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Zusammenfassung:
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Die Vorrichtung zur Erzeugung stehender Wellen umfasst:
- • Ein Querbauwerk (Q), welches stromabwärts in eine Rampe (R) übergeht. Querbauwerk und Rampe sind so angeordnet, dass der Abfluss von einer strömenden in eine schießende Fließbewegung übergeführt wird.
- • Einen oder mehrere strömungsführende Körper (SK) welche auf der Rampe bewegt werden können.
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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von stehenden Wellen in einem fließenden Medium, insbesondere in Fließgewässern. (vgl.
DE102006044806A1 )
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Die Erzeugung von stehenden Wellen in einem fließenden Medium ist insbesondere aus dem Bereich Wasserbau bekannt. Nachfolgend wird daher Wasser, stellvertretend für ein fließendes Medium, betrachtet, (vgl.
DE102006044806A1 )
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Stehende Wellen sind ein oft unbeabsichtigtes Resultat wasserbaulicher Anlagen oder natürlicher Besonderheiten oder das Ergebnis einer bewussten Strömungsführung in künstlichen Anlagen. Stehende Wellen unterliegen einer starken Nutzung unter anderem durch Wellenreiter und Kanusportler. (vgl.
DE102006044806A1 )
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Die Erzeugung gerader stehender Wellen ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE102006044806A1 bekannt wobei ebenfalls eine Rampe, Gegenrampe sowie ein Steuermechanismus Verwendung findet. Da Rampe und Gegenrampe hier fest verbunden sind, besteht lediglich die Möglichkeit einer Höhen- bzw. Winkelveränderung von Rampe und Gegenrampe. Die Erzeugung brechender stehender Wellen ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 103 08 812 A1 bekannt. Die Vorrichtung ist infolge der komplexen dreidimensionalen Strömungsführung nicht in der Lage, gerade stehende Wellen zu erzeugen. Der formveränderbare Wellenerzeugungskörper befindet sich bei dieser Vorrichtung unmittelbar unter der stehenden Welle und ist in seiner Grundposition nicht beweglich. Die Anordnung eines wellenerzeugenden unveränderlichen Einbaus (Wellenerzeugers), welcher sich ebenfalls unmittelbar unter der stehenden Welle befindet ist Gegenstand der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 200 19 358 U1 sowie der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 02 805 A1 . Prinzipiell ähnliche Einbauten in Laborsystemen bzw. Versuchsrinnen sind u.a. Gegenstand internationaler Veröffentlichungen (
„A stationary oblique breaking wave for laboratory testing of surfboards" von H.G. Hornung und P. Killen, Journal of Fluid Mechanics, 1976; „Hydrodynamics of Surfboards", von Michael Paine, 1974). In den Schutzrechtsveröffentlichungen
EP 0 547 117 B2 (
DE 691 14 013 T3 ) und
EP 0 629 139 B1 (
DE 692 10 719 T2 ) sind Einrichtungen zur Erzeugung wellenähnlicher Wasserflächen geringer Fließtiefe und hoher Geschwindigkeit in künstlichen Freizeiteinrichtungen beschrieben. Hierbei wird ein Planstrom erzeugt, welcher sich unmittelbar an einen wellenartig geformten Körper anlegt. Die für Fließgewässer konzipierten Anlagen nach der Gebrauchsmusterschrift
DE 200 19 358 U1 sowie der Offenlegungsschrift
DE 101 02 805 A1 sind nicht in der Lage, Wellen für Freizeitaktivitäten in ähnlicher Qualität wie derartige Einrichtungen mit künstlich erzeugter Strömung bereitzustellen. (vgl.
DE102006044806A1 )
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Es ist bekannt, dass die Bildung einer stehenden Welle in einem Fließgewässer insbesondere durch die abrupte Verzögerung der Strömung am Übergang zwischen einer schießenden Fließbewegung („Schussstrahl)“ Froude-Zahl > 1) und einer langsameren strömenden Fließbewegung (Froude-Zahl < 1) angeregt wird. Von besonderer Bedeutung für die Ausbildung einer stehenden Welle ist hierbei die Wasserspiegelhöhe im Unterstrom des Schussstrahls. (unter anderem z.B. aus:
„Erzeugung von Wellen und Walzen für den Kanusport", Bericht des Instituts für Wasserwesen der Universität der Bundeswehr in Neubiberg im Auftrag des Bayerischen Kanuverbandes, März 2004). (vgl.
