DE19838785A1 - Düsenkopf zur Erzeugung von Schneekristallen - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Düsenkopf zur Erzeugung von Schneekristallen, mit wenigstens einer Düse (6) zur Zerstäubung von Wasser zu einer Wolke, wobei die wenigstens eine Düse (6) mit ihrem Düsenkörper (4) in einer in dem Düsenkopf (2) ausgebildeten Düsenbohrung (10) angeordnet ist, mit welcher eine Zufuhrleitung (22) für Wasser in Verbindung steht. In dem Düsenkörper (4) der Düse (6) ist zumindest eine zwischen einer Düsenöffnung (38) und der Zufuhrleitung (22) für Wasser liegende Kavitationskammer (34, 36) angeordnet, in der in dem zu der Düsenöffnung (38) strömenden Wasser durch Kavitationswirkung Dampf- und/oder Luftblasen (52, 54) gebildet werden. Diese Dampf- und/oder Luftblasen (52, 54) expandieren beim Austritt aus der Düsenöffnung schock- oder explosionsartig und bilden spontan mikroskopisch kleine Keime zur Kristallisationsauslösung. Durch die Kavitationswirkung ist eine separate Druckluftzufuhr nicht mehr notwendig. Gegenstand der Erfindung sind auch eine Lanze, insbesondere Niederdruck-Lanze mit einem Lanzenteil, an dem wenigstens ein derartiger Düsenkopf (2) befestigt ist, eine Propellerkanone mit wenigstens einem derartigen Düsenkopf (2) und mit einem Gebläserohr zur Verteilung der Schneekristalle, sowie eine Düse für einen erfindungsgemäßen Düsenkopf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf zur Erzeugung von Schneekristallen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Düsenkopf zur Erzeugung von Schneekristallen ohne Verwendung von extern erzeugter und zugeführter Druckluft.

Aufgrund der in den zurückliegenden Jahren festzustel­ lenden Klimaerwärmung haben insbesondere Wintersportgebiete in niedrigeren Höhenlagen zu wenige Schneetage, um die Be­ triebsanlagen mit dem erforderlichen Cash-Flow führen zu können. Zum Ausgleich der schneearmen Winter ist es für diese Wintersportgebiete unumgänglich, Schneekanonen zur Erzeugung von Kunstschnee einzusetzen, so daß eine hinrei­ chende Beschneiung der Pisten in den Kernmonaten Dezember bis März gewährleistet ist.

Bei derartigen Schneekanonen wird Wasser mittels Düsen fein zerstäubt und in diese Wassertröpfchenwolke werden Eiskristallkeime eingesprüht, die eine Kristallisation der Wassertröpfchen bewirken. Die Flugbahn vom Düsenkopf bis zur Pistenoberfläche ist derart ausgelegt, daß die Wasser­ tröpfchen genügend Zeit haben, um auszukristallisieren. Die Kristallisationskeime werden in Mischdüsen, welche auch Nu­ kleatoren genannt werden, hergestellt, bei denen ein druck­ beaufschlagtes Luft/Wassergemisch aus den Düsenbohrungen aus tritt und dabei schlagartig expandiert und entsprechend abgekühlt wird. Durch diese schlagartige Abkühlung des Luft/Wassergemisches bilden sich spontan mikroskopisch feine Eiskristalle, die dann als Kristallisationskeime für die zerstäubten Wassertröpfchen wirken.

Derartige Schneekanonen oder Schnee-Erzeuger arbeiten allgemein mit zwei verschiedenen Betriebssystemen, nämlich als sogenannte Hochdruckkanonen oder als sogenannte Nieder­ druckkanonen.

Hochdruckkanonen stellen die älteste Form von Schnee-Erzeugern dar. Sie sind seit Beginn der 50er Jahre unter stetiger Weiterentwicklung im Einsatz. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Rohr, an dessen einem Ende eine oder mehrere Düsen angebracht sind. In den Düsen wird Was­ ser und Druckluft gemischt und ausgestoßen. Durch die schlagartige Expansion der Druckluft findet eine spontane Kristallkeimbildung statt. Diese mikroskopisch kleinen Kri­ stallisationskeime vermischen sich mit den ebenfalls ausge­ stoßenen Wassertröpfchen und leiten auf der kurzen Flugbahn die Kristallisation ein.

Der Nachteil dieses Systems ist der hohe Druckluftbe­ darf von bis zu 250 m³/h. Um den Luftbedarf zu senken, hat man in den letzten Jahren diesen Düsenkopf auf bis zu 12 in hohen Lanzen montiert, um eine längere Fallzeit und damit die benötigte Kristallisationszeit zu erreichen. Der dabei benötigte Druckluftbedarf läßt sich hierbei auf ca. 110 m³/h senken, was einer Kompressorleistung von ungefähr 12 kW entspricht.

Bei Niederdruckkanonen unterscheidet man wiederum zwei grundsätzliche Konstruktionsprinzipien oder Bauarten, näm­ lich sogenannte Propellerkanonen mit Boden- oder Turmmon­ tage und die Anordnung von Düsenkopf und Nukleatoren auf einer sogenannten Lanze.

