DE102020121513A1

DE102020121513A1 - Erzeugen einer Welle zum Surfen

Info

Publication number: DE102020121513A1
Application number: DE102020121513.4A
Authority: DE
Inventors: Johann Geiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-02-17

Abstract

Eine Antriebsanordnung (10) ist so konfiguriert, dass sie einen unbemannten Körper (20) zur Erzeugung einer Welle zum Surfen bewegt, und umfasst: einen elektrisch betriebenen Antrieb (11, 12; 15; 16), der so konfiguriert ist, dass er den Körper (20) durch Wasser mindestens parallel zu einer Führungsrichtung bewegt, die senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung einer durch den sich bewegenden Körper (20) verursachten Welle sein kann; und eine Steuerung (111, 112; 151; 161) zum Steuern des elektrisch betriebenen Antriebs (11, 12), wobei die Steuerung (111, 121; 151; 161) so konfiguriert ist, dass sie mindestens zwei von einer Richtung, einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung der Bewegung des Körpers (20) steuert.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Diese Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen einer Antriebsanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper zur Erzeugung einer Welle zum Surfen bewegt. Diese Schrift bezieht sich auch auf Ausführungsformen eines Systems, das eine solche Antriebsanordnung und beispielsweise ein Becken umfasst, in das der Körper eingelassen werden kann.
HINTERGRUND
Systeme zur Erzeugung einer Welle zum Surfen (oder für andere verwandte Sportarten oder Wasseraktivitäten) sind bekannt, z. B. aus der WO 2006/060866 A1 , der US 3,913,332 und der WO 2010/059871A1 .
Anstatt sich auf natürliche, vom Wind verursachte Wellen oder auf Wellen, die von bemannten Booten verursacht werden, zu verlassen, ist es daher wünschenswert, eine für das Surfen (oder andere verwandte Sportarten oder Wasseraktivitäten) geeignete Welle mit einem speziellen Wellenerzeugungssystem zu erzeugen, das in einem Pool, in einem See, in einem Teich, in einem Fluss oder sogar auf dem Meer installiert werden kann, um jederzeit zuverlässig eine Welle mit einer bestimmten Charakteristik und unabhängig von unvorhersehbaren Bedingungen wie Wetter, Wasserbewegung und/oder Bootsverkehr erzeugen zu können.
In einem Video auf https://www.youtube.com/watch?v=kPcQAxuvr6o (vom 28. Oktober 2018) wird zum Beispiel eine massive zylindrische Anordnung in einem Teich beschrieben, die auf und ab bewegt wird, um eine Welle zum Surfen zu erzeugen.
Ein Artikel, der die Merkmale einiger heutiger Wellenbäder zusammenfasst, findet sich unter diesem Link: https://surfd.com/2020/02/a-list-of the-best-wave-pools-inthe-world/.
So ist eine Vielzahl unterschiedlicher technischer Lösungen bekannt und bereits gebaut worden, und einige Patente sind für die spezifischen Mittel zur Wellenerzeugung erteilt worden. So bewegt sich beispielsweise ein Körper in einem Becken mit einer bestimmten Form und Bathymetrie durch das Wasser, oder es werden Wellen durch bewegliche, ins Wasser getauchte Folien erzeugt.
Ein weiteres System wird zum Beispiel in einem Video beschrieben, das unter https://www.youtube.com/watch?v=Ag6LSb870Uw (vom 08. November 2017) zu sehen ist. Dort wird vorgeschlagen, einen untergetauchten Körper entlang einer linearen Richtung zu bewegen, um eine Surfwelle zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel bereitzustellen, die es ermöglichen, zuverlässig und effizient eine Welle zum Surfen zu erzeugen, indem ein unbemannter Körper durch Wasser bewegt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Antriebsanordnung konfiguriert, um einen unbemannten Körper zur Erzeugung einer Welle zum Surfen zu bewegen. Die Antriebsanordnung umfasst: einen elektrisch betriebenen Antrieb, der so konfiguriert ist, dass er den Körper zumindest parallel zu einer Führungsrichtung, die senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung einer durch den sich bewegenden Körper verursachten Welle sein kann, durch das Wasser bewegt; und eine Steuerung (hier auch als Controller oder Steuergerät bezeichnet) zum Steuern des elektrisch betriebenen Antriebs, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie zumindest zwei des Folgenden steuert: eine Richtung, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung der Bewegung des Körpers. Die erzeugte Welle kann den Nachlauf (Kielwasser) des sich bewegenden Körpers enthalten.
Der Controller ist beispielsweise so konfiguriert, dass er den elektrisch betriebenen Antrieb auf der Grundlage eines vordefinierten Beschleunigungsverlaufs und/oder eines vordefinierten Geschwindigkeitsverlaufs steuert.
In einer Ausführungsform ist der Controller so konfiguriert, dass er den elektrisch betriebenen Antrieb auf der Grundlage mindestens eines Antriebsparameters steuert, der einen aktuellen Betriebszustand des elektrisch betriebenen Antriebs anzeigt.
In einer Ausführungsform ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es den elektrisch betriebenen Antrieb auf der Grundlage mindestens eines Körperparameters steuert, der mindestens eine aktuelle Bewegungsrichtung des Körpers, eine aktuelle Geschwindigkeit des Körpers und eine aktuelle Beschleunigung des Körpers angibt.
