DE2221382A1 - Wellenerzeugeranlage mit tauchkoerper - Google Patents

Description

• Wellenerzeugeranlage mit Tauchkörper.
• Die Erfindung betrifft eine Wellenerzeugeranlage mit mindestens einem Tauchkörper.
• Wellenerzeugeraulagen werden in wasserbaulichen Versuchs anstalten und neuerdings in modernen Schwimmbädern zum Simulieren der Meereswellen benötigt.
• Es sind bereits verschiedenartige Typen von Wellenerzeugeranlagen bekannt, zum Beispiel nach dem Prinzip einer person disch hin- und herbewegten ins Wasser getauchten Platte oder eines periodisch ins Wasser gestoßenen Tauchkörpers.
• Maschinen nach diesen Methoden erfordern jedoch aufwendige Steuer- und Kraftübertragungskonstruktionen, die oft gewartet werden müssen und im chlorhaltigen Wasser schnell korrodieren.
• Ein neuerer Typ der Wellenerzeugeranlagen stellt die pneuma= tische Wellenmaschine dar. Sie arbeitet nach dem Prinzip, daß eine Wassersäule in einem unten offenend eingetauchten Kasten periodisch angesaugt und fallen gelassen wird Ein Ventilator oder eine Zentrifugalpumpe entwickelt dabei die nötigen Untere drücke, die Steuerung der pendelnden Wassersäule erfolgt über ein sich periodisch öffnendes und schließendes Ventil. Der Bauaufwand einer pneumatischen Anlage ist recht groß, der Wirkungsgrad sehr niedrig und die starke Geräuschentwicklung -sehr störend.
• Demgegenüber zeichnet sich die erfindungsgemäße Wellenerseugerw anlage dadurch aus1 daß ein Tauchkörper mit exzentrischer Drehachse derart in Wasseroberlächennähe angeordnet ist, daß bei fortgesetztem Antrieb der Drehachse durch einen Motor die Verdrängung des Tauchkörpers in das Wasser ein- und austaucht.
• Durch die periodisch eintauchende Verdrängung des Tauchkörpers werden Wellen erzeugt, deren Höhe von der Größe und Borm des Verdrängungskörpers, der Exentrizität der Drehachse und ferner vom Abstand der Drehachse zur Wasseroberfläche abhängig sind.
• Die Wellenlänge ist bekanntlich von der Wellenperiode abhängig und wird-durch die Drehzahl der Drehachse bestimmt.
• Die Vorteile einer Wellenerzeugeranlage entsprechend der Er= windung sind eine einfache und lang haltbare Konstruktion ohne viel Wartung, da nur Drehbewegungen zu übertragen sind.
• Es sind keine komplizierten Übertragungs- und Steueranlagen notwendig. Bei Verwendung moderner Werkstoffe( Kunststoffe, Kunststoffüberzeuge über Stahl, rostfreiem Stahl u.s.w.) be= steht keine Korrosionsgefahr. Alle Lager können leicht wassers dicht abgekapselt werden. Bei günstiger Gewichtsbelastung sind der Leistungsaufwand und der Gesamtwirkungsgrad sehr günstig.
• Die weiteren Einzelheiten werden an Hand der Zeichnungen beschieben. Figur 1 und 2 stellen eine Wellenerzeugeranlage mit einem rotationssymmetrischen Zylinder als Tauchkörper dar.
• Figur 3 zeigt einen Zylinder mit elliptischer oder ähnlicher Grundfläche als Tauchkörper. Figur 4 zeigt einen Verdrangungsw körper mit gewellter Oberfläche als Tauchkörper. Figur 5 ist die Querschnittazeichnung eines Tauchkörpers, der mit Überge= wichten belastet wurde. Figur 6 stellt einen Tauchkörper mit mehreren gegeneinander verdrehten Tauchkörpersegmenten dar.
• Figur 7 verbildlicht einen Tauchkörper mit zwei Tauchkörperm segmenten, die gegeneinander um annähernd 180 Grad verdreht angeordnet sind.
