DE102016112486A1

DE102016112486A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle

Info

Publication number: DE102016112486A1
Application number: DE102016112486.9A
Authority: DE
Inventors: Michel Aufleger
Original assignee: Dreamwave Holding GmbH
Current assignee: Aufleger Markus De
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2018-01-11
Also published as: PT3481516T; EP3481516B8; EP3481516B1; ES2860460T3; EP3481516A1; WO2018007077A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium vorgeschlagen, welche zumindest zwei nebeneinander angeordneten Rampenelemente, die von dem fließenden Medium überströmbar sind umfasst, wobei die Rampenelemente jeweils mit einem ersten Ende einem Oberwasser und mit einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende einem Unterwasser zugeordnet sind, wobei die Rampenelemente unterschiedliche Gefälle in Strömungsrichtung aufweisen. Ferner umfasst die Erfindung die Verwendung der Vorrichtung sowie das Verfahren zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium, eine Verwendung der Vorrichtung, ein Verfahren zur Erzeugung einer stehenden Welle sowie die Verwendung zweier nebeneinander angeordneter Rampen.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erzeugung stehender Wellen bekannt.
DE 10 2006 044 806 A1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung zur Erzeugung gerader stehender Wellen.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist, dass diese nicht oder nur unzureichend an das Gewässer oder an das Können der Nutzer angepasst werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung Parameter der stehenden Welle einstellbar zu gestalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1, einer Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 23, einem Verfahren zur Erzeugung einer stehenden Welle nach Anspruch 26 sowie einer Verwendung zumindest zweier Rampenelemente nach Anspruch 27.
Stehende Wellen unterliegen einer starken Nutzung unter anderem durch Wellenreiter und Kanusportler. 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.
Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium vorgeschlagen, umfassend zumindest zwei nebeneinander angeordneten Rampenelemente, die von dem fließenden Medium überströmbar sind, wobei die Rampenelemente jeweils mit einem ersten Ende einem Oberwasser und mit einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende dem Unterwasser zugeordnet sind, wobei die Rampenelemente unterschiedliche Gefälle in Strömungsrichtung aufweisen.
Die Abgrenzung von den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen besteht darin, dass durch den Einsatz zweier, dreier oder mehr als drei parallel in Strömungsrichtung angeordneten, Rampenelemente eine räumliche Wellenstruktur mit wechselnden Welleneigenschaften über die horizontale Breite der Welle geschaffen werden kann. Bekannt ist lediglich den Einsatz eines Rampenelementes über die gesamte Breite der Wellenanlage, was zu einer im Wesentlichen einheitlichen Wellenstruktur über die gesamte Breite der geraden stehenden Welle führt.
Auch der Begriff „im Wesentlichen“ gibt einen Toleranzbereich an, der für den Fachmann unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten zu vertreten ist, sodass das entsprechende Merkmal noch als solches zu erkennen oder verwirklicht ist.
Grundsätzlich wird zwischen geraden stehenden Wellen und brechenden stehenden Wellen unterschieden. 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.
