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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von geraden stehenden
Wellen in einem fließenden
Medium, insbesondere in Fließgewässern.
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Die
Erzeugung von stehenden Wellen in einem fließenden Medium ist insbesondere
aus dem Bereich des Wasserbaus bekannt. Nachfolgend wird daher stellvertretend
für ein
fließendes
Medium Wasser betrachtet.
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Stehende
Wellen sind ein oft unbeabsichtigtes Resultat wasserbaulicher Anlagen
oder natürlicher
Besonderheiten oder das Ergebnis einer bewussten Strömungsführung in
künstlichen
Anlagen. Stehende Wellen unterliegen einer starken Nutzung unter
anderem durch Wellenreiter und Kanusportler.
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Es
ist zu unterscheiden zwischen geraden stehenden Wellen und brechenden
stehenden Wellen. Gerade stehende Wellen sind durch eine zweidimensionale
Strömungsführung geprägt und entlang einer
Achse senkrecht zur Strömungsrichtung
zumindest annähernd
unveränderlich.
Brechende stehende Wellen können
nur durch eine komplexe dreidimensionale Strömungsführung erzeugt werden.
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Die
Erzeugung brechender stehender Wellen ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 103 08 812 A1 bekannt.
Die dort beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung stehender Wellen
in einem Fließgewässer weist
ein zumindest annähernd
senkrecht zur Strömungsrichtung
angeordnetes Querbauwerk, eine an dieses stromabwärts anschließende räumlich gekrümmte Leitrampe
mit Höhenlinien,
welche in Strömungsrichtung
mit dieser einen zunehmend spitzen Winkel einschließen, sowie
einen der Leitrampe stromabwärts
nachgeordneten höheneinstellbaren Wellenerzeugungskörper, welcher
relativ zur Strömungs richtung
um einen Anstellwinkel schräg
gestellt ist, auf. Die Vorrichtung ist besonders zur Erzeugung stehender,
insbesondere brechender Wellen geeignet. Die Vorrichtung ist infolge
der komplexen dreidimensionalen Strömungsführung nicht in der Lage gerade
stehende Wellen zu erzeugen. Der bewegliche Wellenerzeugungskörper befindet
sich bei dieser Vorrichtung unmittelbar unter der stehenden Welle.
Brechende Wellen werden auch in
US 6 726 403 B1 beschrieben. Sie sollen durch
eine umfassende Strömungsführung mit
einer dreidimensional geformten Struktur erzeugt werden.
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Die
Anordnung eines wellenerzeugenden unveränderlichen Einbaus (Wellenerzeugers),
welcher sich ebenfalls unmittelbar unter der stehenden Welle befindet
ist Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 200 19 358 U1 sowie
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 02 805 A1 . Prinzipiell ähnliche
Einbauten in Laborsystemen bzw. Versuchsrinnen sind u. a. Gegenstand
internationaler Veröffentlichungen
(
„A
stationary oblique breaking wave for laboratory testing of surfboards" von H.
G. Hornung und P. Killen, Journal of Fluid Mechanics, 1976;
„Hydrodynamics
of Surfboards",
von Michael Paine, 1974, aktuell auf:
http://www4.tpgi.com.au/users/mpaine/thesis.html). In
den Schutzrechtsveröffentlichungen
EP 0 547 117 B2 (
DE 691 14 013 T3 )
und
EP 0 629 139 B1 (
DE 693 10 719 T2 )
sind Einrichtungen zur Erzeugung wellenähnlicher Wasserflächen geringer
Fließtiefe
und hoher Geschwindigkeit in künstlichen
Freizeiteinrichtungen beschrieben. Hierbei wird ein Planstrom erzeugt,
welcher sich unmittelbar an einen wellenartig geformten Körper anlegt.
Die für
Fließgewässer konzipierten
Anlagen nach der Gebrauchsmusterschrift
DE 200 19 358 U1 sowie
der Offenlegungsschrift
DE 101
02 805 A1 sind nicht in der Lage, Wellen für Freizeitaktivitäten in ähnlicher
Qualität
wie derartige Einrichtungen mit künstlich erzeugter Strömung bereitzustellen.
