1. Vorwort

Die Lehre der vorliegenden Anmeldung betrifft die Weiterentwicklung der bisherigen Technologie zur Energiegewinnung mit autarken Wasserkraftanlagen (PCT/DE2016/000057; publiziert als WO 2017 / 054791 A1) um neue Anlagen, welche in der Folge als Typ 2.2, Typ 3.2, Typ 4.2 und Typ 5.2 bezeichnet werden.

Wie bei der bisherigen Technologie besteht der Unterschied der erfindungsgemäßen Anlagen in deren Leistungsfähigkeit derart, dass der Typ 2.2 für Kleinanlagen, der Typ 3.2 für kleine Städte und Kleinindustrie, der Typ 4.2 für mittlere Großstädte bis 750.000 Einwohner oder aber für die Großindustrie konzipiert wurde. Der neue Typ 5.2, der kein Pendant in der bisherigen Technologie hat, ist insbesondere geeignet für mittlere Wohngebäude und Industriegebäude mit verschiedenen Bauhöhen.

2. Einleitung

Als Ergebnis der vorteilhaften und in sich stimmigen Kombination von Einzelgruppen ergibt sich ein hoher und kostenfreier Energiegewinn, der in Anlehnung an die Windkraft letztlich nur über die Schwerkraft der Lufthülle, durch den atmosphärischen Luftdruck von ca. 1 ,0 bar erzeugt wird.

Der Vorteil liegt vor allem darin, dass der Luftdruck nicht wie bei der Gewinnung von Wind - und Sonnenenergie von ständig wechselnden Bedingungen abhängig l ist, sondern dass die Lufthülle mit ihrem Gewicht permanent und nahezu konstant dem System an 24 Stunden bei Tag und bei Nacht zur Verfügung steht.

Die Wirkweise des Systems ist denkbar einfach, die Technik über Jahrzehnte ausgereift und überall einsetzbar. Aufgrund der physikalischen und praxisbezogenen Eindeutigkeit, kann einer Anerkennung nichts im Wege stehen.

Im Wesentlichen besteht das System aus drei Hauptgruppen: einem Wasserfördersystem mit hocheffizienten Pumpaggregaten, einer Wasserheberanlage mit der kostenlosen Nutzung des Luftdrucks sowie der Zuführung des Wasserstroms zu einem selbsterklärenden Rohrturbinensystem, welches die Wasserkraft über einen Generator-Transformator-Block zur

Erzeugung der Energie für den Eigenstrom und für den Energiegewinn zur Einspeisung in das Stromnetz zur Verfügung stellt.

Im Einzelnen enthält die autarke Wasserkraftanlage der vorliegenden Erfindung mindestens je eine der folgenden Komponenten: (i) Unterbecken (1 ) für Wasser,

(ii) Oberbecken (2) für Wasser,

(iii) Heberleitung (3) zwischen Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei die Heberleitung (3) einen Zufluss-Heberleitungsabschnitt (4), einen zu diesem gehörigen Zufluss-Stutzen (5), einen Abfluss-Heberabschnitt (6), einen zu diesem gehörigen Abfluss-Stutzen (7), und einen Verbindungsabschnitt (8) zwischen Zufluss- und Abfluss-Heberleitungsabschnitt,

(iv) Vakuumpumpe (9) im Verbindungsabschnitt (8),

(v) Turbine (10), wobei der Zufluss der Turbine mit Abfluss-Stutzen (7) verbunden ist, der Abfluss der Turbine ins Unterbecken (1) erfolgt und die Turbine mit einem Generator (11 ) und mit einem Getriebe (23) verbunden ist,

(vi) Propellerpumpe (12) oder Kreiselpumpe (36) zur Rückführung von Wasser von Unterbecken (1) zu Oberbecken (2), und

(vii) im Unterbecken (1) angeordneter und der Turbine (10) nachgelagerter Absperrschieber (13) mit nachgelagertem Saugrohr (25). Der Flöhenunterschied zwischen Oberbecken (2) und Unterbecken (1) sowie die Pumpenart müssen so gewählt werden, dass für die Rückführung des Wassers zum Oberbecken (2) der optimale Betriebspunkt und die damit optimierte Pumpleistung erreicht wird, um den diesbezüglichen Eigenstrombedarf so gering wie möglich zu halten.

