DE3405178C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper für Wasser­ sportgeräte, insbesondere Wellen- und Surfbretter und Windgleiter, mit einem Biege- und Schubspannungen aufneh­ menden Gerippe, das ein Längsteil als Mittelsektion des Schwimmkörpers und seitlich mit dem Längsteil verbundene Querteile aufweist, und mit einer das Gerippe umgeben­ den, die äußere Form des Schwimmkörpers bestimmenden Umhüllung.

Bei Wellen- und Surfbrettern (Segelbrettern), Windglei­ tern od. dgl. kommt es entscheidend auf die Steifigkeit in der Längsachse der Schwimmkörper an. Bei nicht ausrei­ chender Steifigkeit bauen sich beim Einsetzen des Schwimmkörpers in die Welle während des Gleitzustandes, aber auch während der Verdrängungsphase, Eigenschwingun­ gen auf, die sich hauptsächlich entlang der Längsachse fortpflanzen. Infolgedessen entstehen Transversalschwin­ gungen sowie eine nicht erwünschte Biegebeanspruchung, was sich nachteilig auf die für den Fahrtzustand erfor­ derliche Energie auswirkt, so daß schließlich die Fahrt­ geschwindigkeit beträchtlich vermindert und die Betriebs­ stabilität beeinträchtigt ist.

Es ist ein gattungsgemäßer Schwimmkörper in Form eines Surfbrettes bekannt (US-PS 42 09 867). Ein Gerippe ist aus einer Mittelsäule und seitlich daran angeordneten Rippen gebildet. Das Gerippe ist mit einer Oberplatte, einer Unterplatte und einer umlaufenden Seitenwand zu dem Surfbrett zusammengefügt. Damit ist eine relativ massive Schwimmkörperumhüllung vorgesehen. Die Platten- und Wandelemente weisen im wesentlichen die gleiche Stär­ ke oder Dicke wie die Teile des Gerippes auf. Im ganzen baut das bekannte Surfbrett mit einer relativ großen Zahl von sämtlich in sich festen und steifen Elementen, wobei die mit dem Gerippe verbundenen Platten- und Wand­ teile als solche erforderlich sind, um dem Surfbrett Sta­ bilität sowie Längs- und Quersteifigkeit zu verleihen.

Auch ist es in der Praxis üblich, Wellen- und Surfbret­ ter sowie Windgleiter als leichte Kunststoff-Konstruk­ tionen auszuführen, um ein einfach zu handhabendes Was­ sportgerät zu erhalten. Solche Segelbretter in Kunst­ stoffbauweise müssen aber, um trotz der Ausführung mit leichten Kunststoffen ausreichende Steifigkeit und Stabi­ lität zu gewährleisten, aus einer mit Hartschaum oder Waben gefüllten oder mit Fasergewebe oder Armierung ver­ sehenen, entsprechend massiven Umhüllung aufgebaut sein. Die Hartschaumfüllung und/oder Wabenkonstruktion führen ihrerseits wieder zu einer nicht gewünschten Gewichtser­ höhung des Segelbrettes sowie zu einer relativ aufwendi­ gen Bauweise, die sich nachteilig auf die Herstellungs­ kosten auswirkt. Ausreichende Steifigkeit, gewichtsmäßig leichte Bauweise und einfache Konstruktion erfordern bei den in der Praxis verwendeten Segelbrettern einen Kompro­ miß, der nicht sämtlichen Anforderungen in zufriedenstel­ lender Weise Rechnung trägt. Zum Beispiel ist es be­ kannt, den Brettkern mit einem Fasergewebe auszuführen (DE-OS 30 19 535) oder im Brettinneren eine Armierung (DE-OS 30 22 641) vorzusehen. Diese Konstruktionen sind herstellungs-technisch aufwendig und beeinträchtigen die Leichtbauweise des Schwimmelements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gewichts­ mäßig leichtbauenden sowie einfach herzustellenden Schwimmkörper zu schaffen, bei dem die Quer- und Längs­ steifigkeit bei einem Höchstmaß an Materialeinsparung besonders groß ist.