Propellerkanonen umfassen im wesentlichen ein Rohr, durch das mittels eines Ventilators Umgebungsluft geblasen wird. Am vorderen Ende des Rohres ist eine größere Anzahl von Wasserdüsen angeordnet, die feine Wassertröpfchen in den Luftstrahl schleudern. Den Wasserdüsen vorgeschaltet sind die Nukleatoren, die ein Druckluft/Wassergemisch in den Strahl einsprühen. Die Nukleatoren erzeugen somit die Kristallisationskeime (nach dem Prinzip der bereits oben erläuterten Hochdruckkanonen) und ermöglichen damit die Kristallisation der Wassertröpfchen auf deren Flugbahn zum Boden. Der Druckluftbedarf liegt bei diesem System bei bis zu 60 m³/h, was einer Kompressorleistung von bis zu 5,5 kW entspricht. Die Gebläseleistung des Ventilators beträgt, je nach Fabrikat, bis zu 16 kW.

Um den relativ hohen Energiebedarf zu senken, wurden in den letzten Jahren gemäß der zweiten Niederdruck­ kanonen-Bauart geeignete Düsenköpfe samt den Nu­ kleator-Einrichtungen auf einer 11-12 m hohen Lanze mon­ tiert. Aufgrund der Ausstoßweite der Düsen, kombiniert mit der Fallhöhe von der Lanze zum Boden, kann man bei diesem System das Gebläse (16 kW) einsparen. Der Nachteil der be­ grenzteren Schneeverteilung wird durch die Energieersparnis wettgemacht. Ein weiterer Vorteil des Lanzensystems sind die erheblich reduzierten Investitionskosten. D.h. bei gleichen Investitionskosten können doppelt so viele Schnee-Erzeuger installiert werden. Das hat wiederum den Vorteil, daß die Zeit der Erstbeschneiung erheblich redu­ ziert wird.

Alle oben beschriebenen Beschneiungssysteme haben eines gemeinsam, nämlich sie benötigen Druckluft zur Erzeugung von Kristallisationskeimen, um die Kristallisation der Was­ sertröpfchen überhaupt erst zu ermöglichen, da beim Ver­ sprühen von reinem Wasser eine Kristallisation aufgrund der relativ kurzen Flugbahn nicht stattfinden kann. Die natür­ liche Schneekristallbildung kommt zwar bekanntermaßen ohne Druckluftzufuhr aus, hierbei ist aber der Wassertropfen mi­ nutenlang in der Atmosphäre zwischen Wolke und Erdboden un­ terwegs, um in dieser Zeit die bekannte Schneekristall­ struktur auszubilden. Ein derart langes Verweilen des Was­ sers in der Luft ist jedoch bei Schneekanonen - egal wel­ cher Bauart - technisch nicht zu realisieren und man benö­ tigt Druckluft zur Kristallisationskeim-Bildung.

Die zusätzliche Druckluftzufuhr schafft aber eine Mehr­ zahl von Problemen bzw. Nachteilen, wie unter anderem die Notwendigkeit eines zusätzlichen Kompressors mit der ges am­ ten Peripherie und den möglichen Umweltbelastungen (Schläuche, Kabel, Lärm, Abgase, austretendes Öl und Treib­ stoff etc.), höheren Energieverbrauch, die technisch auf­ wendige Anordnung der Nukleatoren zusammen mit den Wasser­ düsen in einem Kopf, Gewichtsprobleme durch die zusätzli­ chen Nukleatoren bei der Lanzenmontage, eine aufwendigere Steuerung, eingeschränkte Mobilität usw.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Düsenkopf zu schaffen, bei dem auf extern zugeführte Druckluft zur Erzeugung von Kristallisationskeimen verzich­ tet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Er­ findung gemäß Anspruch 1 einen Düsenkopf zur Erzeugung von Schneekristallen vor, mit wenigstens einer Düse zur Zer­ stäubung von Wasser zu einer Wolke, wobei die wenigstens eine Düse mit ihrem Düsenkörper in einer in dem Düsenkopf ausgebildeten Düsenbohrung angeordnet ist, mit welcher eine Zufuhrleitung für Wasser in Verbindung steht. Dieser Düsen­ kopf ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Düsenkörper der Düse zumindest eine zwischen einer Düsenöffnung und der Zu­ fuhrleitung für Wasser liegende Kavitationskammer angeord­ net ist, in der in dem zu der Düsenöffnung strömenden Was­ ser durch Kavitationswirkung Dampf- und/oder Luftblasen ge­ bildet werden.

Der Begriff "Kavitation" bezeichnet die Hohlraum- und Blasenbildung in flüssigen Medien. Es ist bekannt, daß Ka­ vitationserscheinungen in der Strömungstechnik vermieden werden sollen, um Beschädigungen an Anlagenteilen zu ver­ hindern. Bei üblichen Wasserbauteilen lösen sich Kavitati­ onsblasen in Zonen gleichbleibenden Druckes auf, d. h. sie lösen sich in wandnahen Zonen implosionsartig auf und setzen dabei enorme Kräfte frei, die selbst die härtesten Materia­ lien durch die sogenannte Kavitationserosion zerstören.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird diese an sich unerwünschte weil schädliche Kavitationsbildung so gesteuert, daß die Kavitationsblasen als unter Druck ste­ hende Dampf- bzw. Gasblasen nicht innerhalb z. B. des Düsen­ körpers implodieren, sondern erst beim Austritt aus der Dü­ senöffnung unter Atmosphärendruck schlagartig expandieren. Bei dieser schock- oder explosionsartigen Expansion werden spontan mikroskopisch kleine Kristallisationskeime erzeugt.

