DE102014013621B3

DE102014013621B3 - Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem Fluid (z.B. Gewässer)

Info

Publication number: DE102014013621B3
Application number: DE102014013621.3A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-09-20

Abstract

Die Erfindung hat die Funktion steuerbare stehende Wellen auch bei minimaler Fließgeschwindigkeit in Gewässer für Surfer und andere Sportler zu erzeugen. Die Vorrichtung zur Erzeugung stehender Wellen in einem stehenden oder fließenden Fluid (Froudezahl < 1) umfasst erfindungsgemäß eine, in das Fluid eingebaute Rampe, die im unteren Drittelspunkt auf der Rampe einen verstellbaren Deflektor besitzt, der quer zur Rampe montiert ist. Im Anschluss an die Rampe befindet sich ein gitterähnlicher Auffang mit Ausstiegssteg, durch den das Fluid hindurchströmen kann. Dieser wird bis zur Wasseroberfläche geführt. Die Rampe ist seitlich begrenzt, wobei die seitliche Begrenzung abgesenkt werden kann, um die Welle, auf in gleicher Weise gebauten Rampen weiterzuführen. Die gesamte Konstruktion weist eine kaskadenförmige Struktur auf und ist in ihrer Höhe verstellbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Konstruktion zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem Fließgewässer.
Existierende stehende Wellen sind unerwünschte Nebeneffekte von wasserbaulichen Einbauten in Gewässern (Fließgewässern). Des Weiteren entstehen stehende Wellen bei Hochwasserabflüssen an Punkten mit entsprechender Sohlveränderung. Diese ungesicherten und zum Teil lebensgefährlichen Wellenbereiche werden abflussbedingt, zeitlich begrenzt, von Surf-Sportlern sowie Kajak-Sportlern aufgesucht.
Eine Konstruktion zur Erzeugung von stehenden Wellen ist aus der europäischen Patenschrift EP 2 356 298 B1 bekannt. Es handelt sich hier um eine künstliche Surfanlage, in der Wasser von einem tiefer liegenden auf ein höher liegendes Niveau gepumpt wird. Das Wasser fließt hier an einer auf beiden Seiten begrenzte Rampe herunter und stößt auf ein tiefer liegendes, langsamer abfließendes Wasser, das mittels eines Überlaufs am Ende der Rampe einen zusätzlichen Einfluss erfährt. Die Erzeugung einer solchen Welle ist nur mit entsprechendem Energieaufwand für das Betreiben der Pumpen zu erzielen.
Aus der Patentschrift DE 10 2006 044 806 B4 ist eine Konstruktion zur Erzeugung gerader stehender Wellen in Fließgewässern bekannt. Die für Fließgewässer gedachte Konstruktion lässt Wasser über eine Rampe fließen, welche an ihrem Fußpunkt eine Gegenrampe besitzt und im Anschluss an diesen Fußpunkt durch einen tiefer liegenden Boden charakterisiert ist. Dieser Boden ist um ein entsprechendes Höhenmaß tiefer angeordnet, als das stromabwärtsseitige Ende der Rampe. Des Weiteren weist die Konstruktion einen Strömungsführungskörper auf, welcher im stromabwärtsseitigen Bereich des tiefer liegenden Bodens angeordnet ist.
Aus dem Wasserbau ist bekannt, dass stehende Wellen im Übergang vom schießenden Wasser mit Froudezahl FR > 1 zum strömenden Wasser mit Froudezahl FR < 1 entstehen können. Dies kann verschiedene Ursachen haben. Eine stehende Welle entsteht zum Beispiel, wenn das schießende Wasser im Bereich einer negativen Sohlstufe auf langsam fließendes Wasser trifft. Ein anderer Grund liegt vor, wenn das schießende Wasser auf eine Sohlschwelle von entsprechender Dimensionierung trifft und nach oben abgelenkt wird. Auch Kombinationen von beiden sind möglich. Grundsätzlich muss schnell fließendes Wasser auf langsam fließendes Wasser treffen, so kann bei bestimmten Konstellationen von hydrodynamischen und hydromechanischen Bedingungen eine stehende Welle entstehen. Ferner ist bekannt, dass die Erzeugung gerader stehender Wellen durch in Strömungsrichtung geneigte Rampen erfolgen kann. Untersucht wurde dies unter anderem in „Erzeugung von Wellen und Walzen für den Kanusport”, Bericht des Instituts für Wasserwesen der Universität der Bundeswehr München, März 2004.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, steuerbare stehende Wellen auch bei ursprünglich vorhandenen Fließgeschwindigkeit von < 0,1 m/s im Gewässer für Surfer und andere Sportler, zu erzeugen. Des Weiteren hat sie die Aufgabe, eine maximale Wellenlänge in dem entsprechenden Gewässerabschnitt je nach Wasserführung, zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch eine Konstruktion mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Die Konstruktion zur Erzeugung stehender Wellen in einem Fließgewässer (Froudezahl < 1) umfasst erfindungsgemäß eine in das Fließgewässer eingebaute Rampe, die im unteren Drittelspunkt auf der Rampe einen verstellbaren Deflektor besitzt, der quer zur Rampe montiert ist. Im Anschluss an die Rampe befindet sich vorteilhaft eine gitterähnliche Auffangvorrichtung, durch die das Wasser hindurchströmen kann, welche bis zur Wasseroberflache geführt ist. Die Rampe ist seitlich begrenzt, wobei die seitliche Begrenzung absenkbar ist, um die Welle auf in gleicher Weise gebauten Rampen, welche geänderte Breiten haben können, weiter zu führen. Die gesamte Konstruktion besteht aus einer kaskadenförmigen Struktur und ist in ihrer Höhe verstellbar.