Bei einem Schwimmkörper der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Längsteil als den Schwimmkörper bestimmendes Grundelement ausgebildet und angeordnet ist und die seitlich mit dem Grundelement ver­ bundenen Querteile zum Aufspannen einer Umspannung vor­ gesehen sind, wobei das Grundelement und die Querteile mit der aus flexiblen oder elastischen Spannelementen bestehenden, unter Vorspannung gehaltenen Umspannung mit­ einander verbunden sind. Die flexiblen oder elastischen Spannelemente der erfindungsgemäßen Umspannung sind durch einen Gurt, Seile, Bänder, Spannstäbe und/oder dgl. Elemente gebildet. Mit der an dem Grundelement und den seitlichen Querteilen wie Auslegern, Spanten od. dgl. festgelegten Umspannung ist für den gesamten Schwimmele­ mentkörper eine selbsttragende Konstruktion nach Art eines räumlichen Fachwerks als vorgespanntes Skelett aus­ gebildet, wobei einerseits die erforderliche Längsstei­ figkeit durch das Grundelement und andererseits die auf­ zubringende Quersteifigkeit durch die Querteile sowie durch die im wesentlichen am Längsumfang des Schwimmele­ mentkörpers verlaufende Umspannung erzielt sind. Zwi­ schen der Umspannung und dem Grundelement verbleibt ein Raum, der materialfrei gehalten oder mit Schäumen gerin­ gen spezifischen Gewichts ausgefüllt werden kann, so daß das Gewicht des Schwimmkörpers besonders vermindert ist. Die Steifigkeit des Schwimmkörpers kann an den besonders kraftbeanspruchten Stellen erzeugt werden. Weniger bela­ stete Schwinnkörperpartien können hohl oder in offener, Material sparender Leichtbauweise ausgeführt werden. Die Gesamtstabilität der fachwerkähnlichen Konstruktion wird durch die unter Vorspannung stehende Umspannung und damit durch die auf Grundelement und Querteile wirkenden Druckspannungen herbeigeführt, so daß ein seitliches Aus­ biegen der Gesamtkonstruktion vermieden wird. Dabei um­ faßt die erfindungsgemäße Konstruktion nur wenige, eine kostengünstige Herstellung gewährleistende Bauelemente und erlaubt ein Bauprinzip, das ohne Hartschaumfüllung, Versteifungswaben, Fasergewebe und/oder Armierung reali­ sierbar ist. Der erfindungsgemäße Schwimmkörper zeichnet sich also im ganzen durch leichtes Gewicht, eine wenige Teile umfassende Bauanordnung sowie eine Eigenschwingun­ gen vermeidende und der Gesamtstabilität dienende ausrei­ chende Steifigkeit aus.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Umspannung mindestens zwei je­ weils endlos verlaufende, mit einer Spanneinrichtung kraftschlüssig verbundene und durch diese mit Vorspan­ nung beaufschlagte Gurte (Seile) umfaßt, die durch im hinteren und vorderen Teil des als als Mittelsektion ausgebildeten Grundelements vorgesehene Querbohrungen sowie in von der Mittelsektion beabstandeten Ausnehmun­ gen an den als Spanten ausgebildeten Auslegern kraft­ schlüssig geführt sind, wobei die Gurte sowohl im Be­ reich der Oberseite als auch im Bereich der Unterseite des Schwimmelements liegen. Die umlaufenden Gurte lassen sich mittels der Querbohrungen sowie der Spantenausneh­ mungen besonders einfach montieren, indem jeder Endlos­ gurt einfach geführt und mit nur jeweils einer Spannein­ richtung, an der die Gurtenden kraftschlüssig befestigt sind, vorgespannt ist. Mit Führung der Gurte im Tritt- und Bodenbereich des Schwimmelements ergibt sich dessen ausgezeichnete räumliche Stabilität, wobei die auf Sei­ tenflächen eines Mantels, einer Verkleidung oder einer Umhüllung des Schwimmelements einwirken­ den Querkräfte von der Umspannung aufgenommen und in die zu dem Grundelement quer liegenden Spanten übergeleitet werden.

Die Gurte, Seile od. dgl. können von den Auslegern, Spanten od. dgl. sich kreuzweise überschneidend aufgespannt sein, so daß die wirksame mit Querkräften beaufschlagbare Seitenfläche des Schwimmelements in besonders einfacher Weise vergrößert ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Gurte od. dgl. an Über­ schneidungsstellen oder Knotenpunkten fest, insbesondere durch Schweißung, Klebung od. dgl. miteinander zu verbinden. Die festen Knotenpunktverbindungen sorgen in besonderem Maße für eine gleichmäßige Querkraftaufnahme und -verteilung mittels der Gurte oder Seile an die Ausleger oder Spanten.

Besonders zweckmäßig ist es, übereinanderliegende Querbohrungen in dem Grundelement in dessen Längsrichtung gegeneinander zu versetzen, so daß die von den Gurten od. dgl. auf das Grundele­ ment ausgeübten Kräften von diesem großflächig und verteilt auf­ genommen werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Um­ spannung bzw. die Gurte oder Seile im wesentlichen im hinteren Teil sowie im Mittelteil des Grundelements vorgesehen sein. Da­ mit erreicht man, daß das Grundelement, insbesondere eine Mit­ telsektion relativ langbauend ausgeführt sein kann, wobei die Stabilität des Schwimmelements im Stand- und Schwimmbereich ge­ währleistet ist, ohne daß das Grundelement in Längsrichtung übermäßig auf Biegung beansprucht ist.

