DE4017461C2 - Schwimmflosse - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Schwimmflosse für Taucher oder
Schwimmer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige
Schwimmflossen sollen die Fortbewegungsgeschwindigkeit eines
Tauchers oder Schwimmers dadurch erhöhen, dass durch die Auf-
und Abwärtsbewegung der Schwimmflosse im Wasser ein auf die
Flosse wirkender Auftrieb erzeugt wird, dessen Komponente in
Fortbewegungsrichtung auf den Taucher oder Schwimmer einen
Vortrieb bewirkt.
Im Gegensatz zu gewöhnlichen Schwimmflossen, die in der Form der
Schwanzflosse eines Fisches ausgebildet sind, weisen gattungsgemäße
Schwimmflossen ein frei angeströmtes Profil als Flossenblatt auf
welches sowohl beim aufwärts als auch beim abwärts gerichteten
Flossenschlag zu der aus Fortbewegung und Flossenschlag
resultierenden Anströmrichtung des Wassers in einem positiven
Anstellwinkel gehalten wird. Durch diese Anströmung des Profils unter
einem positiven Anströmwinkel wird, ähnlich wie bei einem
Flugzeugflügel, eine Zirkulation um das Profil erzeugt, die sich dem
anströmenden Wasser überlagert. Dadurch wird ein Drucksystem
aufgebaut, welches auf der einen Seite des Profils zu einem Überdruck
und auf der anderen Seite zu einem Unterdruck führt.
Durch Änderung des Anstellwinkels je nach Flossenschlagrichtung
erreicht man, dass der Auftrieb stets eine Komponente in
Fortbewegungsrichtung aufweist, der als Vortrieb auf den Schwimmer
oder Taucher wirkt. Mit solchen Schwimmflossen wird eine weit
höhere Fortbewegungsgeschwindigkeit erreicht als mit gewöhnlichen
Schwimmflossen ohne frei angeströmtes Profil.
Es ist bekannt, eine gattungsgemäße Schwimmflosse in der Form der
Schwanzflosse eines Delphins auszubilden (DE 34 38 808 A1). Solche
Schwimmflossen weisen die Form eines Tragflügels große Streckung
auf, wobei jede Flosse eines Flossenpaares mit einem vom Bein des
Schwimmers oder Tauchers seitlich nach außen weisenden Tragflügel
versehen ist.
Durch diese einseitige Anordnung des Tragflügels an der
Schwimmflosse resultiert beim Flossenschlag eine Torsionswirkung
auf das Bein des Tauchers oder Schwimmers. Solche Schwimmflossen
sind daher entweder als Monoflosse ausgebildet mit zwei Aufnahmen
für beide Füße des Tauchers oder Schwimmers und zwei fest
miteinander verbundenen jeweils nach außen weisenden Tragflügeln,
oder aber es muss zum Ausgleich der Torsionswirkung auf der dem
Tragflügel großer Streckung gegenüberliegenden Seite, also zwischen
den Beinen bzw. Füßen des Tauchers oder Schwimmers jeweils ein
zweiter Tragflügel geringer Streckung vorgesehen werden. Beide
Ausgestaltungen haben den Nachteil, dass die Bewegungsfreiheit des
Tauchers oder Schwimmers sowohl an Land als auch im Wasser stark
eingeschränkt ist.
Bei der bekannten gattungsgemäßen Schwimmflosse (US 49 44 703)
weist das dem Fuß des Schwimmers oder Tauchers nachgeordnete frei
angeströmte Profil seitliche Streben auf. Nachteil dieser Anordnung ist,
dass die Streben gegen Verdrehen und Windung nicht ausreichend
stabil sowie strömungsungünstig ausgestaltet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schwimmflosse zu schaffen,
die einerseits große Fortbewegungsgeschwindigkeiten ermöglicht und
andererseits die Bewegungsfreiheit des Tauchers oder Schwimmers
nicht oder nur wenig einschränkt.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Schwimmflosse mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, dass das Profil in Schwimmrichtung dem Fuß des Tauchers
oder Schwimmers nachgeordnet ist und sowohl beim aufwärts als
auch beim abwärts gerichteten Flossenschlag sich stets in der
Unterströmung des Fußes des Schwimmers befindet, ergeben sich
optimale Strömungsverhältnisse, die unter anderem zu einem späteren
Abreißen der auf der Strömungsoberseite des Profils entstehenden
Wirbel und damit zu einem geringeren Strömungswiderstand führen.