• Die in Figur 1 dargestellte Wellenerzeugeranlage besteht aus einem Tauch-körper(1), der von einem Motor(4) über ein Getriebe angetrieben wird. Der Tauchkörper(1) ist dabei exzentrisch auf einer Drehachse(2), die in der Nähe der Wasseroberfläche(3) drehbar gelagert ist, befestigt. Bei fortgesetzter Umdrehung der Drehachse(2) taucht der Tauchkörper(1), wie aus Figur 2 ersichtlich, periodisch in das Wasser ein und aus. Bei Drehung der Drehachse(2) mit konstanter Geschwindigkeit können periodische im Längsprofil sinusförmige Wellen(6) erzeugt werden, die der Meeresdünung ähnlich sind und oft im Versuchslaboratorium gewünscht werden. Dabei macht sich die Drehbewegung der Taucht körper unter Wasser in Bezug auf Widerstand und StrömungserR erzeugung kaum nachteilig bemerkbar, weil die Drehbewegung relativ langsam erfolgt.
• Bei Verwendung eines Tauchkörpers(7) bestehend aus einem Zylinder mit elliptischer oder ähnlicher Grundiläche entsprech= end Figur 3 kann man bei Drehung der Drehachse(2) ungleichförmige Wellen mit überhöhten Wellenkämmen erzeugen.
• Besteht der Tauchkörper entsprechend Figur 4 aus einer rotations= symmetrischen Grundform mit unregelmäßig gewellter Oberfläche(8), so werden bei Umdrehung dieses unregelmäßigen Tauchkörpers längere Grundwellen mit kleineren, überlagerten Oberwellen(9) erzeugt, wie sie ähnlich in der Natur beobachtet werden0 An Küsten mit starkem Wellengang stellt das Wellenreiten einen beliebten Sport dar. Durch künstliche Erzeugung ausreichendhoher und langer Wellen soll dieser Sport auch an künstlichen Stränden möglich werden. Die erfindungsgemäße Wellenerzeugeranlage ist mit ihrem außerordentlich hohem Wirkungsgrad zur Erzeugung der= artig starker Wellen besonders gut geeignet. Beim Wellenreiten brauchen die Wellen nicht unbedingt periodisch anzulaufen, es genügt jeweils eine sogenannte Stoßwelle in gröberen Zeitab= ständen. Zu diesem Zweck wird die Wellenerzeugeranlage entsprechend der Erfindung in erforuerlicher Größe ausgeführt und die taucht körper(1O) werden dabei entsprecherdFigur 5 durch Übergewichte(11), die größer sind als das Gewicht des vom Tauchkörper(10) verdräng= ten Wassers, belastet. In seiner Ruhelage würde der Tauchkörper voll untergetaucht an der Drehachse(2) hängen. Die Åustauchbev wegung erfolgt mit Hilfe eines Motors und stark untersetzendem Getriebe sehr langsam, um den Leistungsaufwand niedrig zu halten.
• Die Erzeugung der Stoßwelle geschieht beim Eintauchen des sich frei unter Gravitation der lYbergewichte(11) drehenden Tauch= körpers(10), nachdem er seinen Kulminationspunkt erreicht hat.
• Sobald sich der Tauchkörper(10) wieder in seiner Ruhelage be= findet, greift der Motor-antrieb ein und führt die Austauchbe2 wegung durch, bis der Kulminationspunkt des Tauchkörpers- zu einer neuen Stoßwellenerzeugung erreicht ist.
• Zur Erzeugung von Wellen, deren Wellenkammlinien(14) mit einem Winkel zur Erzeugeranlage(12) austreten oder aYe gebogene Wellenkammlinien aufweisen, wird erfindungsgemäß eine Anordnung (12) entsprechend Figur 6 benutzt. Auf der starren Drehachse(2) sind Tauchkörpersegmente(13) verdreht gegeneinander fest angel ordnet. Dabei ist die Drehachse(2) zum jeweiligen Tauchkörper= segment(13) exzentrisch angeordnet. Bei fortgesetzter Drehung der Drehachse(2) tauchen die Tauchkörpersegmente(13) zeitlich nacheinander in das Wasser ein. Durch gezieltes Einstellen des Verdrehungswinkels von benachbarten Tauchkörpersegmenten(1 5) können beliebig schräg ablaufende Wellen(14) erzeugt oder verX bogene Wellenkanunlinien hervorgerufen werden.
