Verfahren zur Ausübung von Wassergleitsportarten, bei dem Wasser über eine ansteigende Bodenfläche aufwärts geleitet wird, und Wassersporteinrichtung zu dessen Durchführung

Abstract

 Bei Wassersporteinrichtungen mit über eine ansteigende Bodenfläche (1) aufwärts strömendem Wasser (3) wird ein vorzeitiger Zusammenbruch der Strömung infolge einer Ansammlung von durch Reibung an den Begrenzungsflächen gebremsten Wasserteilmengen (3") durch deren Beseitigung verhindert. Dies kann durch Absaugung erfolgen, wobei die Wasserteilmengen (3") vorzugsweise wieder in den Rücklauf eingespeist werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die gebremsten Wasserteilmengen (3") durch Zuführung von Wasser mit erhöhter Strömungsge- schwindigkeⁱt beschleunigt werden. Die Absaugung der gebremsten Wasserteilmengen (3") bzw. die Zuführung von Wasser mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit erfolgt insbesondere durch Öffnungen in der Bodenfläche (1) in dem Bereich, in dem die Wasserteilmengen besonders gebremst werden, also vor allem im Bereich (7) nahe des oberen Endes der ansteigenden Bodenfläche (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hintanhaltung eines infolge einer Ansammlung von durch Reibung an Begrenzungsflächen einer Wassersporteinrichtung gebremsten Wasserteilmengen vorzeitigen Zusammenbruchs einer Aufwärtsströmung des Wassers, das über eine ansteigende Bodenfläche aufwärts geleitet wird, und eine Wassersporteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] In der DE-C- 17 03 746 ist eine Wassersporteinrichtung dieser Art beschrieben, die insbesondere zur Ausübung von Gleitsportarten, wie Wellenreiten, wasserschilauf usw. geeignet ist.

[0003] Die Wassersportanlage weist einen Wasserbehälter auf, in dem das Wasser über den ansteigenden Boden mit einer Strömungsgeschwindigkeit aufwärts geleitet wird, die größer als die Grundwellengeschwindigkeit ist, wobei durch die schräg nach unten gerichtet, durch Schwerpunktverlagerung veränderbare Gewichtskomnonente des Sportlers auf dem Gleitsportgerät der entgegengesetzt gerichtete Strömungswiderstand zumindest teilweise kompensiert wird. Es ist daher auch die freihändige, länger andauernde Ausübung der Sportarten möglich. Bevorzugt wird das Wasser dabei im Kreislauf von einer unteren Zuflußdüse aus über die ansteigende Bodenfläche nach oben in schießender Strömung und über einen entlang des oberen Randes vorgesehenen Überlauf sowie einen Rücklaufkanal zur unteren Zuflußdüse zurückgeführt. Ein wesentliches Merkmal ist dabei, daß die beim Austreten aus der Zuflußdüse hohe kinetische Energie des Wassers während des Hochschießens großteils in potentielle Energie umgewandelt wird, die dank des geschlossenen Rücklaufkanals wiederverwertet werden kann. Zur Förderung des Wassers im Kreislauf ist daher nur eine geringe Energiezufuhr nötig, da diese nur die Strömungsverluste decken muß.

[0004] Mit zunehmender Beherrschung der Sportarten wird die Vergrößerung des Neigungswinkels der Bodenfläche wünschenswert. Bevorzugt ist diese daher verstellbar, wobei jedoch Grenzen durch die Reibung an den Begrenzungsflächen (Boden-und Seitenflächen) gesetzt sind, die eine Abbremsung der wandungsnahen Wasserschichten oder Wasserteilmengen bewirken.

[0005] Insbesondere.bei konkav gewölbten Bodenflächen und in den Kantenbereichen zu den Seitenflächen bilden sich bei einem grcße7. Neigungswinkel etwa keilförmige Ansammlungen von abgebremstem Wasser, und diese asserteilmengen streben zufolge ihres Gewichtes nach unten. Die hochströmende Wassermenge wird durch die Keilbildung im Neigungswinkel nochmals vergrößert, erleidet dadurch einen weiteren Strömungsverlust, wodurch sich die abgebremste Wasserteilmenge wieder vergrößert. Diese Vorgänge kumulieren in einen Zusammenbruch der schießenden Strömung, dem nur durch eine vermehrte Energiezufuhr entgegengewirkt werden kann.

[0006] Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, in einer derartigen Wassersporteinrichtung den Ausnützungsgrad der zugeführten Energie zu verbessern. Dies bedeutet, daß bei unveränderbarer Energiezufuhr eine Erhöhung des erreichbaren Wasserniveaus, insbesondere eine Vergrößerung des maximalen Neigungswinkels möglich, und gegebenenfalls aber auch bei unverändertem Niveau bzw. maximalem Neigungswinkel eine verringerte Energiezufuhr notwendig sein soll.