Die Anlage kann aus mehreren nebeneinander liegenden Rampen bestehen, die unterschiedliche Breiten haben können und ist letztlich nur durch die Gewässerbreite begrenzt.
Die Welle wird erzeugt durch die Einstellungen zwischen Rampenneigung und Deflektorneigung, sowie des Höhenversatzes von Oberwasser zum Unterwasser. Die Rampe kann an ihrem Kopfpunkt in Fließrichtung gesehen eine senkrechte Begrenzung aufweisen, damit die Konstruktion nicht unterspült wird.
Des Weiteren ist es erforderlich, die Rampenkonstruktion mechanisch oder hydraulisch zu bewegen. Das gleiche gilt für die Auffangvorrichtung, die mit der Rampe im Anschluss verbunden ist.
Untersuchungsgemäß eignen sich Rampen mit einer Neigung zur Horizontalen von 5% bis 17%.
Der Deflektor, welcher sich auf der Rampe befindet, kann vorzugsweise eine Länge von 200 bis 500 mm haben mit einem Verstellwinkel von 5° bis 65° zur Horizontalen.
Der Ausstieg aus der Anlage ist so gestaltet, dass die gitterähnliche Auffangvorrichtung am Ende ein waagerechtes Endstück – den Ausstiegssteg – besitzt, um sicher und komfortabel den Wellenbereich wieder verlassen zu können.
Im Anschluss an den waagerechten Ausstiegssteg ist ein Geländer vorgesehen, welches als Abschluss der Anlage anzusehen ist und als letzter Baustein der Gesamtanlage verhindert, dass ein Benutzer der Anlage frei ins fließende Gewässer getragen werden kann.
Untersuchungen des Erfinders belegen, dass bereits bei Aufstauhöhen von 43 cm von Wasserspiegel Oberwasser zu Unterwasser Wellen erzeugt werden können.
Die Anlage ist besonders geeignet, Wellen in einem Abflussregime von q = 1,33 m³ bis q = 2,67 m³ pro Sekunde zu erzeugen, wobei die Rampenlänge bis zu 17 m beträgt.
Insbesondere in tiefen und langsam fließenden Flüssen kann die Erfindung stehende Wellen erzeugen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist teilweise idealisiert dargestellt.
1 zeigt eine Gesamtanlage als Draufsicht mit einem Beispiel in Ausbildung von drei Kaskaden.
2 zeigt einen Längsschnitt A-A aus der 1
3 zeigt den, in einem Winkel zur Rampe veränderbaren Deflektor.
Die in 1 gezeigte Draufsicht der beispielhaften Gesamtanlage mit drei Kaskaden wird gebildet aus folgenden Elementen: den Rampenschürzen 1, 2 und 3, den oberen Rampentischen 4, 5, und 6, den Deflektoren 7, 8 und 9, den unteren Rampentischen 10, 11 und 12, den Verbindungen 17, 18 und 19 von unteren Rampentischen mit den Auffangvorrichtungen 20, 21 und 22, mit den Verbindungen 23, 24 und 25 zwischen den Auffangvorrichtungen 20, 21 und 22 und Stegen 26, 27 und 28. Des Weiteren besteht die Anlage aus den Stegen 26, 27 und 28 und den abschließenden Geländern 29, 30 und 31. Darüber hinaus wird die Anlage unterteilt und eingefasst durch die Seitenwände 13 und 16 sowie den absenkbaren Zwischenwanden 14 und 15.
Die 2 zeigt die dargestellte Surfanlage im Schnitt A-A, wobei die Rampe 4 mittels Verbindungsgelenk mit der Schürze 1 verbunden ist. Die Rampe zeichnet sich dadurch aus, dass sie durch Hubvorrichtungen 32, 33 und 34 entweder hydraulisch oder auch durch mechanische Bewegung (z. B. mittels Gewinde- oder Zahnstangen) veränderbar ist. Die Rampe 4 wird weiterhin im mittleren Bereich durch eine Hub- und Stützvorrichtung 35 gehalten, welche insbesondere eine horizontale Bewegung der Platte zulässt. Die Pos. 7 beschreibt den in seiner Neigung zum Rampentisch befindlichen Deflektor. Die Konstruktion zeichnet sich weiterhin durch eine Stützung 33 des unteren Rampentisches 10 aus. Der untere Rampentisch 10 und die Auffangvorrichtung 20 sind mittels Gelenkt 17 miteinander verbunden. Die Auffangvorrichtung 20 ist mittels Gelenk 23 an den oberen Steg 26 angeschlossen.
Die Darstellung zeigt weiterhin den beweglichen Steg 26, welcher durch eine entsprechende Hub- bzw. Bewegungsvorrichtung 34 auf die Wasserspiegellage gehoben werden kann.
Weiterhin ist das Geländer 29, welches mit dem Steg 26 verbunden ist, im Schnitt zu sehen.
Der Hub- bzw. Bewegungsmechanismus 32 im oberen Drittel des oberen Rampentisches 4 besitzt eine gelenkige Lagerung ohne horizontale Bewegungsmöglichkeit.
Bezugszeichenliste

