Die Erfindung betrifft einen Einlaufrechen für eine Wasserkraftanlage. Solche Rechen sind am Triebwassereinlass angeordnet, um Treibgut davon abzuhalten in den Triebwasserweg zu gelangen.

Einlaufrechen für Wasserkraftanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Einlaufrechen umfassen eine Vielzahl von Rechenstäben, welche so parallel nebeneinander angeordnet sind, dass das in Wasserkraftwerk einströmende Wasser zwischen den Rechenstäben hindurchfließen kann, wobei vom Wasser mitgeführte Feststoffe ab einer bestimmten Größe von den Rechenstäbe aufgehalten werden. Neben den Rechenstäben umfasst der Einlaufrechen eine Vielzahl von Verbindungselementen, um die Rechenstäbe miteinander zu verbinden. Gewöhnlich verlaufen die Rechenstäbe vertikal oder mit einer leichten Neigung zur Vertikalen. Die DE 1 048 836 offenbart einen Einlaufrechen mit solchen annähernd vertikal verlaufenden Rechenstäben. Es sind jedoch auch Einlaufrechen bekannt geworden, deren Rechenstäbe horizontal verlaufen (siehe beispielsweise die DE 1 171 346). In diesem Fall sind die Verbindungselemente gewöhnlich als Träger ausgeführt. In beiden Fällen sind dabei in der Regel sowohl die Rechenstäbe als auch die Verbindungselemente aus Metall ausgeführt. Es sind jedoch auch Einlaufrechen bekannt geworden, bei denen die Rechenstäbe und die Verbindungselemente aus nicht metallischen Werkstoffen bestehen (siehe die EP 0 908 214 A2). Da die Einlaufrechen meistens nicht zu vernachlässigenden Kräften ausgesetzt sind, werden sie in der Praxis jedoch fast ausschließlich aus Metall gefertigt.

Bei niedrigen Umgebungstemperaturen kann ein Einlaufrechen insbesondere in der Nähe der Wasseroberfläche zufrieren. Dadurch lässt sich der Rechen nicht mehr effektiv Reinigen, weshalb die freie Strömungsfläche reduziert wird. Infolgedessen entsteht ein erhöhter Druckverlust über den Rechen, der zu einer geringeren Effizienz der Wasserkraftanlage führt. Zudem kann die zusätzliche Last durch die Vereisung zu strukturellen Schäden bis hin zum Versagen des Rechens führen. Aus diesem Grund werden in gefährdeten Gebieten beheizte Rechen eingesetzt. Hierbei werden die Rechenstäbe elektrisch beheizt. Eine alternative Lösung arbeitet mit Luftausblasungen am Rechen, die ein Anhaften von Eis verhindern sollen. In beiden Fällen ergibt sich aufgrund dieser Maßnahmen ein erhöhter Eigenstrombedarf des Kraftwerks.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen stabilen Einlaufrechen für ein Wasserkraftwerk anzugeben, welcher gegen Vereisung resistent ist, dabei jedoch mit weniger Energie auskommt als die bekannten Einlaufrechen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.

Der Erfinder hat sich dabei von der folgenden Überlegung leiten lassen. Die Vereisung setzt ein, wenn die Umgebungstemperatur unter 0 °C absinkt. Dabei liegt die Wassertemperatur höher als die Temperatur der den über der Wasseroberfläche hinausragenden Teil des Einlaufrechens umgebenden Luft. Zunächst wird sich Eis auf dem oberhalb der Wasseroberfläche liegenden Teil des Einlaufrechens bilden, indem Spritzwasser auf demselben festfriert. Mit weiter sinkender Umgebungstemperatur wird sich der Eispanzer jedoch auch unter die Wasseroberfläche hin ausdehnen, da der metallische Einlaufrechen einen guten Wärmeleiter darstellt. Vor allem sind von diesem Effekt Einlaufrechen mit vertikal verlaufenden Rechenstäben betroffen, da über die relativ dicht liegenden Stäbe der vertikale Wärmetransport besonders effektiv von statten geht. Bei Einlaufrechen mit horizontalen Rechenstäben erfolgt der vertikale Wärmetransport über die weniger dicht stehenden Verbindungselemente und von diesen horizontal über die Rechenstäbe. Der Erfinder hat erkannt, dass sich ein Einlaufrechen mit horizontalen Rechenstäbe bereits dadurch in Bezug auf das Vereisungsverhalten verbessern lässt, wenn der Wärmetransport zwischen den horizontalen Rechenstäben und den Verbindungselemente ausreichend stark unterbunden wird. Dadurch breitet sich die Vereisung nur entlang den Verbindungselementen nach unten hin aus, wohingegen die Rechenstäbe selbst weitestgehend eisfrei bleiben. Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt: Fig.1 Wasserkraftanlage mit einem Einlaufrechen;