In einer Ausführungsform ist die Antriebsanordnung so konfiguriert, dass sie eine Ausrichtung des Körpers in Bezug auf eine vertikale Neigung und/oder eine horizontale Neigung einstellt.
In einer Ausführungsform ist die Antriebsanordnung so konfiguriert, dass sie einen Bug des Körper um 180° in Bezug auf die Führungsrichtung dreht.
In einer Ausführungsform umfasst die Antriebseinrichtung außerdem eine Führung, die den Körper parallel zur Führungsrichtung führt.
Zum Beispiel ist die Führung oberhalb des Wasserspiegels angeordnet.
In einer Ausführungsform umfasst die Antriebsanordnung ferner Kupplungsmittel zur Verbindung des Körpers mit der Führung.
Die Kupplungsmittel sind zum Beispiel so konfiguriert, dass sie die Tiefe des Körpers im Wasser variabel einstellen.
In einer Ausführungsform umfasst der elektrisch betriebene Antrieb einen ersten Antrieb zum Bewegen des Körpers entlang der Führungsrichtung und einen zweiten Antrieb zum Bewegen des Körpers entgegen der Führungsrichtung.
In einer Ausführungsform umfasst die Steuerung eine erste Untereinheit zur Steuerung des ersten Antriebs und eine zweite Untereinheit zur Steuerung des zweiten Antriebs, wobei die erste Untereinheit und die zweite Untereinheit über mindestens eine drahtlose Datenverbindung oder eine drahtgebundene Datenverbindung miteinander in Signalverbindung stehen.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Antrieb eine erste elektronische Winde, die mindestens über ein erstes Seilstück mit dem Körper verbunden ist; und der zweite Antrieb umfasst eine zweite elektronische Winde, die mindestens über ein zweites Seilstück mit dem Körper verbunden ist.
In einer Ausführungsform ist die erste elektronische Winde an einem Ende eines Bewegungsbereichs des Körpers angeordnet, und die zweite elektronische Winde ist an einem entgegengesetzten Ende des Bewegungsbereichs des Körpers angeordnet.
In einer Ausführungsform sind sowohl das erste Seilstück als auch das zweite Seilstück oberhalb des Wasserspiegels angeordnet und an den Kupplungsmitteln befestigt.
In einer Ausführungsform ist der elektrisch betriebene Antrieb am Rumpf angeordnet, und der elektrisch betriebene Antrieb umfasst beispielsweise mindestens einen Unterwasserpropeller, ein Zahnrad oder einen Strahlantrieb.
In einer Ausführungsform besteht der elektrisch betriebene Antrieb aus einem Linearmotor.
Beispielsweise erstrecken sich Induktoren des elektrisch betriebenen Antriebs entlang der Führungsrichtung und definieren einen stationären Primärteil des Linearmotors mit einem magnetischen Pfad für einen beweglichen Sekundärteil des Linearmotors, wobei der Sekundärteil an mindestens einem der beiden Elemente Körper und Kupplungsmittel befestigt ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein System zur Erzeugung einer Welle eine Antriebsanordnung gemäß einem oder mehreren der vorangegangenen Beispiele/Ausführungsformen und einen Körper.
Beispielsweise umfasst das System ferner ein Becken, das ein Wasservolumen enthält, wobei die Antriebsanordnung für die Installation am Becken konfiguriert ist und das Becken für die Aufnahme des Körpers konfiguriert ist.
Der Fachmann wird beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der beigefügten Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
Figurenliste
Die Teile in den Abbildungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird der Schwerpunkt auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Abbildungen gleiche Bezugsziffern entsprechende Teile. In den Zeichnungen:

1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt aus einer perspektivischen Projektion einer Antriebsanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper zur Erzeugung einer Welle zum Surfen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen bewegt;
2 zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt aus einer perspektivischen Projektion einer Antriebsanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper zur Erzeugung einer Welle zum Surfen gemäß einer oder mehrerer anderer Ausführungsformen bewegt; und
3 zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt aus einer perspektivischen Projektion einer Antriebsanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper zur Erzeugung einer Welle zum Surfen gemäß einer oder mehrerer anderer Ausführungsformen bewegt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieses Dokuments bilden und in denen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind.
In diesem Zusammenhang können richtungsbezogene Ausdrücke wie „oben“, „unten“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „hinten“, „vorne“, „hinten“, „oben“ usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile der Ausführungsformen in einer Reihe von verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein können, dient die richtungsbezogene Terminologie der Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass dies den Rahmen der vorliegenden Erfindung sprengen würde. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Es wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen verwiesen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel dient der Erläuterung und ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. So können beispielsweise Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen umfasst. Die Beispiele sind in einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als Einschränkung des Umfangs der beigefügten Ansprüche ausgelegt werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur zur Veranschaulichung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dieselben Elemente oder Herstellungsschritte in den verschiedenen Zeichnungen mit denselben Bezeichnungen versehen, sofern nicht anders angegeben.
Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff „horizontal“ soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche von stehendem Wasser verläuft, in das der Körper zumindest teilweise eintauchen kann. Zum Beispiel können sowohl die Führungsrichtung als auch die Ausbreitungsrichtung, die unten erwähnt werden, horizontale Richtungen sein.
Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff „vertikal“ soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zur horizontalen Oberfläche, d. h. parallel zur normalen Richtung der ruhenden Wasseroberfläche, verläuft. Zum Beispiel kann die unten erwähnte vertikale Richtung eine Ausdehnungsrichtung sein, die sowohl auf der Spur als auch auf der Ausbreitungsrichtung senkrecht steht.
Spezifische Ausführungsformen, die in dieser Spezifikation beschrieben werden, beziehen sich auf eine Antriebsanordnung, die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper zur Erzeugung einer Welle zum Surfen bewegt, z. B. auf künstliche Wellenerzeugungssysteme zum Surfen von Wellen und Wakes, die auf künstlich angelegte Pools oder natürlich vorhandene Wasserkörper wie Seen, Flüsse, Teiche und andere Wasseransammlungen in beliebiger Form angewendet werden können.
1 zeigt schematisch und beispielhaft in vereinfachter Weise einen Ausschnitt aus einer perspektivischen Projektion einer Antriebsanordnung 10, die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper 20 zur Erzeugung einer Welle zum Surfen (oder für andere Wassersportarten/Aktivitäten) gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen bewegt. Sowohl 2 als auch 3 zeigen eine solche perspektivische Projektion, wobei der Unterschied zwischen den drei dargestellten Ausführungsformen in der Implementierung eines elektrisch betriebenen Antriebs besteht, der einen Teil jeder dargestellten Ausführungsform bildet.
Unter Bezugnahme auf jede der 1 bis 3 kann die Antriebsanordnung 10 Teil eines Systems 100 zur Erzeugung einer Welle zum Surfen sein, wobei ein solches System 100 sowohl die Antriebsanordnung 10 als auch den Körper 20, der von der Antriebsanordnung 10 bewegt wird, umfassen kann. Darüber hinaus kann das System 100 ein Becken 30 umfassen, das ein Wasseraufnahmevolumen 31 definiert und zur Aufnahme des Körpers 20 konfiguriert ist. Es versteht sich jedoch, dass die hier vorgestellte Antriebsanordnung 10 auch für die Installation an einem natürlichen Gewässer, wie einem See, einem Teich, einem Fluss oder sogar auf dem Meer, konfiguriert werden kann.
Die folgende Beschreibung gilt für jede der bis :
Die Antriebsanordnung 10 ist so konfiguriert, dass sie einen unbemannten Körper 20 bewegt, um eine Welle zum Surfen zu erzeugen. Der Körper 20 ist nur schematisch dargestellt. Er kann je nach konkreter Anwendung verschiedene Formen aufweisen. Der Körper 20 kann teilweise oder vollständig unter den Wasserspiegel WL getaucht sein. Der Körper 20 wird parallel zu einer Führungsrichtung bewegt, um die Welle zu erzeugen. Die erzeugte Welle kann die Nachlaufströmung des sich bewegenden Körpers 20 und/oder eine am Bug (d. h. an der Vorderseite in Bezug auf die Bewegungsrichtung) des Körpers 20 erzeugte Welle umfassen.
Die Antriebsanordnung 10 umfasst einen elektrisch betriebenen Antrieb (Bezugsziffern 11, 12 in 1; Bezugsziffer 15 in 2; und Bezugsziffer 16 in 3), der so konfiguriert ist, dass er den Körper 20 durch das Wasser zumindest parallel zu einer Führungsrichtung bewegt, die senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung der durch den sich bewegenden Körper 20 verursachten Welle sein kann. Daher wird in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen, einen elektrischen Antrieb anstelle eines Verbrennungsmotors oder Dieselmotors zu verwenden. Der elektrisch betriebene Antrieb hat einige Vorteile in Bezug auf die Geräuschentwicklung und insbesondere in Bezug auf die Regelbarkeit, z.B. hinsichtlich des dynamischen Verhaltens und der Präzision.
Natürlich ist die Ausbreitungsrichtung der Welle typischerweise nicht völlig senkrecht zur Führungsrichtung; die Welle kann sich jedoch entlang einer Richtung ausbreiten, die zumindest teilweise senkrecht zur Führungsrichtung verläuft (ähnlich wie bei einer Welle, die von einem fahrenden Boot verursacht wird). Sowohl die Ausbreitungsrichtung als auch die Laufrichtung können parallel zur stillen Wasseroberfläche verlaufen, d. h. in einer Ausführungsform wird der Körper 20 im Wesentlichen auf einem konstanten Wassertiefenniveau entlang einer horizontalen Richtung bewegt, um die Welle zu erzeugen, und nicht entlang der vertikalen Richtung auf und ab, wie in einer in der Einleitung genannten Referenz des Standes der Technik.
Die beim Surfen erzeugte Welle ist z. B. die Heckwelle des sich bewegenden Körpers 20.
Die Antriebsanordnung 10 umfasst ferner eine Steuereinheit (Bezugsziffern 111, 121 in 1; Bezugsziffer 151 in 2; und Bezugsziffer 161 in 3) zur Steuerung des elektrisch betriebenen Antriebs, wobei die Steuereinheit 111, 121; 151; 161 so konfiguriert ist, dass sie mindestens zwei von einer Richtung, einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung der Bewegung des Körpers 20 steuert.
Die hier vorgestellten Ausführungsformen beinhalten die Erkenntnis, dass die präzise Steuerung der Bewegung des Körpers 20 in Bezug auf zwei oder mehrere der Parameter Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung (jeweils in Bezug auf die Führungsrichtung) sowohl eine günstige Möglichkeit zur Erzeugung der Welle mit definierten Eigenschaften als auch einen zuverlässigen Betrieb des Antriebs ermöglicht.
