-
Die
Erfindung betrifft eine mobil oder auch stationär einsetzbare
künstliche Surfanlage gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
-
Eine
derartige Surfanlage ist aus der
US 6 019 547 A bekannt. Bei dieser strömt
das Wasser eine feste schiefe Ebene hinunter und trifft unten nacheinander
auf zwei feste strömungsformende Elemente, die voneinander
beabstandet sind, von denen das erste Element vom Wasser an seiner
Ober- und Unterseite umströmt wird und wobei an einer ansteigenden
Flanke des zweiten Elements eine stehende Welle erzeugt wird. Feste
Einbauten bedeuten einen erhöhten Aufwand und können
bei einer Anordnung im Surfbereich bei Stürzen der Surfenden
auch leicht zu Verletzungen führen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine künstliche Surfanlage zu schaffen,
die mit einfacheren Mitteln und ohne derartige Einbauten eine stehende
Welle erzeugt.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Surfanlage mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß erfolgt
die Erzeugung einer stehenden Welle dadurch, dass die schiefe Ebene
in Form einer Rampe an ihrem oberen Ende mit einem oberen Lager
schwenkbar gelagert ist und ihr unteres Ende in einem Wellenbecken
schwimmend gelagert ist. Die stehende Welle wird in der erfindungsgemäßen Surfanlage
dadurch erzeugt, dass das schnell die Rampe herabfließende
Wasser auf eine definierte Masse stehenden oder relativ langsamer
fließenden Wassers in einem Wellenbecken auftrifft und
dadurch nach oben gedrückt wird. Das untere Ende der Rampe
stellt sich entsprechend des durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit
an ihrer Oberseite entstehenden Unterdrucks dabei frei schwimmend
im Wasserspiegel des Wellenbeckens ein. Im einfachsten Fall ließe
sich die erfindungsgemäße Anlage sogar ohne jede
Pumpe an einem Wasserfall, einer Staustufe oder einem Wehr eines
natürlichen Wasserlaufs betreiben. In diesem Fall würde die
Rampe mit ihrem schwenkbar gelagerten oberen Ende direkt am Überlauf
platziert, um genügend Wasser auf die Rampe zu leiten,
während das untere Ende in einem unterhalb der Staustufe
bzw. des Wehrs eingesetzten Wellenbecken mit einer definierten Masse
stehenden Wassers frei schwimmend gelagert ist.
-
Vorteilhaft
ist vorgesehen, dass das Wasser zum oberen Ende der Rampe aus einem
Sammelraum strömt, dem mehrere Pumpenkammern vorgelagert
sind. Der Sammelraum stellt ein großes Reservoir dar, das
die von den verschiedenen Pumpenkammern geförderte Wassermenge
homogenisiert. Dadurch können bei geringerem Wasserbedarf
beispielsweise auch einzelne Pumpen in ihrer Förderleistung
gedrosselt oder ganz abgeschaltet werden, ohne dass dies über
die Breite der Rampe gesehen zu einer unterschiedlichen Schichtdicke
des Wasserstromes führen würde. Durch die unterschiedliche Fördermenge
kann die Höhe der Welle beeinflusst werden. Die Surfanlage
funktioniert jedoch auch ohne einen derartigen Sammelraum mit einer
direkten Förderung des Wassers mittels der Pumpen auf den
oberen Teil der Rampe.
-
Die
Pumpenkammern sind vom Sammelraum bevorzugt durch eine vom Wasser überströmte Trennwand
getrennt, deren Oberkante höher als das obere Ende der
Rampe liegt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Höhendifferenz (H1)
zwischen der Oberkante der Trennwand und dem oberen Ende der Rampe
mittels wenigstens einer Verstellmechanik veränderbar ist. Dadurch
bestehen zusätzlich zur Wasserfördermenge weitere
Trim- Möglichkeiten für die stehende Welle. Es
ist dadurch auch eine Anpassung von deren Höhe für
verschiedene Leistungsstufen der Surfer möglich.