Anders ausgedrückt, wird die Strömung auf der Unterdruckseite des
Profils dadurch länger laminar gehalten. Durch diese Maßnahmen
wird vorteilhafterweise einerseits der Auftrieb der Schwimmflosse
erhöht und andererseits ihr Strömungswiderstand verringert.
Vorteilhafterweise sind bei der erfindungsgemäßen Schwimmflosse an
den beiden Längsseiten des Profils seitliche Streben angeordnet, die
andererseits mit einer über den Unterschenkel des Schwimmers
ziehbaren Manschette verbunden sind. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass die Schwimmflosse mit dem Bein des Tauchers oder
Schwimmers verbindbar ist ohne Einfluss auf die Beweglichkeit seines
Fußes zu haben. Der Fuß des Schwimmers kann dabei nackt oder
aber mit einem Schwimmschuh bekleidet sein und kann sich sowohl
beim Auf- und Abschlagen im Wasser als auch beim Gehen an Land
ungestört bewegen. Durch die Einstellung eines festen Winkels
zwischen den Streben und der Längsachse des Unterschenkels, der
zwischen dem maximalen und dem minimalen von Fußrist und
Schienbein einschließbaren Winkel liegt, wird gewährleistet, dass sich
das Profil beim Flossenschlag stets in der Unterströmung des Fußes
des Schwimmers befindet. Der Fuß des Schwimmers bewegt sich beim
Auf- und Abschlagen jeweils zwischen den beiden Streben hindurch.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die seitlich
am Profil angeordneten Streben im Bereich des Profils zu einer zur
Profilfläche senkrechten Fläche erweitert. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass die Wirbelbildung an den seitlichen Enden des Profils
verringert wird. Eine derartige Ausgestaltung entspricht in der
Wirkung einer Vergrößerung der Spannweite des Profils.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
das Profil eine starre symmetrische Form auf. Eine symmetrische
Profilform weist in beiden Flossenschlagrichtungen gleiches
Strömungsverhalten auf. Die starre Profilform ist hinsichtlich Auftrieb
und Strömungswiderstand optimierbar, wobei ein Kompromiss
zwischen Auftriebs- und Strömungsverhalten gefunden werden muss.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale sind die
seitlichen Streben drehelastisch mit dem Profil verbunden, wobei die
Drehachse vor dem Auftriebsschwerpunkt des Profils liegt. Durch
diese Ausgestaltung wird beim Flossenschlag stets automatisch ein
positiver Anstellwinkel des Profils zur resultierenden Strömung
bewirkt. Dadurch, dass der Auftriebsschwerpunkt des Profils hinter
der Drehachse liegt, neigt sich das Profil mit seiner Vorderkante beim
Abwärtsschlag nach unten, während es sich beim Aufwärtsschlag
nach oben neigt. Die Größe des dadurch eingestellten Anstellwinkels
ergibt sich aus der Federkonstanten der drehelastischen Verbindung.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
das Profil durch eine Membran gebildet, die zwischen zwei
Extremlagen umklappbar ist, in welchen sie eine vorbestimmte,
insbesondere asymmetrische Profilform einnimmt. Im Gegensatz zum
starren Profil kann das Membranprofil seine Form ändern, so dass es
möglich ist, je nach Schlagrichtung die Auftriebsseite des Profils auf
der einen, bzw. der anderen Seite einzustellen. Bei dieser
Ausgestaltung ist es möglich, anstelle des symmetrischen Profils eine
asymmetrische Profilform zu verwenden, die einen höheren Auftrieb
aufweist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale ist die
Profilmembran in einem Rahmen angeordnet, welcher drehbar
zwischen den beiden seitlichen Streben gelagert ist. Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Profil hinsichtlich Auftrieb
und Strömungswiderstand optimierbar ist, wobei das Profil bezüglich
des Anstellwinkels selbsteinstellend und -stabilisierend ausgebildet
werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Schwimmflosse mit einem Schuh für den Fuß des Schwimmers
ausgestattet. Diese Ausgestaltung ist dadurch vorteilhaft
weitergebildet, dass der Schuh etwa auf Höhe des Knöchels mit den
seitlichen Streben der Schwimmflosse eine Drehverbindung aufweist.
