Pelton-Turbine System Erlach: Horizontal bis zu sechs Düsen

Mehr Düsen erlauben einer Pelton-Turbine eine höhere Drehzahl und ein kleineres Laufrad. Ist die Welle horizontal, wird die Maschine auch einfacher. Das System Erlach verbindet beides: eine Pelton-Turbine horizontal, also mit horizontaler Welle, und bis zu sechs Düsen.

Diese Seite handelt vom System Erlach: der horizontalen Pelton-Turbine mit bis zu sechs Düsen nach Josef Erlach. Was für jede Pelton-Turbine gilt, steht in der Überschrift als „Pelton-Turbine“. Der Unterschied steht in der Übersicht Pelton-Turbine System Erlach.

System Erlach mit sechs Düsen: dieselbe Wassermenge, kleinere Maschine, horizontale Welle

Für jede Pelton-Turbine gilt: Ein einzelner Strahl darf im Verhältnis zur Breite des Laufradbechers nicht zu dick werden. Wächst die Wassermenge, teilt man sie deshalb auf mehrere Düsen auf. Jede zusätzliche Düse erlaubt bei gleicher Fallhöhe und gleicher Wassermenge eine höhere Drehzahl. Ob der nächste Drehzahlsprung zur Polzahl des Generators passt, ist dabei jeweils zu prüfen. Nutzt man das, werden Laufrad und Generator kleiner. Die Kennzahl dahinter ist die spezifische Drehzahl, mehr unter Pelton-Turbine spezifische Drehzahl.

Herkömmlich muss man sich entscheiden: viele Düsen an vertikaler Welle oder wenige an horizontaler. Das System Erlach hat bis zu sechs Düsen und eine horizontale Welle.

Horizontal, zwei Düsen

Vertikal, sechs Düsen

Horizontal, sechs Düsen

Drei Bauarten. Links die übliche horizontale Maschine mit zwei Düsen, von vorn. In der Mitte die übliche Maschine mit sechs Düsen, vertikal und von oben gesehen, mit dem Ringverteiler. Rechts sechs Düsen an horizontaler Welle.
Eigene Schemazeichnung nach J. M. Erlach, New Pelton Concept, Viennahydro 2012.

Pelton-Turbine, herkömmlich vertikal: üblich ab drei Düsen, wegen des Spritzwassers

Das Wasser, das die Becher verlässt, trägt noch etwa zwei bis vier Prozent der Energie des Strahls. Es spritzt und nimmt viel Luft auf. Bei einer oder zwei Düsen an horizontaler Welle läuft es nach unten ab. Bei mehr Düsen wird ein Teil nach oben geschleudert, prallt am Gehäuse ab und fällt auf das Laufrad zurück. Das kostet Leistung.

Am Anfang gab es nur horizontale Maschinen mit einer oder zwei Düsen. Um mehr Leistung in eine Maschine zu bringen, stellte man die Welle vertikal und kam so auf bis zu sechs Düsen. In Norwegen zum Beispiel ging 1965 in Skjåk noch eine horizontale Maschine mit zwei Düsen in Betrieb, 1968 in Evanger eine vertikale mit sechs.

Beleg: J. M. Erlach, New Pelton Concept, Viennahydro 2012, Full Paper, Abschnitt 1 und 2.2; H. Brekke, Hydraulic Turbines, NTNU 2015, S. 3; Josef Erlach, 11.10.2026 (Abstand der zwei Düsen, 60 bis 70 Grad).

Pelton-Turbine, herkömmlich horizontal: drei Düsen nur mit engem Abstand

Bei der üblichen horizontalen Maschine mit zwei Düsen sitzen beide im unteren Teil des Rads, 60 bis 70 Grad auseinander; das Wasser fällt nach unten ab, und die Becher haben genug Zeit, sich zu leeren. Bei drei Düsen an horizontaler Welle muss man die Düsen genauso eng setzen, damit kein Wasser nach oben gelangt. Das verkürzt die Zeit zum Entleeren und senkt die Leistung. Der Abstand muss in jedem Fall mindestens 60 Grad betragen und hängt von Bauart und Platz ab.