Die Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen ist eine in hohem Maße weiterentwickelte Form der Vorrichtung zur Erzeugung geraden stehenden Wellen. Eine räumliche stehende Welle ist ebenfalls geprägt von einer zweidimensionalen Strömungsführung im Bereich der Querschnitte der einzelnen Rampenelemente. Durch unterschiedliche und auf einander abgestimmte Steuerung der Rampenelemente ist es möglich über den Gesamtquerschnitt der Welle eine räumliche Wellenstruktur mit einer deutlichen dreidimensionalen Strömungsführung zu erzeugen. Eine röhrenförmige Wellenform, wie sie bei einer brechenden stehenden Welle auftritt, ist bei einer räumlich stehenden Welle nicht vorhanden. Die Vorrichtung zur Erzeugung einer räumlichen stehenden Welle ist deshalb von einer Vorrichtung zur Erzeugung einer brechenden stehenden Welle zu unterscheiden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung erzeugt eine räumliche stehende Welle insbesondere für Freizeit- und Sportaktivitäten in optimierter Weise. Durch eine gezielte Steuerung der einzelnen Rampenelemente soll es möglich sein eine räumliche Wellenform über den Gesamtquerschnitt der Welle zu erzeugen. Durch jedes Rampenelement kann für jeden Teilquerschnitt die Höhe, die Steilheit sowie der Weißwasseranteil der am unterstromigen Ende der Rampenelemente entstehenden Welle gesteuert werden. Des Weiteren ist es möglich das Zusammenspiel der zuvor genannten Welleneigenschaften über die Breite der Welle zu beeinflussen und gezielt zu steuern und an den Bedarf der Nutzung anzupassen.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das dem Unterwasser zugeordnete zweite Ende jedes Rampenelementes einen Abstand a zu einer Sohle des Unterwassers aufweist.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Abstand a des zweiten Endes des Rampenelementes zur Sohle des Unterwassers etwa 1/2 bis etwa 2/3 der Tiefe eines Unterwassers im Unterwasser beträgt.
Wird im Rahmen der Erfindung der Begriff „etwa“ im Zusammenhang mit Werten oder wertebereichen verwendet, so ist darunter ein Toleranzbereich zu verstehen, den der Fachmann auf diesem Gebiet für üblich erachtet, insbesondere ist ein Toleranzbereich von ±20 %, bevorzugt ±10 %, weiter bevorzugt ±5 % vorgesehen.
Im Sinne der Erfindung ist die Tiefe des Unterwassers bestimmt durch einen im Wesentlichen laminar fließenden Teil des Unterwassers insbesondere stromabwärts der stehenden Welle.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Gefälle der Rampenelemente verstellbar sind.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Gefälle eines ersten Rampenelementes von zumindest einem Gefälle eines zweiten Rampenelementes unabhängig verstellbar ist. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gefälle zumindest eines Rampenelementes etwa 1:20 bis etwa 1:1 beträgt.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gefälle in Strömungsrichtung zumindest eines Rampenelementes gleichbleibend oder abnehmend ausgestaltet ist. Insbesondere ist ein Übergang zu einem von einem ersten Gefälle abweichenden zweiten Gefälle der Rampe stetig.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass, bevorzugt unmittelbar, am zweiten Ende zumindest eines Rampenelementes eine Gegenrampe angeordnet ist, die zu einer Horizontalen einen Winkel aufweist. Insbesondere ist die Gegenrampe verstellbar an dem Rampenelement angeordnet. Insbesondere ist die Horizontale eine Linie, die in Strömungsrichtung verläuft und senkrecht zum Gravitationsvektor ausgerichtet ist. Bevorzugt verläuft die Horizontale bei der Betrachtung eines Winkels durch den Scheitelpunkt des Winkels, bevorzugt durch den Drehpunkt oder Anbindungspunkt der Gegenrampe an dem Rampenelement.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Winkel α der Gegenrampe zwischen etwa –45° und etwa +90° ist, bevorzugt zwischen etwa 0° und etwa 60°, weiter bevorzugt zwischen 0° und 45°. Insbesondere öffnet ein negativer Winkel nach unten hin und ein positiver Winkel nach oben hin.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Winkel α der Gegenrampe verstellbar ist.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Steigung der Gegenrampe in Strömungsrichtung gleich bleibend oder zunehmend ausgestaltet ist.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Unterwasser stromabwärts des zweiten Endes der Rampenelemente eine Schwelle angeordnet ist. Die Schwelle begrenzt in einer Ausgestaltung ein Tosbecken.