CH709502A2 - Verfahren zur Lenkverstärkung eines Tragflächenwasserfahrzeuges. - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Lenkverstärkung eines Tragflächenwasserfahrzeuges ermöglicht ein gut kontrollierbares einfaches Lenken in jedem Fahrzustand. Durch Gewichtsverlagerung wird eine schwimmfähige Plattform (1) nach links oder rechts gekippt, über überkreuzende Bowdenseile (21, 22) werden Ruder (6, 7) angesteuert und eine Kurvenfahrt nach links oder rechts eingeleitet. Dieses Verfahren zur Lenkverstärkung eines mindestens Einen-Mann-tragenden Tragflächenwasserfahrzeuges ermöglicht es, mit minimaler Energiezufuhr schnell, stabil und gut kontrollierbar durch das Wasser zu fahren.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein mindestens Einen-Mann-tragendes Wasserfahrzeug, mit dem es möglich ist, mit wenig Energiezufuhr gut kontrollierbar und schnell durch das Wasser zu fahren.

STAND DER TECHNIK

[0002] Bei Einen-Mann-tragenden Wasserfahrzeugen werden als Antrieb Segel, Paradrachen, Muskelkraft, Verbrennungs-oder Elektromotoren verwendet.

[0003] Meistens werden Schwimmplattformen mit oben genannten Antrieben gewählt. Die erzielbare Geschwindigkeit ergibt sich durch die Antriebsart und den verwendeten Schwimmkörper, wodurch sich physikalische Grenzen ergeben. Eine entscheidende Verbesserung wurde gefunden, z.B. durch Verwendung von Tragflächen, die den Schwimmkörper durch deren Ca-Flächenströmungsauftrieb aus dem Wasser tragen und so den Cw-Strömungswider stand des Schwimmkörpers zum grossen Teil eliminieren.

[0004] Da die Stirnflächen der Tragfläche verhältnismässig deutlich kleiner sind, ergibt sich daraus ein deutlich kleinerer Cw-Wert, wodurch bei gleicher zugeführter Antriebsenergie ein Vielfaches an Vortriebsgeschwindigkeit resultiert.

[0005] Die US 5 471 942 A Patentschrift enthält ein Verfahren zur Lenkverstärkung eines Tragflächenwasserfahrzeuges, bestehend aus einer schwimmfähigen Plattform 21, einer über einem Schaft 43, 52 verbundenen Tragflächenanordnung 41, 51, einer hydrodynamischen Lenkverstärkung 51, 52, 62, 54, 63, 67, 68, 69 und einer Antriebseinheit in Form eines Segels 20, wobei die Tragflächenanordnung 41, 51 aus einer Haupttragfläche 41 und einer Stabilisierungsfläche 51 besteht und dass die hydrodynamische Lenkverstärkung aus der beweglichen Stabilisierungsfläche 51 und einem Verstellmechanismus 52, 62, 54, 63 besteht, der mittels Seilzügen 67, 68 und einer Rückholfeder 69 die Stabilisierungsfläche beweglich lagert, wobei der Verstellmechanismus 52, 62, 54, 63 eine Montageplatte 62 zur Aufnahme der Seilzüge 67, 68 aufweist, so dass beim Kippen der Plattform 21 um die Längsachse sich die Tragfläche abhängig von der Geschwindigkeit des Tragflächenwasserfahrzeuges entsprechend verkippt und die Lenkbewegung unterstützt.

[0006] Nachteilig wirkt sich beim genannten Verfahren aus, dass eine präzise Querlenkung durch den grossen Auslenkarm 52, 53, 61 ungünstig ist. Ausserdem ist eine Geradeausfahrt durch fehlende Höhensteuerung erschwert.

[0007] In der Patentschrift US 2008/0 305 698 A1 ist ein abschleppbares Wasserfahrzeug beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform und eine tauchbare Einheit, an der vertikal schwenkbare Stabilisatoren befestigt sind.

[0008] Mit der oben beschriebenen Vorrichtung ist keine hydrodynamische Querlenkung möglich.

[0009] Bei den US 2010/0 050 916 A1 und US 7 047 901 B2 Patent-Schriften wurde jeweils ein Canard-Flügel verwendet, der mit Hilfe von einem Schwimmer, der sich an der Wasseroberfläche hält, und über einen Hebel am Canard-Flügel den Flächenanstellwinkel nachstellt, und so den Flächenauftrieb gegenüber dem Wasserspiegel konstant hält.