Dadurch bilden Schuh und Manschette mit Flossenblatt ein
zusammenhängendes Teil.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist
der Schuh eine strömungswiderstandsarme Form auf. Diese
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Strömungsverhältnisse um
den Fuß des Schwimmers, bzw. Tauchers verbessert werden. Dies ist
insbesondere deshalb wichtig, weil sich das Profil der Schwimmflosse
in der Unterströmung des Fußes befindet. Je weniger turbulent diese
Strömung ist, desto länger kann durch sie die Strömung am Profil
wirbelarm gehalten werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem
Profil in Schwimmrichtung ein weiteres Profil nachgeordnet, welches
eine strömungswiderstandsarme Form aufweist. Durch diese
Ausgestaltung wird vorteilhafterweise die Wirbelbildung im Nachlauf
des ersten Profils verringert, wodurch die Energiebilanz des gesamten
Systems verbessert wird.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale ist das dem
ersten Profil nachgeordnete weitere Profil über zwei seitliche Streben
drehelastisch mit dem ersten Profil verbunden. Durch diese
Ausgestaltung ist gewährleistet, dass sich das weitere Profil in beiden
Flossenschlagrichtungen stets in der Oberströmung des ersten Profils
befindet. Die Orientierung dieses weiteren Profils zum ersten Profil,
bzw. zur Strömung kann wiederum durch eine drehelastische
Verbindung zwischen Streben und weiterem Profil in Verbindung mit
einer entsprechenden Anordnung der Drehachse bestimmt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
Schwimmflosse als Monoflosse ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat
neben der erweiterten Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen
Schwimmflosse den Vorteil, dass die Spannweite des Profils vergrößert
werden kann. Um Torsionen zu vermeiden, muss das Profil der
Monoflosse symmetrisch zur Längsachse durch die Körpermitte des
Tauchers oder Schwimmers gestaltet sein. Es muss auch nicht ein
Schuh für beide Füße vorgesehen werden, so dass durch einfaches
Lösen der Streben von den Manschetten ein normales Gehen an Land
möglich ist.
Weitere Vorteil und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen
entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht je einer erfindungsgemäßen Schwimmflosse
beim Aufwärts- bzw. beim Abwärtsschlag,
Fig. 2 je eine perspektivische Frontansicht einer erfindungsgemäßen
Schwimmflosse beim Aufwärts- bzw. beim Abwärtsschlag und
Fig. 3 eine perspektivische Rückansicht eines Teils einer
erfindungsgemäßen Schwimmflosse.
Die in Fig. 1 oben dargestellten Schwimmflosse 1 befindet sich im
Abwärtsschlag (Pfeil I), während in Fig. 1 unten dieselbe
Schwimmflosse 1 im Aufwärtsschlag (Pfeil II) dargestellt ist. Die
Schwimmflosse 1 weist eine um den Unterschenkel 2 eines
Schwimmers gelegte Manschette 3 auf, die oberhalb des Knöchels 4
des Fußgelenks endet.