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwelle höhenverstellbar ist.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwelle senkrecht zur Strömungsrichtung eine Anzahl von Teilelementen aufweist. Die Teilelemente können in einer Ausgestaltung unmittelbar aneinander angrenzen. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Teilelemente beispielsweise mittels Übergangsmitteln, insbesondere aus einem Folienmaterial verbunden sind.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Teilelemente unabhängig voneinander höhenverstellbar sind.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwelle zumindest teilweise bis etwa 1,5-fach so hoch ist, wie der Abstand a von Sohle des Unterwassers zu zumindest einem zweiten Ende eines Rampenelementes.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwelle zumindest teilweise in Strömungsrichtung verschiebbar ist. Insbesondere ist die Schwelle und/oder die Teilelemente auf einer Schiene im Unterwasser beziehungsweise im Unterwasser angeordnet.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwelle und/oder die Gegenrampe zumindest einen mittels Druckbeaufschlagung formveränderlichen Schlauchkörper umfasst. Insbesondere ist eine Druckbeaufschlagung mittels Wasser, bevorzugt Salzwasser, weiter bevorzugt mittels Luft vorgesehen.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Querwand aufweist. Die Querwand ist vorzugsweise zur Anstauung des fließenden Mediums ausgelegt. Weiter bevorzugt ist die Querwand in ein fließendes Gewässer einbringbar. In einer weiteren Ausführungsform ist die Querwand eine Wandung eines Beckens, vorzugsweise eine Wandung über die in das Becken eingeleitetes Medium, das heißt Wasser, überläuft und vorzugsweise auf die Rampen geleitet wird.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Querwand höhenverstellbar und/oder neigungsverstellbar ist.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein Rampenelement an der der Querwand drehbar gelagert angeordnet ist. Bevorzugt ist zumindest ein Rampenelement, weiter bevorzugt alle Rampenelemente der Vorrichtung an einer Oberkante der Querwand angeordnet. Insbesondere ist die Oberkante der Querwand, die Kante der Querwand über die das gestaute Wasser abfließt.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, wobei die Vorrichtung zumindest drei Rampenelemente aufweist, wobei ein Rampenelement ein stärkeres oder ein geringeres Gefälle aufweist, als die übrigen Rampenelemente. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mehr als drei Rampenelemente aufweist. Vorzugsweise sind Rampenelemente, die in senkrecht zur Strömungsrichtung weiter in der Mitte des fließenden Mediums angeordnet sind, mit einem geringeren Gefälle ausgestaltet, als randseitige Rampenelemente.
Weiterhin wird eine Verwendung einer oben beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium vorgeschlagen.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Einstellung von Eigenschaften der stehenden Welle ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Wellenkammhöhe, Weißwasseranteil, Erstreckung der Welle in Strömungsrichtung, Wellenhöhe, Wellenlänge, Wellensteilheit, Orbitalgeschwindigkeit, Refraktion und/oder Diffraktion verwendet wird. Besonders bevorzugt wird die Vorrichtung verwendet, um die geometrische Struktur der Welle in Strömungsrichtung sowie in allen Richtungen senkrecht zur Strömungsrichtung einzustellen. Insbesondere kann die Höhe der Welle und die Erstreckung der Welle in Strömungsrichtung eingestellt werden. Weiter bevorzugt werden die Eigenschaften der Welle für Teilbereiche der Welle insbesondere in dessen Breite, die sich bevorzugt senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Gravitationsrichtung erstreckt, mittels der Vorrichtung eingestellt. Weiter bevorzugt wird jeder Teilbereich durch jeweils ein Rampenelement eingestellt.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur unterschiedlichen Einstellung der Eigenschaften der stehenden Welle in Erstreckung senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Gravitationsrichtung verwendet wird.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium vorgeschlagen, wobei eine oben beschriebene Vorrichtung von einem fließenden Medium überströmt beziehungsweise überflossen wird, wobei zumindest mittels Einstellung von Gefällen von zumindest zwei Rampenelementen unterschiedliche Eigenschaften in Erstreckung der Welle senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Gravitationsrichtung eingestellt werden.