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In
US 6 932 541 B2 und
weiteren Dokumenten (
US
6 629 803 B1 ,
US
2003/0198515 A1 ,
US 2003/0180095 A1 ,
US 2005/0207845 A1 ,
PCT
WO 03/080962
A2 ) wird ein System beschrieben, bei welchem stehende Wellen
durch das hydraulische Zusammenwirken einer Strömung über ein Wehr beziehungsweise über Sohlstrukturen
mit einer Sekundärströmung durch
das Wehr beziehungsweise die Sohlstrukturen erzeugt werden. Die
Sekundärströmungen können durch
die bewegliche Ausgestaltung des Wehres beziehungsweise der Sohlstrukturen
gesteuert werden. In den Dokumenten wird auch eine Ausgestaltung
ohne Sekundärströmung beschrieben.
In diesem Fall ist keine Beweglichkeit von Teilen des Wehrs beziehungsweise
der Sohlstrukturen vorgesehen. Die stehenden Wellen werden in allen
Ausgestaltungen direkt über
den Sohlstrukturen erzeugt. Die Strömungsführung durch die Sohlstrukturen
ist für
die Entstehung der Wellen unabdingbar.
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DE 10 2004 016 750
A1 beschreibt eine mobile stehende Flusswelle, welche durch
eine temporäre
Einengung der Strömung
mit zwei Stauelementen und einer mobilen rampenartigen Struktur
erzeugt werden soll. Infolge des Aufstaus und der Einengung soll
eine deutlich beschleunigte Fließbewegung durch die Engstelle
erzeugt werden. Bei günstigen
Randbedingungen kann sich dann unterhalb der Einengung eine stehende
Welle ergeben. Eine Steuerung dieser Welle ist nicht möglich. In
DE 10 2004 013 367
A1 werden Vorrichtungen zur Ausgestaltung eines Wasserparcours
beschrieben. Hierbei werden auch im Boden angeordnete bewegliche
Elemente beschrieben, welche die Strömung in Abhängigkeit ihrer Stellung beeinflussen
können.
Eine Steuerung stehender Wellen ist damit nicht möglich.
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Es
ist bekannt, dass zur Erzeugung gerader stehender Wellen insbesondere
in Strömungsrichtung
geneigte Rampen mit einem stromabwärts anschließenden Höhenversatz
geeignet sind (unter anderem z. B. aus: „Erzeugung von Wellen und
Walzen für
den Kanusport",
Bericht des Instituts für
Wasserwesen der Universität
der Bundeswehr in Neubiberg im Auftrag des Bayerischen Kanuverbandes,
März 2004).
Die Wellenbildung wird hierbei insbesondere durch die abrupte Verzögerung der
Strömung
am Übergang
zwischen der schießenden
Fließbewegung
auf der Rampe (Froude-Zahl > 1)
und einer langsameren strömenden
Fließbewegung
stromabwärts
der Rampe (Froude-Zahl < 1)
angeregt. Von besonderer Bedeutung für die Ausbildung einer stehenden
Welle ist hierbei die Wasserspiegelhöhe unterhalb der Vorrichtung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gerade stehende Welle
insbesondere für
Freizeit- und Sportaktivitäten
in optimierter Weise zu erzeugen. Eine weitere Aufgabe besteht insbesondere darin,
Möglichkeiten
der Steuerung von Wellenform und Wellenhöhe aufzuzeigen. Ergänzend liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gefährliche Strömungssituationen im Anschluss
an die gerade stehende Welle zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der auf diesen
Anspruch zurückbezogenen
Unteransprüche.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass die Existenz und die Form gerader stehender Wellen in
hohem Maße
durch die Geometrie der die Strömung
führenden
Kontur bestimmt werden.