-
In
einer mobilen Surfanlage mit einer begrenzten zirkulierenden Wassermenge
ist es besonders vorteilhaft, wenn das Wellenbecken, die Pumpenkammern
und der Sammelraum von einem Hauptbecken umgeben sind. Die Trennung
des höher angeordneten Wellenbeckens vom Hauptbecken garantiert
darüber hinaus, dass nur eine definierte Wassermasse – nämlich
die im Wellenbecken befindliche – den Widerstand für
das von der Rampe herabströmende Wasser bildet. Die Ausbildung
einer stehenden Welle wird dadurch wesentlich besser berechenbar
und eindeutiger reproduzierbar.
-
Bevorzugt
ist jede der in einer bevorzugten Ausführungsform mehreren
Pumpenkammern mit jeweils einer Pumpe versehen, die Wasser aus dem Hauptbecken
ansaugen und in den Sammelraum fördern. Dabei ist zur Regulierung
der zum Sammelraum geförderten Gesamtwassermenge bevorzugt die
Förderleistung der Pumpen regelbar und/oder die mehreren
Pumpen sind einzeln zu- und abschaltbar.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
dass unterhalb des unteren Endes der Rampe ein im Wellenbecken schwimmender
Auftriebskörper angeordnet ist. Durch einen solchen Auftriebskörper
lässt sich das frei schwimmende untere Ende der Rampe bei
Bedarf auch unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit
auf der Rampe in seiner Höhe verändern. Dabei
können für die Trimmung des unteren Endes der
Rampe entweder verschieden große Auftriebskörper
angebracht werden oder die Auftriebskraft des Auftriebskörpers ist
vorzugsweise durch eine mittels einer Pumpe variierbare Gasfüllung
regulierbar.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung kann für eine noch bessere Beeinflussung
der Wellenform vorgesehen sein, dass am unteren Ende der Rampe ein
die Wellenform im Wellenbecken mit beeinflussendes tragflügelartiges
Endprofil angeordnet ist. Dieses ist bevorzugt am unteren Ende der
Rampe schwenkbar befestigt und mittels einer Verstellmechanik verstellbar.
Optional kann sich das Endprofil auch ohne Verstellmechanik frei
schwebend in der Strömung bewegen, um die Wellenform günstig
zu beeinflussen. Im Gegensatz zu den wellenformenden Körpern
beim eingangs genannten Stand der Technik befindet sich das Endprofil
nicht im Bereich der von den Surfern befahrenen stehenden Welle,
sondern deutlich stromauf davon, so dass sturzbedingte Verletzungen
von diesem Bauteil nicht hervorgerufen werden können.
-
Eine
weitere Trim-Möglichkeit wird bevorzugt dadurch gebildet,
dass das obere Lager der Rampe mittels einer Verstellmechanik in
seiner Höhe verstellbar ist. Diese Verstellung wird bevorzugt
synchron mit einer Verstellung der Unterkante einer Austrittsöffnung
aus dem Sammelraum vorgenommen, wobei die Menge des über
das obere Ende der Rampe einströmenden Wassers mittels
einer eine benachbarte Begrenzungswand des Sammelraums in seiner
Höhe verändernden Verstellmechanik verstellbar
ist.
-
Schließlich
wird eine weitere vorteilhafte Beeinflussung der Welle dadurch ermöglicht,
dass der Wasserstand im Wellenbecken durch einen vorzugsweise mittels
einer Verstellmechanik verstellbaren Überlauf an deren
vom unteren Ende der Rampe stromab liegenden Vorderwand regelbar
ist, von wo das Wasser ins Hauptbecken zurückströmt.
Diese Einstellung einer definierten stehenden bzw. langsam fließenden
Wassermenge im Wellenbecken ist für die Erfindung von besonderem
Vorteil.
-
Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Surfanlage unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
-
1 einen
schematischen Längsschnitt durch die Surfanlage im seitlichen
Bereich des Hauptbeckens gemäß der Schnittlinie
I-I in 2;
-
2 eine
Draufsicht auf die Surfanlage; und
-
3 einen
schematischen Längsschnitt durch die Surfanlage im seitlichen
Bereich des Hauptbeckens gemäß der Schnittlinie
III-III in 2.