• Mit Hilfe einer solchen Anlage ist es möglich, in Schwimmbecken interessante Wellenbilder zu erzeugen mit auf den Strand schräg zulaufenden Wellen, die eine interessantere Brandung ergeben, den Meereswellen ähnlicher sind und dadurch die Badefreuden erhöhende In Wasserbauversuchslaboratorien sind Wellenerzeugeranlagen nots wendig, die 3ede beliebige Wellenform erzeugen können, um die Wellenbewegungen in Künstenmodellversuchen mit den in der Natur auftretenen Wellenbeugungen und Wellenbrechungen genauestens simulieren zu können. Die beschriebene Wellenerzeugeranlage(12) bietet sich wegen ihrer einfachen Konstruktion und des guten Wirkungsgrades anO Dabei ist noch zu beachten, daß bei schräg austretenen Wellen der-Wirkungsgrad günstiger wird, wenn kon= struktionsmäßig beachtet wird, daß bei der verdrehten Anordnung der Tauchkörpersegmente(13) gegeneinander die Gewichtskräfte beim Austauchen einiger Tauchkörpersegmente(13) mit den Verdrängungs= kräften beim Eintauchen der übrigen Tauchkörpersegmente möglichst ausgeglichen sind. Um besonders schöne und glatte Wellen mit einer solchen Anlage zu erreichen, sind viele schmale Taucht körpersegmente(13) anzuordnen oder im Idealfalle sogar annähernd unendlich schmale Segmente, was zu der Form eines um die Drehachse(2) spiralförmig verwundenen Tauchkörpers führen würde.
• Entsprechend Figur 7 kann die Wellenerzeugeranlage(15) mit nur zwei Tauchkörpersegmenten(16), die um 180 6iad - oder annähernd soviel - verdreht gegeneinander exzentrisch auf der Drehachse(2) angeordnet sinds versehen sein. Dabei ergeben sich leistungsmäßig Vorteile, weil eintauchende und austauchende Teile des Taucht körpers(15) sich jeweils die Waage halten. Durch das abwechselnde Ein- und Austauchen der Tauchkörpersegmente(16) wird eine stehende Querwelle erzeugt, die bogenförmige Wellen ins Schwimmbecken entsendet. Dabei müssen natürlich Beckenbreite und Tauchkörper= länge für die jeweilige Wellenperiode in einem günstigen Verhältnis stehen, um für die Querwelle den Resonanziall zu erreichen.
• Bei Verwendung in Versuchslaboratorien und vorteilhafterweise auch für Schwimmbecken sollte die Wellenereugeranlage leicht regulierbar sein, um jede gewünschte Wellenform mit modellahnlicher Wellenlänge, Wellenperiode, Wellenhöhe und Wellenkamm= linie erzeugen zu können. Die Einstellung der Wellenlänge und der damit zusammenhängenden Wellenperiode ist direkt von der Drehzahl der Drehachse(2) abhängig und durch Vorstellen der Motore oder Getriebeübersetzungen oder über eine automatische Drehzahlregelung möglich und allen Wünschen anpaßbar. Die Wellenhöhe läßt sich bei der erfindungsgemäßen Wellenerzeuger= anlage dadurch leicht einstellen, daß der Abstand der Drehachse zur Wasseroberfläche verändert wird oder die Exzentrizität der Drehachse zur Tauchkörperschwerachse verstellbar ist oder auto= matisch reguliert wird.
• Eine geregelte automatische Verstellung der Drehzahl kombiniert mit einer automatischen Verstellung der Exzentrizität ermöglicht die Erzeugung von unregelmäßigen Wellen, die zeitlich vgaheinR ander verschiedene Höhen und gen aufweisen Für alle beschriebenen , erfindungsgemäßen Wellenanlagen können die Antriebsmotre und die Untersetzungsgetriebe innerhalb der Drehtauchkörper angeordnet werden um die unschönen Teile der Antriebsanlage von außen unsichtbar zu machen. Die gesamte An= lage kann überbaut und verstreckt angeordnet werden, so daß die Bewegungen der Tauchkörper unsichtbar bleiben.