Beschreibung der Zeichnungen:

Figur 1/10 zeigt eine schematische Seitenansicht des Typs 2.2

Figur 2/10 zeigt eine Perspektivansicht des Typs 3.2 Figur 3/10 zeigt eine Perspektivansicht des Typs 4.2

Figur 4/10 zeigt den Typ 4.2 aus der Vogelperspektive

Figur 5/10 zeigt den Teil der Anlagen Typ 2.2 bis 4.2, der der Evakuierung / Entlüftung deren Fleberleitung(en) dient

Figur 6/10 zeigt die Betriebsweise 4a) des Anlagenteils aus der Figur 5/10 (Evakuierung / Entlüftung ausschließlich über Vakuumpumpe (9))

Figur 7/10 zeigt die Betriebsweise 4b) des Anlagenteils aus der Figur 5/10 (Evakuierung / Entlüftung über Pumpe (14) und anschließend Vakuumpumpe (9))

Figur 8/10 zeigt eine Perspektivansicht des an einem Gebäude angebrachten Anlagen-Typs 5.2 Figur 9/10 zeigt ein Messgerät (37) mit Kraftmesser (38) und die graphischen Drucklinien der Strahlkraftmessung einer Nadeldüse (39) und einer Flachstrahldüse (40)

Figur 10/10 zeigt eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel (41) mit einer Flachstrahldüse (42) in 3-dimensionaler Darstellung. Nachfolgend werden die einzelnen Anlagenteile in deren Funktion bzw. deren Aufgaben kurz beschrieben.

3. Beschreibung

Die Wirkungsweise der hiermit zu patentierenden Anlagen ist als ein zur Umgebungsluft bzw. zum Luftdruck (24) offener Kreislauf unter Ausnutzung des Gewichtes der Lufthülle mit ca. 10 N (Newton) je cm ² (ca. 1 bar) als Antriebskraft auf der einen Seite und der Schwerkraft des Wassers auf der anderen Seite zu verstehen. Zu beachten ist, dass sich ein offener Kreislauf von einem geschlossenen Kreislauf in der Weise unterscheidet, dass ein geschlossener, hermetisch gekapselter Kreislauf nach dem Energieerhaltungssatz - ohne die Nutzung des Luftdrucks (24) - keine Energiegewinnung zulässt. Bezogen auf die Anlagen vom Typ 2.2 bis 5.2 kommt es beim offenen Kreislauf unter Luftdruck- Bedingungen lediglich darauf an, einen großen Höhenunterschied zwischen dem Oberbecken (2) und dem Unterbecken (1) zu erzeugen und die Höhe (26) der Heberleitung (3) über dem Wasserspiegel (31) des Oberbeckens (2) zu maximieren, so dass ein möglichst großer Höhenunterschied (26) und somit eine große Fallhöhe (20) zur Turbine (10) entsteht. Der Vorteil gegenüber anderen ökologischen Methoden zur Energiegewinnung, wie z.B. bei Flusskraftwerken, die von Natur aus in der Fallhöhe begrenzt sind, liegt in der variablen Möglichkeit, die Fallhöhe (20) und die Beckengrößen (1)/(2) durch eine Typ-Auswahl an die örtlichen Gegebenheiten anzupassen. Je größer die Fallhöhe (20) ist und je größer die Rohrinnendurchmesser sind, desto mehr Wasser kann im gleichen Zeitraum durch das System fließen und desto mehr Energie kann erzeugt werden. Die Fallhöhe (20) liegt je nach Anlagentyp im Bereich von 5,00 m bis 30,00 m, bevorzugt von 9,00 m bis 18,00 m, besonders bevorzugt von 10,00 bis 16,00 m. In den bevorzugten Ausführungsformen Typ 2.2, Typ 3.2, Typ 4.2 und Typ 5.2 beträgt die Fallhöhe 12,50 m, 12,90 m, 15,30 m, bzw. 10,00 m. Somit ist über den Luftdruck (24) eine äußere Kraft wirksam. Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik wird nicht verletzt; das System ist somit kein Perpetuum Mobile, was durch zahlreiche Experimente bewiesen wurde.