[0010] Dabei ergibt sich als anwendungskritisch, die Längsauftriebs-Richtungsstabilität zu halten. Da der Bereich der Anstellwinkel nur wenige Winkelgrade sind, führt ein entsprechend grösserer Wellengang zu grossen Flächenaus-schlagen. Als Ergebnis führt das zum Auftauchen des Canardflügels an die Wasseroberfläche und beim Wiedereintritt unter die Wasseroberfläche werden Luftblasen an der Canardflache gebildet, die dann eine Zeit erhalten bleiben.

[0011] Die Folge ist, dass der Canardflügel keinen Auftrieb erzeugt und die Konstruktion abstürzt, sodass der Startvorgang wiederholt wird, was zu einer pumpenden Fahrt führt.

[0012] Bei den genannten Konstruktionen ist nahezu keine akzeptable Kurvenfahrt und Geradeausfahrt möglich, da diese überwiegend mit dem Canardflügelauftrieb durch Links- oder Rechtsdrehungen für die Richtung kontrolliert werden. Der Canardflügel kann wie oben beschrieben bei einer Luftblasenbildung mangels Auftrieb keine Kurve einleiten.

[0013] Zudem werden oben beschriebene Antriebe, wie z.B. Elektromotoren, immer in einem Gehäuse montiert und vor dem umströmenden Wasser hermetisch abgedichtet. Andererseits müssen sie mit umgebendem Wasser gekühlt werden. Dadurch ist ein hoher mechanischer Aufwand, mit relativ hohen Herstellungskosten und Fehlerquellen, erforderlich.

DIE VORLIEGENDE ERFINDUNG HAT ZUR AUFGABE:

[0014] Ein Verfahren zur Lenkverstärkung eines Tragflächenwasserfahrzeuges mit effizientem Antrieb zu realisieren, das in jedem Fahrtzustand ein einfaches und gut kontrollierbares Lenken ermöglicht.

LÖSUNG DER GESTELLTEN AUFGABEN:

[0015] Zum Erreichen der vorgenannten Aufgaben wird die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche genannte Erfindung vorgeschlagen.

[0016] In Fig. 1 ist ein Tragflächenwasserfahrzeug mit mindestens einer Antriebseinheit 8 und einer schwimmfähigen Plattform 1 für mindestens eine Person tragend, gemäss der vorliegenden Erfindung vorgestellt. Die erfindungsgemässe Anordnung besitzt weiter einen Schaft 3, der 90° zur Längsachse zu einem Tragflächensystem 2, 4, 5 führt. Das Tragflächensystem besteht aus einer Haupttragfläche 2 und einer Stabilisierungstragfläche 4, die miteinander über Stabilisierungs-Flächenträger 5 verbunden sind.

[0017] Nach Fig. 2 sind an der Haupttragfläche links und rechts voneinander unabhängig bewegliche Ruder 6, 7 angeordnet, die ausschliesslich in positiver Richtung über Bowdenseile 21, 22 verstellt werden können. Die linken und rechten Bowdenseile 21,22 führen überkreuzt durch den Schaft 3 nach oben und ermöglichen die Einstellung der gewünschten Anstellwinkel durch die verstellbaren Bowdenseil-Justierknöpfe 24, 25. Die Bowdenseil-Justierknöpfe 24, 25 sind jeweils in länglichen Führungsjustierschlitzen in der Bowdenseil-Montageplatte 26 angebracht. Die Montageplatte 26 bildet eine Verbindung über ein Plattform-Scharnier 23 zwischen Plattform 1 und Schaft 3. Der Plattform-Auslenkwinkel 27 wird mechanisch begrenzt und bestimmt über die Bowdenseile 21, 22 die Ruderauslenkung 17, 16. Die Bowdenseile 21, 22 sind auf Zug ausgelegt. Mit Hilfe der linken und rechten Ruderrückhol-federn 18 werden die Ruder jeweils auf 0° zurückgezogen.

[0018] Durch Gewichtsverlagerung ist es möglich, die Plattform 1 nach links oder nach rechts zu kippen 27, und über die überkreuzenden Bowdenseile 21, 22 die Ruder 6, 7 anzusteuern und so eine Kurvenfahrt nach links oder nach rechts einzuleiten.

[0019] Die Haupttragfläche 2 besitzt eine negative V-Form mit mindestens 10° Winkelgrade, was in hydrodynamischer Kombination mit dem Schubwinkel der Antriebseinheit 8 und Stabilisierungsfläche 4 zu optimaler Kurveneinleitung und mehr Längsstabilität führt.

[0020] Es ergibt sich folgender Vorteil:

[0021] Um die Trägheit einer hochgestreckten Tragfläche um die Längsachse zu verbessern, wird die Wendigkeit durch eine aktive Rudersteuerung erhöht. Der negative V-Form-Winkel der Tragfläche erzeugt eine zusätzliche Instabilität, die diesen Effekt unterstützt.