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Die
Vorrichtung zur Erzeugung gerader stehender Wellen in einem fließenden Medium
umfasst erfindungsgemäß
- • ein
zumindest im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnetes
Querbauwerk, das so ausgebildet ist, dass der Abfluss von einer strömenden (Froude-Zahl < 1) in eine schießende Fließbewegung
(Froude-Zahl > 1) übergeführt wird,
- • eine
an dieses Querbauwerk stromabwärts
anschließende
zumindest im wesentlichen in Strömungsrichtung
geneigte Rampe,
- • eine
am stromabwärtsseitigen
Ende dieser Rampe zumindest im wesentlichen in Strömungsrichtung
angeordnete Gegenrampe, deren mittlere Steigung in Strömungsrichtung
einen Winkel zur Horizontalen in Strömungsrichtung aufweist und welche
an ihrem stromaufwärtsseitigen
Ende einen strömungsgünstigen Übergang
zur Rampe besitzt,
- • einen
stromabwärts
der Rampe und der Gegenrampe angeordneten Boden, dessen Sohle um ein
Höhenmaß tiefer
angeordnet ist als das stromabwärtsseitige
Ende der Rampe.
- • einen
im stromabwärtsseitigen
Bereich des Bodens zumindest annähernd
senkrecht zur Strömungsrichtung
angeordneten höheneinstellbaren Strömungsführungskörper, welcher
die Strömung so
lenkt, dass dort keine Wirbel entstehen, welche deutliche Strömungskomponenten
entgegen der Hauptströmung
in Strömungsrichtung
aufweisen.
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Die Überführung des
Abflusses im Bereich des Querbauwerks von einer strömenden in
eine schießende
Fließbewegung
bedeutet dabei einen Übergang
des Strömungszustandes
von einer Froude-Zahl mit einem Wert kleiner 1 zu einer Froude-Zahl
mit einem Wert größer 1.
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Durch
die Beweglichkeit der die Strömung führenden
Kontur kann im Sinne der Erfindung die Welle gesteuert werden. Diese
Beweglichkeit der Kontur wird durch die Verstellbarkeit der Rampe und/oder
der Gegenrampe erreicht. Die Strömung
im Anschluss an die gerade stehende Welle wird durch den Strömungsführungskörper in
ihrer grundsätzlichen
Ausbildung gesteuert.
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Mit
Vorteil ist daher die Rampe in ihrer Neigung in Strömungsrichtung
verstellbar. Insbesondere kann die Neigung der Rampe in Strömungsrichtung dabei
zwischen einem kleinsten mittleren Gefälle von 1:20 bis 1:8 und einem
maximalen mittleren Gefälle von
1:8 bis 1:1 einstellbar sein.
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Die
Rampe kann ein in Strömungsrichtung gleich
bleibendes oder abnehmendes Gefälle
aufweisen. Ebenfalls ist eine Kombination eines gleich bleibenden
und eines abnehmenden Gefälles
möglich.
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Wie
bereits erwähnt
kann die Beweglichkeit der die Strömung führenden Kontur auch dadurch
erreicht werden, dass die Gegenrampe in ihrer Neigung in Strömungsrichtung
verstellbar ist. Vorteilhafterweise kann dabei der Winkel der mittleren
Steigung der Gegenrampe zur Horizontalen in Strömungsrichtung zwischen einem
kleinsten Winkel von –45° bis 0° bis zu einem
größten Winkel
von 15° bis
90° einstellbar sein.
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In
Ausgestaltung der Erfindung kann die strömungszugewandte Seite der Gegenrampe
eine in Strömungsrichtung
gleich bleibende oder zunehmende Steigung aufweisen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Strömungsführungskörper von
einer minimalen Höhe
des 0- bis 0,5-fachen der Höhe
des Höhenmaßes bis
zu einer maximalen Höhe
des 0,6- bis 1,5-fachen der Höhe
des Höhenmaßes über dem
Boden einstellbar sein.