4. Evakuierung / Entlüftung der Heberleitung (3)

Voraussetzung für den reibungslosen und synchron mit allen Pumpen funktionierenden Betrieb der Heberanlage (3) ist, dass vor Entlüftung und Inbetriebnahme der Heberanlage der elektrische Absperrschieber (13) am abfallenden Abfluss-Heberleitungsabschnitt (6) vor dem Ausgang der Turbine (10) im Unterbecken (1) über das Computer-Management verschlossen wird. Des Weiteren muss die Heberleitung (3) vollständig entlüftet werden. Zur Entlüftung einer Heberleitung von über 8,50 m Höhe (26) wird ein zusätzlicher Arbeitsschritt benötigt, weil die praktische Saughöhe von Vakuumpumpen (9) damit deutlich überschritten würde. Für die Entlüftung der Heberleitung (3) stehen zwei Varianten 4a und 4b zur Verfügung:

4a) Die Entlüftung der gesamten Luft innerhalb des Leitungssystems erfolgt unter der Voraussetzung, dass sich der konisch nach außen geformte Stutzen (5) des Zufluss-Heberabschnitts (4) im Oberbecken (2) ständig unterWasser befindet und ein Lufteintritt ausgeschlossen ist. Das heißt, dass Management aktiviert nach dem Schließen des Absperrschiebers (13) das Pumpenmanagement zur Wasserförderung, so dass im Oberbecken (2) für die Entlüftung über einen Sensor (32) ein konstanter Wasserspiegel (31) generiert und permanent reguliert werden kann. Während des Entlüftungsprozesses wird das Wasser im Zufluss- Heberabschnitt (4) ab einer Steighöhe (21) über den oberen Verbindungsabschnitt (8) zwischen Zufluss- und Abfluss-Heberleitung in den Abfluss-Heberabschnitt (6) laufen und diesen auffüllen. Besagte Steighöhe (21) beträgt z.B. 5,96 m beim Anlagentyp 4.2 (sich ergebend aus Höhe (26) von 8,50 m abzüglich 2,54 m für den inneren Rohrdurchmesser des oberen Verbindungsabschnitts (8)). Der geschlossene Schieber (13) verhindert den Abfluss in das Unterbecken (1). Aufgrund der im Leitungs-System befindlichen Luft wird der Wasserspiegel während der Evakuierung im Abfluss-Heberabschnitt (6) ungehindert steigen können, so dass durch das überlaufende Wasser und die Vakuumentlüftung selbst die vollständige Entlüftung der gesamten Heberleitung (3) möglich wird. Das aufzufüllende Wasser kommt in der Variante 4a aus dem Oberbecken (2).

4b) In der zweiten Variante kommt bei gleichfalls geschlossenem Absperrschieber (13) eine externe Kreiselpumpe (14) zum Einsatz, die das Unterbecken-Wasser (29) in die Heberleitung (6) bis zur Unterkante des Übergangsstücks (8) und bis zum Sensor (15) zur Begrenzung des Wassermengenbereichs (22) fördert. Somit kann das Wasser bei noch ausgeschalteter Vakuumpumpe (9) nicht über das Übergangsstück (8) in das Oberbecken (2) fließen. Der Vorteil dieser Variante liegt in der verkürzten Evakuierungszeit; der Nachteil in den Anschaffungs- und Wartungskosten der Pumpe (14). Die Entlüftung wird komplettiert durch anschließende Sensor- bzw. Management-gesteuerte Abschaltung der Kreiselpumpe (14) und Einschaltung der Vakuumpumpe (9).

Für beide Varianten gilt der abschließende Vorgang: Sobald die Gesamtfüllhöhe (Fallhöhe) von 15,30 m (20) am Beispiel des Typs 4.2 vom unteren Heberleitungsabschnitt mit 6,80 m (27) zum oberen Abschnitt mit 8,50 m (26) bis zur inneren Oberkante der Verbindung (8) erreicht ist, gibt der Schwimmer (16) oder ein Wasserpegelsensor (16) ein Signal an das Management, die Vakuumpumpe (9) abzuschalten, so dass sich ohne Verzug der vom Management gesteuerte Vorgang des präzisen Hebens der Absperrschieber (13) zur parallelen und synchronen Leistungserhöhung der Propellerpumpen (12) oder der Kreiselpumpen (36) in Gang setzt. Durch die synchrone Steuerung erhöht sich proportional und stetig der Wasserstrom zur Energieerzeugung - bis zum maximalen Wasserdurchfluss.

