eine Turbine und einen mit der Turbine drehmomentübertragenden Stromgenerator auf. Darüber hinaus ist eine Ankervorrichtung für die Verankerung der Wasserkraftturbine am Grund des Gewässers vorgesehen, welche an einer Ankerschnittstelle befestigt ist. Eine erfindungsgemäße Wasserkraftturbine zeichnet sich dadurch aus, dass die Ankervorrichtung einen Anker und ein am Anker befestigtes Ankerseil aufweist, welches sich zwischen dem Anker und der Ankerschnittstelle erstreckt. Dabei weist das Ankerseil eine Länge auf, dass sich zwischen dem Ankerseil und dem Grund des Gewässers ein Ankerwinkel einstellt, welcher, insbesondere in Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit des Gewässers, ein Abtauchen der Wasserkraftturbine zum Erreichen eines Kraftgleichgewichts bewirkt.

Eine erfindungsgemäße Wasserkraftturbine ist also ähnlich ausgebildet wie grundsätzlich auch bekannte Wasserkraftturbinen. Sie ist in üblicher Weise mit Auftriebskörpern ausgestattet, um eine definierte Schwimmlage im Wasser zu erzielen. Diese Auftriebskörper können z. B. Teil des Gehäuses sein. Unter einem Gehäuse ist jedoch nicht zwangsläufig ein geschlossener Strömungskanal zu verstehen, wie er später noch erläutert wird. So kann ein Gehäuse auch als Rahmenstruktur ausgebildet werden, um ausschließlich die mechanische Lagerung der einzelnen Bauteile, insbesondere der Turbine, des Stromgenerators und der Ankervorrichtung zu gewährleisten.

Eine erfindungsgemäße Wasserkraftturbine wird ebenfalls von oben in das Gewässer eingesetzt. Das kann z. B. mithilfe eines Krans geschehen. Wird die Wasserkraftturbine in das Wasser abgelassen, so wird sich zwischen der Auftriebskraft aller Bauteile der Turbine und der Gewichtskraft aller Bauteile der Turbine eine Kraftsituation einstellen, die z. B. direkt durch größeren Auftrieb als die Gewichtskraft ausgebildet ist und ein Schwimmen der Wasserkraftturbine erzeugt. Dieses Schwimmen muss jedoch zusätzlich im Kraftgleichgewicht eine Korrelation zur Fließgeschwindigkeit des Wassers mit sich bringen. So ist die Wasserkraftturbine mithilfe der Ankervorrichtung für eine stationäre Anordnung im fließenden Gewässer ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Wasserkraftturbine nicht mit der Strömung mitbewegt werden, sondern stellt sich der Fließkraft des fließenden Gewässers entgegen. Die Ankervorrichtung muss also entsprechend eine Widerstandskraft bzw. eine Zugkraft gegen die Wasserkraft zur Verfügung stellen.

Erfindungsgemäß ist die Ankervorrichtung ausgebildet mit einem Anker oder auch einer Schraube oder einer anderen Vorrichtung für die Befestigung am Grund des Gewässers. Wird die Wasserkraftturbine in das Gewässer eingesetzt, erstreckt sich also das Ankerseil von der eingesetzten und vorzugsweise schwimmenden Wasserkraftturbine nach unten in Richtung des Grundes des Gewässers. Es stellt sich damit, durch die Länge des Ankerseils vorgegeben, eine geometrische Korrelation und damit auch die Ausrichtung der Zugkraft, welche durch das Ankerseil der Ankervorrichtung aufgebracht werden kann, ein. Je nach Fließgeschwindigkeit ist auch die Wasserkraft, welche auf die Wasserkraftturbine wirkt, unterschiedlich. Bei größerer Wasserkraft wird die Gegenkraft in Richtung der Wasserkraft vom Zugseil in der geometrischen Korrelation im Schwimmbetrieb der Wasserkraftturbine nicht mehr aufrechterhalten. Dies führt dann dazu, dass die Wasserkraftturbine abtaucht. Das Abtauchen geschieht solange, bis sich ein Kraftgleichgewicht zwischen der Auftriebskraft, der Gewichtskraft, der angreifenden Wasserkraft und der Zugkraft im Ankerseil einstellt. Hierfür verändert sich ausschließlich der Ankerwinkel, welcher sich zwischen dem Ankerseil und dem Grund des Gewässers ausbildet.

