DE19515285C1 - Strömungskanal mit Verteilungsgehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungskanal für die Rehabilitation und Präventation mit eingebauten Vorrichtungen zur Erzeugung einer Strömung und Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Wasser in einem definierten insbesondere für Rehabilitationszwecke genutzten Abschnitt.

Für Rehabilitations- und Präventionszwecke hat sich strö­ mendes Wasser vielfach bewährt. Im Interesse der gleichmä­ ßigen Wirksamkeit und der Quantifizierbarkeit der Leistun­ gen der behandelten Personen ist es wünschenswert, in der Aufenthaltszone für Rehabilitation und Prävention eine im Einwirkungsbereich gleichmäßige, möglichst konstante und reproduzierbare Geschwindigkeit anzuwenden.

Aus dem Stand der Technik sind Wasserumlaufkanäle ver­ schiedener Bauart bekannt. Bei diesen Lösungen (beispielsweise DD 2 46 462, DD 2 46 461, DD 2 37 768) wird aus der Aufenthaltszone das gesamte Wasser von einer oder mehreren parallel geschalteten Axialpumpen abgezogen, über beschaufelte oder unbeschaufelte Krümmer geordnet umge­ lenkt, durch Gleichrichter, Siebe und/oder Düsen ver­ gleichmäßigt und wieder der Aufenthaltszone zugeführt. Der Aufwand für die Pumpen, Umlenkungen, Vergleichmäßigungs­ einrichtungen und die Strömungskanäle ist groß. Dabei ist es gleichgültig, ob die Querschnitte für die Rückführung des Wassers unter oder neben dem Aufenthaltsbereich ange­ ordnet sind.

Zur Anwendung kommen Axialpumpen, deren Drehachse etwa parallel zur Strömungsrichtung im Aufenthaltsbereich liegt; der Vorteil dieser Ausführung besteht in ihrer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung im Aufenthaltsbe­ reich vom Beckenboden bis zur Wasseroberfläche und in der nur erforderlichen kleinen Pumpenantriebsleistung. Die Güte der Geschwindigkeitsverteilung gestattet außerdem die Nutzung dieser Kanalform für das Schwimmtraining und für Meßaufgaben (Ergometrie).

Eine deutliche Verminderung des technischen Aufwandes ist möglich, wenn wie bei den revaltonik Kanälen nur über einen beschränkten Teil der Wassertiefe im Aufenthalts­ bereich (etwa ein Drittel) die für die Therapie notwendige Wassergeschwindigkeit erzeugt wird. Der Einflußbereich des Wassers kann mit beträchtlichem technischem Aufwand durch Anheben und Absenken des Kanalbodens verstellt werden. Die über die Breite des Aufenthaltsbereiches reichende Wasser­ geschwindigkeit wird von einer Art Wasserrad mit einer quer zur Wassergeschwindigkeit in der Meßstrecke liegenden Achse erzeugt.

Der technische Aufwand für ein solches Wasserrad ist groß, seine technische Ausführung und Funktion sind nicht über­ zeugend. Ein weiterer Mangel der Ausführung ist bei gege­ benen Beckenaußenabmessungen die viel zu starke Erweite­ rung der Strömungsquerschnitte in Strömungsrichtung, so daß Strömungsablösung und große Verluste unvermeidlich sind. Eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt ist damit nicht möglich.

Eine weitere Ausführungsform sind die Becken mit Strahl­ düsen (wirl pool). Die Personen befinden sich in einem Becken, aus dem mittels einer Radialpumpe ein sehr kleiner Volumenstrom abgezogen und über relativ wenige meist ver­ stellbare Strahldüsen mit hoher Geschwindigkeit wieder zugegeben wird. Die Strahlen reißen das sie umgebende Wasser mit, es findet eine Vermischung statt und es entstehen im Becken zwei großräumige Wirbel.

Im Austrittsbereich der Strahlen ist die Geschwindigkeit sehr groß, was zu einer örtlich viel zu großen Belastung der Haut des Rehabilitanten führt. Stromab nimmt die Ge­ schwindigkeit sehr schnell ab. Insgesamt gesehen ist die Geschwindigkeitsverteilung im Becken sehr ungleichförmig; es treten sowohl die intensiven Wasserstrahlen als auch Vermischungsgebiete sowie Totwasser- und Rückströmgebiete auf, was eine Quantifizierung der Rehabilitationsmaßnahmen ausschließt. Der technische Aufwand für diese Strahldüsen­ systeme ist klein. Der Nachteil besteht außer der bereits beschriebenen ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung in der relativ großen Pumpenleistung, denn der Wasseran­ trieb mittels Impulsübertragung von den freien Wasser­ strahlen auf das ruhende Wasser ist ein außerordentlich ineffektiver Vorgang.