Die Manschette 3 ist über einen über den Knöchel 4 geführten Steg 5
mit einer Strebe 6 verbunden, welche andern Ends eine drehelastische
Verbindung zu einem Profil 7 aufweist. Die Drehachse 8 dieser
drehelastischen Verbindung befindet sich in Fortbewegungsrichtung
vor der Auftriebsschwerachse 9.
Im Bereich des Profils 7 ist die Strebe 6 zu einer senkrecht zur
Profilfläche angeordneten Fläche 10 erweitert, die die Wirbelbildung an
den seitlichen Profilenden verringert. Der Fuß 11 des Schwimmers
oder Tauchers befindet sich in einem Schuh 12, welcher ebenfalls eine
strömungswiderstandsarme Form aufweist. Eine mögliche
Ausgestaltungsform des Schuhs 12 ist Fig. 3 entnehmbar.
Auf Höhe des Knöchels 4 weist der Schuh 12 eine Drehverbindung 13
zur Strebe 6 auf. Dadurch ist der Schuh 12 einerseits mit der
Schwimmflosse 1 verbunden und andererseits gegenüber der Strebe 6
verdrehbar, so dass Fuß und Schuh zwischen der in der oberen Hälfte
der Fig. 1 dargestellten und der in der unteren Hälfte der Fig. 1
dargestellten Lage verschwenkbar sind.
In Fig. 2 ist rechts die Schwimmflosse beim Abwärtsschlag (Pfeil I) und
links beim Aufwärtsschlag (Pfeil II) dargestellt.
Um sich fortzubewegen, führt der Schwimmer oder Taucher ähnlich
wie bei gewöhnlichen Schwimmflossen eine gegensinnige Auf- und
Abwärtsbewegung der beiden Beine aus, wobei sich sein Fuß 11 mit
dem Schuh 12 jeweils im Umkehrpunkt zwischen den beiden
seitlichen Streben 6 hindurchbewegt, so dass sich das Profil 7 in
beiden Schlagrichtungen jeweils in der Unterströmung des Schuhs 12
befindet. Die durch die Schlagbewegung hervorgerufene Anströmung
auf das Profil 7 führt dabei zu einem Umklappen des drehelastisch
zwischen den beiden seitlichen Streben 6 angeordneten Profils 7
entgegen der elastischen Federkraft im Umkehrpunkt in dem Sinne,
dass das Profil 7 stets einen positiven Anstellwinkel gegen die aus
Fortbewegung des Schwimmers oder Tauchers und Schlagbewegung
resultierende Anströmung aufweist.
Durch diese Anströmung des Profils 7 erfährt dieses einen Auftrieb in
etwa senkrecht zu einer Fläche. Dieser Auftrieb weist stets eine
Komponente in Fortbewegungsrichtung des Tauchers oder
Schwimmers auf, der auf diesen als Vortrieb einwirkt. Dadurch, dass
sich das Profil 7 in der Unterströmung des Schuhs 12 befindet, liegt
die Strömung auf der Auftriebsseite des Profils 7 länger an, so dass ein
geringer Strömungswiderstand der Schwimmflosse 1 resultiert. Die
Strömung um das Profil 7 kann noch dadurch verbessert werden, dass
dem Profil 7 ein weiteres Profil 14 nachgeordnet ist, welches über eine
Strebe 15 drehelastisch mit dem Profil 7 verbunden ist. Dieses weitere
Profil 14 befindet sich bevorzugt in der Oberströmung des Profils 7.
Dies wird durch die drehelastische Verbindung mit dem Profil 7
gewährleistet. Der Anstellwinkel des Profils 14 zur Oberströmung des
Profils 7 wird wiederum durch geeignete Anordnung von Drehachse
und Auftriebsschwerachse am Profil 14 bestimmt (Fig. 1).