Erfindungsgemäß werden demnach durch die gewollte und gesteuerte Erzeugung von Kavitation in dem durch den Düsen­ körper bzw. die Düse strömenden Wasser Gas- und Luftblasen gelöst, die die Aufgabe der extern erzeugten Druckluft bei herkömmlichen Schnee-Erzeugern übernehmen. Kurz gesagt, die vorliegende Erfindung manifestiert sich nach außen hin in einem Düsenkopf, der ausschließlich mit einer oder mehreren Wasserdüsen bestückt ist und nur mit Wasser gespeist oder beschickt wird.

Eine zusätzliche Druckluftzufuhr bzw. zusätzliche Nu­ kleatoren zur Erzeugung von Kristallisationskeimen für die ausgestoßenen Wassertröpfchen ist demnach beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Dies beseitigt auch alle hiermit einhergehenden Probleme und Nachteile und schafft eine Mehrzahl von Vorteilen, wie nachfolgend noch erläutert werden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Der Aufbau eines jeden Düsenkopfes ist in Axialrichtung besonders kompakt, wenn die Kavitationskammer koaxial zu der Düsenöffnung der Düse angeordnet und gegenüber dieser radial erweitert ist.

Bevorzugt weist die Kavitationskammer eine erste, der Düsenöffnung benachbarte Kavitationskammer und eine zweite, der Zufuhröffnung benachbarte Kavitationskammer auf, bzw. ist in die erste und zweite Kavitationskammer unterteilt, wobei die zweite Kavitationskammer kleineren Durchmesser als die erste Kavitationskammer aufweist und in einer um­ laufenden Innenschulter in diese übergeht. Durch diese Maß­ nahme kann einerseits die Düsenbohrung des Düsenkopfes zur Aufnahme des Düsenkörpers vergleichsweise klein gehalten werden, so daß sich eine größere Anzahl von Düsenkörpern in ein und demselben Düsenkopf anordnen läßt, wobei jedoch darüber hinaus praktisch die gesamte axiale Längser­ streckung des Düsenkörpers als Kavitationskammer zur Verfü­ gung steht.

Ist koaxial zu der Kavitationskammer und in dieser ein Kavitationsbauteil angeordnet, so wird die Kavitationswir­ kung in dem in die Kavitationskammer eingebrachten Wasser weiter verstärkt bzw. vergleichsmäßigt.

Bevorzugt erstreckt sich hierbei das Kavitationsbauteil zumindest über die gesamte axiale Erstreckung der zweiten Kavitationskammer, um zumindest in dieser zweiten Kavitati­ onskammer die Kavitationswirkung zu verstärken.

Bevorzugt ist das Kavitationsbauteil langge­ streckt/stiftförmig und ist mit einem Ende in den Boden der Düsenbohrung eingeschraubt und trägt an seinem anderen freien Ende ein kavitationsauslösendes und/oder -unterstüt­ zendes Element. Hierdurch ist das Kavitationsbauteil kon­ struktiv einfach ausgebildet und kann mit einfachen kon­ struktiven Mitteln, d. h. einem einfachen Einschraubvorgang innerhalb des Düsenkörpers bzw. der zweiten Kavitationskam­ mer festgelegt werden.

Erstreckt sich das andere freie Ende des Kavitations­ bauteil mit dem hierin angeordneten oder ausgebildeten ka­ vitationsauslösenden und/oder -unterstützenden Element über die Innenschulter zwischen den beiden Kavitationskammern hinaus bis in die erste Kavitationskammer, so wird durch das Kavitationsbauteil auch die Kavitationswirkung in der ersten Kavitationskammer verbessert.

Das kavitationsauslösende und/oder -unterstützende Ele­ ment ist bevorzugt kreisrund/tellerförmig und erweitert sich von dem freien Ende des Kavitationsbauteiles aus schräg nach oben und radial. Durch diese Formgebung wird die von diesem Element erzeugte Kavitation noch weiter ver­ bessert und es erfolgt insbesondere dann, wenn an der Un­ terseite des tellerförmigen kavitationsauslösenden und/oder -unterstützenden Elementes zumindest einer, bevorzugt eine Mehrzahl von Tangentialschützen ausgebildet ist, eine In­ tensivierung des Kavitationseffektes und eine Vergleichmä­ ßigung der Verteilung der Luft- oder Dampfblasen in dem Wasser.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform kann um den Schaft des langgestreckt/stiftförmigen Kavita­ tionsbauteiles noch ein weiteres kavitationsauslösendes und/oder -unterstützendes Element angeordnet sein, um den Kavitationseffekt noch stärker zu unterstützen. Bevorzugt ist dieses weitere kavitationsauslösende und/oder unter­ stützende Element eine um den Schaft des Kavitationsbautei­ les gewickelte Schraubenfeder, d. h. ein handelsübliches Zu­ kaufteil.

Ist die Mündung der Zufuhrleitung in die Kavitations­ kammer derart angeordnet, daß das Wasser tangential in die Kavitationskammer eintritt, erfolgt in der Kavitationskam­ mer eine Wirbelbildung, welche dann zusammen mit den kavi­ tationsauslösenden und/oder -unterstützenden Element(en) in vorteilhafter Weise eine starke Kavitationswirkung ergibt.