Ähnlich arbeiten Strömungserzeuger, die aus einem Propel­ ler und einem Gleichrichter bestehen. Der Propeller ist auf der Motorwelle angeordnet und läuft in einem Wand­ durchbruch. Die Wand erstreckt sich nicht über die gesamte Breite und Höhe des Beckens, so daß sie außen umströmt wird. Auf diesem Wege gelangt das Wasser auf die Zuström­ seite des Propellers. Der Gleichrichter beseitigt den Drall und verhindert so eine größere Wellenbildung. Der wesentliche Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß ein scharfer Wasserstrahl im Becken erzeugt wird, der sich stromab abbaut, so daß sich die Geschwindigkeitsverteilung in der Aufenthaltszone über senkrechte Querschnitte und mit dem Abstand vom Propeller stark verändert, sehr un­ gleichmäßig ist und sich nicht quantifizierbare therapeu­ tische Wirkungen ergeben. Außerdem wird der Abströmdrall vom Propeller nicht genutzt sondern verwirbelt, was einen unnötigen Strömungsverlust darstellt.

Bei älteren Lösungen (US-PS 17 31 554: CH-PS 176 562, FP-PS 370 805) wird auf Vergleichmäßigungs- und Leitein­ richtungen ganz oder teilweise verzichtet. Es bleibt offen, die die großen Querschnittserweiterungen gestaltet werden damit sich über den Strömungsquerschnitt eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung einstellt. Das bedeutet, daß die Drallströmung hinter den Pumpenlauf­ rädern auf die nachfolgenden Leiteinrichtungen trifft. Außerdem werden große Querschnittsänderungen in Strömungs­ richtung realisiert, was Ablösungen, verbunden mit un­ gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilungen und Wasserwel­ len im Aufenthaltsbereich der Schlimmer bewirkt. Außerdem ist der Elektroenergiebedarf der Pumpen groß.

In der DE-AS 20 56 760 wird ein Wasserbecken zur therapeuti­ schen Behandlung unter Verwendung strömenden Wassers be­ schrieben. Der Wasserkanal ist mäanderförmig ausgebildet. Dadurch ist keine besonders starke Verzögerung der Strö­ mung nötig, um eine große Nutzfläche zu erreichen, aller­ dings wird dieser Vorteil durch beträchtliche Verluste und eine ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung infolge der Umlenkungen und die Tatsache, daß die Rehabilitanten mit unterschiedlicher Blickrichtung üben, mehr als aufge­ wogen.

Die DE-AS 22 22 594 beschreibt Schwimmbecken, die nach strö­ mungstechnischen Gesichtspunkten mit beschaufelten Umlen­ kungen und Vergleichmäßigungseinrichtungen ausgestattet sind. Durch Querschnittserweiterung oder Absaugen von Teilströmen an den Seitenwänden vermindert sich die Strö­ mungsgeschwindigkeit in Strömungsrichtung, so daß einer Verschiebung der Position der Schwimmer beim Nachlassen der Kräfte entgegengewirkt wird.

Mit dem Strömungsbecken für Schwimmer nach DE 39 21 015 C1 ist es wirtschaftlich nicht möglich, eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung in der Meßstrecke zu erzeugen, weil bei freier Wasseroberfläche die Umlenkung und Vergleichmäßigung sehr große Wasservolumen erforderlich sind, die im vorliegenden Fall nicht vorhanden sind.

Abgeleitet von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Strömungskanal für die Rehabilitation und Prävention zu entwickeln, der mit vergleichsweise kleinem technischen Aufwand eine ausreichend gleichmäßige Ge­ schwindigkeitsverteilung im Aufenthaltsbereich sichert.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nach den kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung sind im oder hinter dem in den Strömungskanal integrierten Ver­ teilungsgehäuse die folgenden Komponenten in Hintereinan­ derschaltung angeordnet:
ein drallerzeugendes Lauf- und/oder Leitrad, ein Drallrohr und ein sich kontinuierlich oder sprunghaft erweiternder Diffusor, der einen oder mehrere Strömungswiderstände aufweist.

