Wasserkraftwerk

Die Wasserkraft wird in der Rengnathmühle vielfältig genutzt, einerseits zum Mahlen und zum anderen zum Sägen und seit 1897 gibt es elektrische Licht.

Begonnen hat alles 1895 in Budapest, als Josef Plank und seine Freunde eine Technikausstellung besuchten. Zu Hause gelang ihm dann eine kleine Sensation, da er eine Lampe besaß die im Heu kein Feuer fing.

Tatsächlich gehörte er zu den ersten, die mithilfe eines 110-V-Dynamos elektrisches Licht erzeugten. Franz Rengnath, sein Freund, machte es ihm 1897 nach und schaltete vor 120 Jahren das erste elektrisch Licht in Dietfurt ein.

Ab 1904 übernahm Benedikt Rengnath die Mühle. Er erweiterte den Generator mit einer 220 A Batterie, wodurch die ca 1.000 Bewohner in Dietfurt zirka drei Stunden lang mit Licht versorgt werden konnten. Außerdem wurde noch vor dem ersten Weltkrieg eine 25-PS-Dampfmaschine eingebaut, die den Generator bei Engpässen unterstützen sollte. Außerdem wurde das Wasserrad durch eine stehende 25-PS-Turbine erneuert und eine 35-PS-Dampfmaschine eingebaut.  

Nach dem Ersten Weltkrieg kam eine neue Dampfmaschine mit ca 60 PS.

1925 wurde die stehende Turbine durch eine neuere liegende 60-PS- Francis-Zwillingsturbine ersetzt. Seit dem Zeitpunkt wurde in Dietfurt Wechselstrom erzeugt. Außerdem wurde ein 80-PS-Dieselmotor (Bild) für noch mehr Leistung eingebaut.

Der amerikanische Ingenieur James B. Francis erfand 1849 die sogenannte Francis-Turbine. Sie war eine Verbesserung einer herkömmlichen Turbine, wie zum Beispiel die 25-PS-Turbine aus dem Jahr 1904.

Die stehende Francis-Turbine (Bild und Animation) ist die am weitesten verbreitetste.  Durch den Zulauf (Spirale), welcher schneckenförmig gebaut ist, um das Wasser mit zusätzlichen Drall zu versetzten, gelangt das Wasser zum Leitrad. Dieses Leitrad steht fest und hat verstellbare Schaufeln, die das Wasser auf das Laufrad lenken. Dadurch ensteht die Drehung, die der Generator benötigt. Schließlich läuft das Wasser nach unten ab.

Der Regulator, welcher extrem wichtig für die Turbine ist, erfasst die Drehzahl der Turbine. Diese Zahl wandelt das Gerät in eine Stellgröße um, um damit die Leitschaufel perfekt einstellen zu können.

Die meisten Francis-Turbinen werden in Wasserkraft werken eingesetzt und haben ein Leistungsunterschied von 10kW bis zu 700MW. 

Die Turbine in der Rengnathmühle hat eine Leistung von 30kW und wurde 1925 eingebaut. Außerdem ist sie eine Sonderanfertigung, da es sich um eine liegende 60PS-Zwillingsturbine handelt. 

Der Unterschied besteht darin, dass die Turbine am Boden liegt und das das Wasser zweimal durch die Turbine hindurchfließt. Zwillingsturbinen haben nämlich zwei identische Turbinen direkt hintereinander. Die übrige Technik ist identisch wie bei der stehenden Francis-Turbine. (siehe Bild)

Schon 1832 baute H. Phixii den ersten handbetriebenen Generator. Bis 1925 steht ein Gleichstromgenerator in der Mühle. Mit der neuen Turbine wurde auch ein Wechselstromgenerator eingebaut, der eine elektrische Leistung von 30kW pro Stunde hat.

Moderne Kraftwerke hingegen erzeugen 20kV und Wechselströme von 50kA. Das ist insgesamt eine Leistung von 1.000.000.000 Watt. Doch für die damalige Zeit reichte der Strom der Mühle aus, um das ganze Dorf zu versorgen.

Prinzipiell hat ein Generator im Inneren einen rotierenden Elektromagneten.  Die Induktionsspulen sind fest mit dem Gehäuse, dem sogenannten Stator, verbunden. Diese Generatoren nennt man auch Innenpolmaschinen. Der Vorteil dabei ist, das große Induktionsspannungen und Ströme nicht über Schleifkontakte abgegriffen werden.

Gleichstromgeneratoren:

1897 bis 1925 wurde ein 110-V-Dynamo verwendet, um das erste elektrische Licht in Dietfurt zu erzeugen. Dies war ein Gleichstromgenerator, welcher sich nicht sehr von einem Wechselstromgenerator unterscheidet. Sie brauchen nur eine Zusatzeinrichtung, die es ermöglicht, nach einer halben Umdrehung eine Umpolung des Elektromagneten in Gang zu setzen. So entsteht eine pulsierende Gleichspannung.

Ab 1925 wurde in der Mühle Wechselstrom mit Hilfe eines AEG-Wechselstromgenerators erzeugt. Es entsteht dabei eine sinusförmige Wechselspannung (Skizze U(t)), außerdem wird die Rotation der Leiterschleife im homogenen Magnetfeld vereinfacht dargestellt. Die schwarzen Blöcke über dem Graphen sollen die verschiedenen Stellungen der rotierenden Letiterschleife und die zugehörige Induktionsspannung darstellen.

Beweis der Sinusform:

Durch die Rotation ändert sich ständig die wirksame Fläche (damit ist die Fläche gemeint, die durch das Magnetfeld beeinflusst wird). Die Grundformel des Induktionsgesetz lautet U= -N*B*A/ti
ΔAΔt

Die Formel für die wirksame Fläche ist A_w = A* cos(ᵞ). Der Winkel kann mit Hilfe der Winkelgeschwindigkeit dargestellt werden. Daraus ergibt sich A_w = A* cos(w*t).

Nun werden die zwei Formeln zusammen geschrieben :   U=-N*B*A*cos(w*t)/t