DE19710807A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstrahls - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasser­ strahls, insbesondere Fontänenstrahls, nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Herkömmliche Vorrichtungen der eingangs genannten Art weisen üblicher­ weise einen Düsenabschluß auf, der einen runden, nach oben zur Wasseraus­ trittsöffnung hin verjüngenden Querschnitt ausbildet, wobei das Wasser in der Düse mit sich verkleinerndem Querschnitt beschleunigt wird. Düsen dieser Art dienen auch zur Herstellung von Dekorationswasserstrahlen, wie sie im Be­ reich von Springbrunnen Verwendung finden.

Durch solche Düsen werden jedoch sehr unruhige, turbulente Wasserstrahlen erzeugt, die hinsichtlich ihrer ästhetischen Wirkung lange bekannt sind, in ihrem Verlauf sich unkontrolliert aufweiten und in ihrem Randbereich von Spritzwasser umgeben sind. Derartige Wasserstrahlen sind daher nicht zur Überbrückung größerer Distanzen geeignet, wie dieses etwa zur Erzielung op­ tischer Effekte im Bereich von Messen oder Eingangshallen größerer Gebäude gewünscht ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstrahls zu schaffen, die ästhetisch ansprechende Wasserstrah­ len, die geeignet sind, größere Distanzen spritzwasserfrei zu überbrücken, bil­ det.

Die Erfindung löst dieses Problem mit den Merkmalen des Anspruches 1. Hin­ sichtlich weiterer vorteilhaften Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 15 verwiesen.

Durch die Ausbildung des Durchgangsraumes als Beruhigungskammer mit erweitertem Querschnitt ist erreicht, daß in diesem Durchgangsraum ein Was­ serstrom ausgebildet wird, der zur Austrittsöffnung hin gerichtet ist und dabei weitestgehend laminar verläuft, die strömenden Wasserschichten also gleich­ mäßig und parallel aufeinander abgleiten, ohne daß es zu Verwirbelungen kommt.

Dadurch, daß die Austrittsöffnung als Abreißquerschnitt für den Wasserstrahl ausgebildet ist, ist erreicht, daß der Wasserstrahl, der aus der Beruhigungs­ kammer austritt, ebenfalls laminar verläuft, wobei ein Kontakt des Wasser­ strahls mit weiteren Teilen der Austrittsöffnung vermieden ist, so daß auch im Randbereich des Wasserstrahls keine Verwirbelung stattfindet.

Der so entstandene Wasserstrahl erzeugt eine ästhetische Wirkung nach Art eines Glasrohres, weist also eine völlig glatte Oberfläche auf und kann je nach Ausbildung der Vorrichtung mehrere Meter weit und hoch als laminarer Was­ serstrahl geführt werden und somit beispielsweise als Bogen eine größere Di­ stanz überbrücken, ohne daß sich Spritzwasser bilden würde oder die Rand­ bereiche verwirbeln.

Um die Laminarität des Wasserstromes in der Beruhigungskammer zu errei­ chen, sind vorzugsweise in dem der Austrittsöffnung abgewandten Bereich der Beruhigungskammer Strömungshindernisse angeordnet, die eine gleichmäßige Druckverteilung des auf die Austrittsöffnung wirkenden Wasserstroms bewir­ ken.

Die Austrittsöffnungen sind vorzugsweise so beschaffen, daß sie außerhalb ihres Abrißquerschnittes keinen Kontakt mehr mit dem sich in der Durchtritts­ strecke verjüngenden Wasserstrahl bilden. Dazu sind vorteilhaft die Wan­ dungen der Durchtrittsstrecke parallel ausgebildet, und die Breite der Aus­ trittsöffnungen innerhalb der Durchtrittsstrecke ist größer als die Länge der Durchtrittsstrecke in Strömungsrichtung, so daß auch bei einem allmählichen seitlichen Expandieren des Wasserstrahls sichergestellt ist, daß ein Kontakt zwischen dessen Seitenbereichen und Teilen der Austrittsöffnung außerhalb des Abreißquerschnittes vermieden ist.

Zur Erzeugung verschiedener optischer Effekte können die Austrittsöffnungen sowohl als Rundbohrungen als auch spaltförmig - entweder geradlinig oder gebogen - oder mit verschiedenen anderen Querschnitten ausgebildet sein.

Eine maximale Weite der durch den Wasserstrahl zu überbrückenden Distanz ergibt sich bei einem Austrittswinkel von 45°. Um diesen - und auch verschie­ dene andere Austrittswinkel - zu ermöglichen, beispielsweise auch ein senk­ rechtes Austreten, kann der Durchgangsraum mit den Austrittsöffnungen vor­ teilhaft schwenkbar gelagert sein.