Weiterhin wird eine Verwendung zumindest zweier nebeneinander angeordneter Rampenelemente mit unterschiedlichen Gefälle zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium vorgeschlagen. Bevorzugt sind zumindest drei weiter bevorzugte vier, fünf oder mehr als fünf Rampenelemente vorgesehen. In eine Ausgestaltung sind die Rampenelemente Flächenelemente über die Wasser geleitet wird. Bevorzugt werden die Rampenelemente in ein fließendes Gewässer eingebracht. Weiter bevorzugt wird eine Querwand verwendet um Wasser zu stauen, dass dieses beim Überfließen der Querwand über die Rampenelemente geleitet wird.
Die Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen in einem fließenden Medium umfasst in einer Ausgestaltung

• ein zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnetes Querwand, das so ausgebildet ist, dass der Abfluss von einer strömenden (Froude-Zahl < 1) in eine schießende Fließbewegung (Froude-Zahl > 1) übergeführt wird,
• an dieses Querwand stromabwärts anschließend mindestens zwei nebeneinander angeordnete, zumindest im Wesentlichen in Strömungsrichtung geneigte Rampenelemente, welche voneinander abweichende Rampenneigungen aufweisen,
• einen stromabwärts der Rampenelemente angeordneten Boden, dessen Sohle um ein Höhenmaß tiefer angeordnet ist als die stromabwärtsseitigen Enden der Rampenelemente, wobei dieses Maß an den verschiedenen Rampenelementen unterschiedlich sein kann.

Die Froude-Zahl (Fr) ist eine dimensionslose Kennzahl der Physik. Sie stellt ein Maß für das Verhältnis von Trägheitskräften zu Schwerekräften innerhalb eines hydrodynamischen Systems dar und ist definiert als Fr = v²/gL
Wobei v die Strömungsgeschwindigkeit, g die Schwerebeschleunigung und L die charakteristische Länge ist, die beispielsweise durch die Tiefe des Mediums bestimmt ist. Die Überführung des Abflusses im Bereich des Querwand 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.
Durch die Beweglichkeit der Rampenelemente kann im Sinne der Erfindung die Welle gesteuert und eine räumliche Wellenform erzeugt werden. Die Rampenelemente sind in ihrem Gefälle in Strömungsrichtung verstellbar. Insbesondere können die Neigungen der Rampenelemente 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.
Die Rampenelemente können ein in Strömungsrichtung gleich bleibendes oder abnehmendes Gefälle aufweisen. Ebenfalls ist die Kombination eines gleich bleibenden und eines abnehmenden Gefälles der Rampenelemente möglich.
An den stromabwärtsseitigen Enden der Rampenelemente können Gegenrampen zumindest im Wesentlichen in Strömungsrichtung angeordnet sein. Diese Gegenrampen besitzen an ihren stromaufwärtsseitigen Enden einen strömungsgünstigen Übergang zu den Rampenelementen und weisen in ihrer mittleren Steigung in Strömungsrichtung einen Winkel zur Horizontalen in Strömungsrichtung auf. Vorteilhafterweise kann dabei dieser Winkel zwischen einem kleinsten Winkel von –45° bis 0° bis zu einem größten Winkel von 15° bis 90° einstellbar sein.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die strömungszugewandte Seite der Gegenrampe eine in Strömungsrichtung gleich bleibende oder zunehmende Steigung aufweisen.
Die Vorrichtung kann im stromabwärtsseitigen Bereich des Bodens zumindest annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung eine höheneinstellbare Schwelle enthalten, welcher die Strömung so lenkt, dass dort keine Wirbel entstehen, welche deutliche Strömungskomponenten entgegen der Hauptströmung in Strömungsrichtung aufweisen. Diese Schwelle kann über seine Breite in einzelne Teilelemente unterteilt ist, welche unabhängig voneinander in ihrer Höhe einstellbar sind.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann die Schwelle oder die Teilelemente der Schwelle von einer minimalen Höhe des 0- bis 0,5-fachen der Höhe des Höhnmaßes bis zu einer maximalen Höhe des 0,6- bis 1,5-fachen der Höhe des Höhenmaßes über dem Boden einstellbar sein.