Zusammenfassend steuert bzw. regelt der Absperrschieber (13) den Start der Entlüftung von Heberleitung (3) mittels Vakuumpumpe(n) (9), das synchrone Wirken von Heberleitung (3) und Pumpen (9) und (12), oder (9) und (36), den Betrieb der Anlage bei einem Pumpenausfall, den Wasserstrom sowie das Herunterfahren der Anlage. Abschließend eine Bemerkung zur gleichfalls weit verbreiteten Meinung, dass während des laufenden Betriebes der Energieaufwand zur Entfernung der von Zeit zu Zeit im oberen Leitungsabschnitt sich ansammelnden Luftblasen hoch ist und ein Energieaufwand hierfür von maximal 15 kWh am Tag nicht erreicht werden kann. So wurden beispielsweise auf einer historischen Baustelle (Berlin 1927) nachweislich für die „laufende Entlüftung“ des Systems - für 50 Millionen Kubikmeter Wasser, lediglich einige Kilowattstunden benötigt (Mitteilungen der Polytechnischen Gesellschaft 1927, Seite 251). Dass der geringe Energiebedarf von 1927 rund 92 Jahre später noch zusätzlich und erheblich reduziert werden kann, ist wohl unbestritten.

5. Grundsätzliches zu Heberleitungssystemen

Hebersysteme sind sehr effizient, werden aber bis heute im Entwicklungspotential unterschätzt, und somit bleiben die diesbezüglichen Ressourcen weitgehend ungenutzt. Mit den Möglichkeiten der damaligen Vakuumtechnik für die Entlüftung der großen Leitungen sowie für das Halte-Vakuum, konnte das Wasser bei damaligen Bauprojekten um bis ca. 7,50 m und mit der heutigen Technik um bis zu 8,50 m angehoben und anschließend in einen tiefer gelegenen Bereich ohne nennenswerten Energieaufwand transportiert werden.

Der Energieaufwand für die Vakuumpumpe (9) wird damals wie heute lediglich zum Herauspumpen der Luft und für den automatischen Betriebszustand während des Betriebs der Anlage benötigt. Der Stromverbrauch liegt bei diesen Dimensionen und bei modernen Vakuumpumpen während des Betriebs und je nach stationärer oder mobiler Ausführung, heutzutage bei geringen 10 bis 15 kWh in 24 Stunden. Es ist nochmals festzuhalten, dass eine dauerhafte Saugwirkung der Vakuumpumpen (9) nur für die vollständige Entlüftung der Heberleitung (3), bis zum selbstständigen Fließen des Wassers erforderlich ist. Im Weiteren bedarf es lediglich einer automatischen Entlüftung von systembedingt mitgenommen Luftmengen aus der Umgebungsluft, die leichter als Wasser sind und sich grundsätzlich am höchsten Punkt in einem Leitungssystem sammeln.

6. Leistungsbedarf und Leistungsermittlung der Anlage.

Der Heber-Wasserstrom der Anlage wird nach der folgenden Formel ermittelt:

Q = 1,25 x 10 ⁴

Q = Heberstrom in m ³ /h, d = Rohrinnendurchmesser in m, e = H-Geo in m, und d = Summe der Widerstandsbeiwerte von Rohrstrecken, Krümmern, usw.

Nach obiger Formel wurde für die Typen 2.2 bis 5.2 der Heberstrom Q für die geplanten Kennwerte H-Geo und die Rohrinnendurchmesser ermittelt. Es ist natürlich auch möglich, für eine geplante Wassermenge den entsprechenden Rohrinnendurchmesser zu berechnen.

Die Höhe (26) der Zufluss-Heberleitung (4) oberhalb des Wasserspiegels (31 ) des Oberbeckens (2) kann bei reiner Vakuumentlüftung und je nach Geländehöhe (35) im Gebirge mindestens 8,50 m betragen und in Richtung Meereshöhe durch eine weitere Erhöhung an den jeweils vorherrschenden Luftdruck (24) angepasst werden. Weiterhin ist es sinnvoll und energetisch vorteilhaft, dass auch der Heberleitungs-Bereich (34) unterhalb des Wasserspiegels (31 ) bis nahe an den Beckenboden (30) und damit gegen die Heber-Fließrichtung verlängert wird - soweit es die Strömung und die Pumpenanordnung (12) & (36) zulassen. Typischerweise beträgt die Länge (34) des Heberleitungs-Bereichs unterhalb des Wasserspiegels (31 ) 1 - 99 % der dort herrschenden Wassertiefe, bevorzugt 50 - 98%, besonders bevorzugt 75 - 95 %. Mit zunehmender Wassertiefe erhöht sich parallel dazu der Tiefendruck (28), der sich zum atmosphärischen Luftdruck (24) von ca. 1 bar um jeweils weitere ca. 0,1 bar je Meter Wassertiefe addiert. Im Ergebnis würde beispielsweise bei einer Heberleitungstiefe (34) von 6,00 m unter dem Wasserspiegel (31), ein Tiefendruck (28) am Stutzen (5) von ca. 1 ,6 Bar entstehen, der permanent und kostenlos als Druckenergie zur Verfügung steht. Weiterhin ist beispielsweise beim Typ 5.2 der Förderdruck der Wasserpumpe (12) zu berücksichtigen. Dieser beträgt am Pumpenausgang ca. 2,1 bar. Das heißt, auf Höhe des Wasser-Eintrittspunktes in den Zufluss-Heberleitungsabschnitt (4) liegt ein Strömungsdruck der Pumpe von ca. 1 ,75 bar an. Dadurch addiert sich der Gesamtdruck aus dem Schweredruck von 1 ,60 bar plus Strömungsdruck von 1 ,75 bar auf = 3,35 bar, der bereits vor Beginn des eigentlichen Heber-Vorgangs einer Wassersäule von 34,16 Metern entspricht. Der Heberleitungs-Effekt verursacht anschließend, gestützt durch den Basisdruck von 3,35 Bar einen erheblichen Unterdrück in der Steigleitung, so dass sich der Strömungsdruck vervielfacht.

