Wasserrad

Das Wasserrad stellt neben der Wasserturbine eine Möglichkeit dar, die potenzielle und kinetische Energie von Fließgewässern zu nutzen. Wasserräder werden als Strommühle, unterschlächtiges Wasserrad, oberschlächtiges Wasserrad und mittelschlächtiges Wasserrad ausgeführt. Je nach Bauweise besitzt das Wasserrad am äußeren Durchmesser angebrachte Schaufeln oder Zellen.

Vor allem bei Fallhöhen unter drei Metern mit stark schwankenden Durchflussmengen eignen sich Wasserräder besser als moderne Turbinen wie die Kaplanturbine oder die Francisturbine. Ein weiterer Vorteil ist, dass nur geringe Tiefbauarbeiten für die Installation eines Wasserrades notwendig sind. Früher wurden Wasserräder aus Holz gefertigt. Heute dienen Leichtmetalle als Werkstoff für Wasserräder.

Damit ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird, muss das Wasserrad möglichst tangential angeströmt werden. Dabei soll die Umfangsgeschwindigkeit des Rades etwa halb so groß sein wie die Eintrittsgeschwindigkeit des Triebwassers. Die Wasseraustrittsgeschwindigkeit muss möglichst gering sein.

Die Strommühle, auch Schiffsmühle oder Flussmühle genannt, ist ein Wasserrad mit flachen Schaufeln, wie in Abbildung 1a zu sehen. Unter Ausnutzung der kinetischen Energie des strömenden Triebwassers tauchen die Schaufeln in das Fließgewässer ein und werden von der Strömung weggedrückt. Dadurch wird die Strommühle in Rotation versetzt.

Das unterschlächtige Schaufelrad, in Abbildung 1b dargestellt, ähnelt der Strommühle. Das Triebwasser strömt durch ein flaches Gerinne auf die flachen oder gebogenen Schaufeln am unteren Ende des Wasserrades und setzt dieses in Bewegung. Ein unterschlächtiges Wasserrad kann bei Gefällen bis zu 1,5 m und Durchflüssen bis zu 4 m³/s eingesetzt werden. Der Wirkungsgrad liegt bei bis zu 55 Prozent.

Das oberschlächtige Zellenrad, wie in Abbildung 1c zu sehen, wird am höchsten Punkt, also dem sogenannten Radscheitel, beaufschlagt. Dazu wird das Triebwasser über ein Gerinne zum Scheitel geführt. Das Triebwasser fließt in die Zellen des Wasserrades, welches aufgrund der Schwerkraft in Rotation versetzt wird. Nach einer viertel bis halben Umdrehung strömt das Wasser wieder aus den Zellen hinaus. Das oberschlächtige Wasserrad nutzt demnach allein die potenzielle Energie des Wassers. Oberschlächtige Wasserräder werden bei Durchflüssen bis 0,8 m³/s und Fallhöhen von 2 bis 7 m eingesetzt. Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 85 Prozent.

Das mittelschlächtige Zellenrad ist eine Mischform der zuvor genannten Wasserradtypen. Die Beaufschlagung erfolgt auf Nabenhöhe, wie in Abbildung 1d dargestellt. Das Triebwasser strömt auf die Zellen des Wasserrades und versetzt dieses in Rotation. Ein Teil des Triebwassers verbleibt in den Zellen des Wasserrades, wodurch auch die potenzielle Energie des Triebwassers genutzt wird. Damit können Wirkungsgrade bis zu 85 Prozent erreicht werden. Eingesetzt wird das mittelschlächtige Wasserrad bei Fallhöhen von 1,5 bis 3 m und Durchflüssen zwischen 0,2 und 2,0 m³/s.

Englische Übersetzung(en):

water wheel