Wasserräder: Wie kann sich ein Wasserrad langsamer/schneller drehen?
Bei dem besagten Wasserrad (WR) handelt es sich um ein kleines Modell als Holz, das mit Kindern in einem Bach getestet wird. Eine Überlegung ist nun, dass sich das WR langsamer dreht, wenn man beispielsweise jede zweite Schaufel des Rades entfernt. Schneller dreht es sich dann bei einer höheren Wasserzufuhr...?!
Ich bin im Moment leider ziemlich ratlos und daher über jede brauchbare Antwort dankbar!
5 Antworten
Ein Möglichkeit wäre, die Menge des Wassers zu begrenzen, die das Wasserrad antreibt, um es sich langsamer drehen zu lassen.
Das Wasserrad dreht zunächst mit zunehmender Belastung langsamer. Ganz ohne Belastung (rein theoretisch) dreht es mit der Fließgeschwindigkeit des Wassers an den Schaufeln. Bei maximaler Belastung bleibt es stehen.
Damit ist die maximale Drehzahl durch die Fließgeschwindigkeit des Wassers gegeben und durch des Radius der Schaufeln. Mit kleinerem Radius steigt die Drehzahl bei verkleinertem Drehmoment.
Die belastungsabhängige Reduzierung der Drehzahl fällt kleiner aus bei Erhöhung der durchfließenden Wassermasse pro Zeiteinheit. Bei erhöhter Wasserzufuhr ohne Erhöhung der Fließgeschwindigkeit kann sich also bei entsprechender Belastung die Drehzahl erhöhen.
Die Reduzierung der der Schaufelanzahl wirkt sich wie eine Reduzierung der Wassermasse pro Zeiteinheit aus: Die Leistung sinkt. Bei entsprechender Belastung wird wird dabei das Rad langsamer drehen.
Die Leistung ist das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment. Die Leistung ist auch gleich Wassermasse pro Zeiteinheit mal Fallhöhe mal Wirkungsgrad.
schneller als das wasse fliesst kann sich das rad nicht drehen ;)
du musst also die fliessgeschwindigkeit des wasser erhöhen. kannst du machen indem du das wasser steiler auf die blätter "fallen" lässt. wenn du das wasser nicht hoch bekommst musst du ein kleineres rad nehmen und es weiter hinten anbringen ;)
an sonsten kann man auch an der stellung der einzelnen blätter etwas regeln. so dass sie früher wieder ablaufen oder eben andersrum das wasser länger halten ;)
probier aus! viel spass
Okay, danke!
Aber ist das bei einem tiefschlächtigen WR (WR steht frei im Wasser und wird durch die Strömung angetrieben) auch möglich und falls ja, wie? Denn die Fließgeschwindigkeit des Baches kann ich ja leider nicht verändern.
da machst du es durch die flügelstellung und anzahl...
die maximale geschwindigkeit kann ja aber die fliessgeschwindigkeit nicht überschreiten so.
je weiter du das rad aus dem wasser hebst desto schneller läuft es. bremsen kannst du es in dem du das rad bis unter die achse versenkst. wasser fliesst an der oberfläche am schnellsten ;)
du kannst aber auch den bach umbuddeln, aufstauen oder was auch immer...
alte wassermühlen haben sich immer da niedergelassen wo das gefälle eh ziemlich stark war... und dann da eine staustufe eingebaut und den bach dann drumrum geleitet. so ging das überschüssige wasser immer drumrum und der antrieb durch das gestaute wasser war immer relativ gleich. schau dir doch mal bilder an von wassermühlen ;) vieleicht bekommst du da idden raus :D
Ist hier sehr gut erklärt:
https://de.wikipedia.org/wiki/Wasserrad#Tiefschl.C3.A4chtiges_Wasserrad
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Unbelastet dreht das Rad immer so schnell, wie das Wasser fliesst. Erst wenn das Rad belastet wird, dreht es langsamer - und wie viel langsamer es wird, kannst Du einstellen.
wenn man beispielsweise jede zweite Schaufel des Rades entfernt
ist eine Möglichkeit. Oder kleinere Schaufeln nimmt. Oder das Rad so weit aus dem Wasser nimmt, dass nur noch die halbe Schaufel eintaucht.
Mit gebogenen statt flachen Schaufeln läuft das belastete Rad schneller. Wenn es die gesamte Breite des Baches ausfüllt, dreht es schneller.
Vielen Dank, deine Antwort hat mir schon ein großes Stück weitergeholfen :-)
Wärst du trotzdem noch so nett und könntest mir erklären, warum die Drehgeschwindigkeit abnimmt, wenn die Schaufeln kleiner sind bzw. die Eintauchfläche der Schaufeln verringert wird?
Danke!
Mathematisch begründet findest Du das in dem verlinkten Wikipedia-Artikel. Und immer dran denken, das gilt nur für das belastete Rad.
Etwas vereinfacht läuft das so: Die Kraft des Rades hängt ab von
a) der Fläche der eingetauchten Schaufeln. Dieser Punkt wird verkleinert, wenn Du Schaufeln entfernst, Schaufeln kleiner machst, Schaufeln nur noch halb eintauchst.
b) Der Differenz zwischen Geschwindigkeit des Wassers und des Rades. Solange Du am Flusslauf nichts änderst, wird die genau dann größer, wenn das Rad langsamer dreht.
Wenn Du jetzt bei gleichbleibender Last (= Bremskraft) über a) die Kraft des Rades verringerst (oder umgekehrt Bedingungen nach a) konstant hältst und die Bremskraft erhöhst), wird das Rad abgebremst.
Wenn die Bremskraft zu stark ist, kommt das Rad zum Stillstand. Zuvor aber steigt gemäß b) die Kraft des Rades, so dass es bei höherer - jedoch nicht zu hoher - Bremskraft und langsamerer Drehzahl wieder ein Gleichgewicht erreichen kann.
je Größer der Durchmesser des Rades desto niedriger die Drehzahl.
bei modellen hast du das problem dass das wasser sehr massiv wirkt. heisst... nimm ein grösseres rad... muss das wasser mehr bewegen... ist es langsamer... nimmst du ein kleineres rad... wird es schneller...
kraft hast du natürlich mehr bei einem grösseren rad. deswegen arbeitet man dann lieber drinnen mit zahnrädern um die antriebswelle in der geschwindigkeit zu regulieren.