DE102006044806A1 )
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stehende Welle insbesondere für Freizeit- und Sportaktivitäten in optimierter Weise zu erzeugen. Ziel ist es dabei die Welle auf unterschiedliche Abflüsse und Pegelstände anpassen zu können und Möglichkeiten der Steuerung von Wellenform und Wellenhöhe aufzuzeigen. Ergänzend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gefährliche Strömungssituationen im Anschluss an die stehende Welle zu vermeiden. (vgl.
DE102006044806A1 )
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Existenz und die Form stehender Wellen durch die Geometrie der strömungsführenden Konturen in Bezug zur Höhe des Unterwasserpegels sowie des spezifischen Abflusses bestimmt werden. (vgl.
DE102006044806A1 )
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Um eine gut befahrbare stehende Welle zu erzeugen bedarf es einen spezifischen Abfluss von mindestens ca. 1 m3/s.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber den bereits bestehenden Konzepten liegt in der billigeren und einfacheren Umsetzbarkeit sowie der Anpassungsmöglichkeit der Wellenform, auch bei unterschiedlichen Abflussmengen und Wasserständen
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Die Vorrichtung zur Erzeugung stehender Wellen in einem fließenden Medium umfasst erfindungsgemäß folgende Elemente:
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Ein Querbauwerk (Q), welches stromabwärts in eine Rampe (R) übergeht, das Querbauwerk und die Rampe sind so angeordnet, dass der Abfluss von einer strömenden in eine schießende Fließbewegung übergeführt wird. Einen oder mehrere strömungsführende Körper (SK) welche auf, und relativ zu der Rampe verschoben und bewegt werden können.
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Die Überführung des Abflusses im Bereich des Querbauwerks von einer strömenden in eine schießende Fließbewegung bedeutet dabei einen Übergang des Strömungszustandes von einer Froude-Zahl mit einem Wert kleiner 1 zu einer Froude-Zahl mit einem Wert größer 1 (vgl.
DE102006044806A1 ).
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Bei einer stehenden Welle handelt es sich um einen hydraulischen Sprung. Damit sich der hydraulische Sprung zu einer befahrbaren Welle ausformt bedarf es einem Richtungsänderungsimpuls oder einer Abrisskante an der richtigen Stelle. Dies kann durch eine Gegenrampe (SK1) erreicht werden.
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Querbauwerk und Rampe werden auf dem Gewässerboden angebracht. Sie können auf einer ebenen Fläche oder auf einem bestehenden Querbauwerk befestigt werden. Die Rampe beginnt vorzugsweise an dem höchsten Punkt des Querbauwerks. Um die Beweglichkeit der strömungsführenden Körper zu erleichtern ist die Rampe vorzugsweise eben und mit einem stetigen Gefälle ausgestaltet. Sie kann allerdings auch konkave, konvexe und stufenähnliche Abschnitte aufweisen.
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Durch die Beweglichkeit von strömungsführenden Körpern kann im Sinne der Erfindung die Welle gesteuert und auf schwankende Abflüsse und Wasserstände angepasst werden. So kann die stehende Welle in geeigneter und gewünschter Weise erzeugt, aber auch variiert werden. Im Bereich von Freizeit- und Sportaktivitäten liefert die Erfindung daher einen wertvollen Beitrag.
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Bei der Beweglichkeit der strömungsführenden Körper kann es sich zum Beispiel um eine Verschiebung in Strömungsrichtung oder eine Rotation auf der Rampe handeln. Zusätzlich könnte eine Kippbewegung Anwendung finden.
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Durch die Verschiebung einer Gegenrampe in Strömungsrichtung wird die Höhenlage der Gegenrampe (=Richtungsänderungsimpuls) beeinflusst. Damit lässt sich die Welle auf die Höhe des Unterwasserstands und die Abflussmenge anpassen. Gleichzeitig kann so auch die Wellenform von flach zu steil und bis zu brechend (walzenförmig) beeinflusst werden. Durch eine Rotation der Gegenrampe (auf der Rampe anliegend) kann z.B. erreicht werden, dass die Welle auf der einen Seite flacher und auf der Gegenseite steiler oder brechend ist. Außerdem kann somit auf eine ungleiche Wasserverteilung reagiert werden.
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Die Gegenrampe kann eine konstante oder unkonstante Steigung aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Gegenrampe allerdings um eine strömungsgünstig ausgerundete, konkave Form mit einem konstanten oder unkonstanten Radius.
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Die Gegenrampe kann auch parallel zur Strömungsrichtung in Segmente unterteilt werden, welche dann in Strömungsrichtung verschoben und relativ zueinander angeordnet werden können. Je nach Anforderung kann so z.B. das Durchführen von Wellenreitmanöver wie Sprünge erleichtert werden.