Nachfolgend wird dargestellt, wie sich allein durch den Luftdruck (24) die wirkenden Kräfte in einem ideal angeordneten System verhalten und wie dadurch der Wasserstrom quantitativ und hochwirksam angetrieben wird. Die Begründung dafür folgt in Anlehnung an das Berliner Beispiel von 1927, wonach sich aus der Bernoullischen Gleichung die folgende Gesamtenergie ergibt:

Gleichung aus: Mitteilungen der Polytechnischen Gesellschaft 1927, Seite 251 + 252; siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Bernoulli-Gleichung

Der gesamte Energiebetrag C beinhaltet die folgenden Energieformen: die potentielle Energie der Wasserspiegeldifferenz h, die Druckenergie und die kinetische Energie — , wobei: p: Betriebsdruck (in Pa) y: Dichte von Wasser (997 kg/m ³ ) v: Geschwindigkeit des Wasserstroms (in m/s) g: Erdbeschleunigung (9,81 m/s ² ). (i) Eine Erhöhung der Heberleitung wirkt sich bei gleichbleibender Wasserspiegeldifferenz nur auf die Komponente der kinetischen Energie aus, da sich die Fallhöhe des Wassers erhöht. Die größere Heberleitungshöhe hat auf die Wasserentnahme keine Auswirkung, weil der atmosphärische Luftdruck das Wasser ohne Energieaufwand in die Heberleitung drückt.

(ii) Wenn hingegen der Wasserspiegel mit dem Oberbecken angehoben wird, vergrößern sich alle 3 Komponenten der Gleichung; a) die potentielle Energie der Wasserspiegeldifferenz h, b) die Druckenergie „p“ am Eintrittspunkt der tieferen Heberleitung und c) die kinetische Energie, die sich aufgrund der höheren Druckenergie „p“ auf die Geschwindigkeit "v ² " des Wasserstroms auswirkt.

Ob weitere Parameter für eine Vervielfachung des Basis-Drucks verantwortlich sind, konnte im Detail noch nicht abschließend geklärt werden. Sicher ist, dass der starke Unterdrück und die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Heberleitung eine beeindruckende Dynamik entwickeln, weil sich die Druckparameter und die Energieformen optimal ergänzen.

Auf Grundlage der beschriebenen Vorgehensweise wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, so dass insbesondere der Ertrag der Energiegewinnung deutlich höher als erwartet festgestellt werden konnte. Die Beweisführung wurde unter Benutzung von geeichten Messgeräten am Beispiel des Typs 5.2 zweifelsfrei erhoben und ist jederzeit reproduzierbar.

7. Pumpenaggregate

Die Pumpenaggregate der führenden Hersteller sind ähnlich und selbsterklärend, so dass für die Kalkulation des Wasserkreislaufes, bezogen auf die Parameter der Anlagen nur die Wahl für die leistungsfähigste Propellerpumpe (12) für den Typ 2.2 bis 4.2 bei geringstem Stromverbrauch zu treffen ist. Für den Typ 5.2 wird anstatt von Propellerpumpe(n) mindestens eine Kreiselpumpe (36) benötigt, weil dieser Anlagentyp für mittlere Wohngebäude und Industriegebäude mit verschiedenen Bauhöhen konzipiert wurde.