[0007] Erfindungsgemäß werden zur Lösung dieser Aufgabe zumindest jene durch die Reibung erhöht gebremsten Wasserteilmenten im Begrenzungsflächenbereich aus der Aufwärtsströmung abgeführt und/oder durch Zuführung von Wasser mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Ein Teil der gebremsten Wasserteilmengen kann beispielsweise durch Pumpen abgesaugt, beschleunigt und anderen Wasserteilmengen wieder zugeführt werden.

[0008] Eine bevorzugte Wassersporteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Wasserbehälter, mit einer ansteigenden Bodenfläche, in dem Wasser aus einer Zuflußdüse entlang des unteren Randes der Bodenfläche zu einem Überlauf entlang des oberen Randes der Bodenfläche aufwärts geleitet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter zumindest in den Bereichen jeder Begrenzungsfläche, in denen die aufwärts strömenden liasserteilmengen durch Reibung erhöht gebremst werden, öffnungen aufweist, die die Mündungen von Abflußleitungen für die Abführung gebremster Wasserteilmengen oder Zuflußleitungen für die Zuführung von Wasser mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit zur Beschleunigung der gebremsten Wasserteilmengen bilden.

[0009] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.

[0010] Die Fig. 1 - 3 zeigen gemäß dem Stand der Technik eine Wassersporteinrichtung im Vertikalschnitt (Fig. 1) sowie vergrößert einen Ausschnitt I (Fig. 2) und den Schnitt nach der Linie III-III (Fig. 3).

[0011] Den Ausschnitt I aus Fig. 1 und den Schnitt nach der Linie III-III zeigen in erfindungsgemäßer Ausführung die

[0012] Fig. 4 und 5, wobei Fig. 5 gleichzeitig auch ein Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 6 ist. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf einen Seitenwandbereich einer erfindungsgemäßen Ausführung, die Fig. 7 einen Schnitt nach einer Linie VII-VII der Fig. 6, die Fig. 8 einen Schnitt durch eine seitenwandfreie Ausführungsform, wobei die rechte Hälfte die Ruhe- oder Ausgangsstellung und die linke Hälfte die Betriebsstellung zeigt.

[0013] Eine Wassersporteinrichtung nach dem Stand der Technik zeigen die Fig. 1 - 3. In einem Wasserbehälter 12 ist eine schräg aufwärts verlaufende, insbesondere konkave Bodenfläche 1 angeordnet, die von zwei Seitenwänden 4 und einer oberen und einer unteren Wand 16 umgeben ist. Entlang des unteren Randes der Bodenfläche 1 erstreckt sich eine meist mehrteilige Düse 2, durch die Wasser 3 in schießender Strömung parallel zu den Seitenwänden 4 nach oben geleitet wird. Das Wasser 3 fließt über den überlaufseitigen Bereich 7 der Bodenfläche 1 und einen Rücklaufkanal 5 wieder zurück zur Düse 2. Die Dicke der Wasserschicht 3 über der ansteigenden Bodenfläche 1 nimmt von unten nach oben zum überlaufseitigen Bereich 7 hin zu, da sich die Strömungsgeschwindigkeit V mit zunehmender Höhe verringert. Der Großteil der kinetischen Energie des Wassers verwandelt sich dabei in potentielle Energie. Es bedarf daher zur Erzeugung eines Kreislaufes nur einer verhältnismäßig geringen Energiezufuhr zum Ausgleich der Strömungsverluste, die durch eine oder mehrere Wasserschrauben 6 eingebracht wird.

[0014] Der Hauptanteil dieser Verluste tritt durch Reibung zwischen dem schießenden Wasser 3 und der Bodenfläche 1 auf. In Fig. 2, die den Ausschnitt I der Fig. 1 zeigt, bedeutet 3' eine durch Reibung verzögerte Wasserteilmenge und 3 den mit ungestörter Geschwindigkeit V hochschießenden Hauptanteil des Wassers. In der Wasserteilmenge 3' nimmt die Geschwindigkeit von Null an der Bodenfläche 1 bis auf V an der flüssigen Gebietsgrenze zu.