Das Steuergerät ist nur schematisch dargestellt. Sie kann einen Prozessor, einen Speicher und einen Transceiver umfassen, der über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenverbindung mit dem Antrieb 11, 12; 15; 16 verbunden ist. Das Steuergerät 111, 121; 151; 161 kann ferner eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (in 1 nicht dargestellt, Bezugsnummer 152 in 2 und Bezugsnummer 162 in 3) umfassen oder mit dieser gekoppelt sein, z. B. einschließlich einer grafischen Benutzeroberfläche und/oder anderer Mittel, die es einem Bediener ermöglichen, das Steuergerät 111, 121; 151; 161 zu verwenden, z. B. zu programmieren.
Beispielsweise ist in 2 die Steuerung 151 über das Datenkabel 157 mit dem Antrieb 15 und in 3 die Steuerung 161 über das Datenkabel 167 mit dem Antrieb 16 gekoppelt. In jedem Fall kann zusätzlich oder alternativ zu den Datenkabeln 157 und 167 auch eine drahtlose Verbindung zum Körper 20 / zum Antrieb 15/16 bestehen. In 2 wird der Antrieb 15 über den Anschluss 156 und in 3 der Antrieb 16 über den Anschluss 166 mit Strom versorgt.
Das Steuergerät 111, 121; 151; 161 kann ferner so konfiguriert sein, dass es einen oder mehrere Betriebsparameter empfängt, die einen aktuellen Betriebszustand der Antriebsanordnung 10 anzeigen, z. B. einen Körperparameter, der mindestens eine aktuelle Bewegungsrichtung des Körpers 20, eine aktuelle Geschwindigkeit des Körpers 20 und eine aktuelle Beschleunigung des Körpers 20 anzeigt, und/oder einen Antriebsparameter, der einen aktuellen Betriebszustand, wie z. B. die Temperatur, des elektrisch betriebenen Antriebs 11, 12; 15; 16 anzeigt.
Der Controller 111, 121; 151; 161 kann so konfiguriert sein, dass er den Antrieb 11, 12; 15; 16 zumindest auf der Basis eines oder mehrerer Körperparameter und/oder auf der Basis eines oder mehrerer Antriebsparameter steuert. Dadurch kann ein adaptiver Steuermechanismus implementiert werden, der es ermöglicht, die Welle mit einer definierten Charakteristik in verschiedenen Umgebungen zu erzeugen und gleichzeitig einen zuverlässigen und effizienten Betrieb des Antriebs 11, 12; 15; 16 zu gewährleisten, z. B. durch Vermeidung einer Überhitzung des Antriebs 11, 12; 15; 16 auf der Grundlage der Überwachung des Betriebszustands, wie der Temperatur, des Antriebs 11, 12; 15; 16.
Darüber hinaus können Daten, die mindestens einen vordefinierten Beschleunigungsverlauf und einen vordefinierten Geschwindigkeitsverlauf angeben, in die Steuerung 111, 121; 151; 161 eingegeben werden. Das Steuergerät 111, 121; 151; 161 kann dazu ausgebildet sein, den elektrisch betriebenen Antrieb 11, 12; 15; 16 basierend auf mindestens einem von dem vordefinierten Beschleunigungsverlauf und dem vordefinierten Geschwindigkeitsverlauf zu steuern. Auch hierdurch kann ein adaptiver Regelmechanismus implementiert werden, der es ermöglicht, die Welle mit definierter Charakteristik in verschiedenen Umgebungen zu erzeugen. Beispielsweise kann der Beschleunigungsverlauf und/oder der Geschwindigkeitsverlauf im Voraus unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie der Form des Körpers 20, der Form/Bathymetrie des Beckens 30 (oder rezeptiv des natürlichen Wassers (See, Teich, Fluss, Meer)), der gewünschten Geschwindigkeit der Welle und/oder der gewünschten Höhe der Welle usw. festgelegt werden. So kann der Beschleunigungsverlauf und/oder der Geschwindigkeitsverlauf so vordefiniert werden, dass er für die Wasserumgebung (Form/Bathymetrie) und den verwendeten Körper 20 und die vorgesehene Eigenschaft der Welle optimal ist. Gleichzeitig kann die Steuerung 111, 121; 151; 161 so konfiguriert sein, dass sie die Steuerung des Antriebs 11, 12; 15; 16 auf mindestens einen Antriebsparameter und/oder auf mindestens einen Körperparameter stützt, so dass auf die tatsächlichen Gegebenheiten reagiert werden kann. Beispielsweise kann der Regler 111, 121; 151; 161 zur Durchführung einer Rückkopplungsregelung ausgebildet sein, wobei der vorgegebene Beschleunigungsverlauf oder der vorgegebene Geschwindigkeitsverlauf einen Soll-Parameter und die Ist-Geschwindigkeit oder die Ist-Beschleunigung des Körpers 20 den Ist-Parameter definiert, so dass z.B. die aufgebrachte Kraft in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen Soll-Parameter und Ist-Parameter geregelt werden kann.