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Durch die Verschiebung eines oberen strömungsführenden Körpers (SK2) in Strömungsrichtung, kann der Oberwasserpegel und damit das Absturzgefälle und die maximale Fließgeschwindigkeit beeinflusst werden. Mit einer Rotation des auf der Rampe anliegenden oberen Strömungsführungskörper kann die Wasserverteilung beeinflusst werden. Der obere Strömungsführungskörper besitzt dabei ein höheres Gefälle als die Rampe. Dieses Gefälle kann konstant oder unkonstant verlaufen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Gegenrampe allerdings um eine konvexe Form mit einem konstanten oder unkonstanten Radius. Der Körper kann so ausgeformt werden, dass eine geringe Überfallhöhe des Oberwassers erreicht wird und beim Überströmen möglichst wenig Unterdruck und Wasserverwirbelungen, insbesondere auf der Wasseroberfläche, entstehen.
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Um bei der Bewegung der strömungsführenden Körper ein Verkanten an den Seitenwänden zu verhindern könnte man die Körper an den Seiten abrunden oder verkürzen.
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Unterhalb der Gegenrampe kann auch ein weiterer verschiebbarer Strömungsführungskörper angebracht werden, um unterhalb der Welle eine gefährliche Strömungssituationen zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zwei Ausführungsbeispiele in Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen enthalten dabei jeweils stark vereinfachte Darstellungen.
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1a+1b zeigt den Gesamtaufbau einer Anlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Welle. Querbauwerk und Rampe können komplett ausbetoniert, oder durch Baustoffe wie Stahl, Holz und PVC gebaut werden. Das Gefälle der Rampe wird idealerweise dabei nur so steil gewählt, dass im Anschluss der Welle keine gefährliche Strömungssituation entsteht. Auf dem oberen Teil der Rampe befindet sich ein strömungsführender Körper (SK2) welcher ein höheres Gefälle als die Rampe aufweist und strömungsgünstig ausgerundet ist. Dieser Körper kann ebenfalls komplett ausbetoniert oder aus Stahl Holz und PVC hersgestellt werden. Er kann mit der Rampe fest verbunden werden. Im Unterstrom davon befindet sich eine verschiebbare Gegenrampe (SK1). Diese kann bevorzugt durch eine steife Stahlkonstruktion gebaut und anhand von Stahlseilwinden verschoben werden. Dabei kann die Gegenrampe nicht nur in ihrer Höhenlage beeinflusst, sondern gegebenenfalls bis zu einem gewissen Ausmaß rotiert werden. Um den Reibungswiderstand zu verringern, kann die Gegenrampe mit Rollen versehen werden. Um zu gewährleisten, dass die Gegenrampe nicht unterströmt wird, also nicht abheben kann, kann diese z.B. in einer Schienenkonstruktion geführt werden. Um trotzdem eine Rotation der Gegenrampe zu ermöglichen könnte eine mehrachsige Schienenkonstruktion Anwendung finden. Alternativ kann die Gegenrampe mit Bolzen (B) versehen werden, welche in den Seitenwänden in einer Schiene geführt werden und die Gegenrampe, auch bei einer gewissen Rotation, nach unten fixiert.
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2. zeigt eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit. Hier kann neben der Gegenrampe (SK1) auch der obere strömungsführende Körper (SK2) verschoben werden. So kann unter Anderem der Oberwasserpegel beeinflusst werden. Der obere Körper könnte auch mit der Gegenrampe fest verbunden werden und dann als Ganzes bewegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- Q
- Querbauwerks
- R
- Rampe
- SK
- strömungsführende Körper
- SK1
- Gegenrampe
- SK2
- oberer strömungsführende Körper
- B
- Bolzen
- SR
- Strömungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006044806 A1 [0002, 0003, 0004, 0005, 0006, 0007, 0008, 0013]
- DE 10308812 A1 [0005]
- DE 20019358 U1 [0005]
- DE 10102805 A1 [0005]
- EP 0547117 B2 [0005]
- DE 69114013 T3 [0005]
- EP 0629139 B1 [0005]
- DE 69210719 T2 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „A stationary oblique breaking wave for laboratory testing of surfboards” von H.G. Hornung und P. Killen, Journal of Fluid Mechanics, 1976; „Hydrodynamics of Surfboards“, von Michael Paine, 1974 [0005]
- „Erzeugung von Wellen und Walzen für den Kanusport”, Bericht des Instituts für Wasserwesen der Universität der Bundeswehr in Neubiberg im Auftrag des Bayerischen Kanuverbandes, März 2004 [0006]