Bisher: 60 bis 70 Grad

Mit Leitringen: 120 Grad

Drei Düsen an horizontaler Welle. Links eng gesetzt, damit kein Wasser nach oben gelangt: Den Bechern bleibt wenig Zeit, sich zu leeren. Rechts gleichmäßig über den Umfang verteilt.
Eigene Schemazeichnung nach J. M. Erlach, New Pelton Concept, Viennahydro 2012, Abschnitt 2.5.

Werden die Düsen gleichmäßig über den Umfang verteilt, stehen drei Düsen im Abstand von 120 Grad. Der Modellversuch zeigt dafür einen höheren Wirkungsgrad als bei 60 Grad. Das geht nur, wenn das Spritzwasser geführt wird.

Beleg: Viennahydro 2012, Full Paper, Abschnitt 2.2 und 2.5, Fig. 7. Das Paper zeigt Kurven, die auf den Bestwert bezogen sind, und nennt keinen Wirkungsgrad in Prozent; Josef Erlach, 03.10. und 11.10.2026 (Abstand mindestens 60 Grad, zwei Düsen 60 bis 70 Grad).

System Erlach, horizontale Welle: einfacher zu bauen und zu lagern

Das System Erlach behält die horizontale Welle. Sie macht jede Pelton-Turbine einfacher. Die Welle lässt sich geradliniger anordnen, Lager und Abstützung des Generators werden weniger aufwendig. Das gilt besonders bei kleineren Fallhöhen.

Beleg: F. J. J. Hahn, Numerical investigation and optimisation of a new Pelton turbine distributor system, Dissertation, TU Wien 2024, Einleitung.

System Erlach, sechs Düsen horizontal: möglich, weil zwei Leitringe das Spritzwasser führen

Bei der Pelton-Turbine System Erlach, erfunden von Josef Erlach, fangen zwei Leitringe im Gehäuse das Spritzwasser auf und führen es zum Auslauf, ohne dass es auf das Laufrad zurückfällt. Die Düsen können dann rund um das Rad sitzen, so wie es das Laufrad verlangt. Das Gehäuse ist für alle Anordnungen von zwei bis sechs Düsen gleich aufgebaut.

Die horizontale Pelton-Turbine mit sechs Düsen nach dem Konzept von Josef Erlach lief ab 2008 als Modellmaschine auf dem Prüfstand der Hochschule Luzern. Die erste Maschine dieser Bauart im Kraftwerk ging 2022 in Gerlos in Betrieb, gebaut von Voith. Die ganze Folge steht unter Pelton-Turbine Geschichte.

System Erlach, Nutzen der sechs Düsen: Leistungsdichte, Drehzahl, Teillast

Mehr Leistung je Maschine. Bis zu sechs Strahlen statt zwei oder drei.
Höhere Drehzahl. Das senkt vor allem die Kosten des Generators.
Kleinere Maschine. Das Gebäude oder die Kaverne kann kleiner werden.
Guter Betrieb bei wenig Wasser. Mehr dazu unter Pelton-Turbine Wirkungsgrad.

Beleg: Viennahydro 2012, Full Paper, Abschnitt 3.1; Faltblatt zur Viennahydro, 22. November 2012.

System Erlach, Verteilleitung: sechs Düsen brauchen sechsmal den gleichen Zulauf

Sechs Düsen brauchen sechsmal gleich viel Wasser, und es soll ruhig ankommen. Das leistet die Verteilleitung. Das gilt für jede Pelton-Turbine mit mehreren Düsen. Welche zwei Bauarten das System Erlach dafür hat, steht auf der nächsten Seite: Pelton-Turbine Verteilrohr.