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Insgesamt
sind durch die genannten Möglichkeiten
der Verstellbarkeit bzw. Einstellbarkeit einzeln wie kumulativ Möglichkeiten
aufgezeigt, um die gewünschte
gerade stehende Welle in geeigneter Weise zu erzeugen, aber auch
zu variieren. Insbesondere für
eine Nutzung im Bereich von Freizeit- und Sportaktivitäten liefert
die Erfindung daher einen wertvollen Beitrag.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann die Rampe eine stromaufwärtsseitige
Wand, eine an dieser gelenkig gelagerte starre Platte und eine Vorrichtung
zur Höhenverstellung
der Platte aufweisen. Insbesondere kann dabei die stromaufwärtsseitige Wand
der Rampe in ihrer Höhe
verstellbar sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Gegenrampe eine
gelenkig am stromabwärtsseitigen
Ende der Rampe gelagerte starre plattenähnliche Struktur und eine Vorrichtung
zur Winkelverstellung aufweist. Dabei kann mit Vorteil über der
starren plattenähnlichen Struktur
der Gegenrampe eine in Strömungsrichtung flexible
plattenähnliche
Struktur angeordnet sein, welche an ihrem stromaufwärtsseitigen Ende
einen tangentialen Übergang
zur plattenähnlichen
Struktur der Rampe aufweist.
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Im
Rahmen der Erfindung ist auch die Möglichkeit gegeben, dass die
Gegenrampe einen durch Innendruckbeaufschlagung formveränderlichen Schlauchkörper aufweist.
Entsprechend der Wahl eines Innendruckes bildet sich eine geeignete
Form und Kontur des formveränderlichen
Schlauchkörpers aus.
Der Schlauchkörper
kann dabei mit jedem geeigneten Fluid gefüllt sein. Beispielsweise kommen hierfür Wasser
oder Luft in Frage.
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In
Ausgestaltung der Erfindung kann der Strömungsführungskörper eine an seinem stromaufwärtsseitigen
Ende gelenkig am Boden gelagerte starre Struktur und eine Vorrichtung
zur Höhenverstellung
aufweisen. Mit Hilfe der Vorrichtung zur Höhenverstellung kann die Höhe des Strömungsführungskörpers eingestellt
werden.
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Es
ist auch möglich,
dass der Strömungsführungskörper einen
durch Innendruckbeaufschlagung formveränderlichen Schlauchkörper aufweist.
Auch hier bildet sich entsprechend der Wahl eines Innendruckes eine
geeignete Form und Kontur des formveränderlichen Schlauchkörpers aus.
Der Schlauchkörper
kann dabei mit jedem geeigneten Fluid gefüllt sein. Beispielsweise kommen
hierfür
Wasser oder Luft in Frage. Der Strömungskörper kann teilweise oder aber
auch bevorzugt vollständig
mit einem durch Innendruck beaufschlagten Schlauchkörper ausgebildet
werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Einstellbarkeit für
die zu erzeugende gerade stehende Welle bietet sich erfindungsgemäß dadurch,
dass der Strömungsführungskörper auf
einer horizontal in Strömungsrichtung
entlang des Bodens verschiebbaren Platte gelagert ist, welche eine
geeignete Positionierung des Strömungsführungskörpers in
Strömungsrichtung
erlaubt.
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In
Weiterbildung der Erfindung können
an den strömungsbegrenzenden
Seitenflächen
der Vorrichtung im Bereich der Gegenrampe strömungsbeeinflussende Strukturen
angeordnet sein, welche die Fließgeschwindigkeiten in den Randbereichen
der stehenden Welle reduzieren.
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Durch
den Einbau von strömungsstörenden Strukturen
an den die Strömung
seitlich begrenzenden Seitenwänden
können
lokale Strömungsablösungen verursacht
werden. Diese verursachen auf der stromaufwärtsseitigen Flanke der geraden
stehenden Welle lokale oberflächige
Störungen
und Turbulenzen, welche zu lokal reduzierten Fließgeschwindigkeiten
in der Nähe
der Seitenwände
führen.
Diese können
aus sicherheitstechnischen aber auch aus fahrtechnischen Gründen sehr
vorteilhaft sein.