Besonders günstig ist es, wenn der Durchgangsraum gegen Leistungs­ schwankungen einer diesen mit Wasser beaufschlagenden Pumpeneinheit gesichert ist, indem der Durchgangsraum mit einem Ausgleichsbehälter in Verbindung steht. Um die laminare Strömung des Wassers im Durchgangs­ raum zu begünstigen, sollte dieser zumindest von der Pumpeneinheit vibrati­ onsentkoppelt sein.

Besonders vorteilhaft ist in dem Durchgangsraum eine Beleuchtungseinheit angeordnet, deren Licht der Austrittsöffnung zugewandt ist und in den Was­ serstrahl eingetragen wird. Dadurch wird dieser zum Lichtleiter, an dessen Grenzflächen zur Umgebungsluft eine Totalreflexion des eingetragenen Lich­ tes stattfinden kann, so daß am Auftreffpunkt des Wasserstrahls gleichzeitig ein Lichtpunkt erzeugt wird, da aufgrund der Laminarität des Wasserstrahls die Lichtleitereigenschaften bis zum Auftreffpunkt durchgehalten werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der Zeichnung sowie der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine querschnittliche Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit einer zentralen Austrittsöffnung,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 eine querschnittliche Darstellung einer alternativen Vor­ richtung mit mehreren gebogenen Spaltaustritten,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine querschnittliche Darstellung einer alternativen Vor­ richtung mit mehreren runden Austrittsöffnungen,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 5.

Im einzelnen weist die Vorrichtung 1, 101, 201 einen Durchgangs­ raum 2, 102, 202 auf, der an einer Seite 3, 103, 203 mit zumindest einer Aus­ trittsöffnung 4, 104, 204 versehen ist.

Der Durchgangsraum 2, 102, 202 ist gegenüber einer Wasserzuführung 5 im Querschnitt erweitert, wobei die Wasserzuführung 5 das Wasser von einer der mit der Austrittsöffnung 4, 104, 204 versehenen Seite 3, 103, 203 gegenüberlie­ genden Seite 6, 106, 206 einträgt. Die Wassereinleitung 5 erfolgt seitlich zur Strömungsrichtung des Wassers in der Beruhigungskammer 2, 102, 202 durch Fenster 7, so daß sich schon in dem Bereich der Wassereintragung in den Durchgangsraum 2, 102, 202 ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeits­ profil des Wassers in Richtung zur Austrittsöffnung 4, 104, 204 ausbildet. Hierzu dient auch eine Abschirmung 8, die im Bereich der Eintragung 5 des Wassers wirksam ist.

Die Austrittsöffnung 4, 104, 204 ist so ausgebildet, daß sie an ihrem dem Durchgangsraum 2, 102, 202 zugewandten Ende einen Abreißquerschnitt für den Wasserstrahl bildet, somit eine definierte Breite des austretenden Was­ serstrahls 10, 110, 210 bewirkt. In der Austrittsöffnung 4, 104, 204 ist eine Durchtrittsstrecke 11, 111, 211 für den Wasserstrahl 10, 110, 210 gebildet, deren Länge in Strömungsrichtung geringer ist als die Breite der Austrittsöff­ nung 4, 104, 204 innerhalb dieser Durchtrittsstrecke 11, 111, 211.