In Weiterbildung der Erfindung können die Rampenelemente eine stromaufwärtsseitige Querwand, eine an dieser gelenkig gelagerte starre Platte sowie eine Vorrichtung zur Höhenverstellung der Platte aufweisen. Insbesondere können dabei die stromaufwärtsseitigen Wände der Rampenelemente unabhängig voneinander in ihrer Höhe verstellbar sein.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Rampenelemente an ihren stromaufwärtsseitigen Enden jeweils eine gelenkig gelagerte klappenartige Struktur als Querwand, eine an dieser gelenkig gelagerte starre Platte, eine Vorrichtung zur Neigungsänderung der klappenartigen Struktur und eine Vorrichtung zur Höhenverstellung der Platte aufweisen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Gegenrampe jeweils eine gelenkig am stromabwärtsseitigen Ende des Rampenelements gelagerte starre plattenähnliche Struktur und eine Vorrichtung zur Winkelverstellung aufweist. Dabei können mit Vorteil über den starren plattenähnlichen Strukturen der Gegenrampen in Strömungsrichtung flexible plattenähnliche Strukturen angeordnet sein, welche an ihren stromaufwärtsseitigen Enden einen tangentialen Übergang zu den plattenähnlichen Strukturen der Rampenelemente aufweisen.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit gegeben, dass die Gegenrampen durch Innendruckbeaufschlagung formveränderliche Schlauchkörper aufweisen. Entsprechend der Wahl des Innendruckes bildet sich eine geeignete Form und Kontur der Schlauchkörper aus. Die Schlauchkörper können dabei mit jedem geeigneten Fluid gefüllt sein. Beispielsweise kommen hierfür Wasser oder Luft in Frage.
Um die Höhe der Schwelle oder der Teilelemente der Schwelle einstellen zu können kann in Ausgestaltung der Erfindung der Schwelle oder die Teilelemente der Schwelle eine an seinem/ihrem stromaufwärtsseitigen Ende gelenkig am Boden gelagerte starre Struktur und eine Vorrichtung zur Höhenverstellung aufweisen.
Ebenfalls ist es möglich, dass der Schwelle oder die Teilelemente der Schwelle einen durch Innendruckbeaufschlagung formveränderlichen Schlauchkörper aufweisen. Auch hier lässt sich die Form und Kontur der formveränderlichen Schlauchkörper durch die Wahl eines geeigneten Innendruckes steuern. Die Schlauchkörper können hierbei mit jedem geeigneten Fluid gefüllt sein. Beispielsweise kommen hierfür Wasser oder Luft in Frage. Der Schwelle oder die Teilelemente der Schwelle können teilweise oder aber auch bevorzugt vollständig mit einem durch Innendruck beaufschlagten Schlauchkörper ausgebildet werden.
Eine weitere Möglichkeit der Einstellbarkeit für die zu erzeugende räumliche stehende Welle bietet sich erfindungsgemäß dadurch, dass die Schwelle oder die Teilelemente der Schwelle auf einer horizontal in Strömungsrichtung entlang des Bodens verschiebbaren Platte gelagert sind, welche eine geeignete Positionierung der Schwelle oder der Teilelemente der Schwelle in Strömungsrichtung erlaubt.
Die Strömungsführung in den Zwischenbereichen der Rampenelemente kann durch flexible streifenförmige Strukturen, welche an den in Strömungsrichtung verlaufenden Rändern der Rampenelemente angebracht sind, erfolgen.
Ebenfalls kann die Strömungsführung in den Zwischenbereichen der Rampenelemente durch senkrechte im Wesentlichen in Strömungsrichtung verlaufende starre Leitplatten erfolgen. In einer Ausgestaltung weisen die Zwischenbereiche zumindest eine Folie auf.
Eine weitere Möglichkeit zur Abdichtung und Strömungsführung in den Zwischenbereichen der Rampenelemente stellt eine Überschneidung der einzelnen Rampenelemente dar.