Fig.2 Erfindungsgemäßer Einlaufrechen;

Fig.3 Erfindungsgemäßer Einlaufrechen in einer weiteren Ausführungsform;

Fig.4 Erfindungsgemäßer Einlaufrechen in einer weiteren Ausführungsform;

Fig.5 Erfindungsgemäßer Einlaufrechen in einer weiteren Ausführungsform.

Figur 1 zeigt in stark schematischer Darstellung eine Wasserkraftanlage, welche mit 1 bezeichnet ist. Die Wasserkraftanlage umfasst einen Wasserweg, welcher mit 2 bezeichnet ist, und einen Einlaufrechen, welcher im Wasserweg 2 angeordnet und mit 3 bezeichnet ist. Dabei deutet die Wellenlinie den Wasserspiegel des den Wasserweg 2 durchströmenden Wassers an. Der Einlaufrechen 3 ist so im Wasserweg 2 angeordnet, dass ein Teil des Einlaufrechens 3 aus dem Wasser herausragt. Figur 1 zeigt außerdem eine optionale Heizeinheit, welche mit 7 bezeichnet ist und weiter unten beschrieben wird. Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Einlaufrechen. Der Einlaufrechen umfasst eine Vielzahl von horizontal angeordneten Rechenstäben, von denen einer mit 4 bezeichnet ist. Die Rechenstäbe 4 sind aus Metall. Der Einlaufrechen umfasst Verbindungselemente zum Verbinden der Rechenstäbe 4, von denen eines mit 5 bezeichnet ist. Der Einlaufrechen umfasst ferner Mittel zum Unterbinden des Wärmetransports zwischen den Rechenstäben 4 und den Verbindungselementen 5. Der Wärmetransport zwischen den Rechenstäben 4 und den Verbindungselementen 5 wird dann ausreichend stark unterbunden, wenn die Wärmeleitfähigkeit der Mittel deutlich geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit der Rechenstäbe 4 selbst. Meist bestehen die Rechenstäbe 4 aus Stahl, welcher eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 15 bis 60 W/(m*K) aufweist. Zur Erreichung des erfindungsgemäßen Zwecks sollten die Mittel zum Unterbinden des Wärmetransports in diesem Fall (d.h. wenn die Rechenstäbe aus Stahl bestehen) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,6 W/(m*K) oder weniger haben. Als Material für die genannten Mittel kommen beispielsweise Kunststoffe in Frage. Es genügt dabei, wenn nur ein Teil der Rechenstäbe mit den genannten wärmedämmenden Mitteln ausgestattet ist. Der Bereich der wärmegedämmten Rechenstäbe erstreckt sich dabei von den direkt an der Wasseroberfläche angeordneten Rechenstäben an über eine gewisse Strecke in die Tiefe. Wie tief sich dieser Bereich hinab erstreckt, hängt dabei von den zu erwartenden Winter-Temperaturen ab. Je tiefer die Temperaturen sinken können, desto tiefer muss sich auch der Bereich der wärmegedämmten Rechenstäbe erstrecken. Ist in der kalten Jahreszeit mit schwankenden Pegelständen zu rechnen, dann muss der Bereich mit wärmegedämmten Rechenstäben entsprechend angepasst werden.