Die Antriebsanordnung 10 ist in einer Ausführungsform so konfiguriert, dass sie eine Ausrichtung des Körpers 20 in Bezug auf eine vertikale Neigung (d. h. eine Differenz zwischen dem vertikalen Bugniveau und dem vertikalen Heckniveau) und/oder eine horizontale Neigung (d. h. eine Differenz zwischen dem vertikalen Steuerbordniveau und dem vertikalen Backbordniveau) einstellt. Auch eine solche Neigungseinstellung kann die Erzeugung einer Welle mit definierter Charakteristik ermöglichen.
Außerdem kann die Antriebsanordnung 10 so konfiguriert sein, dass sie einen Bug des Aufbaus (20) um 180° in Bezug auf die Führungsrichtung dreht. Dies kann von Vorteil sein, wenn der Körper nicht symmetrisch zur Führungsrichtung geformt ist, d. h. wenn Bug und Heck des Körpers 20 unterschiedlich geformt sind, und wenn der Körper 20 entlang und gegen die Führungsrichtung bewegt wird, d. h. nicht entlang einer runden Bahn, sondern entlang einer Bahn mit zwei Endpunkten, zwischen denen der Körper 20 hin und her bewegt werden kann, z. B. entlang einer linearen Richtung.
Die Antriebsanordnung 10 kann so konfiguriert sein, dass sie den Körper 20 sowohl entlang der Führungsrichtung als auch entgegen der Führungsrichtung bewegt. Die Führungsrichtung kann eine lineare Richtung sein, z. B. eine lineare horizontale Richtung. Die Möglichkeit, den Körper 20 in beide Richtungen (entlang der Führungsrichtung und entgegen der Führungsrichtung) zu bewegen, kann die Komplexität der gesamten Antriebsanordnung reduzieren, da nicht unbedingt ein separater „Rückweg“ (ähnlich wie bei einer Skiliftanordnung) vorgesehen werden muss, sondern der Rückweg identisch mit dem Vorwärtsweg ist.
Die Führungsrichtung kann durch eine Führung 13 festgelegt werden. Die Führung 13 ist Teil der Antriebsanordnung 10. Die Führung 13 ist dazu eingerichtet, den Körper parallel zur Führungsrichtung zu führen, z. B. entlang der Führungsrichtung und entgegen der Führungsrichtung. In einer Ausführungsform definiert die Führung 13 einen Endpunkt des Bewegungsbereichs des Körpers 20 und einen anderen Endpunkt des Bewegungsbereichs des Körpers 20. Die Antriebsanordnung 10 kann so konfiguriert sein, dass sie den Körper 20 zwischen diesen Endpunkten entlang der durch die Führung definierten Führungsrichtung und entgegen der Führungsrichtung hin- und herbewegt. Das heißt, der Körper 20 kann von einem Endpunkt zu einem anderen Endpunkt bewegt werden („Vorwärtsweg/Spur“), dort angehalten und auf demselben Weg zurückbewegt werden („Rückweg/Spur“). Daher können der Vorwärtsweg und der Rückweg, auf denen der Körper 20 bewegt wird, identisch sein.
In einer Ausführungsform ist die Führung 13 oberhalb des Wasserspiegels WL angeordnet. Eine solche Anordnung kann im Hinblick auf die Lebensdauer, die Wartung und die Kosten der Antriebsanordnung 10 von Vorteil sein. Die konkrete Ausführung der Führung 13 kann in Abhängigkeit von der Ausführung des Antriebs 11, 12; 15; 16 gewählt werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Antriebsanordnung 10 ferner Kupplungsmittel 131, 132 zur Verbindung des Körpers 20 mit der Führung 13. Auch die konkrete Ausführung der Kupplungsmittel 131, 132 kann je nach Ausführung des Antriebs 11, 12; 15; 16 gewählt werden. Beispielsweise umfassen die Kopplungsmittel 131, 132 eine Aufhängung, über die der Körper 20 in die Führung 13 eingreifen kann.
Zum Beispiel sind die Kopplungsmittel 131, 132 so konfiguriert, dass sie die Tiefe des Körpers 20 im Wasser variabel einstellen. Darüber hinaus können die Kopplungsmittel 131, 132 so konfiguriert sein, dass sie die horizontale Neigung und/oder vertikale Neigung des Körpers 20 bewirken. Zu diesem Zweck können die Kopplungsmittel 131, 132 mit einem Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) ausgestattet sein, der mit dem Steuergerät 111, 121; 151; 161 in Signalverbindung stehen kann. Das heißt, in einer Ausführungsform kann das Steuergerät 111, 121; 151; 161 so konfiguriert sein, dass es die Kopplungsmittel 131, 132 steuert, um mindestens eine der folgenden Einstellungen vorzunehmen: eine Tiefe des Körpers 20 im Wasser, eine horizontale Neigung des Körpers 20, eine vertikale Neigung des Körpers 20 und eine Ausrichtung des Körpers 20 (z. B. Bug des Körpers 20 in Führungsrichtung oder entgegen der Führungsrichtung).