Die Gurte, Bänder od. dgl. können rechteckförmigen Querschnitt aufweisen und an den Auslegern, Spanten od. dgl. hochkant oder flach verlaufend mittels entsprechender Ausnehmungen, Bohrungen oder Befestigungsmittel festgelegt sein. Mit hochkant verlaufen­ den Gurten kann einem seitlichen Ausbiegen der Gesamtkonstruk­ tion besonders wirksam begegnet bzw. die Querstabilisierung des Schwimmkörpers einfach erhöht werden. Flach laufende Gurte oder Bänder sorgen für besonders günstige Stabilitätsverhältnisse der mit Kräften beaufschlagten Tritt- und Schwimmfläche des Schwimm­ körpers, ohne daß die Wirkung des Gesamtverbundes von Umspan­ nung, Grundelement und Querauslegern beeinträchtigt ist.

Es ist besonders zweckmäßig, als Material für die Umspannungs­ elemente wie Gurte, Seile, Bänder, Spannstäbe od. dgl. Kevlar, Carbon oder entsprechende Materialien zu verwenden, da diese Materialien auf hohen Zug beanspruchbar sind, ohne daß eine Deh­ nung bzw. eine elastische Verformung eintritt. Auf diese Weise lassen sich also besonders große Zugspannungen neben der Ein­ haltung eines beachtlichen Sicherheitsfaktors erzielen. Dabei kann die der Festigkeit der Umspannung dienende Materialeigen­ schaft noch dadurch verbessert werden, daß die Gurte, Seile, Bänder, Spannstäbe od. dgl. mit einem Kunstharzüberzug versehen werden. Infolge dieses Überzuges lassen sich die Umspannungs­ elemente auch besonders einfach in Bohrungen des Grundelements bzw. in Ausnehmungen der Querausleger oder -träger einführen.

Die derzeit übliche, aus Materialien wie PE, GFK, ABS, od. dgl. bestehende Umhüllungshaut des Schwimmkörpers eignet sich beson­ ders gut für eine kraftschlüssige Verbindung mit der Umspannung, mit den Auslegern und/oder dem Grundelement. Mit gezielt gewähl­ ten Verbindungspunkten oder -bereichen können die statischen Verhältnisse weiter verbessert werden.

Die außerordentlich stabile Gesamtkonstruktion des erfindungsge­ mäßen Schwimmkörperelements erlaubt es, daß auch die Schub- bzw. Querkräfte aufnehmenden Konstruktionsträgerelemente wie das Grundelement und die Querausleger leichtbauend ausgeführt sein können. So können diese in an sich bekannter Weise ein räum­ liches Fachwerk bilden oder aus einem mit Trägermaterial umge­ benen Hartschaumstab oder -element bestehen.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten, Zweckmäßigkeiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematisierten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine axonometrische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Schwimmkörper-Grundkonstruktion mit zwei Gurten,

Fig. 2 und 3 jeweils eine Schnittdarstellung eines Grundelements mit an diesem angeordneten Spanten,

Fig. 4 eine weitere axonometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schwimmkörpers mit sich kreuzweise überschneidenden Gurten und

Fig. 5 und 6 teilweise im Schnitt dargestellte An­ sichten von in Leichtbauweise ausge­ führten Trägerelementen.

Nach Fig. 1 umfaßt ein Mittelstück eines Schwimmkörpers 123 ein als Mittelsektion 1 ausgebildetes Grundelement, das als Trägerein­ richtung dient und Schubspannungen aufnimmt. In dem hinteren Teil sowie zwischen Mittel- und Vorderteil der Mittelsektion 1 sind seitlich als Spanten 2 ausgebildete Ausleger angebracht, die an ihren Enden in der Ober- und Unterseite als Ausnehmung je eine Kerbe oder einen senkrechten Schlitz 21 aufweisen (s. Fig. 2 und 3). Die Spanten 2 dienen zur Aufnahme und Überleitung der quer auftretenden Kräfte.