[0015] Wegen der kleinen Geschwindigkeit der Wasserteilmenge 3' hat diese die Tendenz, längs der Bodenfläche 1 nach unten zu strömen. In dieser Richtung wirkt ja seine Gewichtskomponente W und auch die Differenz der Wasserkräfte auf die senkrecht zum Boden stehenden Begrenzungsflächen f₂ und f₁. Wird einfachheitshalber angenommen, daß die eigentliche Reibungskraft zwischen der Bodenfläche 1 und der bereits gebremsten Wasserteilmenge 3' mit zunehmender Verzögerung gegen Null geht und näherungsweise f₂=f₁=f ist, so ist die wirkende Kraft = W_t + f.γ(h₂-h₁), wobei h₂ und h₁ die Tiefe der gesamten Wasserschicht in den Punkten C und D ist. (y= spezifisches Gewicht vom Wasser). Diese Kraft steigt also mit größer werdender Bodenneigung wegen einer größer werdenden Gewichtskomponente der Wasserteilmenge 3' und wegen einer größer werdenden Differenz der Tiefen h₂-h₁. Dem entgegen wirkt die mit kleiner werdender Geschwindigkeit V immer kleiner werdende Schubkraft, die vom Hauptanteil des Wassers 3 auf die Wasserteilmenge 3' ausgeübt wird. Es kann daher im oberen, steilsten Teil der konkaven Bodenfläche 1 zu einer keilartigen Vergrößerung der abgebremsten Wasserteilmenge kommen, die mit 3" bezeichnet ist. Die Dicke der angesammelten Wasserteilmenge 3" steigt übermäßig zufolge Rückströmung und erhöht die Steigung und die Verluste der darüberliegenden Strömung des Wassers 3 zusätzlich. Die schießende Strömung bricht daher ab einer bestimmten Höhe bzw. einem bestimmten Neigungswinkel zusammen, wie rechts in Fig. 2 ersichtlich ist. Fig. 3 zeigt, daß dieser vorzeitige Zusammenbruch der Umlaufströmung in der Nähe der Seitenwand 4 im Kantenbereich 8 beginnen wird, da sich dort eine größere, abgebremste Wasserteilmenge 3"' befindet. Überdies kann noch gegebenenfalls einewasserteilmenge 3"", die vom Wassersportler an die Wand gespritzt wird und dort herunterfällt, bremsend auf den Hauptanteil des Wassers 3 wirken. Eine Aufrechterhaltung der Strömung wäre bis zu einem gewissen Ausmaß nur durch erhöhte Energiezufuhr zu erreichen, was hauptsächlich die Betriebskosten steigern würde.

[0016] In Fig. 4 ist nun eine Fig. 2 entsprechende Darstellung eines Ausschnittes I in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung gezeigt. Nach dem erfindungsgemäßen _Verfahren werden zumindest die größten durch Reibung stark gebremsten Wasserteilmengen 3", 3"' entweder abgeleitet oder beschleunigt. Der Bildung einer Wasseransammlung wird vorgebeugt und dadurch die Bildung einer nach unten, also entgegengesetzt zur Strömungsrichtung sich bewegenden, keilförmigen Wasserteilmenge 3" verhindert. Vorzugsweise werden die Wasserteilmengen 3", 3"' dabei durch öffnungen 13 abgesaugt, die die Mündungen von Abflußleitungen 14 im überlaufnahen Bereich 7 der Bodenfläche 1 oder im Kantenbereich 8 bilden. Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, ist nach Beseitigung der Wasserteilmenge 3" die verbleibende Wasserteilmenge 3' klein, sodaß sie keine nennenswerte Störung der Strömung bewirken kann.

[0017] Die Abführung bzw. Absaugung von Wasser ist in diesen Bereichen ohne weiters möglich, ohne die Benützbarkeit zu beeinträchtigen, da sie ja vor allem in jenen Bereichen durchgeführt wird, in denen aufgrund der verringerten Strömung eine größere Tiefe ohnedies vorließ und die abgeführte Wasserteilmenge 3" klein gegenüber der mit der Geschwindigkeit V hochschießenden Wassermenge 3 ist. Der Neigungswinkel der Bodenfläche 1 oder deren Länge und damit die erreichbare Höhe wird dadurch vergrößert, ohne daß eine wesentliche Steigerung der Energiezufuhr notwendig wird. Ist die Neigung der Bodenfläche 1 sehr stark verstellbar, so wird bevorzugt auch die Saugleistung der Abflußleitungen 14 veränderbar vorgesehen. Bei gleichbleibender Neigung der Bodenfläche 1 ist gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Antriebsleistung der Wasserschrauben 6 erforderlich, um den Kreislauf aufrecht zu erhalten.