Der erfindungsgemäße Zweck kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die Verbindungselemente 5 wenigstens im Bereich der wärmegedämmten Rechenstäbe aus einem wärmeisolierendem Material bestehen. D.h. in diesem Fall stellen die Verbindungselemente 5 selbst die Mittel 6 zum Unterbinden des Wärmetransports dar.

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Einlaufrechen in einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist die Betrachtungsrichtung parallel zu den Rechenstäben, von denen einer mit 4 bezeichnet ist. Das dargestellte Verbindungselement mit der Bezeichnung 5 ist als Träger ausgebildet und verläuft leicht schräg zur Vertikalen. Die Verbindungselemente 4 können jedoch genauso gut vertikal oder mit einem größeren Winkel zur Vertikalen verlaufen. Um die Rechenstäbe 4 herum erstreckt sich jeweils ein Mittel zur Unterbindung des Wärmetransports zwischen dem jeweiligen Rechenstab 4 und dem Verbindungselement 5. Eines der Mittel ist mit 6 bezeichnet. Die Mittel 6 sind als rechteckige Flülse ausgebildet und stecken in entsprechenden Aussparungen im Verbindungselement 5. Sowohl die Querschnitte der Mittel 6 und der Rechenstäbe 4 können dabei andere Formen aufweisen. Beispielsweise können diese rund oder abgerundet rechteckig ausgebildet sein. Die Rechenstäbe können auch ein tropfenförmiges hydraulisches Profil als Querschnitt haben, um den Wasserwiderstand zu minimieren. In jedem Fall wird die innere Öffnung der als Hülse ausgebildeten Mittel 6 einen ähnlichen Querschnitt haben, wie die Rechenstäbe. Die Mittel 6 können auch als geschlitzte Hülsen ausgebildet sein, sodass sie auch in lateraler Richtung auf die Rechenstäbe 4 geschoben werden können.

Figur 4 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Einlaufrechen in einer weiteren Ausführungsform. Das dargestellte Verbindungselement 5 ist geteilt ausgeführt, d.h. es besteht aus zwei einzelnen Trägern, zwischen denen die Rechenstäbe 4 eingespannt sind. Dabei können die beiden Träger beispielsweise durch Zugbolzen miteinander verbunden sein. Es können jedoch genauso gut alle anderen bekannten Verbindungsmöglichkeiten verwendet werden, beispielsweise Klammern oder ähnliches. In Figur 4 sind auch die Mittel 6 geteilt ausgeführt. Diese könnten jedoch genauso gut als Hülsen gemäß der im vorangehenden Abschnitt beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Der in Figur 4 gezeigte Einlaufrechen ist vertikal ausgerichtet.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Einlaufrechen in einer weiteren Ausführungsform. Diesmal ist der untere dargestellte Rechenstab 4 nicht wärmeisoliert, während die beiden darüber liegenden Rechenstäbe 4 durch Mittel 6 gegenüber dem dargestellten Verbindungselement 5 wärmeisoliert sind. Im wärmeisolierten Bereich ist das Verbindungselement 5 geschlitzt ausgeführt. In diesen Schlitz sind die quaderförmigen Mittel 6 eingeschoben, wobei jedes Mittel 6 eine Nut zur Aufnahme der Rechenstäbe 4 aufweist. Genauso gut könnten sich die Nuten auch auf zwei jeweils benachbarte Mitte 6 aufteilen, so dass mit Ausnahme des untersten Mittels 6 jedes Mittel 6 oben und unten eine entsprechend weniger tiefe Nut aufweist.