Beim Betreiben dieser Vorrichtung wird von einem motorisch angetriebenen Axiallaufrad und/oder Leitrad, dessen Dreh­ achse etwa senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft, in einem nachgeordneten Drallrohr eine walzenförmige Drall­ strömung erzeugt, die tangential in den Diffusor eintritt. Vom Diffusor und den hier vorhandenen Strömungswiderstän­ den wird die Geschwindigkeitsverteilung des Volumenstroms so beeinflußt, daß der Volumenstrom mit dem gewünschten Geschwindigkeitsvektor im vom Diffusor vorgegebenen Quer­ schnitt in die Aufenthaltszone des Strömungskanals aus­ tritt.

Mit den in Form und Abmessungen variablen Diffusoren und den nachgeordneten Strömungswiderständen kann das Strö­ mungsverhalten sowie der Querschnitt des erzeugten Volu­ menstroms, d. h. die Größe der Aufenthaltszone, in der eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit herrschen soll, ein­ gestellt werden, s. Ansprüche 2 bis 4. Der Austritts­ querschnitt des erzeugten Volumenstromes kann dabei in vertikaler Richtung den Bereich von kurz unter dem Wasser­ spiegel bis nahe an den Beckenboden überdecken.

In einer Ausführungsform nach Anspruch 5 ist die erste Stufe des sich im Querschnitt sprunghaft erweiternden Diffusors mit einer Kreisbogenkontur ausgeführt, auf der die zweite Stufe, die ebenfalls eine Kreisbogenkontur aufweist, beweglich angeordnet ist.

Die Strömungswiderstände können dabei gegeneinander geneigt eingestellt werden und sie sind nach Anspruch 6 ebenflächig oder gewölbt ausgebildet.

Die Wasserzuführung zum Verteilungsgehäuse erfolgt bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ausgehend von der Ansaugung des Wassers aus einem in der Aufenthaltszone zwischen Beckenrand und einer speziellen Trennwand gebil­ deten Kanal über eine Düse zum motorisch angetriebenen im Drallrohr des Verteilungsgehäuses befindlichen Axiallauf­ rad.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Strö­ mungskanals nach Anspruch 7 und 8 wird der Wasserstrom über eine externe Rohrleitung, die außerhalb oder inner­ halb des Beckens verläuft, von einer Radial- oder Axial­ pumpe zum Leitrad des Verteilungsgehäuses im Becken geför­ dert.

Eine evtl. erforderliche Vergrößerung des Volumenstromes und damit die Vergrößerung der Aufenthaltszone mit defi­ nierten Strömungsverhältnissen kann durch Anordnung von zwei Verteilungsgehäusen mit parallelen Achsen nach An­ spruch 9 erreicht werden.

Nach Anspruch 10 kann die Drehachse des drallerzeugenden Lauf- und/oder Leitrades auch etwa parallel zur Richtung der erzeugten Strömung positioniert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch den Strömungskanal mit einem Verteilungsgehäuse, das einen sich sprung­ haft erweiternden Diffusor aufweist,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt der gleichen Anordnung hinter der Trennwand 13,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch Strömungskanal und Ver­ teilungsgehäuse, wobei der Querschnitt des Diffusors sich kontinuierlich erweitert,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform eines im Strömungskanal angeordneten Verteilungsge­ häuses mit sich sprunghaft erweiterndem Diffusor in Kreisbogenkontur,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt durch den Strömungskanal mit Verteilungsgehäuse, wobei die Drallerzeugung durch ein Leitrad erfolgt und

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch den Strömungskanal mit Verteilungsgehäuse und einem Laufrad, dessen Dreh­ achse parallel zur Strömungsrichtung angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt einen Horizontalschnitt durch den Strömungs­ kanal, bestehend aus Becken und Verteilungsgehäuse. Von der Aufenthaltszone 7 wird das Wasser über den von der Beckenwand 1 und der Trennwand 13 gebildeten Kanal und die Düse 4 oder über eine separate Rohrleitung analog Fig. 5 vom Axiallaufrad 5 angesaugt. Das Laufrad wird von einem außerhalb des Beckens stehenden Motor 2 angetrieben. Der Durchbruch durch die Beckenwand ist durch eine Dichtung 3 verschlossen.