-
Die
in den 1 bis 3 dargestellte Surfanlage 10 wird
gebildet von einem wannenförmigen Hauptbecken 20,
welches alle übrigen Komponenten aufnimmt und das für
den Betrieb der Surfanlage 10 benötigte Wasser
in einem geschlossenen Kreislauf hält. Innerhalb des Hauptbeckens 20 ist
gegenüber dessen Boden erhöht auf Stützen 32 ein
Wellenbecken 30 angeordnet. Das Wellenbecken 30 erstreckt sich
abgesehen von dem in den Figuren linken Teil des Hauptbeckens 20 über
einen großen Teil von dessen Länge und Breite
(siehe 2). Es weist jedoch aufgrund des gegenüber
dem Hauptbecken 20 erhöhten Bodens 31 eine
deutlich geringere Tiefe auf. Entsprechend kleiner ist auch die
im Wellenbecken 30 befindliche Wassermasse gegenüber
der gesamten Wassermasse der Surfanlage 10. Das Wellenbecken 30 wird
zu beiden Seiten von zwei Seitenwänden 30, an
seiner rechten Stirnseite von einer Vorderwand 34 und an
seiner linken Stirnseite von einer Rückwand 35 begrenzt.
Im oberen Teil der Vorderwand 34 ist ein Überlauf 36 ausgebildet, über
welchen Wasser aus dem Wellenbecken 30 in das Hauptbecken 20 zurückfließen
kann (siehe 3). Die Unterkante des Überlaufs 36 ist
durch ein doppeltes, gegenüber der Vorderwand 34 mittels
einer Verstellmechanik 37 verstellbares Wandteil in ihrer
Höhe verstellbar, so dass dadurch die Höhe des
Wasserspiegels im Wellenbecken 30, damit auch die gesamte
im Wellenbecken 30 vorhandene Wassermasse – und
wiederum dadurch auch die Form und Größe der stehenden
Welle 60 veränderbar ist.
-
Im
in den 1 bis 3 linken Teil des Hauptbeckens 20,
in den sich das Wellenbecken 30 nicht erstreckt, ist ein
insgesamt mit 40 bezeichneter Wasserturm angeordnet, der
sich aus bevorzugt mehreren, im gezeigten Ausführungsbeispiel
drei in Querrichtung nebeneinander angeordneten Pumpenkammern 41, 42 und 43 und
einem sich über die Breite aller drei Pumpenkammern erstreckenden Sammelraum 46 zusammensetzt.
In jeder der Pumpenkammern 41, 42 und 43 ist
eine leistungsstarke volumetrisch fördernde Pumpe 44 angeordnet,
die Wasser vom Bodenbereich des Hauptbeckens 20 ansaugt
und nach oben drückt. Die Pumpenkammern 41, 42 und 43 sind
vom Sammelraum durch eine Trennwand 45 abgetrennt. Das
von den Pumpen 44 geförderte Wasser läuft über
einen Überlauf 47 oberhalb der Trennwand 45 in den
Sammelraum 46 und wird dort vorzugsweise zu einem großen
Reservoir homogenisiert.
-
Auf
der dem Wellenbecken 30 zugewandten Rückwand des
Sammelraums 46 ist im oberen Bereich eine Austrittsöffnung 48 vorgesehen.
An der Unterkante dieser Austrittsöffnung 48 ist
eine zum Wellenbecken 30 hin schräg nach unten
abfallende Rampe 50 mit einem oberen Lager 51 schwenkbar gelagert.
-
Die
Rampe 50 ist im Ausführungsbeispiel als gerade
Fläche gezeigt. Sie kann in einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform auch eine geschwungene Form, beispielsweise
mit einem flacheren oberen Einlauf, mit einem daran anschließenden
steileren Mittelteil und mit einem demgegenüber wieder
flacheren Auslauf am unteren Ende ausgebildet sein.
