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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung
zum Leiten eines Wasserstrahls entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Im
Allgemeinen betrifft die Erfindung das Problem, dass bei einer sog.
Rumpfgeschwindigkeit und höheren
Geschwindigkeiten Wasserfahrzeuge sich nach hinten neigen. Dies
wird unter anderem durch hydrodynamische Kräfte unter dem vorderen Teil
des Schiffs und durch die Verringerung der Tragekapazität am Heck
verursacht. Dieser Effekt tritt insbesondere bei Schiffen auf, die
einen U-förmigen Mittschiffsabschnitt
mit V-förmigem
vorderen und hinteren Körper
aufweisen, jedoch sind Schiffe mit einem halbkreisförmigem Körper oder
einem V-förmigen
Körper
ebenso diesem Problem ausgesetzt.
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Aus
dem Dokument US-A-4,487,152 ist ein Stabilisator bekannt, welcher
an einem Außenbordmotor
eines Schiffs angeordnet ist und welcher als eine Vorrichtung wie
in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, geformt ist. Der
Stabilisator wird zur Überwindung
des Problems genutzt, dass das Schiff beim Segeln sich nach hinten
neigt. Jedoch hat es sich gezeigt, dass eine weitere Verbesserung
noch notwendig ist.
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Die
Anwendung von sog. Trimmungs-Klappen am Heck von Schiffen ist im
Stand der Technik bereits bekannt. Derartige Trimmungs-Klappen sind an
dem Schiffskörper
unterhalb der Wasseroberfläche
befestigt. Derartige Trimmungs-Klappen sind als flache Platten geformt.
Entsprechend ihrer Einfachheit kann der Winkel bei welchem diese
Trimmungs-Klappen befestigt werden üblicherweise wie gewünscht angepasst
werden. Der Winkel der Trimmungs-Klappe in Beziehung zum Schiffskörper kann entsprechend
der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs angepasst werden. Es ist
ein Gegenstand der Erfindung, ein verbessertes Wasserfahrzeug entsprechend
der im Oberbegriff beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das die oben
genannten Nachteile nicht aufweist.
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Insbesondere
ist Gegenstand der Erfindung ein verbessertes Wasserfahrzeug mit
einer derartigen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die an einer permanenten
Position in Relation zum Schiffskörper angebracht werden kann
und die keine Anpassung des Winkels erfordert.
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Um
zumindest eine der oben genannten Ziele zu erreichen, stellt die
Erfindung ein Wasserfahrzeug entsprechend dem unabhängigen Anspruch
1 zur Verfügung.
In dieser Hinsicht ist die Beziehung zwischen den Kräften, der
die Vorrichtung durch den herannahenden Wasserstrahl ausgesetzt
ist, derart, dass, falls die Neigung des Schiffskörpers sich
erhöht,
die Auftriebskraft erhöht
wird. Konsequenterweise wird der Schiffskörper an die Position der Vorrichtung
(d.h. das Heck) gezogen. Die Entwicklung dieses Verstellmechanismus
ist derart gerichtet, dass das Wasserfahrzeug einen Winkel einnimmt,
bei welchem ein gewünschter
Längsabgleich
des Wasserfahrzeugs garantiert werden kann, unabhängig von seiner
Geschwindigkeit.
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Ferner
werden in den Ansprüchen
2 bis 7 bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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Ein
Wasserfahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung weist den
Vorteil auf, dass es einen konstanten Längsabgleich unabhängig von
der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs aufweist.
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Es
hat sich gezeigt, dass es insbesondere für die obere Hauptfläche der
Vorrichtung vorteilhaft ist im Wesentlichen konvex geformt zu sein
und die untere Hauptfläche
der Vorrichtung im Wesentlichen konkav ist. An der oberen Seite
erzeugt das Wasser, das entlang der Vorrichtung fließt, einen
Unterdruck und an der unteren Seite einen Überdruck, woraus ein vertikaler
Auftrieb resultiert. Je mehr die Vorrichtung dazu tendiert zur Wasseroberflä che zu kommen oder
falls die Position des Wasserfahrzeugs horizontaler wird, je niedriger
wird der hydrodynamische Unterdruck an der unteren Seite der Vorrichtung.
Andererseits falls das Wasserfahrzeug sich nach hinten neigt, wird
der Unterdruck an der unteren Seite der Vorrichtung größer wie
auch der Überdruck
an der unteren Seite der Vorrichtung. Dies erhöht den vertikalen Auftrieb
und hebt die Vorrichtung in Richtung Wasseroberfläche.