Das Laufrad erzeugt im umgebenden Medium einen Drall in Drehrichtung des Laufrades, der zu einer stabilen Wirbel­ walze im Drallrohr 6 führt. Aus der Wirbelwalze tritt Wasser etwa tangential aus und in den Diffusor 8 ein, der sich in Höhe und Breite sprunghaft erweitert und einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Da die in einer Stufe mögliche Querschnittserweiterung mit Rücksicht auf Verlust und Gleichmäßigkeit begrenzt ist, wird die Flächenerwei­ terung auf mehrere Stufen verteilt. Im vorliegenden Bei­ spiel sind es zwei Stufen 8.1 und 8.2.

Die beiden Strömungswiderstände 9 (Siebe, Lochbleche usw.) werden so hinsichtlich Wölbung, Drosselung und Neigung ausgerichtet, daß im Austrittsquerschnitt eine annähernd gleichmäßige Strömungsverteilung entsteht. Außerhalb des Austrittsquerschnitts der Aufenthaltszone 7 ist die Strö­ mungsgeschwindigkeit verschwindend klein, so daß dieser Bereich als Aufenthaltsbereich in der übungsfreien Zeit geeignet ist.

Fig. 2 zeigt zu der Anordnung nach Fig. 1 einen Vertikal­ schnitt hinter der Trennwand 13. Man erkennt die Düse 4, das Axiallaufrad 5 und die Drallströmung 10 im Drallrohr 6, die beaufschlagt mit dem Geschwindigkeitsvektor 11 das Verteilungsgehäuse verläßt. Der Diffusor 8 mit sprunghaf­ ter Querschnittsänderung ist wieder zweistufig 8.1, 8.2 ausgeführt. Der Austrittsquerschnitt überdeckt einen Be­ reich von kurz unter dem Wasserspiegel 12 bis an den Beckenboden 20. Das bedeutet, daß in der Aufenthaltszone 7 der gesamte Querschnitt beaufschlagt wird.

Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Vertikalschnitt hinter der Trennwand 13 für eine andere Ausführungsform des Vertei­ lungsgehäuses, bei der sich der Querschnitt des Diffusors 14 kontinuierlich erweitert. In dem sich kontinuierlich im Querschnitt verändernden Diffusor 14 sind zwei Strömungs­ widerstände 9 und zur zusätzlichen Beeinflussung der Ge­ schwindigkeitsverteilung ein Leitblech 19 angeordnet.

Fig. 4 veranschaulicht wiederum an einem Vertikalschnitt eine weitere Ausführungsform eines im Strömungskanal ange­ ordneten Verteilungsgehäuses, das einen sich sprunghaft erweiternden Diffusor 8 mit Kreisbogenkontur 15 besitzt. Dabei ist die erste Stufe 8.1 des sich im Querschnitt sprunghaft erweiternden Diffusors 8 mit einer Kreisbogen­ kontur 15 ausgeführt, auf der die zweite Stufe 8.2 mit ebenfalls Kreisbogenkontur sich abstützt und verstellt werden kann. Die beiden Strömungswiderstände 9 sind ge­ geneinander geneigt. Dadurch ist es möglich, den austre­ tenden Wasserstrom parallel zum Beckenboden oder mehr nach unten in Richtung Beckenboden austreten zu lassen.

Fig. 5 zeigt einen Horizontalschnitt der Gesamtanordnung von Strömungskanal und Verteilungsgehäuse, wobei hier die Erzeugung der Drallströmung 10 im Drallrohr 6 durch ein Leitrad 16 erfolgt, durch den Strömungskanal. Aus der Aufenthaltszone 7 wird der Volumenstrom über eine außerhalb des Beckens verlaufende Rohrleitung 18 zu einer Radialpumpe 17 und von da durch eine Öffnung in der Beckenwand 1 zum Leitrad 16 gefördert. Die Rohrleitung kann außerhalb oder innerhalb des Beckens verlegt und im Becken in über die Längsseite gehende Sitzbänke, Treppen, Stufen u.ä. integriert sein.