[0018] Zusätzlich zur Abführung gebremster Wasserteilmengen 3", 3"', gegebenenfalls auch anstelle der Abführung, ist auch deren Beschleunigung möglich. Auch hier tritt ein ähnlicher Effekt ein, indem Wasser mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit durch öffnungen 20 (Fig. 6, 7) in die abgebremsten Wasserteilmengen 3", 3"' eingebracht wird. Auch auf diese Weise kann ein rückfließender, die Strömung unterbrechender Wasserkeil vermieden werden. Eine Ausführungsmöglichkeit zeigen beispielsweise die Fig. 5 bis 7 für den Kantenbereich 8 zwischen einer Seitenwand 4 und der Bodenfläche 1. Im Vergleich mit Fig. 3 kann eine erste Reduzierung der Reibung durch Rundung des Kantenbereiches 8, beispielsweise durch Einpassung einer Hohlkehle 18 erfolgen. Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, ist im Mündungsbereich einer Abflußleitung 14 eine Reihe von Öffnungen 13 in der Hohlkehle 18 vorgesehen, durch die das Wasser abgeführt, insbesondere abgesaugt wird. Stromaufwärts ist die Hohlkehle 18 unterbrochen. Diese Unterbrechung stellt eine öffnung 20 dar, durch die Wasser aus der Zuflußleitung 19 mit erhöhter Geschwindigkeit eingebracht wird. Dieses beschleunigte Wasser dient zur Beschleunigung der im Kantenbereich 8 abgebremsten Wasserteilmenge 3"' (Fig. 3), die sich nach den Abführungsöffnungen 13 neu bildet, sowie auch zur Beschleunigung der zeitweilig auftretenden Spritzwassermenge 3"". Wird das Wasser 3 der Wassersporteinrichtung im Kreislauf geführt, so ist bevorzugt vorgesehen, wie iα Fig. 8 angedeutet daß das durch die Öffnungen 13 und die mit Ventilen 15 versehenen Abflußleitungen 14 abgeführte Wasser in den Rücklaufkanal 5 wieder eingespeist wird.

[0019] Alternativ kann das durch eine Abflußleitung 14 abgeführte Wasser an anderen Stellen, beispielsweise stromaufwärts, mit erhöhter Geschwindigkeit wieder zur Beschleunigung der Wassermengen über die Zuflußleitung 19 eingebracht werden (Fig. 6). Bei dieser Ausführung ist also zwischen den öffnungen 13 und 20 eine gemeinsame Leitung 21 vorgesehen, in die eine Pumpe 17, etwa die der Filteranlage, eingesetzt ist, wie sie zur Wasserreinigung in Wassersporteinrichtungen häufig vorgeschrieben ist.

[0020] Die Ausführung nach Fig. 8 weist gegenüber dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 noch eine weitere Besonderheit auf. Der Wasserbehälter 12 ist rund oder polygonal ausgebildet, wobei die geneigte Bodenfläche 1 ringähnlich ist. Sie stellt die Mantelfläche eines Kegelstumpfes oder Pyramidenstumpfes dar, wobei die Erzeugende vorzugsweise konkav ist. Bei dieser Ausführung ist nicht nur die Ausübung der Sportart im Kreis, also unendlich möglich, sondern es werden Wasserteilmengen 3"', 3"" ohne Abführung oder Beschleunigung bereits von vornherein dadurch vermieden, daß die Bodenflächen keine parallel zur Strömungsrichtung sich erstreckende Seitenwände 4 begrenzen. Mangels eines Kantenbereiches 8 kann die Bodenfläche 1 bei gleicher Energiezufuhr bereits stärker geneigt sein als in einem durch Seitenwände begrenzten Wasserbehälter gemäß Fig. 1.

[0021] -In der Ausführung nach Fig. 8 ist zentral ein Hochbehälter 11 vorgesehen, der für den Start der Strömung dient (rechte Hälfte von Fig. 8). Die periphere Düse 2' ist geschlossen, der Hochbehälter bis zum Niveau n₂, und der Rücklaufkanal 5 mit Wasser 3 gefüllt. Letzteres wurde zuvor durch die Bodenöffnungen 22 mittels der Pumpe 17 abgesaugt in den Hochbehälter 11 gefördert. Im überlaufseitigen Bereich 7, der durch einen Rost 9 gesichert ist, liegt eine Folie oder Klappe 10 am Rost 9 von hinten an, wodurch der Hochbehälter 11 im wesentlichen dicht ist. Bei laufender Wasserschraube 6 wird nun die Düse 2 rasch geöffnet, sodaß das Wasser 3 hochgeschossen wird. Die Folien 10 geben dabei auch den Durchtritt auf den Rost 9 frei, da der Totaldruck des anfänglich hochschießenden Wassers etwa dem Niveau n₂ entspricht, aber der Wasserstand im Hochbehälter 11 inzwischen fast auf das Niveau n₁ abgesunken ist. Die durch die Reibung gebremsten Wasserteilmengen 3" werden dann durch die öffnungen 13, die beispielsweise einen Ringspalt bilden, zum Teil abgesaugt und über die nunmehr geöffneten Leitungen 14 in den Rücklaufkanal 5 eingespeist.