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Im
Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass Mittel zur
Zugabe von komprimiertem Gas, insbesondere Luft, in Form von Gasblasen in
das fließende
Medium im Bereich der Rampe und/oder kurz oberhalb des Querbauwerks
vorhanden sind, wodurch sich die Erscheinungsform der geraden stehenden
Welle in dem in Strömungsrichtung anschließenden Bereich ändert. Durch
eine geeignete Zugabe von verdichtetem Gas oder bevorzugt Luft kann
die Erscheinungsform der geraden stehenden Welle entsprechend beeinflusst
und gewählt
werden. Dabei besteht insbesondere die Möglichkeit, dass die Mittel
zur Zugabe von komprimiertem Gas so ausgestaltet sind, dass eine
Zugabe im Bereich der Rampe und/oder kurz oberhalb des Querbauwerkes
zu unterschiedlichen Zeiten an wechselnden Positionen erfolgt.
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Durch
die lokale Zugabe von Luft- oder Gasblasen im Bereich der Rampe
kann die Erscheinungsform der stehenden Welle variiert werden. Die Luftblasen ändern die
Dichte und die Zähigkeit
des fließenden
Mediums und führen
damit zu lokalen Variabilitäten.
Insbesondere können
auf diese Weise Zonen mit etwas reduzierten Fließgeschwindigkeiten erzeugt
werden, welche von besonderem Interesse für beispielsweise den Richtungswechsel
von surfenden Personen sind.
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Die
oben beschrieben erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich insbesondere zur Verwendung zur Erzeugung gerader stehender
Wellen in einer natürlichen
und/oder künstlichen
Wasserströmung.
Es bietet sich dabei vorteilhafterweise eine Nutzung im Bereich
von Freizeit- und Sportaktivitäten an.
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Experimentelle
Untersuchungen der Erfinder belegen, dass der Charakter gerader
stehender Wellen wesentlich durch den spezifischen Abfluss, d. h. den
Abfluss je Meter Breite der Vorrichtung, bestimmt wird. Die Verstellbarkeit
der strömungsführenden Kontur
im Sinne der Erfindung gewährleistet,
dass auch bei wechselnden Abflüssen
eine Optimierung der Form der stehenden Welle und der Strömungssituation
im Anschluss an die Welle erfolgen kann.
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Typischerweise
betragen die zur Erzeugung einer für die vorgesehene Nutzung geeigneten
geraden stehenden Welle bei Wellenhöhen von etwa 0,5 m bis 2,0
m zwischen 1,0 m3/sm und 3,0 m3/sm.
Die Länge
der Rampe beträgt
typischerweise etwa 4,0 m bis 12,0 m.
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Die
vergleichsweise hohen Abflüsse
auf der Rampe und deren begrenzte Länge bedingen im Allgemeinen,
dass sich auf der Rampe noch kein stationär gleichförmiger Fließvorgang einstellt. Die Strömung befindet
sich durchwegs noch in der Beschleunigung. Durch die Verstellbarkeit
der Rampe kann daher der Energieinhalt der Strömung am stromaufwärtsseitigen
Fußpunkt
der stehenden Welle gesteuert werden. Je steiler die Neigung der
Rampe ist, umso größer ist
der Höhenunterschied
zwischen der Energielinie im Oberwasser und dem stromabwärtsseitigen
Ende der Rampe.
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Am
stromabwärtsseitigen
Ende der Rampe lässt
sich die Richtung der Strömung
am stromaufwärtsseitigen
Fußpunkt
der geraden stehenden Welle durch die Neigung der Gegenrampe, welche
durch einen Winkel zur Horizontalen in Strömungsrichtung beschrieben wird,
steuern. Je steiler die Strömung
an dieser Stelle nach oben geführt
wird, desto steiler bildet sich auch die stromaufwärtsseitige
Flanke der geraden stehenden Welle aus. Diese Verstellbarkeit ist von
großer
Bedeutung für
den Charakter der Freizeitnutzung und für den Schwierigkeitsgrad beim
Befahren der Welle.
