Ursprünglicher Verlauf des Kanals

Seit dem Jahre 1790 durchquert der Forth and Clyde Canal Zentral-Schottland in West-Ost-Richtung zwischen den Flüssen Clyde und Forth. Westlich von Falkirk zweigt der 1822 eröffnete Union Canal ab, ein ca. 50 km langer Stichkanal, der an seinem Ostende unmittelbar im Stadtzentrum von Edinburgh endet. Der Höhenunterschied zwischen den beiden Haltungen wurde in der Nähe des Standorts des Falkirk Wheel ursprünglich durch eine Schleusentreppe von elf Schleusen auf einer Strecke von 1,5 km mit einem Höhenunterschied von 33,50 m überwunden. Diese Schleusen verfielen jedoch mit dem Niedergang des Kanalwesens aufgrund der Konkurrenz durch die Eisenbahn und den Straßenverkehr, bis sie in den 1930er Jahren verfüllt wurden.

Neubau

Die alte Kanaltrasse wurde an mehreren Stellen verbaut und zugeschüttet. Besonders herausfordernd war die Situation bei Falkirk, wo die alte Schleusentreppe mit einer Straße durch ein Wohngebiet (Glenfuir Road/ Greenbank Road) verbaut wurde. Daher musste eine neue Trasse gefunden werden, die eine Bahnstrecke und das Bodendenkmal des Antoninuswalls queren musste ohne diese zu stören und eben den Höhenunterschied von 33,5 m überwinden musste.

In den 1990er Jahren wurde ein Projekt zur Revitalisierung der Kanäle begonnen. Das Hebewerk, dessen Bau 1998 begonnen wurde und das die Kanäle seither wieder verbindet, ist Teil dieses Millennium Link genannten Projektes, das mehrere Maßnahmen an den beiden Kanälen umfasste. Das Falkirk Wheel wurde am 24. Mai 2002 durch Königin Elisabeth II. anlässlich ihres goldenen Thronjubiläums eröffnet. Die Kosten des neuen Projekts betrugen 17 Millionen Pfund. Der Antoninuswall wird im Oberwasser des Wheel durch den Rough Castle Tunnel unterquert.

Balance

Das Wheel arbeitet nach dem Prinzip, dass der Antrieb bei zwei gleich schweren Gondeln keine Hubarbeit leisten, sondern nur die Reibung überwinden muss. Die Arbeit zum Heben der aufwärts fahrenden Gondel wird von der abwärts fahrenden aufgebracht, das Rad ist stets im Gleichgewicht. Dabei hängt das Gewicht einer Gondel nicht davon ab, ob sich darin ein Boot befindet, denn aufgrund des archimedischen Prinzips verdrängt ein schwimmendes Boot die Wassermenge, die seinem Eigengewicht entspricht.

Empfindlich reagiert die Konstruktion dagegen auf Pegelunterschiede. Jede der Gondeln umfasst rund 200 m² Wasserfläche, damit entspricht ein Zentimeter Wasserhöhe einer Masse von etwa zwei Tonnen. Um innerhalb der Leistungsgrenzen des Antriebes zu bleiben, dürfen sich die Wasserstände der beiden Gondeln um maximal 1,7 cm (nach anderen Quellen: 7,5 cm) unterscheiden. Um dies sicherzustellen, wurde am oberen Schleusenpunkt Falkirk Wheel Top Locks ein Pumpensystem mit etwa der 20-fachen Leistung des Wheel-Antriebs installiert, das den Pegelstand des Oberwassers (Tunnel, oberes Vorbecken, Trogbrücke und geöffneter oberer Trog) passend zum Unterwasser regelt.

Die zu leistende oder die geleistete physikalische Arbeit besteht prinzipiell im Schöpfen von Wasser oder in (nicht nutzbarer) Gewinnung von Wasserkraft.

Antrieb

Das Drehmoment zur Drehung des Rades wird durch einen Satz von zehn Hydraulikmotoren erzeugt, die in dem hinteren, landseitigen Pylon (Nabenträger) in zwei Fünfergruppen konzentrisch um die Drehachse angeordnet sind. Unterhalb der Lagerung des Rades sind im Pylon die Betriebsräume für die Hydraulikpumpen, die Notstromversorgung und ein Transformatorenraum untergebracht. Die Hydraulikmotoren wirken je über eine interne Untersetzung im Verhältnis von 1:100 mittels Antriebsritzel auf eine am Innenring angebrachte Verzahnung des hinteren Lagers und verbrauchen je Hubvorgang nur die verhältnismäßig geringe Menge Strom von 1,5 kWh. Die beiden dreireihigen Wälzlager mit vier Meter Durchmesser sind eine Sonderanfertigung der Firma SKF.

Fördertröge

Die Gondeln haben je 50 Tonnen Leermasse und fassen ca. 300 Tonnen Wasser; sie haben eine für Boote nutzbare Größe von 21,33 m Länge, 6 m Breite, 1,37 m Tiefgang und 2,74 m lichter Einfahrtshöhe.

Zwischen dem hinteren Pylon und der Rückseite der hangseitigen Ausleger des Wheel ist ein Zahnradsatz vorhanden, der ähnlich einem Planetengetriebe dafür sorgt, dass die Tröge zwangsweise während des Umlaufes in ihrer relativen horizontalen Lage verbleiben. Dazu rollen zwei kleinere, am rotierenden Ausleger gelagerte Zwischenräder auf einem koaxial um die Drehachse angeordneten, fest mit dem Pylonen verbundenen Innenrad ab, und übertragen die Position auf jeweils mit den Trögen verbundene Außen-Zahnkränze, die die gleiche Zähnezahl wie das Innenrad haben.

Trogtore

Sowohl die Tröge als auch der Kanal-Aquädukt oben und die Einfahrt vom Vorbecken unten werden durch hydraulisch bewegte Klapptore verschlossen, bevor die Tröge abdocken und das Wheel in Gang gesetzt wird. Diese Tore sind am Boden angeschlagen, im geöffneten Zustand liegen sie in Aussparungen in der Gewässersohle. Beim Schließen klappen sie aufeinander zu nach oben und erscheinen über dem Wasserspiegel. Der schmale Zwischenraum zwischen trog- und landseitigem Tor wird dann über Rohrleitungen befüllt oder leergepumpt. Solange die Tröge sich in Ein- oder Ausfahrtsposition befinden, werden diese von einem hydraulischen Verriegelungshaken in Richtung des jeweiligen Tores fixiert, andererseits wird ein Dichtrahmen hydraulisch gegen den Trog gedrückt, um den Zwischenraum abzudichten. Das Wasser aus dem Zwischenraum wird in die jeweilige andere Haltung gepumpt, so entstehen keine nennenswerten Wasserverluste. Allerdings muss das Wheel als Bestandteil eines Schleusensystems (die nächste Schleuse ist etwa 500 Meter entfernt) insgesamt genau den Wasserverbrauch der anderen Schleusen aufweisen. Dazu wird die vom Wheel nicht benötigte Wassermenge daran vorbeigeleitet.