Ein Obergurt oder -seil 31 und ein Untergurt oder -seil 32 mit rechteckförmigen Querschnitten sind in entsprechende Schlitze 21 der Spanten 2 eingefügt und verlaufen durch Bohrungen 11 im hinteren und vorderen Teil der Mittelsektion 1. Mit am hinteren Ende des Schwimmkörpers 123 liegenden Spanneinrichtungen 4 sind die Enden des Gurtes 31 bzw. 32 jeweils kraftschlüssig derart miteinander verbunden, daß die Gurte 31 bzw. 32 unter Spannung gehalten bzw. fest gespannt sind. Auf diese Weise ist an der Mittelsektion 1 und den Spanten 2 eine im Tritt- und Bodenbe­ reich des Schwimmkörpers 123 liegende selbständige Umspannung 3 ausgebildet, die zusammen mit der Mittelsektion 1 und den Span­ ten 2 für den Schwimmkörper 123 eine selbsttragende und frei spannende bzw. aufgespannte Konstruktion nach Art eines räumlichen Fachwerks ergibt. Dieses die Grundform des Schwimm­ körpers 123 bestimmende Spann- und Tragwerk wird mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Außenhaut oder Verkleidung, z. B. aus PE, GFK, ABS od. dgl., umgeben, so daß man ein leichtes und stabil bauendes Segelbrett erhält. Übereinanderliegende Bohrungen 11 sind in Achsrichtung der Mittelsektion 1 gegenein­ ander versetzt, damit die von den Gurten 31 und 32 auf die Mit­ telsektion ausgeübten Druckkräfte von diesem großflächig und verteilt aufgenommen werden. Die Gurtdurchführungen oder Quer­ bohrungen 11 im vorderen Teil der Mittelsektion sind von seinem Vorderende so weit entfernt, daß eine Biegebeanspruchung der Mittelsektion in Längsrichtung vermieden oder kleingehalten ist.

Ein Spann- und Tragwerk nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Konstruktion nach Fig. 1 dadurch, daß Gurte oder Seile 31 und 32 von Hochkanten der Spanten 2 kreuzweise aufgespannt werden. Da­ bei entstehende Überlappungsstellen oder Knotenpunkte 30 der Gurte 31 und 32 führen zur Unterteilung des Spannwerks in Form eines Geflechts, so daß die Kraftführung und -leitung der Ge­ samtkonstruktion in besonders günstiger Weise verteilt ist. Zur Steigerung dieser Wirkung können die Gurte 31 und 32 an den Knotenpunkten 30 durch Schweißung, Klebung oder eine andere Be­ festigung fest miteinander verbunden sein.

Die Verbindung der Gurte 31 und 32 mit den Spanten 2 ist kraft­ schlüssig. Dies ist durch die bereits beschriebene Führung der Gurte in den Kerben oder Schlitzen 21, oder durch eine geeignete Befestigung 23 der Umspannung 3 an den Auslegern oder Spanten 20 (s. Fig. 5) erreicht. Gurte, Seile oder Bänder rechteckförmigen Querschnitts können senkrecht oder flach geführt sein, wobei sie vorteilhaft in entsprechende senkrechte Ausnehmungen 21 bzw. in flache Ausnehmungen 22 der Ausleger oder Spanten 2 eingebracht sind (s. Fig. 3). Je nach Wahl des Querschnittverlaufs kann dem Schwimmelement eine besondere Stabilitätskomponente in Quer- oder Senkrechtrichtung verliehen werden. Bei der Ausbildung des Spann- und Tragwerks hat sich eine Konstruktion mit vier Gurten, Bändern od. dgl. als besonders vorteilhaft erwiesen. Dabei kommen jeweils zwei Unter- und Obergurte zum Einsatz, die jeweils in nebeneinanderliegenden Ausnehmungen 211 und 212 geführt und ge­ halten sind (s. Fig. 3). Es ist besonders zweckmäßig, als Seil- oder Gurtmaterial Kevlar oder Carbonfaser zu verwenden, da diese Materialien sehr hoch auf Zug beanspruchbar sind, ohne daß deren Verformung stattfindet. Zur weiteren Verbesserung der Festig­ keitseigenschaften der Gurte können diese in Kunstharz getränkt sein.

Mittelsektion 10 und Spanten 20 können zur weiteren Verminderung des Gesamtgewichts des erfindungsgemäßen Schwimmkörpers als stabförmiges Fachwerk ausgebildet sein, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Das Material der durch Schweißen oder Stecken verbundenen Stäbe 14, 24 und Platten 25 kann auch Leicht­ metall, Kunststoff, Glasfaser, faserarmierten Kunststoffen od. dgl. bestehen. Das Grundelement oder die Mittelsektion 1 kann aus einem mit Trägermaterial 13 umgebenen Hartschaumstab 12 ge­ bildet sein (s. Fig. 2 und 5). Dabei kann ein zwei Ausleger um­ fassendes ganzstückiges Querelement 20 mit dem Grundelement 10 vergossen sein (s. Fig. 5).