Claims (12)

Patentansprüche

1) Wellenerzeugeranlage mit mindestens einem Tauchkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper(1,7,8,10,12, 15) mit exzentrischer Drehachse(2) derart in Wasserober ilächennähe angeordnet ist, daß bei fortgesetztem Antrieb der Drehachse(2) durch einen Motor(4) das Volumen des Tauchkörpers(1,7,8,10,12,15) in das Wasser ein- und austaucht

2) Wellenerzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich= net, daß der Tauchkörper(1) aus einem exzentrisch auf der Drehachse(2) befestigtem,rotationssymmetrischen Zylinder besteht, der bei Drehung der Drehachse(2) mit konstanter Gescbwindigkeit periodisch in das Wasser ein- und austaucht und dadurch sinusförmige Wellen(6) erzeugt.

3) Wellenerzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenazeichnet, daß der Tauchkörper(7) aus einem exzentrisch auf der Drehachse(2) befestigtem Zylinder mit elliptischer oder ähnlicher Grundfläche besteht, der bei Drehung der Drehachse(2) mit konstanter Geschwindigkeit periodisch in das Wasser ein- und austaucht und dabei ungleichförmige Wellen mit überhöhten Wellenkämmen erzeugt.

4) Wellenerzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper(8) aus einem exzentrisch auf der Dreh= achae(2) befestigtem Verdrängungskörper(8) mit gewellter Oberflache besteht 2 der bei Drehung der Drehachse(2) periodisch in das Wasser ein-und austaucht und dadurch Wellen erzeugt, die aus einer längeren Grundwelle mit kleineren, überlagerten Oberwelle(9) bestehen.

5) Wellenerzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da er Tauchkörper(12) aus mehreren exzentrisch auf der Dreh= achse(2) befestigten und gegeneinander verdreht angeordneten Tauchkörpersengmenten(13) besteht, die bei Drehung der Drehachse(2) mit konstanter Geschwindigkeit periodisch zeit= lich nacheinander in das Wasser ein- und austauchen und dabei Wellen mit verbogenen Wellenkaminlinien oder bei entsprechenuer Wahl der Verdrehwinkel der Tauchkörpersegmente(13) gegeneinX ander von der Wellenerzeugeranlage(12) schräg austretende Wellenfronten(14) erzeugen.

6) Wellenerzeugeranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchkörpersegmente(13) verstellbar sind und auch während der Drehung der Drehachse(2) verstellbar sind oder durch Servoantriebe gegeneinander verdreht oder verstellt werden können.

7) Wellenerzeugeranlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ges kennzeichnet, daß der Tauchkörper(15) zwei Tauchkörpersegmente (16) aufweist, die um 180 Grad oder annähernd 180 Grad gegen= einander verdreht auf der Drehachse(2) angeordnet sind.

8) Wellenerzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper spiralförmig verwunden um die Drehachse(2) angeordnet ist.

9) Wellenerzeugeranlage nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge= kennzeichnet, daß der Tauchkörper(10) mit Gewichten(11) belastet und exzentrisch auf der Drehachse(2) befestigt ist, nach Brreichen des oberen Kulminationspunktes durch die Gravitationskräfte der Gewichte(11) in Drehbewegung versetzt wird, so daß er beim Eintauchen in das Wasser eine Stoßwelle erzeugt und nach Erreichen des Tiefstpunktes von einem Motorantrieb wieder bis zum oberen Kulminationspunkt hochgedreht wird.

1G)Wellenerzeugeranlage nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch geX kennzeichnet, daß die Exzentrizität der Drehachse(2) zur Tauchkörperschwerachse veränderbar ist.

11)Wellenerzeugeranlage nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Drehachse(2). veränder bar ist.

12)Wellenerzeugeranlage nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Dreh= achse(2) zu der Wasseroberfläche veränderbar ist. L e e r s e i t e