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Im
Anschluss an stehende Wellen bilden sich oft walzenförmige Strömungsstrukturen
mit deutlichen Strömungskomponenten
entgegen der Strömungsrichtung
aus. Diese können
für die
Nutzer der stehenden Wellen zu großen Gefahren führen, da diese
je nach Strömungskraft
und persönlicher
Leistungsfähigkeit
diese Walzen nicht mehr aus eigener Kraft verlassen können. Durch
einen Strömungsführungskörper wird
die in Richtung der Sohle eintauchende Strömung im unmittelbaren Anschluss
an die gerade stehende Welle erneut nach oben geführt. Hierdurch
können
gefährliche
Walzen verhindert werden. Mit Vorteil ist daher erfindungsgemäß ein verstellbarer
Strömungsführungskörper zur
Vermeidung gefährlicher
Strömungsstrukturen
mit deutlichen Strömungskomponenten
entgegen der Strömungsrichtung
im Anschluss an die Rampe vorgesehen.
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Je
nach Konstruktion und/oder den örtlichen Gegebenheiten
können
für die
jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erzeugung gerader stehender Wellen auch beliebige Kombinationen
der Ausgestaltungsvarianten, Ausgestaltungsvariationen und/oder
Verlegweisen sinnvoll sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Zeichnungen
näher erläutert. Die
Zeichnungen enthalten dabei jeweils teilweise stark vereinfachte
Darstellungen.
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Hierbei
zeigen:
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1 den
Gesamtaufbau einer Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erzeugung gerader stehender Wellen mit je einer Darstellung:
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1a:
in Aufsicht und
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1b:
gemäß Längsschnitt
A-A aus der Aufsichtsdarstellung von 1a,
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2 eine
Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erzeugung gerader stehender Wellen mit verstellbarer Geometrie
der strömungsbegrenzenden
Kontur im Längsschnitt,
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3 einen
Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer zweiten Variante von Rampe und Gegenrampe,
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4 einen
Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer dritten Variante von Rampe und Gegenrampe,
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5 einen
Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem Ausführungsbeispiel
eines Strömungsführungskörpers.
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1 zeigt
in vereinfachter Darstellung den Gesamtaufbau einer Anlage zur Erzeugung
gerader stehender Wellen. Sowohl in der Aufsicht nach 1a wie
auch im Schnitt A-A nach 1b umfasst die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erzeugung gerader stehender Wellen in Strömungsrichtung S ein Querbauwerk
Q, eine Rampe 1, eine Gegenrampe 2, einen Boden 3 und
einen Strömungsführungskörper 4.
Der Längsschnitt
A-A in 1b stellt die in der Aufsichtsdarstellung
von 1a gezeigte Schnittposition dar.
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Die
am stromabwärtsseitigen
Ende der Rampe 1 zumindest im wesentlichen in Strömungsrichtung
S angeordnete Gegenrampe 2 weist eine mittlere Steigung
in Strömungsrichtung
S mit einem Winkel α zur
Horizontalen in Strömungsrichtung
S auf. Die Gegenrampe 2 besitzt an ihrem stromaufwärtsseitigen
Ende einen strömungsgünstigen Übergang
zur Rampe 1.
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Die
Sohle des Bodens 3 ist in 1 um ein Höhenmaß a tiefer
angeordnet als das stromabwärtsseitige
Ende der Rampe 1 und das stromaufwärtsseitige Ende der Gegenrampe 2.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
mit exemplarischer und vereinfachter Darstellung verschiedener Verstellmöglichkeiten
der strömungsbegrenzenden Kontur.
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Die
Verstellbarkeit der Rampe umfasst im Wesentlichen die Verstellbarkeit
der Neigung der Rampe. Diese kann dadurch erreicht werden, dass die
Rampe durch eine starre Platte RP ausgebildet wird, welche – wie aus 2 ersichtlich – an der stromaufwärtsseitigen
Wand RW gelenkig gelagert ist.
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Durch
eine Vorrichtung zur Höhenverstellung RZ
der starren Platte RP, welche, kann die Neigung der Platte RP und
damit die Neigung der Rampe (siehe Rampe 1 in 1)
in Strömungsrichtung
S variiert werden. In einem typischen Beispiel einer Vorrichtung
zur Höhenverstellung
RZ der starren Platte RP umfasst diese Vorrichtung RZ eine mechanisch
verstellbaren Hilfsvorrichtung (z. B. unter Verwendung von Gewindestangen)
oder einer hydraulisch verstellbaren Hilfsvorrichtung (z. B. Hydraulikzylinder).