Bevorzugt ist in dem Düsenkopf eine Mehrzahl von Düsen angeordnet, so daß der Durchsatz und damit die Beschnei­ ungsleistung entsprechend erhöht ist.

Zur konstruktiven Vereinfachung des Düsenkopfes sind hierbei die Düsen bevorzugt reihenförmig nebeneinander an­ geordnet. Weiterhin können mehrere Reihen von Düsen in dem Düsenkopf angeordnet sein, welche dann zur Erzielung der gewünschten Beschneiungsleistung unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet werden können.

Bevorzugt durchsetzt eine Längsbohrung den Düsenkopf zumindest abschnittsweise, wobei diese Längsbohrung seit­ lich versetzt zur jeweiligen Düsenreihe verläuft und wobei von dieser Längsbohrung für jede Düse in der Düsenreihe ei­ ne Zufuhrleitung zu der Kavitationskammer abzweigt. Hier­ durch ist mit konstruktiv vergleichsweise einfachen Mitteln eine zuverlässige Versorgung der einzelnen Düsen mit Wasser gewährleistet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können zwei im Abstand zueinander stehende Düsenköpfe einen Düsen­ doppelkopf bilden, wobei die Achsen der Ausstoßrichtungen der beiden Düsenköpfe divergierend im Winkel zueinander stehen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Beschnei­ ungsleistung über eine größere Fläche hinweg erhöht.

Bevorzugt kann hierbei der Winkel, den die beiden Ach­ sen der beiden Düsenköpfe bilden, verstellbar sein, um eine bessere Anpassung an die vorliegenden Gegebenheiten (Geländeformation, gewünschter Grad der Beschneiung, Wind­ richtung etc.) zu haben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Lanze, insbesondere eine Niederdrucklanze mit einem Lanzen­ teil, an dem wenigstens ein Düsenkopf gemäß der vorliegen­ den Erfindung befestigt ist. Hierbei ist der wenigstens ei­ ne Düsenkopf bevorzugt drehbar und/oder schwenkbar an dem Lanzenteil gelagert. Weiterhin kann das Lanzenteil mit ei­ nem Knickgelenk versehen sein, so daß in vorteilhafter Weise der wenigstens eine Düsenkopf mit dem zugeordneten Lanzenteilabschnitt für Wartungszwecke oder dergleichen zum Boden hin abklappbar ist.

Eine weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Propellerkanone mit wenigstens einem Düsenkopf gemäß der vorliegenden Erfindung und mit einem Gebläserohr zur Verteilung der Schneekristalle.

Schließlich ist noch eine Düse Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung, wobei die Düse mit ihrem Düsenkörper in einer in dem Düsenkopf ausgebildeten Düsenbohrung anorden­ bar ist, mit welcher eine Zufuhrleitung für Wasser in Ver­ bindung steht, wobei in dem Düsenkörper der Düse zumindest eine zwischen einer Düsenöffnung und der Zufuhrleitung für Wasser liegende Kavitationskammer angeordnet ist, in der in dem zu der Düsenöffnung strömenden Wasser durch Kavitati­ onswirkung Dampf- und/oder Luftblasen gebildet werden.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsge­ mäßen Düsenkopf bzw. einer hierin angeordneten erfindungs­ gemäßen Düse;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Düsenkopf ge­ mäß der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung der Anordnung der einzelnen Düsen und der in dem Düsenkopf ver­ laufenden Versorgungskanäle;

Fig. 3 eine Ansicht von vorne auf einen erfindungsgemä­ ßen Düsenkopf;

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht von unten auf ein kavitationsauslö­ sendes und/oder -unterstützendes Element;

Fig. 6 eine Seitenansicht auf ein Kavitationsbauteil zur Verwendung in der Düse;

Fig. 7 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Veran­ schaulichung der Strömungsverhältnisse in der Düse;

Fig. 8 eine Gesamtansicht auf einen Düsendoppelkopf;

Fig. 9A eine Seitenansicht auf eine Lanze im gestreck­ ten Zustand;

Fig. 9B eine Seitenansicht auf eine Lanze im geknickten Zustand;

Fig. 10A eine schematische Seitenansicht auf eine Pro­ pellerkanone; und

Fig. 10B eine Ansicht von vorne auf die Propellerkanone von Fig. 10A.

Ein in der Zeichnung insgesamt mit 2 bezeichneter er­ findungsgemäßer Düsenkopf umfaßt gemäß der Zeichnung einen Düsenkopf-Grundkörper 4, der zumindest eine, bevorzugt je­ doch mehrere Düsen 6 trägt. Gemäß den Fig. 2 bis 4 und 8 ist bevorzugt eine Mehrzahl derartiger Düsen 6 in dem Grundkörper 4 angeordnet, wobei die Düsen 6 etwa gemäß den Fig. 3 und 4 reihen- und spaltenweise in dem Grundkörper 4 angeordnet sind. So können beispielsweise gemäß Fig. 3 drei Reihen 8a bis 8c einzelner Düsen 6 in dem Grundkörper 4 angeordnet sein. Die einzelnen Reihen 8a bis 8c der Düsen 6 sind bevorzugt unabhängig voneinander schaltbar, d. h. beispielsweise die Reihe 8a arbeitet bei Inbetriebnahme des Düsenkopfes 2 immer und die Reihen 8b und 8c können selek­ tiv zugeschaltet werden.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang Linie IV-IV in Fig. 3 und veranschaulicht die Anordnung der drei Reihen 8a bis 8c der einzelnen Düsen 6 bzw. von Düsenbohrungen 10, in welche die Düsen bzw. deren Düsenkörper 12 eingeschraubt werden. Hierzu weisen die Düsenkörper 12 an ihrem unteren Ende ein Außengewinde 14 auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde 16 der Düsenbohrung 10 einschraubbar ist. In Längsrichtung des Düsenkopfes 2 verläuft pro Reihe Ba bis 8c eine Längsbohrung 18 durch den Grundkörper 4, so daß bei einer Anordnung der Düsen 6 in mehreren Reihen eine ent­ sprechende Mehrzahl von Längsbohrungen 18 gemäß Fig. 4 par­ allel zueinander und seitlich versetzt zu den Düsenbohrun­ gen 10 in dem Grundkörper 4 verläuft. Zwischen den einzel­ nen Reihen der Düsen 6 bzw. Düsenbohrungen 10 verlaufen ge­ mäß Fig. 4 noch weitere Längsbohrungen 20, in welchen war­ mes Wasser als Frostschutz zirkuliert.