Die vorstehende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf alle in den 1-3 dargestellten Ausführungsformen. Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen des elektrisch betriebenen Antriebs (im Folgenden auch „Antrieb“ genannt) beschrieben:
Ausführungsform Nr. 1: ALTERNATIVER WINDENANTRIEB MIT HOCHPRÄZISIONSTRAKTIONSREGULIERUNG
Gemäß der Ausführungsform von 1 hat der elektrisch betriebene Antrieb einen ersten Antrieb 11 zum Bewegen des Körpers 20 entlang der Führungsrichtung und einen zweiten Antrieb 12 zum Bewegen des Körpers 20 entgegen der Führungsrichtung. Beide Antriebe können so konfiguriert sein, dass sie die gleiche Kraft, z. B. eine Zugkraft, auf den Körper 20 ausüben, so dass die Welle durch die Bewegung des Körpers 20 sowohl entlang der Führungsrichtung als auch entgegen der Führungsrichtung erzeugt werden kann. In einer solchen Ausführungsform kann die Steuerung eine erste Untereinheit 111 zur Steuerung des ersten Antriebs und eine zweite Untereinheit 121 zur Steuerung des zweiten Antriebs 12 umfassen, wobei die erste Untereinheit 111 und die zweite Untereinheit 121 über eine drahtlose Datenverbindung und/oder eine drahtgebundene Datenverbindung miteinander in Signalverbindung stehen. Das heißt, die dargestellte Verbindung 113 kann eine drahtgebundene Verbindung oder eine drahtlose Verbindung sein. Auf diese Weise können die erste Untereinheit 111 und die zweite Untereinheit 112 miteinander kommunizieren, um die kontrollierte Bewegung des Körpers 20 zu koordinieren. So kann beispielsweise eine der beiden Untereinheiten 111, 112 eine Master-Einheit und die andere eine Slave-Einheit darstellen. Oder beide Untereinheiten 111 und 112 werden von einer (nicht abgebildeten) Haupteinheit gesteuert. Auf dem Vorwärtsweg kann der erste Antrieb 11 die Kraft aufbringen, die für die Bewegung des Wagenkastens 20 in der Führungsrichtung relevant ist. Entlang des Rückwegs kann der zweite Antrieb 12 die Kraft aufbringen, die für die Bewegung des Aufbaus 20 entgegen der Gleisrichtung relevant ist. Der erste Antrieb 11 umfasst beispielsweise eine erste elektronische Winde (wie schematisch dargestellt), die zumindest über ein erstes Seilstück 141 mit dem Wagenkasten 20 verbunden ist. Das erste Seilstück 141 ist an einem ersten Seilterminal 143 an der Karosserie 20 befestigt. Der zweite Antrieb 12 kann eine zweite elektronische Winde umfassen, die zumindest über ein zweites Seilstück 142 mit dem Körper 20 verbunden ist. Das zweite Seilstück 142 ist an einem zweiten Seilterminal 144 mit dem Körper 20 verbunden. Die für die Bewegung des Körpers 20 relevante Kraft kann daher ein entsprechender Zug sein. Während eine der elektronischen Winden ziehen kann (z. B. um den Körper 20 entsprechend dem vordefinierten Beschleunigungs-/Geschwindigkeitsverlauf zu bewegen), kann die andere das jeweilige Seilstück entsprechend der Bewegung des Körpers 20 kontrolliert abgeben und umgekehrt. Das heißt, beide Seilstücke 141 und 142 können zu jedem Zeitpunkt kontrolliert gestrafft werden. Darüber hinaus gewährleistet der abwechselnde Betrieb der Winden (Seil ziehen, Seil geben) einen reibungslosen Betrieb der Antriebsanordnung und ermöglicht eine ausreichende Kühlung der Antriebe, da in jedem Zeitpunkt eine der beiden Winden nur Seil geben muss, also mit geringer oder gar keiner Leistung betrieben werden kann. Auch ist bei einer solchen Anordnung kein durchgehendes Seil erforderlich, sondern es können zwei getrennte Seilstücke 141 und 142 verwendet werden. Die erste elektronische Winde kann außerhalb des Wassers angeordnet sein, z. B. an einem Ende des Bewegungsbereichs des Körpers 20 (z. B. definiert durch die Führung 13), und die zweite elektronische Winde kann ebenfalls außerhalb des Wassers angeordnet sein, z. B. an einem entgegengesetzten Ende des Bewegungsbereichs des Körpers 20, wie in 1 schematisch dargestellt. Zusätzlich oder alternativ zu den Seilstücken 141, 142 kann die Führung 13 so konfiguriert sein, dass sie andere Seilstücke 112 und 122 aufnimmt, so dass die anderen Seilstücke 112 und 122 oberhalb des Wasserspiegels WL angeordnet werden können und an Elementen der Kupplungsmittel 131 und 132 oberhalb des Wasserspiegels WL befestigt werden können. Die Kupplungsmittel 131, 132 können vertikal verlaufende Elemente (z. B. eine Aufhängung) umfassen, die die Elemente oberhalb des Wasserspiegels mit dem Körper 20 verbinden, wie dargestellt. Dadurch können die Antriebe 11, 12 sowie die anderen Seilstücke 112, 122 außerhalb des Wassers angeordnet werden, was einen geringen Verschleiß dieser Komponenten gewährleistet. Der Körper 20 kann also über die Seilstücke 141, 142 oder über die anderen Seilstücke 112, 122 oder sowohl über die Seilstücke 141, 142 als auch über die anderen Seilstücke 112, 122 mit dem ersten Antrieb 11 und mit dem zweiten Antrieb gekoppelt sein. Das heißt, eine Ausführungsform, die anderen Seilstücke 112 und 122 können nicht notwendig sein und daher weggelassen werden.