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Ergänzend kann
die Höhenlage
der Rampe (siehe Rampe 1 in 1) und damit
die gesamte Strömungssituation,
welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
geprägt
wird, durch die Höhenverstellbarkeit
der stromaufwärtsseitigen
Wand RW beeinflusst werden. Der Kopf der stromaufwärtsseitigen Wand
RW ist gleichbedeutend mit der Krone der Rampe. Deren Höhenlage
wird durch die jeweils eingestellte Höhe der Wand RW bestimmt. Die
stromaufwärtsseitige
Wand RW kann aus mehreren, beispielsweise – wie in 2 gezeigt – zwei,
gegeneinander verschiebbar angeordneten Wandteilen bestehen.
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Die
Gegenrampe (siehe Gegenrampe 2 in 1) kann
eine starre plattenähnliche
Struktur oder – wie
in 2 gezeigt – starre
Platte GP aufweisen. Die starre Platte GP ist gelenkig am stromabwärtsseitigen
Ende der Platte RP der Rampe (siehe Rampe 1 in 1)
gelagert.
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In 2 ist
die Gegenrampe neben einer gelenkig am stromabwärtsseitigen Ende der Rampe
gelagerten starren Platte GP auch mit einer Vorrichtung zur Winkelverstellung
GW der Platte GP der Gegenrampe dargestellt. Die Winkelverstellung
erfolgt dabei wie durch die Pfeilrichtung angedeutet so, dass über die
Einstellung des Winkels der Platte GP der Gegenrampe (siehe Winkel α zur Horizontalen
in Strömungsrichtung
S in 1) die Strömungssituation
geeignet beeinflusst wird. Beispielsweise durch mechanische oder
hydraulische Antriebe, welche sich unter der starren Platte GP oder
auch seitlich der starren Platte GP befinden können, lässt sich die Neigung der starren
Platte GP einstellen. Eine Einstellvorrichtung zur Winkeleinstellung
der Vorrichtung zur Winkelverstellung GW der starren Platte GP kann also
beispielsweise seitlich im Außenbereich
der die Strömung
seitlich begrenzenden Seitenwänden
angeordnet sein.
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Der
verstellbare Strömungsführungskörper (siehe
Strömungsführungskörper 4 in 1)
zur Vermeidung gefährlicher
Strömungsstrukturen
im Anschluss an die Rampe kann aus einer starren, im allgemeinen
strömungsgünstig geformten
Struktur SP bestehen, welche an ihrem stromaufwärtigen Ende gelenkig gelagert
ist. Die Neigung und Höhenlage dieser
starren Struktur SP kann über
eine mechanische oder hydraulische Vorrichtung zur Höhenverstellbarkeit
SZ der starren Struktur SP eingestellt werden. Diese Vorrichtung
zur Höhenverstellbarkeit SZ
ist bevorzugt unterhalb oder seitlich der starren Struktur SP anzuordnen.
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Der
gesamte Strömungsführungskörper (siehe
Strömungsführungskörper 4 in 1)
kann zudem auf einer parallel zum Boden verschiebbaren Platte SH
angeordnet werden. Hierdurch kann speziell bei Vorrichtungen, welche über einen
größeren Abflussbereich
gerade stehende Wellen erzeugen sollen, die Position des Strömungsführungskörpers optimiert
werden.
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3 zeigt
einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer zweiten
Variante von Rampe (siehe Rampe 1 in 1)
und Gegenrampe (siehe Gegenrampe 2 in 1).
Wie in 3 dargestellt, kann über der starren Platte GP eine
flexible Platte oder eine flexible plattenähnliche Struktur GF angeordnet
werden, welche für
eine strömungsgünstige Formgebung
sorgt. Hierzu ist es notwendig, dass diese in Strömungsrichtung
flexible Platte oder plattenähnliche
Struktur GF an ihrem stromaufwärtsseitigen
Ende einen tangentialen Übergang
in die Platte RP der Rampe aufweist. In 3 ist außerdem wie in 2 eine
Vorrichtung zur Winkelverstellung GW der Platte GP bzw. der flexible
Platte oder plattenähnliche
Struktur GF der Gegenrampe gezeigt.