Ziel dieser Abdichtungsmöglichkeiten ist es zu verhindern, dass bei einer unterschiedlichen Einstellung der Einzelelemente die Zwischenbereiche der Einzelelemente mit größeren Mengen Wasser durchströmt werden.
Die oben beschrieben Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung zur Erzeugung stehender Wellen in einer natürlichen und/oder künstlichen Wasserströmung. Es bietet sich dabei vorteilhafterweise eine Nutzung im Bereich von Freizeit- und Sportaktivitäten an.
In der Praxis könnte die stehende Welle beispielsweise so gesteuert werden, dass sich im mittleren Bereich der Welle eine steile und hohe Wellenstruktur mit einem geringen Weißwasseranteil einstellt. Die Randbereiche der Welle wären in diesem Fall geprägt von einer flacheren und kleineren Wellenstruktur mit einem großen Weißwasseranteil. Durch den Einsatz mehrerer Rampenelemente werden eine sehr genaue Steuerung der räumlichen Wellenform sowie ein fließender Übergang der einzelnen Welleneigenschaften ermöglicht. Dem Nutzer wird somit eine vielseitige stehende Welle mit einer Vielzahl verschiedener Eigenschaften und Einstellmöglichkeiten geboten. Faktoren wie beispielsweise der Einstieg oder das Wenden in der Welle können gezielt unterstützt und die Welle an die Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden.
Je nach Konstruktion und/oder den örtlichen Gegebenheiten können für die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen auch beliebige Kombinationen der Ausgestaltungsvarianten, Ausgestaltungsvariationen und/oder Konstruktionsweisen sinnvoll sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den nachfolgenden Zeichnungen hervor. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht beschränkend auszulegen, vielmehr können die dort beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf verwiesen, dass die in der Figurenbeschreibung angegebenen Bezugszeichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele verweisen. Gleiche Teile oder Teile mit gleicher Funktion weisen im Folgenden die gleichen Bezugszeichen auf. Es zeigen:
1 den Gesamtaufbau einer Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen mit je einer Darstellung:
1a in Aufsicht und
1b gemäß Längsschnitt A-A aus der Aufsichtsdarstellung von 1a,
2 eine Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen, erweitert um Gegenrampen und eine Schwelle, mit verstellbarer Geometrie der strömungsbegrenzenden Kontur im Längsschnitt.
3 eine Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen, mit Gegenrampen und klappenartigen Strukturen als Querwand im Längsschnitt.
1 zeigt in vereinfachter Darstellung den Gesamtaufbau einer Anlage zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen. Sowohl in der Aufsicht nach 1a wie auch im Schnitt A-A nach 1b umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen in Strömungsrichtung S ein Querwand Q, mindestens drei Rampenelemente 1 sowie einen Boden 2. Der Längsschnitt A-A in 1b stellt die in der Aufsichtsdarstellung von 1a gezeigte Schnittposition dar.
Die Sohle des Bodens 2 ist in 1 um ein Höhenmaß a tiefer angeordnet als das stromabwärtsseitige Ende der Rampenelemente 1.
2 zeigt einen Längsschnitt durch die um Gegenrampen und Schwelle erweiterte Anlage. Außerdem werden in exemplarischer und vereinfachter Darstellung verschiedene Verstellmöglichkeiten der strömungsbegrenzenden Kontur dargestellt.
Die Verstellbarkeit der Rampenelemente umfasst im Wesentlichen die Verstellbarkeit der Neigung der Rampenelemente 1. Diese kann dadurch erreicht werden, dass die Rampenelemente durch starre Platten RP ausgebildet werden, welche – wie aus 2 ersichtlich – an den stromaufwärtsseitigen Wänden RW gelenkig gelagert sind.
Durch eine Vorrichtung zur Höhenverstellung RZ der starren Platten RP können die Neigungen der Platten RP und damit die Neigungen der Rampenelemente 1 in Strömungsrichtung S unabhängig voneinander variiert werden. Die Vorrichtung zur Höhenverstellung RZ der starren Patten RP umfasst beispielsweise eine mechanisch oder hydraulisch verstellbare Hilfsvorrichtung.