8. Rohrturbine (10) mit Saugrohr (25), angeschlossenem Getriebe (23) und Generator (11)

Die Rohrturbine (10) ist in ihrer Funktion weitgehend selbsterklärend. Zu beachten ist, dass diese Turbinenart auch waagerecht, quasi auf dem Boden der Anlage aufgesetzt werden kann, der Wasserzufluss zur Turbine (10) (oder auch zu Pumpe(n) (12) oder Pumpe(n) (36)) entsprechend der Beckengrößen der Anlage somit von unten oder auch seitlich erfolgt. Somit entstehen keine unnötigen Höhenverluste, die eine tiefere Baugrube zur Folge hätten. Ein Getriebe (23) kann zur Steigerung der Strom-Abgabeleistung bedarfsweise dem Generator (11) je nach Anlagentyp bzw. geplanter Wassermenge oder aber zur Drehzahlanpassung der Turbine (10) für eine Direkteinspeisung in das Stromnetz vorgeschaltet werden. Die zusätzliche Installation eines Saugrohrs (25) nach der Turbine soll wiederum den Transport des Wasserstroms durch die Turbine beschleunigen. Der ohnehin vorhandene Sogeffekt der Heberleitung (3) im Unterbecken (1) wird dadurch zusätzlich verstärkt.

9. Hinweise zur Bauausführung

Bei der Planung der obigen Wasserkraftanlagen steht die Leistung der Vakuumpumpen (9) im direkten Zusammenhang zur geographischen Lage und damit zur Geländehöhe (35). Das heißt, auf Meeresniveau beträgt der vorherrschende Luftdruck rund 1 bar, der sich bei steigender Geländehöhe (35) im Bereich von 1.200 m Höhe auf ca. 850 mbar reduziert. Während der vorgenannten Experimente wurde eine hochmoderne Vakuumpumpe mit bis zu 98 Prozent Fein- Vakuum erfolgreich eingesetzt, so dass 8,50 m Saughöhe (26) auch in höheren Regionen kein Problem darstellen und in tieferen Regionen in Bezug zum Meeresniveau auch eine größere Saughöhe als 8,50 m (26) realisierbar wäre.

Die Wasserstände der Anlagen vom Typ 2.2 bis Typ 5.2 werden je nach Verdunstungsgrad mit 2-stufigen Wasserstands-Pegel-Sensoren (32) - Minimal / Maximal - an den 2 festgelegten Wasserspiegeln (31) & (18) überwacht und automatisch über die folgenden Einspeisevarianten am Einspeisepunkt (33): Grundwasserförderung, Vorratsbehälter, Wasserleitung, oder Wasseraufbereitungsanlage konstant gehalten.

Anlagen vom Typ 2.2 bis 5.2 sind nach dem Prinzip der weißen Wanne für die Ewigkeit konzipiert, so dass aufgrund der permanent gleichen Betriebs- und Trinkwasserbedingungen im Wesentlichen nur die Lager und andere rotierende Bauteile turnusmäßig gewartet und Verschleißteile alle 20 Jahre vorsorglich ausgetauscht werden sollten.

Die Unterbecken (1) und Oberbecken (2) der Anlagen vom Typ 2.2 bis Typ 4.2 können in einer Vielzahl von Bauformen realisiert werden und können z.B. rund, eckig, ringförmig oder polygonal, bevorzugt quadratisch, hexagonal oder oktagonal ausgebildet sein. Es können pro Becken mehr als eine Heberleitung (3) und/oder mehr als eine Pumpe (12) oder (36) vorhanden sein. Bevorzugt sind 1 - 10, besonders bevorzugt 1 - 3, Heberleitungen und/oder bevorzugt 1 - 100, besonders bevorzugt 1 - 54, ganz besonders bevorzugt 1, 16 oder 54 Pumpen (12) oder (36) pro Anlage vorhanden.

In einer bevorzugten Ausführungsform (Typ 2.2) enthält die Anlage die folgenden Komponenten: (i) geeignet ausgeformte Unterbecken (1) und Oberbecken (2), (ii) eine Heberleitung (3) mit Vakuumpumpe (9), Turbine (10), Absperrschieber (13), Saugrohr (25), Getriebe (23) und Generator (11), (iii) eine Pumpe (12).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (Typ 3.2) enthält die Anlage die folgenden Komponenten: (i) direkt übereinander angeordnete und hexagonal ausgeformte Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei das Unterbecken (1) wegen der erforderlichen Luftzufuhr (24) einen geringfügig größeren Grundriss als das Oberbecken (2) aufweist, (ii) eine Heberleitung (3) mit Vakuumpumpe (9), Turbine (10), Absperrschieber (13), Saugrohr (25), Getriebe (23) und Generator (11), (iii) 54 Pumpen (12).