-
Die
Rampe 50 taucht mit ihrem unteren Ende 52 in das
Wellenbecken 30 ein. Das untere Ende 52 schwimmt
frei im Wasser des Wellenbeckens 30. Wenn im Betrieb der
Surfanlage 10, wie in 3 gezeigt,
Wasser aus dem Sammelraum 46 über die Austrittsöffnung 48 die
Rampe 50 hinunterströmt, entwickelt sich aufgrund
der höheren Strömungsgeschwindigkeit auf der Oberseite
der Rampe 50 gegenüber dem nahezu stehenden Wasser
an der Unterseite der Rampe 50 auf der Oberseite ein Unterdruck,
durch den das untere Ende 52 der Rampe sich im Wasser des
Wellenbeckens 30 etwas nach oben bewegt. Je höher
die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers auf der Rampe 50 ist,
desto weiter nach oben bewegt sich das untere Ende 52 der
Rampe 50. Optional ist an der Unterseite der Rampe 50 nahe von
deren unterem Ende 52 wenigstens ein zusätzlicher
Auftriebskörper 54 angeordnet, der vorzugsweise
mittels einer Pumpe mit einer veränderlichen Gasfüllung
beaufschlagt werden kann und dadurch eine zusätzliche veränderliche
Auftriebskraft erzeugt, mittels der das untere Ende 52 in
seiner Höhenlage beziehungsweise seinem Schwenkwinkel gegenüber dem
oberen Lager 51 veränderbar ist.
-
Ebenso
kann am unteren Ende 52 der Rampe 50 ein zusätzliches
Tragflügelähnliches Endprofil 55 vorzugsweise
schwenkbar, entweder frei schwebend oder optional mittels einer
Verstellmechanik 56 in seinem Schwenkwinkel veränderbar
angeordnet sein.
-
Eine
weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Wassermenge und
der Strömungsgeschwindigkeit auf der Rampe 50 – und
damit der Form und der Größe der stehenden Welle 60 – besteht
darin, die dem oberen Lager 51 der Rampe 50 zugewandte Rückwand
des Sammelraums 46 vorzugsweise gemeinsam mit dem oberen
Lager 51 höhenverstellbar anzuordnen. Eine Verstellmechanik 53 zur
Höhenverstellung des oberen Lagers 51 ist ebenso
wie eine Verstellmechanik 49 zur Höhenverstellung
eines an der Rückwand des Sammelraums 46 verschiebbaren Wandteils
in 1 angedeutet.
-
Vor
dem Überlauf 36 ist aus Sicherheitsgründen
ein Sieb 38 angeordnet, damit sichergestellt ist, dass
nur Wasser aus dem Wellenbecken 30 in das Hauptbecken 20 zurückströmt
und keine Personen, die aufgrund eines Sturzes von der Strömung
im Wellenbecken 30 mitgerissen werden oder von diesen verlorene
Gegenstände ins Hauptbecken 20 und somit in den
Ansaugbereich der Pumpen 44 gezogen werden könnten.
-
Wie
aus den 1 und 2 ersichtlich,
ist der Bereich rechts und links des Wellenbeckens 30 und
jenseits der Vorderwand 34 des Wellenbeckens 30 durch
Stege 21 begehbar. Die Stege 21 sind durch Geländer 22 gesichert
und durch Treppen 23 an einer Stirnseite des Hauptbeckens 20 erreichbar.
In 3 sind diese Einrichtungen weggelassen. Von den
Stegen 21 aus können die Surfer mit ihren Boards
im Betrieb den surfbaren Bereich des Wellenbeckens 30 im Bereich
der stehenden Welle 60 bequem erreichen. Über
den querverlaufenden hinteren Steg 21 im Bereich der Vorderwand 34 des
Wellenbeckens 30 (siehe 2) ist auch
bei einem Sturz ein sicheres Verlassen des Wellenbeckens 30 möglich.