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Ergänzend oder
bevorzugt alternativ ist die Ausbildung der Gegenrampe (siehe Gegenrampe 2 in 1)
durch einen mit Fluid wie Wasser oder Luft gefüllten Schlauchkörper GS
möglich.
Wie 4 zeigt, ist ein solcher alternativ zur Ausführung in 3 ausgestalteter
Schlauchkörper
GS am stromabwärtsseitigen
Ende der Platte RP der Rampe angeordnet. Entsprechend der Wahl eines
Innendruckes des Fluids bzw. einer Befüllungsmenge im formveränderlichen
Schlauchkörper
GS bildet sich eine geeignete Form und Kontur des Schlauchkörpers GS aus.
Durch gestrichelte Linien sind verschiedene Befüllungszustände des durch Innendruckbeaufschlagung
formveränderlichen
Schlauchkörpers
GS der Gegenrampe angedeutet. Der Schlauchkörper GS sollte an seinem stromabwärtsseitigen
Ende eine klare Abrisskante aufweisen, welche beispielsweise durch
eine finnenartige Struktur gebildet werden kann.
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Der
verstellbare Strömungsführungskörper zur
Vermeidung gefährlicher
Strömungsstrukturen
im Anschluss an die Rampe kann aus einer starren, im allgemeinen
strömungsgünstig geformten
Struktur bestehen, welche an ihrem stromaufwärtsseitigen Ende gelenkig gelagert
ist. Ergänzend
oder bevorzugt alternativ zu einer in 2 veranschaulichten mechanischen
oder hydraulischen – Vorrichtung
zur Höhenverstellbarkeit
SZ kann die Höhenverstellbarkeit
der starren Struktur auch durch einen mit einem Fluid wie Wasser
oder Luft gefüllten
Schlauchkörper erreicht
werden. Die Neigung und Höhenlage
dieser starren Struktur SP kann eingestellt werden (siehe 2).
Dieser ist bevorzugt unterhalb der starren Struktur anzuordnen.
Ergänzend
oder aber bevorzugt alternativ zu der in 2 veranschaulichten
Variante kann der Strömungsführungskörper einen durch
Innendruck beaufschlagten Schlauchkörper SS umfassen. Zudem kann
der Strömungsführungskörper auch
vollständig
mit einem durch Innendruck beaufschlagten Schlauchkörper SS
ausgebildet werden, wie dies in 5 dargestellt
ist. Ebenfalls gezeigt ist in 5 die bereits
aus 2 bekannte Ausgestaltung, dass der gesamte Strömungsführungskörper (siehe
Strömungsführungskörper 4 in 1) auf
einer parallel zum Boden verschiebbaren Platte SH angeordnet ist.
Durch gestrichelte Linien sind verschiedene Befüllungszustände und damit Konturen des
durch Innendruckbeaufschlagung formveränderlichen Schlauchkörpers SS
des Strömungsführungskörpers angedeutet.
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- 1
- Rampe
- 2
- Gegenrampe
- 3
- Boden
- 4
- Strömungsführungskörper Winkel
- a
- Höhenmaß
- GF
- in
Strömungsrichtung
flexible Platte oder plattenähnliche
Struktur über
der Platte der Gegenrampe
- GP
- Platte
der Gegenrampe
- OS
- Gegenrampe
als Schlauchkörper
- GW
- Winkelverstellung
der Platte der Gegenrampe
- Q
- Querbauwerk
- RP
- Platte
der Rampe
- RW
- stromaufwärtsseitige
Wand der Rampe (entspricht Querbauwerk)
- RZ
- Höhenverstellung
an der gelenkig gelagerten Platte der Rampe (Neigungsänderung)
- S
- Strömungsrichtung
- SH
- horizontal
verschiebbare Platte als Auflager des Strömungsführungskörpers
- SP
- starre
Struktur des Strömungsführungskörpers
- SS
- Strömungsführungskörper als
Schlauchkörper
- SZ
- Höhenverstellung
der gelenkig gelagerten starren Struktur des Strömungsführungskörpers (Neigungsänderung)