Ausführungsform Nr. 2: SELBST ANGETRIEBENER WELLENERZEUGUNGSKÖRPER
Der elektrisch betriebene Antrieb 15 kann, wie in 2 gezeigt, auch am Rumpf 20 angeordnet sein und z.B. aus mindestens einem Unterwasserpropeller, einem Zahnrad 153 (wie schematisch dargestellt) und einem Strahlantrieb bestehen. Zur Realisierung des elektrisch betriebenen Antriebs 15 können beliebige Ausführungen eines Eigenantriebs verwendet werden. Die Stromversorgung des Antriebs 15 erfolgt beispielsweise über einen an der Führung 13 angeordneten Stromanschluss 156 und einen an den Kupplungsmitteln 131, 132 angeordneten Stromanschluss 158. Der Antrieb 15 kann das Zahnrad 153 umfassen, das mit der Führung 13 gekoppelt ist, die eine (nicht dargestellte) Zahnschiene aufweisen kann, in die das Zahnrad 153 eingreifen kann. Natürlich sind viele andere Formen des selbstangetriebenen Körpers 20 möglich (z.B. Düsenantrieb, Propeller), und anstelle eines Zahnrads könnte z.B. auch ein elastisches Rad verwendet werden, so dass die Bewegung des Körpers 20 durch Reibung zwischen einem solchen elastischen Rad und der Führung 13 verursacht wird. Die Ausführung der Karosserie 20 als selbstangetriebene Karosserie 20 kann z.B. bei sehr langen Strecken von Vorteil sein, wo z.B. ein Seil zum Ziehen der Karosserie 20 aufgrund seiner Länge zu schwer werden könnte. Auf der anderen Seite wird sowohl die Stromversorgung als auch die Steuerung des Antriebs 15 schwieriger, da sich der Antrieb 15 mit dem Aufbau 20 bewegt. 2 zeigt den Rumpf 20 mit einer vertikalen Neigung, bei der das Heck des Rumpfes 20 im Vergleich zum Bug des Rumpfes 20 tiefer im Wasser angeordnet ist, wobei, wie oben erläutert, eine solche Neigung mit Hilfe der Kupplungsmittel 131, 132, wie in 2 dargestellt, bewirkt werden kann. Die aktuelle Position des Aufbaus 20 in Bezug auf die Führungsrichtung kann mit Sensoren 154 erfasst und entsprechend an das Steuergerät 151 übermittelt werden.
Ausführungsform #3: LINEARMOTOR
In Übereinstimmung mit der Ausführungsform von 3 umfasst der elektrisch betriebene Antrieb 16 einen Linearmotor. Beispielsweise erstrecken sich Induktoren des elektrisch betriebenen Antriebs 16 entlang der Führungsrichtung (definiert durch die Führung 13) und definieren einen stationären primären Teil des Linearmotors mit einem magnetischen Pfad für einen beweglichen sekundären Teil des Linearmotors, wobei der sekundäre Teil an mindestens einem von dem Körper 20 und den Kupplungsmitteln 131, 132 befestigt ist. Eine solche Konfiguration kann zwar eine hohe Präzision der Bewegung des Körpers 20 parallel zur Führungsrichtung ermöglichen, ist aber auch vergleichsweise teuer. Der Körper 20 und/oder die Kopplungsmittel 131, 132 können mit einem oder mehreren Permanentmagneten ausgestattet sein, die entlang der Magnetbahn gleiten können. Die Spulen des als Linearmotor ausgebildeten Elektroantriebs 16 können über den Stromanschluss 166 gespeist werden. Alternativ wird das Sekundärteil, das an dem Körper 20 und/oder den Kupplungsmitteln 131, 132 angebracht ist, mit Strom versorgt und der Magnetpfad wird durch Magnete mit wechselnder Polarität gebildet.
Wie oben erwähnt, werden hier nicht nur Ausführungsformen der Antriebsanordnung 10 vorgestellt, sondern auch Ausführungsformen des Systems 100, das die Antriebsanordnung 10 und den Körper 20 umfasst. Das System 100 mit der Antriebsanordnung 10 und dem Körper 20 ist so konfiguriert, dass es den Körper 20 (der unbemannt ist) bewegt, um die Welle zum Surfen zu erzeugen. Insbesondere kann die erzeugte Welle ein Nachlauf des Körpers 20 sein, der von der Antriebsanordnung 10 durch das Wasser bewegt wird.
Räumlich relative Begriffe wie „unter“, „unter“, „unter“, „über“, „über“ und dergleichen werden der Einfachheit halber verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erklären. Diese Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der jeweiligen Vorrichtung sowie andere Ausrichtungen als die in den Figuren dargestellten umfassen. Darüber hinaus werden Begriffe wie „erstes“, „zweites“ und dergleichen zur Beschreibung verschiedener Elemente, Regionen, Abschnitte usw. verwendet und sind ebenfalls nicht als einschränkend zu verstehen. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
Wie hier verwendet, sind die Begriffe „mit“, „enthaltend“, „einschließend“, „umfassend“, „aufweisend“ und ähnliche Begriffe mit offenem Ende, die das Vorhandensein bestimmter Elemente oder Merkmale anzeigen, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen.
In Anbetracht der oben genannten Variations- und Anwendungsmöglichkeiten ist die vorliegende Erfindung weder durch die vorangehende Beschreibung noch durch die beigefügten Zeichnungen beschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche und ihre gesetzlichen Entsprechungen begrenzt.