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Sobald
sich der Schiffskörper
entsprechend der hydrodynamischen Kräfte unter dem vorderen Teil
des Schiffs nach hinten neigt, ändert
sich ebenso der Winkel des zum Körper
und zur Vorrichtung herannahenden Wasserstrahls. In dieser Position
ist der zur Vorrichtung herannahende Wasserstrahl vorwiegend an
der Unterseite. Entsprechend der konkaven Form der Vorrichtung an
der Unterseite wird der vordere Rand der Vorrichtung leicht unterhalb
in Richtung des herannahenden Wasserstrahls gerichtet, woraus unter
anderem ein laminarer herannahender Wasserstrahl entlang dem Profil
resultiert. Die Tatsache, dass die hintere Seite der Vorrichtung
nach unten gerichtet ist, wenn das Schiff sich nach hinten neigt
und das Profil der Vorrichtung an der Unterseite konkav ist und
an der oberen Seite konvex, bedingt dass der herannahende Wasserstrahl
eine stark nach oben gerichtete Kraft auf die Vorrichtung ausübt (d.h.
eine Kraft, die von der konvexen Oberfläche weg zeigt). Die Kombination
einer konkaven Fläche und
einer konvexen Fläche
hat sich als sehr effektiv erwiesen, das Schiff in zahlreichen verschiedenen Positionen
gerade zu halten, d.h. falls es sich bei einem größeren oder
kleineren Grad nach hinten neigt. Überraschenderweise macht es
dies notwendig die Vorrichtung derart am Schiff festzumachen, dass
sie anpassbar ist.
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Ein
sehr überraschender
Effekt ist, dass entlang des Schiffskörpers am Heck das Wellensystem viel
ruhiger ist. Dies kann in hohem Maße den Seeschlag verringern
(die divergierenden Wellen, die sich am Heck ausbilden), die üblicherweise
gebildet werden. Dies trifft ebenso auf die transversalen Wellen
zu. Für
dieses unerwartete Resultat gibt es keine einfache Erklärung.
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Das
Resultat ist eine Verringerung des Wellenwiderstands, welcher einen
positiven Effekt auf den Treibstoffverbrauch hat oder alternativ
eine erhöhte
Geschwindigkeit bei gleichem Treibstoffverbrauch verursachen kann,
verglichen mit einem Wasserfahrzeug das nicht mit einer Vorrichtung
entsprechend der Erfindung ausgerüstet ist.
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Die
Vorrichtung, die ein Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung
ist, ist teilweise geeignet bei Wasserfahrzeugen, die einen V-förmigen hinteren
Körper
aufweisen, genutzt zu werden. Jedoch kann die Vorrichtung ebenso
bei Wasserfahrzeugen genutzt werden, die ein weniger spitz zulaufendes
Heck aufweisen.
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Die
Vorrichtung, die ein Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung
ist, kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Zum
Beispiel kann sie aus Plastik, optional verstärkt, hergestellt werden, das
massiv oder hohl ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung kann ebenso
aus anderen Materialien, wie z.B. Metall hergestellt werden. Die
Vorrichtung kann aus Naturmaterialien, wie z.B. Holz hergestellt
werden.
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Wie
es in den Figuren gezeigt wird, kann die Vorrichtung, die einen
Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist, aus zwei
separaten Teilen bestehen, die am Heck an der Backbordseite und an
der Steuerbordseite des Wasserfahrzeugs befestigt sind oder sie
können
einen Teil davon bilden. Die Vorrichtung kann ebenso aus einem oder
mehreren Teilen hergestellt werden, z.B. aus zwei Teilen, in diesem
Fall ist jeweils dasselbe Teil um das Heck oder an den Seiten des
Hecks montiert.
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Der Übergang
von der Vorrichtung zum Körper
wird vorzugsweise abgerundet und kann als Flansch ausgebildet sein,
der zur gleichen Zeit als verbindende Fläche dient.
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Die
Vorrichtung kann durch Formpressen erzeugt werden. Jedoch ist eine
spanabhebende Bearbeitung ebenso eine Möglichkeit zur Herstellung der Vorrichtung
entsprechend der Erfindung. Im Folgenden wird die Erfindung mit
Bezug auf eine Figur erläutert.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines beidseitig spitz zulaufenden
Wasserfahrzeugs mit der Vorrichtung entsprechend der Erfindung.
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2 zeigt
eine Längsansicht
eines beidseitig spitz zulaufenden Wasserfahrzeugs entsprechend der 1.
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3 zeigt
eine Schnittansicht der Vorrichtung, die einen Teil des Wasserfahrzeugs
entsprechend der Erfindung ist.
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4 zeigt
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,
die einen Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist.
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5 zeigt
eine Schnittansicht von noch einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.
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6 zeigt
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung,
die einen Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist.