Von jeder Längsbohrung 18 zweigt etwa gemäß Fig. 1 eine Zufuhrleitung 22 ab, welche mit dem Boden der Düsenbohrung 10 in Verbindung steht. In der Längsbohrung 18 laufendes Wasser wird somit über die Zufuhrleitung 22 der Düsenboh­ rung 10 zugeführt.

Gemäß Fig. 1 weist jede Düse 6 im wesentlichen den be­ reits erwähnten Düsenkörper 12 auf, der mit seinem Außenge­ winde 14 in das Innengewinde 16 der Düsenbohrung 10 einge­ schraubt ist. Die Einschraubtiefe des Düsenkörpers 12 in die Düsenbohrung 10 wird begrenzt durch einen radial vor­ stehenden Flansch 24, der in einer bevorzugten Ausgestal­ tungsform als Sechskant ausgebildet ist, an welchem ein entsprechendes Werkzeug zum Eindrehen des Düsenkörpers 12 in die Düsenbohrung 10 angesetzt werden kann. An seinem oberen freien Ende weist der Düsenkörper 12 ein weiteres Außengewinde 26 auf, auf welches eine Überwurfmutter 28 aufgeschraubt werden kann. Die Überwurfmutter 28 hält zu­ sammen mit dem Düsenkörper 12 einen Wirbelkörper 30 und ein Düsenplättchen 32. Die Kombination aus Düsenkörper 12, Überwurfmutter 28, Wirbelkörper 30 und Düsenplättchen 32 ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt; eine weitere detaillierte Beschreibung erfolgt demnach nicht.

Das Innere des Düsenkörpers 12 kann als aus zwei Ab­ schnitten oder Kammern gebildet betrachtet werden, wobei eine erste Kammer 34 einer in dem Düsenplättchen 32 ausge­ bildeten Düsenöffnung 38 benachbart ist und eine zweite Kammer 36 sich im wesentlichen in dem in den Grundkörper 4 eingeschraubten Abschnitt des Düsenkörpers 12 befindet. Ge­ mäß Fig. 1 weist hierbei die erste Kammer 34 größeren Durchmesser als die zweite Kammer 36 auf und geht im Be­ reich einer umlaufenden Innenschulter 40 in diese über. Die Innenschulter 40 hat den aus Fig. 1 ersichtlichen abge­ schrägten Wandverlauf.

Koaxial in dem Düsenkörper 12 ist ein Bauteil 42 ange­ ordnet. Das Bauteil 42 hat den aus Fig. 1 ersichtlichen langgestreckt/stiftförmigen Aufbau, wobei ein unteres Ende des Schaftes des Bauteiles 42 mit einem Außengewinde in ei­ ne entsprechende Gewindebohrung 44 am Boden der Düsenboh­ rung 10 in den Grundkörper 4 eingeschraubt ist. Der Schaft des Bauteiles 42 erstreckt sich durch die gesamte zweite Kammer 36 über die Innenschulter 40 hinaus bis in die erste Kammer 34 hinein. Am oberen freien Ende des Bauteiles 42 ist ein weiteres Bauteil oder Element 46 angeordnet oder ausgebildet. Das Element 46 weist die aus Fig. 1 ersichtli­ che tellerförmige Querschnittsform auf, d. h. erweitert sich nach oben hin in Richtung der ersten Kammer 34 ausge­ hend vom Durchmesser des Schaftes des Bauteiles 42.

Zwischen dem teller- oder scheibenförmigen Element 46 und der Gewindebohrung 44 ist um den Schaft des Bauteiles 42 ein weiteres Element 48 angeordnet. Dieses weitere Ele­ ment 48 ist gemäß Fig. 6 in Form einer Schraubenfeder aus­ gebildet, welche um den Schaft des Bauteiles herum gewic­ kelt ist.

Wie weiterhin aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, ist an der Unterseite des Elementes 46 wenigstens einer, bevor­ zugt mehrere Tangentialschlitze 50 ausgebildet.

Nachfolgend wird weiterhin unter Bezugnahme auf die Zeichnung und hier insbesondere auf die Fig. 7 die Funkti­ ons- und Wirkungsweise der so aufgebauten Düse 6 näher er­ läutert.