Die Verbindung der nicht wärmeisolierten Rechenstäbe 4 mit den Verbindungselementen 5 kann dabei auf jede bekannte Art erfolgen, beispielsweise durch Schweißen. Durch die beschriebenen beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsformen instruiert kann der Fachmann unschwer weitere Ausführungsformen finden, ohne dabei erfinderisch tätig zu werden. Der erfindungsgemäße Einlaufrechen kann weiter hinsichtlich des Verhaltens gegenüber Vereisung verbessert werden, wenn die Mittel 6 nicht nur wärmeisolierend wirken, sondern auch zu einer elektrischen Isolation zwischen den betreffenden Rechenstäben und den Verbindungselemente führen. Die meisten zur Wärmeisolation geeigneten Materialien sind ohnehin gleichzeitig elektrische Isolatoren. Dadurch können die Rechenstäbe, welche mit solchen Mitteln versehen sind, jeweils mithilfe von geeigneten Zuleitungen elektrisch kontaktiert werden, so dass ein elektrischer Strom gezielt durch jeweils einen oder auch mehrere Rechenstäbe zur Heizung derselben geleitet werden kann. Dies ist insbesondere für die Rechenstäbe sinnvoll, die direkt an bzw. noch etwas über der Wasseroberfläche angeordnet sind, da dieselben einerseits der kalten Umgebungsluft ausgesetzt sind, und andererseits regelmäßig durch Spritzwasser benetzt werden, so dass sich schnell ein Eispanzer ausbilden kann. Durch die gezielte elektrische Heizung nur dieser Rechenstäbe kann eine Vereisung wirkungsvoll und ressourcensparend erfolgen. Unter Umständen kann es auch sinnvoll sein, Rechenstäbe zu heizen, die unter der Wasseroberfläche angeordnet sind.

Zur Heizung der Rechenstäbe umfasst die Wasserkraftanlage eine Heizeinheit und die genannten Zuleitungen, mit denen die Heizeinheit mit den zu heizenden Stäben verbunden ist. Dadurch lässt sich eine selektive elektrische Beheizung in Oberflächennähe erreichen, die weniger Ressourcen verbraucht, als die Heizung aller Stäbe bei herkömmlichen Einlaufrechen. Dabei verwendet die Heizeinheit die Umgebungstemperatur für die Entscheidung, welche Rechenstäbe beheizt werden, und mit welcher elektrischen Leistung die Beheizung erfolgt. Bei konstanten Pegelständen sind die vereisungsgefährdeten Rechenstäbe bekannt und können separat oder als Gruppe mit Zuleitungen kontaktiert und entsprechend der Umgebungstemperatur beheizt werden. Bei wechselnden Pegelständen, kann der jeweilige Pegelstand gemessen und anhand der Messwerte die gefährdeten Rechenstäbe bestimmt und dieselben beheizt werden. Der Erfinder hat erkannt, dass ein erfindungsgemäßer Einlaufrechen selbst als Pegelstands-Messeinrichtung dienen kann, so dass keine weitere Messeinrichtung zur Messung des Pegels benötigt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass die Heizeinheit zusätzlich den elektrischen Widerstand der kontaktierten Rechenstäbe überwacht. Dazu muss jeder der betreffenden Rechenstäbe separat elektrisch kontaktiert sein. Da Metalle Kaltleiter sind, haben die metallischen Rechenstäbe, welche über der Wasseroberfläche der kälteren Umgebungsluft ausgesetzt sind, einen geringeren Widerstand als die Rechenstäbe, welche unter der Wasseroberfläche liegen. Anhand dieses Unterschiedes können der Pegelstand und damit auch die zu beheizenden Rechenstäbe bestimmt werden.

Ein erfindungsgemäßer Rechen kann außerdem auch Mittel zum Verscheuchen von Fischen umfassen, welche durch die Anbindung an das Stromnetzt leicht mit der dafür benötigten Energie versorgt werden können. Fische werden dadurch von einem zu nahen Heranschwimmen an den Rechen abgehalten, was für Fische je nach Größe derselben und Stärke der Strömung zu einer Gefahr werden kann. Außerdem können die Fische auf diese Weise zu einer ggf. vorhandenen Fischtreppe oder dergleichen hingeleitet werden. Solche Mittel zum Verscheuchen von Fischen können auf elektrischen, akustischen und/oder optischen Reizen beruhen. In Figur 2 sind solche Mittel zum Verscheuchen von Fischen angedeutet, wobei ein Mittel mit 8 bezeichnet ist.

Bezugszeichenliste

1 Wasserkraftanlage

2 Wasserweg 3 Einlaufrechen

4 Rechenstab

5 Verbindungselement

6 Mittel zum Unterbinden des Wärmetransports

7 Heizeinheit 8 Mittel zum Verscheuchen von Fischen