Der im Durchgangsraum 2, 102, 202 verlaufende Wasserstrom wird gegen die obere, die Austrittsöffnungen 4, 104, 204 tragende Seite 3, 103, 203 gedrückt, wobei die Austrittsöffnungen 4, 104, 204 aufgrund ihrer Eigenschaft als Ab­ reißquerschnitt Wasserstrahlen 10, 110, 210 ausbilden, die sich jenseits des Abreißquerschnittes, also in der Durchtrittsstrecke 11, 111, 211, anfangs ver­ jüngen, so daß diese Durchtrittsstrecke 11, 111, 211 parallele Wandungen auf­ weisen kann, ohne daß der Wasserstrahl 10, 110, 210 noch seitlich in Kontakt mit diesen Wandungen kommt. Die Laminarität des Wasserstrahls 10, 110, 210 ist dabei nicht gestört.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, kann die Vorrichtung 1 mit einem Unterbre­ chungsaufsatz 19 versehen sein, der insbesondere einen motorisch angetrie­ benen und periodisch arbeitenden Unterbrecher 13 für den Wasserstrahl bein­ haltet, der in gleichbleibenden zeitlichen Abständen in den Querschnitt des Wasserstrahls 10 gefahren wird, so daß dieser unterbrochen wird. Dadurch bilden sich jeweils rohrabschnittsartige Elemente des Wasserstrahls 10, die mit Abstand aufeinander folgen. Das durch den Unterbrecher 13 gebildete Spritz­ wasser wird durch eine auf der Austrittsöffnung 4 befindliche Hülse, die ge­ genüber der Breite der Durchtrittsöffnung 4 einen erweiterten Querschnitt auf­ weist, von der Austrittsöffnung 4 abgehalten. In der Austrittsöffnung 19 sind weitere Schutzabschirmungen vorgesehen, die das Spritzwasser auffangen und in seitlichen Kanälen 22 der Pumpeneinheit zuleiten, ohne dabei den Durchgangsraum 2 oder die Austrittsöffnung 4 zu stören. Die Laminarität des Wasserstrahls 10 ist daher - abgesehen von den der Trennung unmittelbar benachbarten Bereichen des Wasserstrahls - auch bei Betrieb mit einem Un­ terbrecher 13 gewährleistet.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 kann selbstverständlich auch ohne den Unterbrechungsaufsatz 19 betrieben werden, wobei sie dann einen durch­ gehenden laminaren Wasserstrahl 10 erzeugt.

Die Austrittsöffnungen 4, 204 sind rund ausgebildet; jedoch auch eine spalt­ förmige Ausbildung, wie mit den Austrittsöffnungen 104 dargestellt, ist ohne weiteres möglich.

Der streng laminare Wasserstrahl 10, 110, 210 mit seiner glasartigen Ästhetik und dem Verhindern von turbulenzartigen Aufspaltungen und seitlichem Spritzwasser wird erzeugt, wenn in der Beruhigungskammer 2, 102, 202 der aufsteigende Wasserstrom durch Strömungshindernisse 14, 114, 214 derart beruhigt wird, daß sich in der Beruhigungskammer 2, 102, 202 ein streng la­ minarer Wasserstrom ergibt, der auf die Austrittsöffnungen 4, 104, 204 zu ge­ richtet ist. Diese Strömungshindernisse 14, 114, 214 wandeln die Turbulenzen, die im Bereich der Eintragung 5 des Wassers in den Durchgangs­ raum 2, 102, 202 entstehen, ab, wobei jegliche Turbulenzen abgeschwächt werden und sich der gewünschte gleichmäßig aufwärts gerichtete, laminare Wasserstrom ergibt.

Die Strömungshindernisse 14, 114, 214 können als offenporige schwammartige Einlagen ausgebildet sein oder ein Fasergeflecht umfassen oder mehrere übereinander angeordnete siebartige Lagen ausbilden. Auch eine Kombination mehrerer Arten von Strömungshindernissen ist möglich, beispielsweise eine Kieslage im unteren Bereich, darüber dann die offenporige Schwammlage, oder es kann der Zwischenraum zwischen den siebartigen Einlagen durch of­ fenporige Schwammlagen ausgefüllt sein oder ähnliches.

Weiter dient zur Beruhigung des Wasserstromes ein Ausgleichsbehälter 15, der mit einem Gas befüllt ist, insbesondere Luft, und bei Schwankungen der Leistung der Pumpeneinheit 9 einen gleichmäßigen Wasserdruck in dem Durchgangsraum 2, 102, 202 sicherstellt. Der Ausgleichsbehälter umgibt den Durchgangsraum ringförmig und steht im unteren Bereich des Durchgangs­ raumes 2, 102, 202 mit diesem in Verbindung.

Um eine störungsfreie Strömung des Wassers im Durchgangsraum sicherzu­ stellen, ist die Pumpeneinheit 9 gegenüber dem Durchgangsraum 2, 102, 202 vibrationsentkoppelt, wozu gummielastische Verbindungselemente 16 dienen, mit denen die Pumpeneinheit 9 an dem Durchgangsraum 2, 102, 202 ange­ hängt ist.

Die Pumpeneinheit 9 kann auch außerhalb der Vorrichtung angeordnet sein, um hiermit die Entkopplung weiter zu verbessern.

Die Vorrichtung 1 kann innerhalb des Durchgangsraumes 2, 102, 202 mit einer Beleuchtungsquelle 17 versehen sein, die vorderseitig von einer Linse 18 abgeschlossen ist und einen Lichtstrahl in den Wasserstrahl 10 einleitet, so daß dieser als Lichtleiter fungiert. Bedingt durch die laminare Strömung in dem Wasserstrahl 10, findet dabei an den Rändern des Wasserstrahls 10 eine Totalreflexion des eingetragenen Lichtstrahles statt, so daß dieser dem Wasserstrahl folgt und am Auftreffpunkt des Wasserstrahls 10 als Lichtpunkt in Erscheinung tritt.