[0022] Bei einer aktiven Tragflächensteuerung mit Ruder entsteht ein negatives Wendemoment, welchem durch eine 100%ige Ausschlagsdifferenzierung entgegengewirkt wird, bei der nur das kurveninnere Ruder den kurveneinleitenden Ruderausschlag generiert.

[0023] Um bei entsprechenden Fahrmanövern eine Aufrechterhaltung einer Luftblasenbildung zu vermeiden, ist erfindungsgemäss an der Steuerungsfläche 4 eine Luftblasenabsaugvorrichtung 20, 19, 5 integriert. Mit Hilfe der Luftblasenabsaugvorrichtung 20, 19, 5 können an der Stabilisierungsfläche 4 entstandene Luftblasen über eine düsenförmige Ansaugöffnung 20 durch einen Sog über den Stabilisierungsflächenträger 5 an den Luftblasenhutzen 19 ausströmen.

[0024] Demzufolge bleibt die Wasserströmung ungestört erhalten, was eine gute Manövrierfähigkeit ermöglicht.

[0025] Unter der Haupttragfläche 2 ist eine in Fig. 4 , Fig. 4a , Fig. 5 Antriebseinheit 8 integriert, deren unbeweglicher Stator, Spule oder Piezo, Magnetfeldenergie- oder Piezoschwingungsenergie-Übertrager, vollständig mit einem geeigneten Kunststoff versiegelt sind, sodass keine galvanische Verbindung zum umspülenden Wasser besteht. An der durchgeführten Antriebs-Achse 12 ist über ein Antriebs-Axiallager 13 der bewegliche Antriebsrotor 9 als Energieempfänger gelagert, der ohne weitere Befestigungselemente drehbar bleibt. Mit dem Antriebs-Rotor 9 ist der Propeller 11 verbunden und es ergibt sich durch den gemeinsamen Herstellungsguss ein einziges Bauteil.

[0026] Am Antriebs-Rotor 9 sind in Fahrtrichtung Rückseite Beströmungsöffnungen 15 angebracht, die es erlauben, dass genügend Wasser durch den Antriebs-Rotor 9 und den Antriebs-Stator 10 strömt und somit eine optimale Kühlung des Antriebs erfolgt.

[0027] Der Antriebs-Rotor 9 kann wahlweise auch Bestandteil einer Propellerturbine mit einem Strömungsmantel oder einem Klapp-Propeller sein, die den Wirkungsgrad erhöhen.

[0028] In der Antriebseinheit 8 ist auch ein Antriebs-Drehzahlregler 14 enthalten, der ebenfalls optimal durch das umströmende Wasser gekühlt wird.

[0029] Die Antriebs-Achse 12 ist mit Winkelgraden von 15° negativem Sturz zur Längsachse angeordnet. Dies führt in Zusammenhang mit den hydrodynamischen Momenten zu einer stabileren Geradeausfahrt.

[0030] In Zusammenwirkung mit der Stabilisierungsfläche ist eine dynamische Schwerpunktwanderung in feinen Masse justierbar.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

[0031] <tb>Fig. 1<SEP>Tragflächenwasserfahrzeug, perspektivische Darstellung <tb>Fig. 2<SEP>Plattform, Schaft und Haupttragfläche mit Ruderansteuerung <tb>Fig. 3<SEP>Luftblasen-Absaugung, Querschnitt <tb>Fig. 3a<SEP>Stabilisierungstragfläche mit Luftblasenabsaugung perspektivische Darstellung <tb>Fig. 4<SEP>Antriebseinheit, Querschnitt Darstellung <tb>Fig. 4a<SEP>Antriebseinheit, Heckansicht <tb>Fig. 5<SEP>Antriebseinheit, perspektivische Darstellung