Unter Druck stehendes Wasser wird über die Längsbohrung 18 und die Zufuhrleitung 22 in die Düsenbohrung 10 bzw. die zweite Kammer 36 gefördert. Die Mündung der Zufuhrleitung 22 in die Düsenbohrung 10 kann hierbei derart sein, daß das aus der Zufuhrleitung 22 in die zweite Kammer 36 eintre­ tende Wasser tangential eintritt.

Direkt an der Eintrittsstelle des Wassers in die zweite Kammer 36 entstehen durch den hohen Druck und die hohe Ge­ schwindigkeit des Wassers rund um die Mündung der Zufuhr­ leitung 22 durch dort entstehende Unterdruckzonen Kavitati­ onseffekte. In weiterer Folge prallt der Wasserstrahl auf den Schaft des Bauteiles 42 bzw. das schraubenförmige Ele­ ment 48 und wird zerrissen. In der gesamten als Kavitati­ onskammer 36 zu bezeichnenden zweiten Kammer 36 entstehen somit um das als Kavitationsbauteil 42 zu bezeichnende Bau­ teil aufgrund dieses Kavitationsbauteiles 42 und der als kavitationsauslösendes und/oder -unterstützendes Element zu bezeichnenden Schraube 48 Kavitationsblasen 52 (Dampf- und/ oder Gasblasen bzw. -bläschen) in dem Wasser.

Beim Strömen des Wassers aus der zweiten Kavitations­ kammer 36 in Richtung der ebenfalls als Kavitationskammer 34 wirkenden ersten Kammer 34 entstehen in dem Wasser auf­ grund des Kavitationsbauteiles 42 und des Elementes 48 wei­ tere Kavitationsblasen 52 (Dampf- und/oder Gasblasen bzw. -bläschen). Das Blasen/Wassergemisch erreicht ohne Druckan­ stieg das als weiteres kavitationsauslösendes und/oder -un­ terstützendes Element zu bezeichnende Element 46 und wird hier durch die Tangentialschlitze 50 in Rotation versetzt. Durch die relativ große Oberfläche des Elementes 46 ent­ steht beim Vorbeiströmen des Wassers an diesem Element 46 eine erneute Unterdruckzone, welche die bereits vorhande­ nen, aus der zweiten Kammer 36 kommenden Blasen 52 vergrö­ ßert bzw. neue Blasen 54 (Dampf- und/oder Gasblasen bzw. -bläschen) entstehen läßt. Durch die Tangentialschlitze 50 wird das sich in der ersten Kavitationskammer 34 befindli­ che Blasen/Wassergemisch in Vorrotation versetzt und da­ durch ein Druckanstieg und damit ein Implodieren der Blasen 54 verhindert. Das sich in der ersten Kavitationskammer 34 befindliche Blasen/Wassergemisch tritt dann durch den Wir­ belkörper 30 bzw. hierin ausgebildete Wirbelkanäle 36, wird hierdurch nochmals in verstärkte Rotation versetzt und wird abschließend von der Düsenöffnung 38 in dem Düsenplättchen 32 abgesprüht und bildet einen Sprühnebel 58.

Unmittelbar nach Austritt des Blasen/Wassergemisches aus der ersten Kavitationskammer 34 in Form des Nebels 58 expandieren die Dampf- oder Gasblasen unter Atmosphärendruck schlagartig. Bei dieser schock- oder explosionsartigen Ex­ pansion werden spontan mikroskopisch kleine Kristallisati­ onskeime erzeugt, welche dann das Kristallwachstum aus dem Sprühnebel 58 anregen.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann demnach auf die zusätzliche Einspeisung von Druckluft zur Kristal­ lisationskeim-Bildung verzichtet werden; die notwendigen Kristallisationskeime werden aufgrund der Kavitationswir­ kung in den beiden Kavitationskaminern 34 und 36 - unter­ stützt durch das Kavitationsbauteil 42 und die beiden kavi­ tationsauslösenden und/oder -unterstützenden Elemente 46 und 48 - gebildet.

Der Verlauf oder die Führung des Blasen/Wassergemisches in den Kammern 34 und 36 erfolgt hierbei derart, daß kein Druckanstieg in diesem Blasen/Wassergemisch erfolgt, so daß die sich bildenden Blasen 52 und 54 in dem Bla­ sen/Wassergemisch nicht implodieren können. Erst bei Aus­ tritt aus der Düsenöffnung 38 in Form des Sprühnebels 58 können aufgrund des Druckanstieges die Blasen schlagartig expandieren, wodurch die Kristallisationskeime erzeugt wer­ den.

Bei der Kavitationswirkung in den beiden Kammern 34 und 36 werden sowohl die Dampfkavitation als auch die Gaskavi­ tation genutzt. Bei der Dampfkavitation unterschreitet der Druck des schnell aus der Zufuhrleitung 22 einströmenden Wassers durch das Kavitationsbauteil 42 und die Elemente 46 und 48 den Dampfdruck des Wassers, wodurch die Dampfblasen 52 und 54 entstehen. Bei der Gaskavitation verursachen die im Wasser gelösten Gase Diffusionsvorgänge, durch die das Wachstum bereits im Wasser vorhandener Keime angeregt wird. Hierdurch entstehen ebenfalls Gasblasen in dem Wasser.