Ergänzend kann die Höhenlage der Rampenelemente 1 und damit die gesamte Strömungssituation, welche durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geprägt wird, durch die Höhenverstellbarkeit der stromaufwärtsseitigen Wände RW beeinflusst werden. Der Kopf der stromaufwärtsseitigen Wände RW ist gleichbedeutend mit der Krone des jeweiligen Rampenelements 1. Deren Höhenlage wird durch die jeweils eingestellte Höhe der jeweilgen Wand RW bestimmt. Die stromaufwärtsseitige Wand RW kann an jedem Rampenelement 1 aus mehreren, beispielsweise – wie in 2 gezeigt – zwei, gegeneinander verschiebbar angeordneten Wandteilen bestehen.
Die Gegenrampen GR können aus starren plattenähnlichen Strukturen bestehen. Sie sind gelenkig am jeweils stromabwärtsseitigen Ende der Platte RP des Rampenelements 1 gelagert. Es besteht die Möglichkeit die Gegenrampen unabhängig voneinander mittels einer Vorrichtung zur Winkelverstellung GW in ihrer Neigung in Strömungsrichtung zu verstellen und damit die Strömungssituation geeignet zu beeinflussen. Dies geschieht beispielsweise durch mechanische oder hydraulische Antriebe, welche sich unterhalb oder seitlich der Gegenrampen befinden können.
Der verstellbare Schwelle SF zur Vermeidung gefährlicher Strömungsstrukturen im Anschluss an die Rampenelemente 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.
Der Schwelle kann zudem auf einer parallel zum Boden 2 verschiebbaren Platte SH angeordnet werden. Hierdurch kann speziell bei Vorrichtungen, welche über einen größeren Abflussbereich räumliche stehende Wellen erzeugen sollen, die Position der Schwelle optimiert werden.
Es besteht die Möglichkeit den Schwelle in mehrere den einzelnen Rampenelementen zugeordnete Teilelemente zu unterteilen. Diese können unabhängig voneinander sowohl in ihrer Horizontalen Position auf dem Boden als auch in ihrer Höhenlage und ihrer Neigung gesteuert werden.
3 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung räumlicher stehender Wellen. Die Vorrichtung verfügt über klappenartige Strukturen RK, die als Stauwände dienen. Jedem Rampenelement 1, bestehend aus einer starren Platte RP, ist ein Querwandelement zugeordnet. Die klappenartigen Strukturen RK sind gelenkig am Boden 2 gelagert sowie gelenkig mit dem stromaufwärtsseitigen Enden der starren Platten RP der Rampenelemente 1 verbunden. Die klappenartigen Strukturen verfügen über einen Vorrichtung zur Neigungsänderung RN und können dadurch unabhängig voneinander in ihrer Neigung gesteuert werden. Die starren Platten RP der Rampenelemente 1 verfügen über eine Vorrichtung zur Höhenverstellbarkeit RZ und sind dadurch unabhängig voneinander in ihrer Höhenlage steuerbar. Die Vorrichtungen zur Neigungsänderung RN der klappenartigen Strukturen RK sowie die Vorrichtungen zur Höhenverstellbarkeit RZ der starren Platten RP können beispielsweise durch mechanische oder hydraulische Antriebe, welche unterhalb oder seitlich der Vorrichtung angeordnet sind, eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Rampenelement
2: Sohle
α: Winkel
a: Höhenmaß
DL: starre Leitplatte zur Dichtung und Strömungsführung zwischen den Rampenelementen
DS: flexible streifenförmige Struktur zur Dichtung und Strömungsführung zwischen den Rampenelementen
DÜ: Überdeckung der Rampenelemente zur Dichtung zwischen den Rampenelementen
GF: in Strömungsrichtung flexible Platte oder plattenähnliche Struktur über der Platte der Gegenrampe
GP: Platte der Gegenrampe
GR: Gegenrampe
GS: Gegenrampe als Schlauchkörper
GW: Winkelverstellung der Platte der Gegenrampe
Q: Querwand
RK: klappenartige Struktur als Querwand
RN: Vorrichtung zur Neigungsänderung der klappenartige Struktur
RP: Platte der Rampenelemente
RW: stromaufwärtsseitige Wand der Rampenelemente (entspricht Querwand)
RZ: Höhenverstellung an der gelenkig gelagerten Platte der Rampenelemente (Neigungsänderung)
S: Strömungsrichtung
SF: Schwelle
SH: horizontal verschiebbare Platte als Auflager der Schwelle
SP: starre Struktur der Schwelle
SS: Schwelle als Schlauchkörper