Das Leitrad erzeugt die Drallströmung 10, die sich im Drallrohr 6 einstellt. Der einstufige Diffusor mit sprung­ hafter Querschnittserweiterung 8 und ein Strömungswider­ stand 9 erzeugen einen Wasserstrom, der auf einen defi­ nierten Querschnitt des Strömungskanals begrenzt ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 6 strömt das Wasser zwischen Beckenboden 20 und Trennwand (wie dargestellt) oder Beckenwand 1 und Trennwand 13 dem Laufrad 5 zu, dessen Drehachse etwa parallel zur Strömungsrichtung hinter dem Verteilungsgehäuse positioniert ist. Das Laufrad 5 erzeugt einen Drall im Drallrohr 6, aus dem in axialer Richtung der Wasserstrom mit Drall dem Diffusor 8 mit sprunghafter Querschnittsänderung und den Widerständen 9 zuströmt. Die drallbehaftete Zuströmung zum Widerstand 9 ist unerwarte­ ter Weise vorteilhaft, da sie kleinere Verluste als eine senkrechte Zuströmung bewirkt. Der Motor 2 befindet sich außerhalb des Beckens. Das Verteilungsgehäuse wird über Befestigungsrippen 21 an der Beckenwand 1 und auf dem Beckenboden 20 befestigt.

Bezugszeichenliste

 1 Beckenwand
 2 Pumpenmotor
 3 Dichtung
 4 Düse
 5 Axiallaufrad
 6 Drallrohr
 7 Aufenthaltszone
 8 Diffusor mit sprunghafter Querschnittsänderung
 9 Strömungswiderstand
10 Drallströmung
11 Geschwindigkeitsvektor
12 Wasserspiegel
13 Trennwand
14 Diffusor mit kontinuierlicher Querschnittserweiterung
15 Verstelldiffusor mit Kreisbogenkontur
16 Leitrad
17 Radialpumpe
18 Rohrleitung
19 Leitblech
20 Beckenboden
21 Befestigungsrippen

Claims (10)

1. Strömungskanal für die Rehabilitation und Prävention mit Verteilungsgehäuse zur Bereitstellung einer Strömung und Beeinflussung der Geschwindigkeitsverteilung von strö­ mendem Wasser in einer insbesondere für Rehabilitations­ zwecke genutzten Aufenthaltszone, wobei die Strömung mit einem Pumpenlaufrad erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im oder hinter dem Vertei­ lungsgehäuse hintereinander ein drallerzeugendes Lauf- (5) und/oder Leitrad (16), ein Drallrohr (6), ein sich konti­ nuierlich oder sprunghaft erweiternder Diffusor (8, 14) mit einem oder mehreren Strömungswiderständen (9), ange­ ordnet sind.

2. Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich sprunghaft oder kontinuierlich im Querschnitt erweiternden Diffusoren (8, 14) in Breite und Höhe, d. h. in horizontaler und vertika­ ler Beckenrichtung ausgedehnt sind und einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Strömungskanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (8) mit sprung­ hafter Querschnittsänderung zwei Stufen (8.1, 8.2) auf­ weist, die jeweils unterschiedliche Querschnittserweite­ rungen besitzen können.

4. Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Diffusor (14) mit kontinuierlicher Querschnittsänderung zwei Strömungswider­ stände (9) vorgesehen sind, wobei zur zusätzlichen Beein­ flussung der Geschwindigkeitsverteilung mindestens ein Leitblech (19) angeordnet werden kann.

5. Strömungskanal nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (8.1) des sich im Querschnitt sprunghaft erweiternden Diffusors (8) mit einer Kreisbogenkontur (15) ausgeführt ist, auf der die zweite Stufe (8.2) mit ebenfalls Kreisbogenkontur ver­ stellbar angeordnet ist, wobei die beiden Strömungswider­ stände (9) gegeneinander geneigt eingestellt werden kön­ nen.

6. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswiderstände (9) ebenflächig oder gewölbt ausgeführt sind.

7. Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstrom über eine externe Rohrleitung (18) von einer Radial- oder Axialpumpe (17) zum Leitrad (16) des Verteilungsgehäuses im Becken gefördert wird.

8. Strömungskanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (18) außerhalb oder innerhalb des Beckens verläuft und im Becken in sich über die Längsseite des Beckens er­ streckende Sitzbänke, Treppen, Stufen u.ä. integriert ist.

9. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verteilungsgehäuse mit parallelen Achsen im Becken angeordnet sind.

10. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des draller­ zeugenden Lauf- (5) und/oder Leitrades (16) senkrecht oder parallel zur mit dem Geschwindigkeitsvektor (11) erzeugten Strömung hinter dem Verteilungsgehäuse angeordnet ist.