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform (Typ 4.2) enthält die Anlage die folgenden Komponenten: (i) direkt übereinander angeordnete und hexagonal ausgeformte Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei das Unterbecken (1) wegen der erforderlichen Luftzufuhr (24) einen geringfügig größeren Grundriss als das Oberbecken (2) aufweist, (ii) drei Heberleitungen (3) mit je einer Vakuumpumpe (9), Turbine (10), Absperrschieber (13), Saugrohr (25), Getriebe (23) und Generator (11), (iii) 54 Pumpen (12).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei der erfindungsgemäßen Anlagen in einer Baugruppe zusammengefasst. Die pro Baugruppe mögliche Anzahl der Anlagen ist nach oben im Prinzip unbegrenzt. Bevorzugt beträgt die Anzahl der Anlagen pro Baugruppe zwischen 2 und 100, besonders bevorzugt sind 16 der vorgenannten Anlagen des Typs 4.2 in einer Baugruppe zusammengefasst (siehe Figur 4/10).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform (Typ 5.2; Figur 8/10) ist besonders platzsparend ausgebildet und folgendermaßen konstruiert: Bezogen auf die geplanten Einsatzmöglichkeiten des Typs 5.2 mit einer Befestigung an Gebäudefassaden jeglicher Art, wurde der Anlagentyp 5.2 sehr schlank konstruiert. Das Oberbecken ist röhrenförmig ausgebildet und passt sich an die Gebäudefassade an. Die gesamte Technikeinheit einschließlich Unterbecken sind unterirdisch angeordnet. Somit kann der Typ 5.2 auch in Wohngebieten - nicht störend - zum Einsatz kommen. Der Vorteil der Anlage besteht darin, dass die Pumpen (36), aber auch die Pumpen (12) der Anlagen 2.2 bis 4.2, unter Wasser relativ geräuschlos arbeiten und die Getriebe (23) sowie die Generatoren (11) weitgehend gekapselt werden können.

Nach der eingesetzten Leistung bzw. Anzahl der Pumpen (12) oder (36) richtet sich die Dimension der Heberleitung, so dass mit einer leistungsfähigeren Turbine

(10) und dem entsprechenden Generator (11) ein höherer Energiegewinn erwirtschaftet werden kann. Die zweite Möglichkeit besteht darin, eine größere Fallhöhe durch eine Baugrube odereine Erhöhung der Anlage vorzunehmen, die bei der gleichen Anzahl von Aggregaten und einem dadurch höheren Eigenstromverbrauch der Pumpen, aber dennoch einen höheren Energiegewinn bereitstellen wird. Diese Variante bleibt den Gegenden Vorbehalten die über einen entsprechenden Baugrund verfügen oder für Anlagen mit einer größeren Höhe über Baugrund, die in Industriehallen oder entsprechend des Bebauungsplans in Gewerbe- oder Industriegebieten eine Erhöhung ermöglichen bzw. zulassen. Bei einer Erhöhung der Anlagen sind außerdem die Randbedingungen zur Leistungsstarke der Pumpen nach den Abschnitten 4a) oder 4b) dieser Anmeldung zu überprüfen.

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen autarken Wasserkraftanlage, welches die folgenden Schritte umfasst:

Schließen des Absperrschiebers (13);

Entlüftung der Heberleitung (3) und deren Auffüllung mit Wasser entweder durch

(i) reine Vakuumentlüftung der Heberleitung (3) oder

(ii) Wasserzufluss zum Abfluss-Heberabschnitt (6) mittels Kreiselpumpe (14) gefolgt von Vakuumentlüftung;

Steuerung der Entlüftung der Heberleitung (3) per Signal über Sensor (15) und Management;

Öffnen des Absperrschiebers (13) nach der Entlüftung der Heberleitung (3) per Signal von Schwimmer (16) oder per Wasserpegelschalter (16); und Einschalten und stetige und synchrone Erhöhung der Leistung von Pumpen (12) bzw. (36) bis zum Leistungs-Maximum. eistungssteigerung der Strahlkraft

Vorzugsweise wird die Turbine (10) nicht, wie in der Wasserkraft üblich, über

Nadeldüsen sondern über die viel effizienteren Flachstrahldüsen (42) angetrieben.