SZ: Höhenverstellung der gelenkig gelagerten starren Struktur der Schwelle zur Neigungsänderung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006044806 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium, umfassend zumindest zwei nebeneinander angeordneten Rampenelemente, die von dem fließenden Medium überströmbar sind, wobei die Rampenelemente jeweils mit einem ersten Ende einem Oberwasser und mit einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende einem Unterwasser zugeordnet sind, wobei die Rampenelemente unterschiedliche Gefälle in Strömungsrichtung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Unterwasser zugeordnete zweite Ende jedes Rampenelementes einen Abstand a zu einer Sohle des Unterwassers aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a des zweiten Endes des Rampenelementes zur Sohle des Unterwassers etwa 1/2 bis etwa 2/3 der Tiefe des Unterwassers beträgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefälle der Rampenelemente verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gefälle eines ersten Rampenelementes von zumindest einem Gefälle eines zweiten Rampenelementes unabhängig verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefälle zumindest eines Rampenelementes etwa 1:20 bis etwa 1:1 beträgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefälle in Strömungsrichtung zumindest eines Rampenelementes gleichbleibend oder abnehmend ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Ende zumindest eines Rampenelementes eine Gegenrampe angeordnet ist, die zu einer Horizontalen einen Winkel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α der Gegenrampe zwischen etwa –45° und etwa +90° ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α der Gegenrampe verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steigung der Gegenrampe in Strömungsrichtung gleich bleibend oder zunehmend ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Unterwasser stromabwärts des zweiten Endes der Rampenelemente eine Schwelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle höhenverstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle senkrecht zur Strömungsrichtung eine Anzahl von Teilelementen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente unabhängig voneinander höhenverstellbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle zumindest teilweise bis etwa 1,5-fach so hoch ist, wie der Abstand a von Sohle des Unterwassers zu zumindest einem zweiten Ende eines Rampenelementes.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle zumindest teilweise in Strömungsrichtung verschiebbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle und/oder die Gegenrampe zumindest einen mittels Druckbeaufschlagung formveränderlichen Schlauchkörper umfasst.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Querwand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Querwand höhenverstellbar und/oder neigungsverstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rampenelement an der Querwand drehbar gelagert angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest drei Rampenelemente aufweist, wobei ein mittleres Rampenelement ein geringeres oder stärkeres Gefälle aufweist als die übrigen Rampenelemente.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium.
Verwendung nach Anspruch 23 zur Einstellung von Eigenschaften der stehenden Welle ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Wellenkammhöhe, Weißwasseranteil, Erstreckung der Welle in Strömungsrichtung, Wellenhöhe, Wellenlänge, Wellensteilheit, Orbitalgeschwindigkeit, Refraktion und/oder Diffraktion.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 24 zur unterschiedlichen Einstellung der Eigenschaften der stehenden Welle in Erstreckung senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Gravitationsrichtung.
Verfahren zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium, wobei eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22 von einem fließenden Medium überströmt wird, wobei zumindest mittels Einstellung von Gefällen von zumindest zwei Rampenelementen unterschiedliche Eigenschaften in Erstreckung der Welle senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Gravitationsrichtung eingestellt werden.
Verwendung zumindest zweier nebeneinander angeordneter Rampenelemente mit unterschiedlichen Gefälle zur Erzeugung einer stehenden Welle in einem fließenden Medium.