Wird sich die Wasserkraft und damit die Fließgeschwindigkeit des fließenden Gewässers ändern, so ändert sich auch die Kraftgleichgewichtskorrelation. Wenn die einzige variable Größe, nämlich die Wasserkraft, steigt, so wird auf diese Weise auch eine größere Gegenkraft als Zugkraft im Ankerseil notwendig sein. Da die Kräfte für den Auftrieb und das Gewicht konstant bleiben, ist der Ausgleich nur durch eine Veränderung der geometrischen Korrelation möglich. Dies führt dazu, dass sich der Ankerwinkel verkleinert, wodurch automatisch die Wasserkraftturbine weiter abtaucht. Verringert sich die Fließgeschwindigkeit im strömenden Gewässer, findet der umgekehrte Vorgang statt. Die Wasserkraft reduziert sich, sodass auch eine reduzierte Korrespondenzkraft in entgegengesetzter Richtung durch die Zugkraft im Ankerseil zur Verfügung gestellt werden muss. Die reduzierte Zugkraft führt zu einem veränderten Kraftgleichgewicht, welches ebenfalls durch eine Veränderung, hier durch eine Vergrößerung des Ankerwinkels, erreicht wird. Mit anderen Worten wird durch eine Zunahme der Fließgeschwindigkeit im fließenden Gewässer der Ankerwinkel sich verkleinern und durch eine Reduktion der Fließgeschwindigkeit im fließenden Gewässer der Ankerwinkel sich vergrößern. Eine Zunahme der Fließgeschwindigkeit entspricht also einem Abtauchen der Wasserkraftturbine, während eine Reduktion der Fließgeschwindigkeit einem Auftauchen der Wasserkraftturbine entspricht.

Dabei kann das Verhältnis zwischen Auftriebskraft und Gewichtskraft so eingestellt werden, dass bei Regulärbetrieb bei üblichen Pegelständen die Wasserkraftturbine sogar an der Oberfläche des fließenden Gewässers angeordnet ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Wasserkraftturbine im Wesentlichen bei allen oder im Wesentlichen allen Einsatzsituationen abtaucht und nicht mehr an der Oberfläche des fließenden Gewässers angeordnet ist. Die Anordnung an der Oberfläche ist ausschließlich dann notwendig, wenn im fließenden Gewässer ein Niedrigwasserpegelstand vorherrscht, bei welchen ein weiteres Absinken unerwünscht wäre, da ansonsten ein Aufsetzen auf dem Grund des Gewässers erfolgen würde.

Durch die Ausbildung in erfindungsgemäßer Weise wird es bei der Wasserkraftturbine möglich, diese mit höherer Effizienz zu betreiben. So wird durch das Aufsteigen der Wasserkraftturbine automatisch und sozusagen in durch die Natur geregelter Weise eine Anordnung der Wasserkraftturbine in einem Strömungsbereich des fließenden Gewässers erreicht, in welchem verbesserte Effizienzbedingungen für die Stromerzeugung bestehen. Insbesondere wird durch das Absinken die Wasserkraftturbine aus einem Störeinflussbereich im Bereich der Oberfläche des fließenden Gewässers herausbewegt. Mögliche an der Oberfläche befindliche Wirbelbildungen oder Strudelbildungen können somit nicht mehr oder nur in geringerer Weise in die Turbine gelangen und damit auch nur geringeren Einfluss oder überhaupt keinen Einfluss mehr auf die Stromerzeugung ausüben.

Eine erfindungsgemäße Wasserkraftturbine ist auch insbesondere unabhängig von jeglichem Pegelstand innerhalb des fließenden Gewässers. So kann der Betrieb der Wasserkraftturbine vorzugsweise unabhängig von dem Pegelstand durchgeführt werden, da selbst in extremen Hochwassersituationen die Wasserkraftturbine tief abtaucht. Dementsprechend ist für die Länge des Ankerseils insbesondere nur eine grundsätzliche Beachtung von Pegelständen notwendig, da das Abtauchen der Wasserkraftturbine nun keinen Fehlerfall mehr darstellt, sondern vielmehr ein erwünschtes Verhalten ist.

Bei dem Anker kann es sich z. B. um einen Schwerkraftanker handeln, welcher durch hohe Gewichtskraft am Grund des Gewässers eine entsprechende Lagerkraft zur Verfügung stellen kann. Der Stromgenerator kann grundsätzlich vor oder nach der Turbine angeordnet sein. Insbesondere sind die Turbine und der Stromgenerator in direkter Weise, also getriebefrei, drehmomentübertragend verbunden.