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

WO 2006/060866 A1 [0002]
US 3913332 [0002]
WO 2010/059871 A1 [0002]

Claims

Antriebsanordnung (10), die so konfiguriert ist, dass sie einen unbemannten Körper (20) zum Erzeugen einer Welle zum Surfen bewegt, umfassend - einen elektrisch betriebenen Antrieb (11, 12; 15; 16), der so konfiguriert ist, dass er den Körper (20) zumindest parallel zu einer Führungsrichtung durch das Wasser bewegt; und - ein Steuergerät (111, 121; 151; 161) zum Steuern des elektrisch betriebenen Antriebs (11, 12; 15; 16), wobei das Steuergerät (111, 121; 151; 161) so konfiguriert ist, dass es mindestens zwei von einer Richtung, einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung der Bewegung des Körpers (20) steuert.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (111, 121; 151; 161) dazu ausgebildet ist, den elektrisch betriebenen Antrieb (11, 12; 15; 16) basierend auf mindestens einem von einem vordefinierten Beschleunigungsverlauf und einem vordefinierten Geschwindigkeitsverlauf zu steuern.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (111, 121; 151; 161) so konfiguriert ist, dass sie den elektrisch betriebenen Antrieb (11, 12; 15; 16) basierend auf mindestens einem Antriebsparameter steuert, der einen aktuellen Betriebszustand des elektrisch betriebenen Antriebs (11, 12; 15; 16) angibt.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (111, 121; 151; 161) dazu ausgebildet ist, den elektrisch betriebenen Antrieb (11, 12; 15; 16) auf der Grundlage mindestens eines Körperparameters zu steuern, der eine aktuelle Bewegungsrichtung des Körpers (20), eine aktuelle Geschwindigkeit des Körpers (20) und/oder eine aktuelle Beschleunigung des Körpers (20) angibt.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsanordnung (10) so konfiguriert ist, dass sie eine Ausrichtung des Körpers (20) in Bezug auf eine vertikale Neigung und/oder eine horizontale Neigung einstellt.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsanordnung (10) so ausgebildet ist, dass sie einen Bug des Körpers (20) um 180° in Bezug auf die Führungsrichtung dreht.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Führung (13) zum Führen des Körpers (20) parallel zur Führungsrichtung.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 7, wobei die Führung (13) oberhalb des Wasserspiegels (WL) angeordnet ist.
Die Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend ein Kupplungsmittel (131, 132) zur Verbindung des Körpers (20) mit der Führung (13).
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 9, wobei das Kupplungsmittel (131, 132) so gestaltet sind, dass es eine Tiefe des Körpers (20) im Wasser variabel einstellt.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrisch betriebene Antrieb (11, 12) umfasst - einen ersten Antrieb (11) zum Bewegen des Körpers (20) entlang der Führungsrichtung; und - einen zweiten Antrieb (12) zum Bewegen des Körpers (20) entgegen der genannten Führungsrichtung.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (111, 121) Folgendes umfasst - eine erste Untereinheit (111) zur Steuerung des ersten Antriebs (11); und - eine zweite Untereinheit (121) zur Steuerung des zweiten Antriebs (12), wobei die erste Untereinheit (111) und die zweite Untereinheit (121) über eine drahtlose Datenverbindung und/oder über eine drahtgebundene Datenverbindung (113) miteinander in Signalverbindung stehen.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei - der erste Antrieb (11) eine erste elektronische Winde umfasst, die mindestens über ein erstes Seilstück (141; 112) mit dem Körper (20) verbunden ist; und - der zweite Antrieb (12) eine zweite elektronische Winde umfasst, die mindestens über ein zweites Seilstück (142; 122) mit dem Körper (20) verbunden ist.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 13, wobei die erste elektronische Winde an einem Ende eines Bewegungsbereichs des Körpers (20) angeordnet ist, und wobei die zweite elektronische Winde an einem entgegengesetzten Ende des Bewegungsbereichs des Körpers (20) angeordnet ist.
Antriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 und 13 oder nach einem der Ansprüche 9 und 14, wobei sowohl das erste Seilstück (112) als auch das zweite Seilstück (122) oberhalb des Wasserspiegels (WL) angeordnet und an dem Kupplungsmittel (131, 132) befestigt sind.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrisch betriebene Antrieb (15) am Körper (20) angeordnet ist, und wobei der elektrisch betriebene Antrieb (15) wahlweise mindestens einen Unterwasserpropeller, ein Zahnrad (153) oder einen Strahlantrieb umfasst.
Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrisch betriebene Antrieb (16) einen Linearmotor umfasst.
Antriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 7 und 17, wobei sich Induktoren des elektrisch betriebenen Antriebs (16) entlang der Führungsrichtung erstrecken und einen stationären Primärteil des Linearmotors mit einem magnetischen Pfad für einen beweglichen Sekundärteil des Linearmotors definieren, wobei der Sekundärteil an dem Körper (20) und/oder dem Kupplungsmittel (131, 132) befestigt ist.
System (100) zur Erzeugung einer Welle zum Surfen, das Folgendes umfasst - eine Antriebsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und - einen Körper (20).
System (100) nach Anspruch 19, das ferner einen Pool (30) umfasst, der ein Wasseraufnahmevolumen (31) definiert, wobei - die Antriebsanordnung (10) für den Einbau in das Becken (30) ausgelegt ist; und - das Becken (30) so gestaltet ist, dass es den Körper (20) aufnimmt.