Die Verbindung der Strebe 6 mit dem Schuh 12 über die
Drehverbindung 13 kann vorteilhafterweise lösbar gestaltet sein, so
dass auf einfache Weise das Profil 7 mit den beiden Streben 6 von der
Schwimmflosse abnehmbar ist. Dadurch ist ein unbehindertes Gehen
mit der erfindungsgemäßen Schwimmflosse an Land möglich.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der
Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
1
Schwimmflosse
2
Unterschenkel
3
Manschette
4
Knöchel
5
Steg
6
Strebe
7
Profi
1
8
Drehachse
9
Auftriebsschwerachse
10
Fläche
11
Fuß
12
Schuh
13
Drehverbindung
14
Profi
1
15
Strebe
I Richtungspfeil Abwärtsschlag
II Richtungspfeil Aufwärtsschlag
I Richtungspfeil Abwärtsschlag
II Richtungspfeil Aufwärtsschlag
Claims (13)
1. Schwimmflosse für Schwimmer (Taucher), mit einem frei
angeströmten, in Schwimmrichtung dem Fuß (11) des
Tauchers oder Schwimmers nachgeordneten Profil (7), an
dessen Längsteilen seitlich Streben (6) angeordnet sind,
als Flossenblatt, welches sowohl beim aufwärts (II) als
auch beim abwärts (I) gerichteten Flossenschlag stets zu
der aus Fortbewegung und Flossenschlag resultierenden
Anströmrichtung des Wassers einen positiven
Anstellwinkel aufweist bzw. sich stets in der
Unterströmung des Fußes (11) des Schwimmers befindet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (6) mit einer
über den Unterschenkel (2) des Schwimmers ziehbaren
Manschette (3) verbunden sind und mit der Längsachse
des Unterschenkels (2) - bzw. der Manschette (3), an der
sie befestigt sind - einen festen Winkel einschließen, der
zwischen dem maximalen und dem minimalen von
Fußrist und Schienbein einschließbaren Winkel liegt.
2. Schwimmflosse nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die seitlich am Profil (7)
angeordneten Streben (6) im Bereich des Profils (7) zu
einer zur Profilfläche senkrechten Fläche (10) erweitert
sind.
3. Schwimmflosse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Profil (7) im Grundriß zu der
durch das Knie des Schwimmers oder Tauchers
verlaufenden Beinlängsachse eine starre symmetrische
Form aufweist.
4. Schwimmflosse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Streben (6)
drehelastisch mit dem Profil (7) verbunden sind, wobei
die Drehachse (8) vor der Auftriebsschwerachse (9) des
Profils (7) liegt.
5. Schwimmflosse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Profil durch eine
Membran gebildet ist, die zwischen zwei Extremlagen
umklappbar ist, in welchen sie eine vorbestimmte,
insbesondere asymmetrische Profilform einnimmt.
6. Schwimmflosse nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Membran in einem Rahmen
angeordnet ist, welcher drehbar zwischen den beiden
seitlichen Streben (6) gelagert ist.
7. Schwimmflosse nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schwimmflosse (1) mit einem Schuh (12) für den Fuß
(11) des Schwimmers versehen ist.
8. Schwimmflosse nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schuh (12) etwa auf Höhe des
Knöchels (4) mit den seitlichen Streben (6) eine
Drehverbindung (13) aufweist.
9. Schwimmflosse nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schuh (12) eine
strömungswiderstandsarme Form aufweist.
10. Schwimmflosse nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Profil (7)
in Schwimmrichtung ein weiteres Profil (14)
nachgeordnet ist, welches eine
strömungswiderstandsarme Form aufweist.
11. Schwimmflosse nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Profil (14) in der
Oberströmung des ersten Profils (7) angeordnet ist.
12. Schwimmflosse nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das dem ersten Profil (7)
nachgeordnete weitere Profil (14) über zwei seitliche
Streben (15) drehelastisch mit dem ersten Profil (7)
verbunden ist.
13. Schwimmflosse nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmflosse als
Monoflosse ausgebildet ist mit zwei Manschetten, an
denen die beiden seitlichen Streben (6) angeordnet sind.
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