Unter einer Turbine ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Rotor mit Turbinenschaufeln zu verstehen, welche mit Wasser angeströmt werden. Durch Anstellwinkel zu den Turbinenschaufeln erfolgt durch das Anströmen mit Wasser eine Rotation der Turbine und damit die gewünschte Stromerzeugung im Stromgenerator.

Unter einer Ankerschnittstelle ist im Sinne der vorliegenden Erfindung z. B. ein mechanischer Lageranschluss zu verstehen, in welchem das Ankerseil eingehängt werden kann. Hierfür können z. B. Ösen oder Karabinerhaken am Gehäuse ausgebildet werden. Auch ist es möglich, dass am Gehäuse eine Seilstruktur angeordnet ist, welche zwischen der Ankerschnittstelle und dem Rest des Gehäuses eine Aufteilung der Kraft ermöglicht. So kann eine Verteilung bzw. eine einfache und vor allem kostengünstige Verschiebung der Ankerschnittstelle hinsichtlich der Relativposition zum Schwerpunkt der Wasserkraftturbine erfolgen.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine die Auftriebskraft der Wasserkraftturbine größer als die Gewichtskraft der Wasserkraftturbine ausgebildet ist. Ohne aktivierte Ankervorrichtung führt dies dazu, dass die Wasserkraftturbine auf der Oberfläche des Gewässers aufschwimmt. Erst durch die bereits erläuterte Korrelation der Länge eines Ankerseils der Ankervorrichtung erfolgt nun das Abtauchen der Wasserkraftturbine. In einem stehenden Gewässer bzw. bei sehr niedriger Fließgeschwindigkeit im fließenden Gewässer schwimmt die Wasserkraftturbine also wieder an der Oberfläche des Gewässers. Durch eine konstruktive Einstellung der Korrelation zwischen Auftriebskraft und Gewichtskraft ist es möglich, eine Grundvorgabe für das Schwimmverhalten und vor allem das Abtauchverhalten der Wasserkraftturbine zur Verfügung zu stellen. Der entscheidende konstruktive Eingriff für die gewünschte Variation unterschiedlicher Schwimmlagen bzw. unterschiedlicher Kennlinien für das Abtauchverhalten wird hier durch die Variation der Länge des Ankerseils zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann durch die erfindungsgemäß ausgebildete Auftriebskraft eine schwimmende Positionierung der Wasserkraftturbine am Einsatzort erfolgen. So ist es möglich, dass die Wasserkraftturbine am Ufer eines fließenden Gewässers eingesetzt und z. B. bis in den Bereich der Flussmitte mit einem Schiff gezogen wird. An diesem Ort in der Mitte des Flusses wird der Anker der Ankervorrichtung versenkt und damit ein stationärer Betrieb der Wasserkraftturbine möglich. Erst durch die Positionierung des Ankers am Grund des Gewässers bildet sich die erfindungsgemäße Wasserkraftturbine aus, sodass sich nun ein Abtauchen der Wasserkraftturbine ergibt.

Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine die Ankerschnittstelle um eine Tiefe unterhalb des Schwerpunkts der Wasserkraftturbine, insbesondere auf oder oberhalb der tiefsten Erstreckung der Wasserkraftturbine, angeordnet ist. Je tiefer die Ankerschnittstelle angeordnet ist, umso höher befindet sich die Wasserkraftturbine dementsprechend relativ zur Ankerschnittstelle. Insbesondere bei hohen Fließgeschwindigkeiten führt dies dazu, dass in Richtung des Grundes des Gewässers Raum gewonnen werden kann. Darüber hinaus wird durch diese Anordnung ein Kippmoment erzeugt, welches ebenfalls eine Stabilisierung der Schwimmlage der Wasserkraftturbine zur Verfügung stellt.

Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine die Ankerschnittstelle entgegen der Strömungsrichtung des Gewässers um einen Abstand vor dem Schwerpunkt der Wasserkraftturbine, insbesondere vor dem Angriffspunkt der Wasserkraft, angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein sogenannter Treibankereffekt bzw. Schleppankereffekt erzielt. Der Hebel, welcher sich zwischen der Ankerschnittstelle und dem Schwerpunkt der Wasserkraftturbine gegen seitliche Auslenkungen ausbildet, wird durch diesen Abstand definiert. Je größer dieser Abstand ausgebildet ist, umso kleinere Kräfte reichen für die Stabilisierung aus. Im Umkehrschluss werden auch große seitliche Einflusskräfte auf den Schwerpunkt der Wasserkraftturbine durch einen vergrößerten Hebel mit großem Abstand vom Schwerpunkt stabilisiert und damit die Schwimmlage der Wasserkraftturbine verbessert.

Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine das Gehäuse einen Strömungskanal für die Strömung des Gewässers aufweist, wobei im Strömungskanal die Turbine angeordnet ist. Ein Strömungskanal ist z. B. als Saugkanal bzw. als Saugmantel durch das Gehäuse ausgebildet. Zum Beispiel kann der Einlassquerschnitt des Gehäuses und damit des Strömungskanals kleiner als der gegenüberliegende Auslassquerschnitt für den Auslass der Wasserströmung ausgebildet sein. Damit ergibt sich eine Diffusorwirkung, die sozusagen hinter der Turbine durch einen Saugeffekt mögliche Verwirbelungen hinter der Turbine vermeidet. Auch können im Strömungskanal seitliche Unterstützungsschlitze vorgesehen sein, welche zur Strömungsunterstützung vor der Turbine, an der Turbine, aber insbesondere der Turbine nachgeordnet dienen. Sie dienen dazu, von der Außenseite des Saugmantels strömendes Wasser in den Saugmantel einzuleiten, um durch unterstützte Strömung hinter der Turbine eine wirbelfreie Abfuhr des strömenden Gewässers zur Verfügung zu stellen.

Ebenfalls von Vorteil ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine das Ankerseil eine Variationsvorrichtung für die Variation der Länge des Ankerseils aufweist. Damit kann kostengünstig und einfach eine Einstellung der Länge des Ankerseils vor Ort, in besonderen Einsatzsituationen sogar innerhalb des Einsatzes im fließenden Gewässer, erfolgen. Die Variationsvorrichtung kann z. B. eine Variation einer Kettenlänge mit unterschiedlichen Karabinerhaken sein. Auch ist es möglich, dass eine aktivierbare Variationsvorrichtung innerhalb des Gewässers eine Variation der Länge des Ankerseils während des Betriebs ermöglicht. Da die Länge des Ankerseils sozusagen die Kennlinie des Auf- und Abtauchverhaltens der Wasserkraftturbine vorgibt, kann durch die Variationsvorrichtung direkt die Länge des Ankerseil und auf diese Weise indirekt die Kennlinie für das Abtauch- und das Auftauchverhalten der Wasserkraftturbine variiert werden.

Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine die Länge des Ankerseils ausgebildet ist, um bei Niedrigwasserstand die Wasserkraftturbine an der Oberfläche des Gewässers zu halten. Wie bereits erläutert worden ist, soll mit hoher Sicherheit ein Aufsetzen der Wasserkraftturbine am Grund des Gewässers vermieden werden. Dies wird durch Verlängerung des Ankerseils dahingehend erzielt, dass sich nun ein Ankerwinkel ausbildet, welcher bei mit Niedrigwasserstand korrelierender Fließgeschwindigkeit ein Aufschwimmen der Wasserkraftturbine an der Oberfläche mit sich bringt. Damit wird ein Aufsetzen auf den Grund und damit ein Versinken im Grundsediment am Grund des Gewässers vermieden. Trotzdem wird sichergestellt, dass bis zum Trockenfallen bei einem minimalen Pegelstand noch eine ausreichende Leistungsabgabe bei der Stromerzeugung erzielbar wird.

Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine der Ankerwinkel in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers zwischen ca. 30° und ca. 5°, insbesondere zwischen ca. 17° und ca. 9°, variiert. Dies sind besonders bevorzugte Ankerwinkel, da sie insbesondere im Bereich zwischen ca. 5° und ca. 9° eine zusätzliche automatische Stabilisierung ausbilden. Je geringer der Ankerwinkel ausgebildet sein wird, umso größer ist der Einfluss von auch kleinen Änderungen des Ankerwinkels auf die Kraftgleichgewichtssituation. So werden insbesondere geringe Ankerwinkel dazu führen, dass im abgetauchten Zustand eine höhere Stabilität vorherrscht. Auslenkungen hinsichtlich der Schwimmtiefe der Wasserkraftturbine führen bei geringen Ankerwinkeln dementsprechend zu starken Veränderungen der Kraftsituation, sodass hohe Rückstellkräfte ein schnelles und sicheres Erreichen der Kraftgleichgewichts zur Verfügung stellen.

Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine die Ankervorrichtung eine Anhebehilfe, insbesondere am Gehäuse, für ein aktives Anheben der Schwimmlage der Wasserkraftturbine aufweist. Dabei kann es sich z. B. um ein mit einer Boje versehenes zusätzliches Anhebekabel handeln. Dieses ist z. B. am Gehäuse vorgesehen, sodass trotz abgetauchter Turbine eine Boje an der Oberfläche des fließenden Gewässers die Position der Wasserkraftturbine anzeigt. Zum Anheben der Wasserkraftturbine kann z. B. mithilfe eines Krans an der Boje die Anhebehilfe befestigt werden. Durch ein Anheben vorzugsweise zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des fließenden Gewässers wird nun ein Auftauchen der Wasserkraftturbine erzwungen. In der nun aufgetauchten Wasserkraftturbine kann eine Wartung stattfinden. Auch kann durch weiteres Anheben mit einem Kran ein Entfernen der Wasserkraftturbine aus dem fließenden Gewässer erfolgen.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine das Gehäuse wenigstens eine Anströmfläche mit einem Anstellwinkel zur Strömungsrichtung des Gewässers für eine Krafteinwirkung quer zur Strömungsrichtung aufweist. Eine solche Anströmfläche kann z. B. durch Flügelflächen gebildet werden. Solche Flügelflächen oder auch an der Oberseite angeordnete Anströmflächen können eine zusätzliche Krafteinwirkung auf die bereits bestehende Kraftgleichgewichtssituation ausbilden. Insbesondere können sie dazu dienen, die Stabilisierung der Wasserkraftturbine hinsichtlich ihrer Schwimmlage im fließenden Gewässer zu verbessern. Anströmflächen, welche insbesondere an der Oberseite der Wasserkraftturbine ausgebildet sein können, können auch der Abwehr von Treibgut in oberflächennahen Schwimmlagen dienen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine,

Fig. 2 die Ausführungsform der Fig. 1 in einem ersten stationären Zustand,

Fig. 3 die Ausführungsform der Fig. 1 und 2 in einem zweiten stationären Zustand,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine in zwei unterschiedlichen Zuständen,

Fig. 5a eine Darstellung des Kraftgleichgewichts im stationären Zustand und

Fig. 5b eine Darstellung eines veränderten Kraftgleichgewichts.

In Fig. 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wasserkraftturbine 10 dargestellt. Diese weist ein Gehäuse 20 auf, wobei dieses Gehäuse 20 mit einem Strömungskanal 22 in Diffusorbauart ausgebildet ist. Im Strömungskanal 22 ist eine Turbine 30 mit Turbinenschaufeln angeordnet. Den Turbinenschaufeln der Turbine 30 nachgeordnet ist getriebefrei und drehmomentübertragend ein Stromgenerator 40 mit der Turbine 30 verbunden.

Der Fig. 1 ist ebenfalls zu entnehmen, dass am Schwerpunkt S der Wasserkraftturbine 10 eine Auftriebskraft A und eine Gewichtskraft G angeordnet sind. Durch die Pfeillänge ist die jeweilige Größe zu erkennen, sodass bei dieser Ausführungsform der Wasserkraftturbine 10 eine höhere Auftriebskraft A im Vergleich zur Gewichtskraft G besteht.

Auch ist bei dieser Ausführungsform ein Auftriebskörper 26 an der Oberseite des Gehäuses 20 angeordnet. Darüber hinaus ist eine Anströmfläche 24 vorgesehen, welche auch ein Abweisen von Treibgut bei oberflächennahem Betrieb der Wasserkraftturbine 10 zur Verfügung stellt.

Ebenfalls gut zu erkennen ist eine Ankerschnittstelle 52, welche durch zwei seilartige Verbindungen mit dem Gehäuse 20 bzw. einem Vorbau vor dem Gehäuse 20 verbunden ist. Die Lage der Ankerschnittstelle 52 ist um eine Tiefe T unterhalb des Schwerpunkts S versetzt. Gleichzeitig ist die Ankerschnittstelle 52 um einen Abstand B entgegen der Strömungsrichtung R vor dem Schwerpunkt S angeordnet. An der Ankerschnittstelle 52 ist das Ankerseil 56 der Ankervorrichtung 50 angeordnet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei unterschiedliche Schwimmsituationen. Wird die Wasserkraftturbine 10 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in das Gewässer 100 an der Wasseroberfläche 120 eingesetzt, so bildet sich eine Kraftsituation in Relation zur Wasserkraft W aus, wie sie nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 5a und 5b zusätzlich erläutert wird, in welcher Kraftvektoren dargestellt sind.