Wenn in den Wasserstrahl 10 ein periodischer Unterbrecher 13 eingesetzt ist, so zeigen die einzelnen Wasserstrahlsegmente, die sich hierdurch ausbilden, jeweils an ihrem vorderen und hinteren Ende einen Lichtpunkt.

Wenn mehrere Austrittsöffnungen 104, 204 an einem Durchgangs­ raum 102, 202 angeordnet sind, so ist es günstig (nicht dargestellt), mehrere Lichtquellen in dem Durchgangsraum 102, 202 anzuordnen, um auf diese Weise einen Lichtstrahl in jeden Wasserstrahl einbringen zu können.

Die Vorrichtung 1, 101, 201 kann insgesamt schwenkbar gelagert sein. Eine solche Schwenkbarkeit ist insbesondere bei Vorliegen einer zentralen Aus­ trittsöffnung 4 sinnvoll (Fig. 1). Die Vorrichtung 1 weist daher einen Halterah­ men 21 auf, in dem über eine Schwenkachse 20 der obere Teil der Vorrich­ tung 1 schwenkbar gelagert ist, so daß verschiedene Austrittswinkel des Was­ serstrahls 10 eingestellt werden können.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Wasserstrahls (10; 110; 210), ins­ besondere Fontänenstrahls, mit zumindest einer den Querschnitt des austretenden Wasserstrahls (10; 110; 210) formenden Austrittsöffnung (4; 104; 204) und einem druckbeaufschlagtes Wasser führenden Durchgangsraum (2; 102; 202) in Strömungs­ richtung vor der Austrittsöffnung (4; 104; 204), dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsraum (2; 102; 202) als Beruhigungskammer mit erweitertem Querschnitt zur Erzeugung eines langsamen, turbulenzarmen Wasserstromes ausgebildet ist und die Austrittsöffnung (4; 104; 204) einen im Bereich der die Austrittsöffnung (4; 104; 204) tragenden Wandung liegenden Abreißquerschnitt für den Wasserstrahl (10; 110; 210) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beruhi­ gungskammer (2; 102; 202) zumindest in ihrem unteren, der Austrittsöff­ nung (4; 104; 204) abgewandten Bereich eine gleichmäßige Druckverteilung des auf die Austrittsöffnungen (4; 104; 204) wirkenden Wasserstromes bewirkende Strö­ mungshindernisse (14; 114; 214) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs­ hindernisse (14; 114; 214) offenporige schwammartige Einlagen in der Beruhigungs­ kammer umfassen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungshindernisse (14; 114; 214) Fasergeflecht umfassen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungshindernisse (14; 114; 214) als siebartige, übereinander angeordnete Lagen ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (4; 104; 204) eine Durchtrittsstrecke (11; 111; 211) für das Wasser ausbilden, wobei die Breite der Austrittsöffnungen (4; 104; 204) innerhalb der Durchtrittsstrecke (11; 111; 211) größer ist als die Länge der Durch­ trittsstrecke (11; 111; 211) in Strömungsrichtung.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsstrecken (11; 111; 211) der Austrittsöffnungen (4; 104; 204) parallele Wandungen aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Austrittsöffnung(en) (4; 204) als Rundbohrungen ausgebildet ist oder sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Austrittsöffnung(en) (104) spaltförmig ausgebildet ist oder sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsraum (2; 102; 202) mit den Austrittsöffnungen (4; 104; 204) schwenkbar gelagert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsraum (2; 102; 202) mit einem gasgefüllten, insbesondere luftgefüllten Ausgleichsbehälter (15) in Verbindung steht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichs­ behälter (15) den Durchgangsraum (2; 102; 202) im wesentlichen ringförmig umgibt und über an dem Umfang des Durchgangsraumes angebrachte Öffnungen in Ver­ bindung mit diesem steht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit (9) gegenüber dem Durchgangsraum (2; 102; 202) vibrationsent­ koppelt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pum­ peneinheit (9) über gummielastische Verbindungselemente (16) an dem Durchgangs­ raum (2; 102; 202) angehängt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Durchgangsraum (2; 102; 202) eine in Richtung der Austrittsöffnung strahlende Beleuchtungsquelle (17) angeordnet ist, deren Licht in den Wasserstrahl (10; 110; 210) eingetragen wird.