An Stelle der flexiblen Gurte, Seile oder Bänder können elasti­ sche Spannstäbe verwendet werden, die zur Ausbildung der Um­ spannung zwischen die Ausleger bzw. zwischen diese und das Grundelement unter Beaufschlagung mit einer Vorspannung einge­ spannt werden.

Die im ganzen mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen dar­ in, daß die Transversalschwingungen vermeidende Steifigkeit in der Längsachse des Schwimmkörpers mittels eines langgestreck­ ten, nur die Mittelsektion des Schwimmkörpers bildenden Grund­ elements erreicht ist und der Schwimmkörper im übrigen aufgrund des frei tragenden Spannwerks im wesentlichen masselos und damit außerordentlich leicht baut, wobei zugleich eine ausreichende Gesamtstabilität und Bruchfestigkeit erzielt ist. Die Erfindung gewährleistet also die im Segelbrettbau gewünschte besonders leichte Konstruktion sowie daneben die erforderliche Steifigkeit und Stabilität des im Fahrtzustand mit großen Kräften beauf­ schlagten Schwimmkörpers.

Claims (12)

1. Schwimmkörper für Wassersportgeräte, insbesondere Wellen- und Surfbretter und Windgleiter, mit einem Biege- und Schubspannungen aufnehmenden Gerippe, das ein Längsteil als Mittelsektion des Schwimmkör­ pers und seitlich mit dem Längsteil verbundene Quer­ teile aufweist, und mit einer das Gerippe umgeben­ den, die äußere Form des Schwimmkörpers bestimmen­ den Umhüllung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Längsteil als den Schwimmkörper (123) bestimmendes Grundelement (1, 10) ausgebildet und angeordnet ist und die seit­ lich mit dem Grundelement verbundenen Querteile (2) zum Aufspannen einer Umspannung (3) vorgesehen sind, wobei das Grundelement (1, 10) und die Quertei­ le (2) mit der aus flexiblen oder elastischen Spann­ elementen bestehenden, unter Vorspannung gehaltenen Umspannung (3) miteinander verbunden sind.

2. Schwimmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umspannung (3) mindestens zwei jeweils endlos verlaufende, mit einer Spanneinrichtung (4) kraftschlüssig verbunde­ ne und durch diese mit Vorspannung beaufschlagte Gurte oder Seile (31, 32) umfaßt, die durch im hinte­ ren und vorderen Teil des Grundelements (1, 10) vor­ gesehene Querbohrungen (11) sowie in von dem Grund­ element (1, 10) beabstandeten Ausnehmungen (21, 22) an den als Spanten ausgebildeten Querteilen (2) kraft­ schlüssig geführt sind, wobei die Gurte oder Seile (31, 32) sowohl im Bereich der Oberseite als auch im Bereich der Unterseite des Schwimmkörpers (123) liegen.

3. Schwimmkörper nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gurte oder Seile (31, 32) von Querteilen (2) wie Aus­ legern oder Spanten sich kreuzweise überschneidend aufgespannt sind.

4. Schwimmkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurte oder Seile (31, 32) an Überschneidungsstellen oder Knoten­ punkten (30) fest, insbesondere durch Schweißung oder Klebung, miteinander verbunden sind.

5. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß übereinanderliegende Querbohrungen (11) in dem Grundelement (1) in dessen Längsrichtung gegenein­ ander versetzt sind.

6. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umspannung (3) im wesentlichen im hinteren Teil sowie im Mittelteil des Grundelements (1, 10) vorge­ sehen sind.

7. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurte oder Seile (31, 32) rechteckförmigen Quer­ schnitt aufweisen und an Querteilen (2) wie Ausle­ gern oder Spanten hochkant oder flach verlaufend mittels entsprechender Ausnehmungen (21, 22), Bohrun­ gen oder Befestigungsmittel (23) festgelegt sind.

8. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente der Umspannung (3) aus Kevlar, Carbon oder entsprechenden Materialien bestehen.

9. Schwimmkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemen­ te der Umspannung (3) mit einem Kunstharzüberzug versehen sind.

10. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung des Schwimmkörpers kraftschlüssig mit der Umspannung (3), mit den Querteilen (2) und/oder dem Grundelement (1, 10) verbunden ist.

11. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement (10) und/oder die Querteile (20) jeweils als solche in an sich bekannter Weise als räumliches Fachwerk ausgebildet sind.

12. Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement (1) und/oder die Querteile (2) aus einem mit Trägermaterial (13) umgebenen Hartschaum­ stab (12) bestehen.