1: Schürze oberer Rampentisch 4 Kaskade 1
2: Schürze oberer Rampentisch 5 Kaskade 2
3: Schürze oberer Rampentisch 6 Kaskade 3
4: oberer Rampentisch Kaskade 1
5: oberer Rampentisch Kaskade 2
6: oberer Rampentisch Kaskade 3
7: Deflektor Kaskade 1
8: Deflektor Kaskade 2
9: Deflektor Kaskade 3
10: unterer Rampentisch Kaskade 1
11: unterer Rampentisch Kaskade 2
12: unterer Rampentisch Kaskade 3
13: Seitenwand Bauwerk
14: Zwischenwand Bauwerk
15: Zwischenwand Bauwerk
16: Seitenwand Bauwerk
17: Gelenk unterer Rampentisch 10 zu Auffangvorrichtung 20 Kaskade 1
18: Gelenk unterer Rampentisch 11 zu Auffangvorrichtung 21 Kaskade 2
19: Gelenk unterer Rampentisch 12 zu Auffangvorrichtung 22 Kaskade 3
20: Auffangvorrichtung Kaskade 1
21: Auffangvorrichtung Kaskade 2
22: Auffangvorrichtung Kaskade 3
23: Gelenk Verbindung Auffangvorrichtung 20 Steg 26 Kaskade 1
24: Gelenk Verbindung Auffangvorrichtung 21 Steg 27 Kaskade 2
25: Gelenk Verbindung Auffangvorrichtung 22 Steg 28 Kaskade 3
26: Steg Kaskade 1
27: Steg Kaskade 2
28: Steg Kaskade 3
29: Geländer Kaskade 1
30: Geländer Kaskade 2
31: Geländer Kaskade 3
32: Hubvorrichtung, Bewegungsvorrichtung
33: Hubvorrichtung, Bewegungsvorrichtung
34: Hubvorrichtung, Bewegungsvorrichtung
35: Stützlager Rampenende

Claims

Konstruktion zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem Fließgewässer mit mehreren Kaskaden, die mittels einer absenkbaren Zwischenwand (14, 15) miteinander verbindbar sind, wobei jede Kaskade eine Rampe aufweist, über die Wasser leitbar ist, wobei die Rampe aus einem oberen Rampentisch (4, 5, 6) und einem unteren durchgängigen Rampentisch (10, 11, 12) besteht, die durch einen im unteren Drittelspunkt befindlichen Deflektor (7, 8, 9) unterteilt ist, der in seiner Neigung verstellbar ist, wobei die Konstruktion vollständig unter die Wasserspiegellage absenkbar ist, so dass hierdurch ein freier Durchgang für den Boots- und Schiffsverkehr sowie ein freier Fischdurchgang möglich ist und die einzelnen Kaskaden unabhängig voneinander einzeln oder zusammen betreibbar sind.
Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampe in ihrer Höhe und Neigung veränderbar ist.
Konstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Rampe befindlichen Deflektoren (7, 8, 9) in ihrem Winkel zu der Rampe veränderbar sind.
Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Rampentisch (4, 5, 6) und der untere Rampentisch (10, 11, 12) vor und nach dem Deflektor durchgängig sind und aus einer durchgängigen Einheit bestehen.
Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (14, 15) unabhängig voneinander absenkbar sind.
Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Rampentischkanten unterschiedliche Höhen aufweisen.
Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den unteren Rampentisch (10, 11, 12) der jeweiligen Kaskade eine Auffangvorrichtung (20, 21, 22) angeschlossen ist, welche durch ein Gelenk (17, 18, 19) mit dem jeweiligen Rampentisch verbunden ist.
Konstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Auffangvorrichtung (20, 21, 22) der jeweiligen Kaskade ein Steg (26, 27, 28) anschließt, welcher in der Höhe durch eine Hubvorrichtung (32, 33, 34) veränderbar ist.
Konstruktion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (20, 21, 22) mit dem anschließenden Steg (26, 27, 28) durch ein Gelenk (23, 24, 25) verbunden ist.
Konstruktion nach Anspruch 8 oder 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Steg (26, 27, 28) ein Geländer (29, 30, 31) montiert ist.
Konstruktion nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass der jeweilige Surfer bis maximal zum Geländer (29, 30, 31) ausgetragen werden kann.
Konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie auch für Gewässertiefen > 3 m geeignet ist.