Durch Erhöhung des Drucks des zugeführten Wassers er­ höht sich gleichermaßen die Ausbildung der Kavitationsbla­ sen 52 und 54. Dies bedeutet, daß für erhöhten Wasserdurch­ satz mehr "Expansionsluft" in Form der Blasen 52 und 54 zur Verfügung steht. Dies wiederum bedeutet, daß der Vollastbe­ reich (Wasserdurchsatz) bei niedrigeren Temperaturen früher erreicht wird als bei herkömmlichen Schneeerzeugungsvor­ richtungen. Bei bisher bekannten Schneeerzeugern liegt die Vollasttemperatur bei -16°C bis -22°C Feuchtkugeltempera­ tur. Mit dem erfindungsgemäßen Düsenkopf 2 kann der Vollastbereich bereits bei einer Temperatur von -14°C erreicht werden, was bereits angestellte Modellversuche gezeigt ha­ ben. Diese Temperaturverschiebung ist auch auf den gesamten Teillastbereich umlegbar.

Der Wasserdurchsatz und damit die Beschneiungsleistung kann im wesentlichen durch zwei Komponenten oder Betriebs­ weisen verändert werden, nämlich durch Zu- und wegschalten einzelner Düsengruppen oder durch Druckveränderungen, d. h. durch Änderung des Wasserdruckes in der Längsbohrung 18. Bevorzugt werden beide Möglichkeiten genutzt.

So können - wie bereits erwähnt - die einzelnen Reihen 8a bis 8c der Düsen 6 zu- oder abschaltbar gemacht werden. Weiterhin können etwa gemäß Fig. 8 zwei Düsenköpfe 2 an ei­ nem Träger 60 angeordnet werden. Der Träger 60 kann etwa gemäß Fig. 9A am oberen freien Ende einer beispielsweise 12 im hohen Lanze 62 angeordnet sein. Die Lanze 62 weist in an sich bekannter Weise ein im wesentlichen mittig ausgebilde­ tes Knickgelenk 60 auf, mit welchem beispielsweise unter Unterstützung eines Fluidzylinders 66 die Lanze gemäß Fig. 9B abgeknickt oder gemäß Fig. 9A aufrechtstehend/gestreckt gehalten werden kann. In der Position gemäß Fig. 9B ist der Düsenkopf 2 für Wartungsarbeiten oder dergleichen zugäng­ lich.

Die Anordnung des Trägers 60 am oberen Ende der Lanze 62 ist bevorzugt dreh- und kippbar, um die Ausrichtung des oder der Düsenköpfe 2 einstellen zu können. Gemäß Fig. 8 können darüber hinaus die Düsenköpfe 2 noch an den Ausle­ gern 68 schwenkbar mittels entsprechenden Lagern 70 geführt sein, um unabhängig voneinander verstellt werden zu können.

Auch kann gegebenenfalls die Winkelstellung der beiden Aus­ leger 68 zueinander verändert werden. Jeder Düsenkopf 2 trägt gemäß den Fig. 3 und 4 eine Mehrzahl von Düsen 6 in Reihenanordnung.

Die Fig. 10A und 10B zeigen eine sogenannte Propeller­ kanone 72, welche im wesentlichen aus einem Rohr 74 mit ei­ nem hierin befindlichen Gebläse 76 besteht, wobei an der Auswurfmündung des Rohrs 74 einer oder mehrere Düsenköpfe 2 angeordnet sind. In der Darstellung gemäß Fig. 10B sind zwei erfindungsgemäße Düsenköpfe 2 in Doppelkopf- oder Tan­ demanordnung vor der Mündung des Rohrs 74 angeordnet. Die Propellerkanone 72 kann stationär oder auf einem Schlitten, einer Pistenraupe oder dergleichen verfahrbar sein.

Es versteht sich, daß die voranstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Ausfüh­ rungsformen hiervon als rein illustrativ und nicht ein­ schränkend zu verstehen ist.

So ist beispielsweise die Anzahl und Anordnung der ein­ zelnen Düsen 6 in dem Düsenkopf 2 nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können mehr oder weniger als die dargestellten Düsen in ei­ nem Düsenkopf vorhanden sein; darüber hinaus können nicht nur die einzelnen Reihen der Düsen schaltbar sein, sondern gegebenenfalls auch einzelne Spalten oder Spaltengruppen.

Die erforderlichen elektrischen und elektronischen Steuer- und Regelgeräte, sowie die Wasserzufuhrleitungen zu den Längsbohrungen 18 und 20 und die dazugehörigen Schalt- und Regelventile sind dem Fachmann auf diesem Gebiet allge­ mein bekannt; von daher wurden diese Elemente weder in der Zeichnung dargestellt noch in der Beschreibung näher er­ wähnt.

Anstelle des schraubenförmig um den Schaft des Kavita­ tionsbauteiles 42 verlaufenden Elementes 48 können auch an­ dere Bauteile oder Elemente vorgesehen sein, beispielsweise radial vorstehende Vorsprünge oder Schultern. Auch ist die Anzahl der Tangentialschlitze 50 in dem Element 46 nicht auf die dargestellte Anzahl von vier beschränkt - es können mehr oder auch weniger dieser Schlitze vorgesehen werden.