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Im
Folgenden wird die Vorrichtung mit dem Begriff „Flügel" gekennzeichnet. Dieser Begriff darf nicht
als Begrenzung interpretiert werden.
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1 zeigt
ein Wasserfahrzeug 1, welches mit einem Flügel 2 ausgerüstet ist.
Der Flügel 2 ist
am Heck des Wasserfahrzeugs angebracht. Wie eindeutig in der 2 erkannt
werden kann, ist der Flügel an
einer Position unter der Wasseroberfläche 3 angebracht.
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3 zeigt
eine Schnittansicht des Profils des Flügels 2 entsprechend
einer ersten Ausführungsform.
Die Richtung des herannahenden Wasserstrahls auf den Flügel wird
mit einem Pfeil 4 angedeutet. In dieser Ausführungsform ist
die dem Strahl nahe Seite des Profils 2, der vordere Teil 5,
sehr spitz zulaufend ausgebildet. Die hintere Seite 6 des
Profils ist ebenso spitz zulaufend ausgebildet. 3 zeigt ebenso
eine Basislinie 7, die die Ebene unter der vorderen Seite 5 und
der hinteren Seite 6 andeutet. Wenn die Vorrichtung 2 an
einem Wasserfahrzeug 1 wie in 3 gezeigt,
angebracht ist, ist die Richtung des herannahenden Wasserstrahls
zum Flügel 2 leicht
von unten gerichtet. In der Praxis bedeutet das, dass wenn das Wasserfahrzeug
in einer Normalposition im Wasser ist, sowohl die hintere Seite 6 des
Flügels 2 als
auch die vordere Seite 5 des Flügels 2 nach unten
orientiert werden. Ebenso ist die hintere Seite 6 tiefer
als die vordere Seite 5 positioniert.
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4 zeigt
eine besondere Ausführungsform
eines Querschnitts eines Flügels
entsprechend der Erfindung. Die obere Seite 8 des Flügels 2 ist konvex
und die untere Seite 9 ist im Wesentlichen konkav ausgebildet.
Dies erzeugt eine Kavität
zwischen der Basislinie 7 und der unteren Seite 9 des Flügels. Bei
einem Abstand „l" von der vorderen
Seite 5 des Flügels 2,
welcher eine totale Länge „L" aufweist, ändert sich
die konkave Fläche
der Unterseite des Flügels
in eine konvexe Fläche.
Wie gezeigt, ist diese Distanz l die Distanz von der vorderen Seite 5 des
Flügels 2,
bei der die Dicke d des Profils maximal ist, dm.
Die hintere Seite 6 der Vorrichtung 2 ist spitz zulaufend
ausgebildet.
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Entsprechend
einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
liegt l im Bereich von 0,01·L
bis 0,50·L, insbesondere
von 0,05·L
bis 0,4·L,
und im Besonderen von 0,1·L
bis 0,3·L,
wobei L der zuvor besprochenen totalen Länge entspricht.
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Die
hintere Seite 6 des Flügels 2 muss
im Wesentlichen nicht besonders abgerundet sein, sondern kann z.B.
mehr oder weniger spitz zulaufend ausgebildet sein.
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Eine
einfache Ausführungsform
der Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist in 5 gezeigt, bei
der dasselbe aus fünf
Segmenten 10, 11, 12, 13, 14 zusammengesetzt
ist. Jedes Segment 10, 11, 12, 13, 14 besteht
im Wesentlichen aus einer flachen Platte. In der gezeigten Ausführungsform,
weisen die Segmente 10, 11, 12, 13, 14 ungleiche
Dimensionen auf. Jedoch ist es ebenso möglich dass jede der Segmente 10, 11, 12, 13, 14 mit
derselben Form und Dimension ausgebildet ist. Der Winkel, an welchem
die Segmente 10, 11, 12, 13, 14 aneinander
befestigt werden, ist optional, so dass z.B. eine Form erhalten werden
kann, die in gewissem Umfang mit der Form des Flügels entsprechend der 3 oder
der 4 entspricht. Die Segmente können abnehmbar sein oder dauerhaft
miteinander verbunden sein, und können anpassbar oder nicht anpassbar
ausgebildet sein. Dies kann ebenso für die Variante in 6 gelten. 6 zeigt
einen Flügel 20,
welcher an seiner Unterseite im Wesentlichen der Basislinie 7 folgt,
der aber mit einem Segment 19 ausgerüstet ist, das sich nach unten
erstreckt, so dass die konkave untere Fläche ausgebildet wird.
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Es
ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsform,
die in der Figur gezeigt ist und ausführlich in der Beschreibung
erläutert
wurde, begrenzt ist. Tatsächlich
ist die Erfindung ausschließlich
durch die angefügten
Ansprüche
begrenzt.