Diese Betriebsweise wird insbesondere im Anlagentyp 5.2 (Figur 8/10) vorteilhaft eingesetzt. In zahlreichen Experimenten konnte der Erfinder mittels Messgerät (37) und einem Kraftsensor (38) nachweisen, dass die Flachstrahldüse (Graph (40)) gegenüber der weltweit und ausnahmslos in der Wasserkraft eingesetzten

Nadeldüse (Graph (39)), eine zwischen 25 % und 30 % höhere Strahlkraft bzw.

Aufprallkraft erzeugen kann (siehe Figur 9/10). Flachstrahldüsen (auch Fächerdüsen genannt) sind Düsen, welche für sämtliche Reinigungsprozesse und zum Beispiel in der Stahlindustrie, der Papierindustrie und in der

Oberflächentechnik zum Einsatz kommen. Eine Flachstrahldüse erzeugt einen intensiven und gleichmäßigen Wasserstahl und ist unempfindlich gegenüber

Druckschwankungen. Durch die Geometrie der Austrittsöffnung der Flachstrahldüse (42) entsteht ein flacher und fächerartiger Sprühstrahl mit gleichmäßiger

Flüssigkeits- und Druckverteilung, der in voller Breite auf die Turbinenschaufel (41 ), die ein zur Breite des Sprühstrahls passendes Maß hat, auftrifft (siehe z.B. Der Zufluss der Turbine (10) kann eine oder mehrere Flachstrahldüsen (42) enthalten. Vorzugsweise enthält jeder Turbinen-Zufluss eine Flachstrahldüse (42). Vorzugsweise sind Breite des

Sprühstrahls der Flachstrahldüse (42) und Breite der Turbinenschaufel (41) identisch, wie in Figur 10/10, rechtes Bild, schematisch angedeutet. Das Blatt der

Turbinenschaufel (41) ist typischerweise gekrümmt und ist darüber hinaus durch eine scharfe Kante, die so genannte Mittelschneide (44), in zwei annähernd halbkugelförmige Halbschaufeln geteilt. In der Mitte der Schneide trifft der

Wasserstrahl aus den Düsen tangential auf. Die Mittelschneide (44) hat die

Funktion, das Wasser in die entgegengesetzte Richtung umzulenken, damit die kinetische Energie nach dem Prinzip von Actio und Reactio an das Laufrad abgegeben werden kann. Damit wird eine ideale Gewichtsverteilung des Wassers von außen nach innen erzielt, wodurch die Fliehkräfte aus der Rotation der Turbine

(10) zur Leistungssteigerung genutzt werden können. Die Größe der Mittelscheide

(44) richtet sich nach dem Krümmungswinkel der Turbinenschaufel (41), wobei die Höhe der Mittelschneide typischerweise zwischen 40 und 60 % der Schaufelbreite entspricht. Die beiden Umlenkwinkel der Mittelschneide sind tangential dem Sprühstrahl anzupassen. An mindestens einem der beiden lateralen Enden der Turbinenschaufel (41 ) kann diese außerdem eine ausgeformte Begrenzung (45) zur Umlenkung der auf der Schaufel strömenden Wassermenge enthalten. Im Falle deren Vorhandenseins ist eine solche Begrenzung (45) vorzugsweise an beiden lateralen Enden der Turbinenschaufel (41) angebracht (siehe schematische Darstellung der Begrenzung (45) in Figur 10/10). Die Begrenzung (45) kann vorteilhaft die Form einer Peltonschaufel (https://de.wikipedia.org/wiki/Pelton- Turbine) haben. Es sind jedoch auch andere Ausformungen möglich. Üblicherweise nimmt eine der Begrenzungen (45) etwa 1 - 20 % der Breite des gesamten Schaufelblattes ein, vorzugsweise 2 - 10 %. Weiterhin ist die Höhe der Mittelschneide (44) typischerweise kleiner oder gleich der Dimension der Begrenzung (45). Zusammenfassend ergibt sich über die Flachstrahldüse (42) eine deutlich höhere Strahlkraft der ankommenden Wassermenge (43) gegenüber einer Nadeldüse. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Aufprallkraft des Wassers auf eine identisch große Aufprallfläche der Turbinenblätter (41) wirken kann und keine unberührten Flächen die Effizienz der Turbine negativ beeinträchtigen.