Claims (23)

1. Düsenkopf zur Erzeugung von Schneekristallen, mit wenigstens einer Düse (6) zur Zerstäubung von Wasser zu ei­ ner Wolke, wobei die weiligstens eine Düse (6) mit ihrem Dü­ senkörper (4) in einer in dem Düsenkopf (2) ausgebildeten Düsenbohrung (10) angeordnet ist, mit welcher eine Zufuhr­ leitung (22) für Wasser in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Düsenkörper (4) der Düse (6) zumindest eine zwischen einer Düsenöffnung (38) und der Zufuhrleitung (22) für Wasser liegende Kavitationskammer angeordnet ist, in der in dein zu der Düsenöffnung (38) strömenden Wasser durch Kavitationswirkung Dampf- und/oder Luftblasen gebildet wer­ den.

2. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitationskaminer koaxial zu der Düsenöffnung (38) der Düse (6) angeordnet und gegenüber dieser radial erwei­ tert ist.

3. Düsenkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitationskammer eine erste, der Düsenöffnung (38) benachbarte Kavitationskammer (34) und eine zweite, der Zu­ fuhröffnung (22) benachbarte Kavitationskammer (36) auf­ weist, wobei die zweite Kavitationskammer (36) kleineren Durchmesser als die erste Kavitationskammer (34) aufweist und in einer umlaufenden Innenschulter (40) in diese über­ geht.

4. Düsenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zu einer (36) der Kavitationskammern (34, 36) und in dieser ein Kavitationsbauteil (42) angeordnet ist.

5. Düsenkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Kavitationsbauteil (42) zumindest über die ge­ samte axiale Erstreckung der zweiten Kavitationskammer (36) erstreckt.

6. Düsenkopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kavitationsbauteil (42) langge­ streckt/stiftförmig ist und mit einem Ende (44) in den Bo­ den der Düsenbohrung (10) eingeschraubt ist und an seinem anderen, freien Ende ein kavitationsauslösendes und/oder -unterstützendes Element (46) trägt.

7. Düsenkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere, freie Ende des Kavitationsbauteils (42) sich mit dem hieran angeordneten oder ausgebildeten kavita­ tionsauslösenden und/oder -unterstützenden Element (46) axial über die Innenschulter (40) hinaus bis in die erste Kavitationskammer (34) erstreckt.

8. Düsenkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das kavitationsauslösende und/oder -unter­ stützende Element (46) kreisrund/tellerförmig ist und sich von dein freien Ende des Kavitationsbauteiles (42) aus schräg nach oben und radial erweitert.

9. Düsenkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des tellerförmigen kavitationsauslö­ senden und/oder -unterstützenden Elementes (46) zumindest einer, bevorzugt eine Mehrzahl von Tangentialschlitzen (50) ausgebildet ist.

10. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß um den Schaft des langge­ streckt/stiftförmigen Kavitationsbauteiles (42) ein weite­ res kavitationsauslösendes und/oder -unterstützendes Ele­ ment (48) angeordnet ist.

11. Düsenkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das weitere kavitationsauslösende und/oder -unter­ stützende Element (48) eine um den Schaft gewickelte Schraubenfeder ist.

12. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mündung der Zufuhrleitung (22) in der Kavitationskammer derart angeordnet ist, daß das Wasser tangential in die Kavitationskammer eintritt.

13. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Düsenkopf (2) eine Mehr­ zahl von Düsen (6) angeordnet ist.

14. Düsenkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düsen (6) reihenförmig nebeneinander angeord­ net sind.

15. Düsenkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Reihen (8a, 8b, 8c) von Düsen (6) in dem Düsenkopf (2) angeordnet sind.

16. Düsenkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß pro Düsenreihe (8a, 8b, 8c) eine Längsbohrung (18) den Düsenkopf (2) zumindest abschnittsweise durchsetzt, die seitlich versetzt zur jeweiligen Düsenreihe verläuft und von der jeweils eine Zufuhrleitung (22) zu der Kavitations­ kammer jeder Düse (6) in der Düsenreihe abzweigt.

17. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei im Abstand zueinander ste­ hende Düsenköpfe (2) einen Düsendoppelkopf bilden, wobei die Achsen der Ausstoßrichtungen der beiden Düsenköpfe (2) divergierend im Winkel zueinander stehen.

18. Düsenkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel verstellbar ist.

19. Lanze, insbesondere Niederdruck-Lanze (62) mit ei­ nem Lanzenteil, an dem wenigstens ein Düsenkopf (2) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche befestigt ist.

20. Lanze nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Düsenkopf (2) drehbar und schwenk­ bar am Lanzenteil gelagert ist.

21. Lanze nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lanzenteil mit einem Knickgelenk (64) versehen ist, so daß der wenigstens eine Düsenkopf (2) mit dem zugeordneten Lanzenteilabschnitt zum Boden hin abklapp­ bar ist.

22. Propellerkanone mit wenigstens einem Düsenkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und mit einem Gebläserohr (74) zur Verteilung der Schneekristalle.

23. Düse für einen Düsenkopf (2) nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche 1 bis 18, wobei die Düse (6) mit ih­ rem Düsenkörper (4) in einer in dein Düsenkopf (2) ausgebil­ deten Düsenbohrung (10) anordenbar ist, mit welcher eine Zufuhrleitung (22) für Wasser in Verbindung steht, wobei in dem Düsenkörper (4) der Düse (6) zumindest eine zwischen einer Düsenöffnung (38) und der Zufuhrleitung (22) für Was­ ser liegende Kavitationskammer angeordnet ist, in der in dein zu der Düsenöffnung (38) strömenden Wasser durch Kavi­ tationswirkung Dampf- und/oder Luftblasen gebildet werden.