BEZUGSZEICHENLISTE in den Figuren

[0032] <tb>1<SEP>Plattform <tb>2<SEP>Haupttragfläche <tb>3<SEP>Schaft <tb>4<SEP>Stabilisierungsfläche <tb>5<SEP>Stabilisierungsflächen-Träger <tb>6<SEP>linkes Ruder <tb>7<SEP>rechtes Ruder <tb>8<SEP>Antriebseinheit <tb>9<SEP>Antriebs-Rotor mit Propeller <tb>10<SEP>Antriebs-Stator <tb>11<SEP>Propeller <tb>12<SEP>Antriebs-Achse <tb>13<SEP>Antriebs-Axiallager <tb>14<SEP>Antriebs-Drehzahlregler <tb>15<SEP>Beströmungsöffnung <tb>16<SEP>Ruderauslenkung rechts <tb>17<SEP>Ruderauslenkung links <tb>18<SEP>Ruderrückholfedern <tb>19<SEP>Luftblasenabsaughutzen <tb>20<SEP>Luftblaseneintrittsöffnung <tb>21<SEP>Bowdenseil links <tb>22<SEP>Bowdenseil rechts <tb>23<SEP>Plattform Scharnier <tb>24<SEP>Bowdenseil-Justierknopf rechts <tb>25<SEP>Bowdenseil-Justierknopf links <tb>26<SEP>Bowdenseil-Montageplatte <tb>27<SEP>Plattform Auslenkwinkel <tb>28<SEP>Akkumulator Behälter <tb>31<SEP>Antriebsmotor Sturz Winkelgrade <tb>32<SEP>Antriebs-Rotor-Montagerichtung

Claims (10)

1. Verfahren zur Lenkverstärkung eines Tragflächen-Wasserfahrzeuges bestehend aus einer schwimmfähigen Plattform (1), einer über dem Schaft (3) verbundenen Tragflächen-Anordnung (2, 4) einer hydrodynamischen Lenk-Verstärkung (6, 7, 21, 22, 26) und einer Antriebseinheit (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenanordnung (2, 4) aus einer Haupttragfläche (2) und einer Stabilisierungstragfläche (4) besteht und dass die hydrodynamische Lenkverstärkung (6, 7, 21, 22, 26) aus an der Haupttragfläche (2) links und rechts angeordneten voneinander unabhängig beweglichen Rudern (6, 7) und Bowdenseilen (21, 22) und einer Bowdenseil-Montageplatte (26) besteht, wobei die Plattform (1) zur Lenkverstärkung um einen Plattform-Auslenkwinkel (27) und mit der Plattform (1) die an der Plattform (1) angeordnete Bowdenseil-Montageplatte (26) gekippt wird, wobei durch die Kippung der Plattform (1) und der Bowdenseil-Montageplatte (26) an den Bowdenseilen (21, 22) gezogen wird, so dass das kurveninnere Ruder (6, 7) für eine Kurvenfahrt durch den Zug an den Bowdenseilen (21, 22) verstellt wird, wobei die Ruder (6, 7) bei fehlendem Bowdenseilzug über Rückholfedern (18) wieder zurückgestellt werden.

2. Verfahren zur Lenkverstärkung eines Tragflächenwasserfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruderauslenkungen auf der Bowdenseil-Montageplatte (26) über Bowdenseile (21, 22) mit Hilfe von Bowdenseil-Justierknöpfen (24, 25) justierbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verfahren zur Stabilisierung eines Tragflächenwasserfahrzeuges eignet und die Haupttragfläche (2) eine negative V-Form besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Manövrierfähigkeit aufrecht erhalten wird, indem an der Stabilisierungsfläche (4) eine Luftblaseneintrittsöffnung (20) mit einem Stabilisierungsflächen-Träger (5), in dem ein Strömungskanal mit Luftblasenabsaughutzen (19), angeordnet ist.

5. Verfahren zum Antrieb eines Tragflächenwasserfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (8) aus einem Guss-Bauteil hergestellt wird.

6. Verfahren zum Antrieb eines Tragflächenwasserfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (8) aus einem Antriebs-Stator (10) und einem Antriebs-Drehzahlregler (14)’ besteht, die als ein einziges Guss-Bauteil hergestellt wird, wobei die Antriebs-Achse (12) mit Winkelgraden von 15° negativem Sturz zur Längsachse angeordnet ist.

7. Verfahren zum Antrieb eines Tragflächenwasserfahrzeuges nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs-Stator (10) ein Elektromagnet sein kann.

8. Verfahren zum Antrieb eines Tragflächenwasserfahrzeuges nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs-Stator (10 ) ein Piezoschwinger sein kann.

9. Verfahren zum Antrieb eines Tragflächenwasserfahrzeuges nach Anspruch 1, 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (8) einen Antriebs-Rotor (9) enthält, wobei der Antriebs-Rotor (9) in einer Kombination mit einem Propeller (11) vergossen ist und wobei der Antriebs-Rotor (9) Beströmungsöffnungen (15) aufweist.

10. Verfahren zum Antrieb eines Tragflächenwasserfahrzeuges nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs-Rotor (9) mit einem Propeller (11) ohne zusätzliche Befestigungen, nur durch dessen magnetische Kraft, an seiner Rotationsposition gehalten wird.