-
Im
Ruhezustand der Surfanlage 10 gemäß 1 füllt
eine Gesamtwassermenge das Hauptbecken 20 und auch das
darin befindliche Wellenbecken 30 entsprechend der Höhe
der Unterkante des Überlaufs 36. Beim Betrieb
der Surfanlage 10 gemäß 3 laufen
die Pumpen 44 an und fördern sehr schnell vom
Boden des Hauptbeckens 20 angesaugtes Wasser über
den Überlauf 47 der Pumpenkammern 41, 42 und 43 in
den Sammelraum 46. Sobald auch der Sammelraum 46 gefüllt
ist, fließt das weiterhin durch die Pumpen 44 geförderte
Wasser vom Sammelraum 46 durch die Austrittsöffnung 48 über das
obere Lager 51 auf die Rampe 50 und strömt
mit wachsender Geschwindigkeit in einer bestimmten Schichtdicke
zum unteren Ende 52 der Rampe 50 hinab. Am unteren
Ende 52 trifft dieses schnell fließende Wasser
auf das sich relativ dazu in ruhiger Lage befindliche Wasser im
Wellenbecken 30. Das die Rampe 50 herabströmende
Wasser wird von der trägen Masse des nahezu stehenden Wassers
im Wellenbecken 30 nach oben zu einer stehenden Welle 60 geformt,
die sich im Wellenbecken 30 als stationärer Zustand
einstellt, und die somit eine surfbare Welle bildet. Aus dem Wellenbecken 30 fließt
das Wasser durch das Sieb 38 über den Überlauf 36 zurück ins
Hauptbecken 20 und wird dort erneut auf der gegenüberliegenden
Stirnseite des Hauptbeckens 20 von den Pumpen 44 angesaugt.
-
Die
Erfindung ist beispielsweise auf einer mobilen Anlage realisierbar,
die etwa folgende Maße und Werte aufweist: Das Hauptbecken 20 ist
etwa 15 m lang und 8 m breit. Die Wasserhöhe im Hauptbecken
beträgt etwa 1,30 m. Das Wellenbecken 30 ist etwa
8 m lang und 6 m breit. Der Boden 31 des Wellenbeckens 30 liegt
etwa 0,50 m oberhalb des Bodens des Hauptbeckens 20. Die
Wasserhöhe im Wellenbecken 30 beträgt
somit im Ruhezustand etwa 0,80 m. Der Wasserturm 40 weist
eine Gesamthöhe von etwa 2,80 m auf. Die Höhe
der Trennwand 45 zwischen den Pumpenkammern 41, 42, 43 und
dem Sammelraum 46 beträgt etwa 2,15 m. Die Höhe
der Unterkante der Austrittsöffnung 48 bzw. des
oberen Lagers 51 der Rampe 50 beträgt
etwa 1,70 m. Die Rampe 50 weist eine Breite von etwa 6
m auf. Die Schichtdicke des herabströmenden Wassers auf
der Rampe 50 liegt je nach eingestellter Förderleistung der
Pumpen 44 etwa zwischen 0,20 m und 0,60 m. Die stehende
Welle 60 erreicht dabei eine Höhe von etwa 0,40
m bis 1,20 m. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
auf der Rampe 50 beträgt bis zu 4,5 m/s.
-
Für
die Mobilität der Surfanlage 10 ist es vorteilhaft,
wenn zumindest Teile derselben, wie beispielsweise die Pumpenkammern 41, 42, 43 und
der Sammelraum 46 von Containern mit Standardmaßen gebildet
werden, von denen gegebenenfalls mehrere durch zwischengeschaltete
Dichtungen miteinander verbunden werden.
-
- 10
- Surfanlage
- 20
- Hauptbecken
- 21
- Steg
- 22
- Geländer
- 23
- Treppe
- 30
- Wellenbecken
- 31
- Boden
- 32
- Stütze
- 33
- Seitenwand
- 34
- Vorderwand
- 35
- Rückwand
- 36
- Überlauf
(von 30 in 20)
- 37
- Verstellmechanik
(für 36)
- 38
- Sieb
(an 36)
- 40
- Wasserturm
- 41
- Pumpenkammer
- 42
- Pumpenkammer
- 43
- Pumpenkammer
- 44
- Pumpe
- 45
- Trennwand
- 46
- Sammelraum
- 47
- Überlauf
(von 41, 42, 43 in 46)
- 48
- Austrittsöffnung
- 49
- Verstellmechanik
(für 48)
- 50
- Rampe
- 51
- oberes
Lager (von 50)
- 52
- unteres
Ende (von 50)
- 53
- Verstellmechanik
(für 51)
- 54
- Auftriebskörper
(an 52)
- 55
- Endprofil
(an 55)
- 56
- Verstellmechanik
(für 55)
- 60
- surfbare
(stehende) Welle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-