[0022] Analoges gilt auch für eine Wassersporteinrichtung mit ebenfalls etwa kreiförmigem Grundriß, bei der das Wasser nicht, wie in Fig. 8, aus der außen liegenden Düse 2 radial nach innen, sondern aus einer zentral gelegenen ringartigen Düse radial nach außen hochschießt.

[0023] Nutzt die Wassersporteinrichtung als Antrieb direkt die Gefällestufe eines Flusses aus und hat daher keine Wasserschrauben 6 und keine Wasserfilterpumpe, so kann die Pumpe 17 eine Wasserstrahlpumpe sein oder kann durch ein noch einfacheres barometrisches Fallrohr ersetzt werden.

[0024] In allen Fällen ist daher bevorzugt der apparative Aufwand zur Realisierung der Erfindung gering, da die Pumpvorrichtung entweder diejenige der obligaten Wasserreinigung ist oder aber sich durch große Einfachheit auszeichnet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Hintanhaltung eines infolge einer Ansammlung von durch Reibung an Begrenzungsflächen (1, 4) einer Wassersporteinrichtung gebremsten Wasserteilmengen (3', 3", 3"', 3"") vorzeitigen Zusammenbruchs einer Aufwärtsströmung des Wassers (3), das über eine ansteigende Bodenfläche (1) aufwärts geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jene durch die Reibung erhöht gebremsten Wasserteilmengen (3", 3"') im Begrenzungsflächenbereich aus der Aufwärtsströmung abgeführt und/oder durch Zuführung von Wasser mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Wasser im Kreislauf umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserteilmengen entnommen und in den Rücklauf wieder eingespeist werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß abgeführte oder abgesaugte Wasserteilmengen mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit anderen gebremsten Wasserteilmengen wieder zugeführt und dabei diese beschleunigt werden.

4. Wassersporteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 3, mit einem Wasserbehälter (12) mit einer beispielsweise konkav ansteigenden Bodenfläche (1), in dem Wasser (3) aus einer Zuflußdüse (2) entlang des unteren zu einem Überlauf entlang des oberen Randes der Bodenfläche (1) aufwärts geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (12) zumindest in den Bereichen jeder Begrenzungsfläche, in denen die aufwärts strömenden Wasserteilmengen durch Reibung erhöht gebremst werden, öffnungen (13, 20) aufweist, die die Mündungen von Abflußleitungen (14) für die Abführung gebremster Wasserteilmengen (3', 3", 3"', 3"") oder Zuflußleitungen (19) für die Zuführung von Wasser mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit zur Beschleunigung der gebremsten Wasserteilmengen (3', 3", 3"', 3"" bilden.

5. Wassersporteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung (13, 20) im überlaufseitigen Bereich (7) der den Boden (1) bildenden Begrenzungsfläche vorgesehen ist.

6. Wassersporteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung (13) im vorzugsweise gerundeten Kantenbereich (8) zwischen Begrenzungsflächen vorgesehen ist, die den Boden (1) und eine sich parallel zur Strömungsrichtung erstreckende seitliche Wand (4) bilden.

7. Wassersporteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei öffnungen (13, 20) die Mündungen einer gemeinsamen Leitung (21) bilden, der eine Vorrichtung (17), insbesondere eine angetriebene Pumpe, zugeordnet ist, die gebremste Wasserteilmengen durch die öffnung (13) abführt oder absaugt und mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit anderen gebremsten Wasserteilmengen durch die öffnung (20) wieder zuführt.

8. Wassersporteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, bei der das Wasser im Kreislauf über die ansteigende Bodenfläche (1) aufwärts und unter der Bodenfläche zur Zuflußdüse (2) zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserteilmengen abführenden Abflußleitungen (14) in den Rücklaufkanal (5) der Wassers^porteinrichtun- gen münden und eine Vorrichtung (17), insbesondere eine angetriebene Pumpe, zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durchfließenden Wassers aufweisen.

9. Wassersporteinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17) die der Förderung des Wassers (3) durch die Wasserreinigungsanlage dienende Umwälzpumpe ist.

10. Wassersporteinrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle öffnungen (13, 20) in der den Boden (1) bildenden Begrenzungsfläche vorgesehen sind, die zur Verringerung der Reibung und der Pumpenleistung im wesentlichen der Mantelfläche eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes entspricht.

Zeichnung