Die Wasserkraft W kann aufgrund der rein vertikalen Wirkung von Auftriebskraft A und Gewichtskraft G ausschließlich durch eine entsprechende Ausbildung einer Zugkraft Z in der Ankervorrichtung 50 aufgefangen werden. Dies ist in Fig. 5a dargestellt, wobei die Auftriebskraft A und die Gewichtskraft G konstant ausgebildet sind. Um im Kraftgleichgewicht zu bleiben, teilt sich die Zugkraft Z, welche durch die Richtung des Ankerseils 56 vorgegeben ist, in die zwei Komponenten der Zugkraft in X-Richtung Zx und der Zugkraft in Y-Richtung Zy auf. Ist die Summe aller Kräfte A, G, Zy, Zx und W gleich Null, so befindet sich die Wasserkraftturbine 10 in der stationären Position. Eine solche stationäre Position zeigen die Fig. 2 und 3.

Ändert sich durch eine Variation der Fließgeschwindigkeit des Gewässers 100 nun die Wasserkraft W, so kann sich diese z. B. vergrößern, wie dies Fig. 5b zeigt. Eine vergrößerte Wasserkraft W wird hier durch einen längeren Kraftvektor für die Wasserkraft W dargestellt. Die einzige Kraftkomponente, welche dieser Vergrößerung der Wasserkraft W entgegenwirken kann, ist die Zugkraft in X-Richtung Zx, wie dies ebenfalls die Fig. 5b zeigt. Da jedoch sämtliche anderen Kräfte, insbesondere die Kraft in Y-Richtung Zy, vorgegeben sind, kann die Vergrößerung der Zugkraft in X-Richtung Zx nur durch eine Veränderung der Ankerwinkels α stattfinden. Dies führt also dazu, dass durch eine Vergrößerung der Wasserkraft W auf Basis einer vergrößerten Fließgeschwindigkeit des Gewässers 100 die Reduktion des Ankerwinkels α stattfindet. Die Fig. 5a stellt also z. B. das Kraftgleichgewicht gemäß Fig. 2 dar, während die Fig. 5b das veränderte Kraftgleichgewicht gemäß Fig. 3 darstellt. In den Fig. 2 und 3 ist darüber hinaus eine Anhebehilfe 51 zu erkennen, welche am Gehäuse 20 befestigt ist. Über eine Bergeboje ist auch die Position der Anhebehilfe 51 und indirekt auch der Wasserkraftturbine 10 zu erkennen. Beim Anker 54 dieser Ankervorrichtung 50 handelt es sich um einen Schwerkraftanker am Grund 1 10 des Gewässers 100. Gut zu erkennen ist hier auch die Länge L des Ankerseils 56.

In Fig. 4 ist schematisch die Wirkung einer Variationsvorrichtung 58 dargestellt. So ist hier eine aktive Variationsvorrichtung 58 vorgesehen, welche während des Betriebs der Wasserkraftturbine 10 eine Reduktion der Länge L des Ankerseils 56 durchführen kann. Im abgetauchten Zustand wird also bei einer Wasserkraft W in Strömungsrichtung R der stationäre Zustand der Wasserkraftturbine 10 im Kraftgleichgewicht erreicht. Um ein Auftauchen zu erzwingen, ohne dass sich die Fließgeschwindigkeit und damit die Wasserkraft W ändert, kann hier die Länge L des Ankerseils 56 durch die Variationsvorrichtung 58 vergrößert werden.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

B ez u g s ze i c h e n l i s te

10 Wasserkraftturbine

20 Gehäuse

22 Strömungskanal

24 Anströmfläche

26 Auftriebskörper

30 Turbine

40 Stromgenerator

50 Ankervorrichtung

51 Anhebehilfe

52 Ankerschnittstelle

54 Anker

56 Ankerseil

58 Variationsvorrichtung

100 Gewässer

110 Grund

120 Oberfläche

A Auftriebskraft

G Gewichtskraft

R Strömungsrichtung des Gewässers

W Wasserkraft

Z Zugkraft im Ankerseil

Zx Zugkraft in X-Richtung

Zy Zugkraft in Y-Richtung

L Länge des Ankerseils

T Tiefe der Ankerschnittstelle

B Abstand der Ankerschnittstelle

S Schwerpunkt der Wasserkraftturbine

α Ankerwinkel